《材料的力学性能》课程教学大纲 课程名称:材料的力学性能 课程类别:选修课 适用专业:化学 考核方式:考查 总学时、学分:32学时、2学分 一、课程教学目的 《材料的力学性能》课程是化学与材料科学学院材料化学专业的 选修课。本课程是从各种零件的服役条件和失效现象出发,提出衡量 材料失效抗力的正确指标。学习本课程的任务是了解这些指标的物理 意义、技术意义和测试方法,弄清这些指标之间的相互关系,分析内 在因素(材料成分、组织状态)和外在因素(应力状态、加载速度、 温度、环境介质)对它们的影响。本课程为机械设计和制造过程中正 确选择和合理使用材料提供可靠的力学性能依据:也为充分发挥材料 的性能潜力,改进或创新工艺,研制新材料及机器零件或构件的失效 分析提供基础。 二、课程教学要求 重点了解常用金属材料的力学性能,并理解各种力学性能的内在 本质,初步了解聚合物材料、陶瓷材料和复合材料的力学性能。掌握 评价常用金属材料、聚合物材料、陶瓷材料和复合材料的力学性能指 标。并具备一定的分析能力和较强的运算能力,能较熟练地对实际材 料在各种工作情况的性能做出评价
《材料的力学性能》课程教学大纲 课程名称:材料的力学性能 课程类别:选修课 适用专业:化学 考核方式:考查 总学时、学分:32 学时、2 学分 一、课程教学目的 《材料的力学性能》课程是化学与材料科学学院材料化学专业的 选修课。本课程是从各种零件的服役条件和失效现象出发,提出衡量 材料失效抗力的正确指标。学习本课程的任务是了解这些指标的物理 意义、技术意义和测试方法,弄清这些指标之间的相互关系,分析内 在因素(材料成分、组织状态)和外在因素(应力状态、加载速度、 温度、环境介质)对它们的影响。本课程为机械设计和制造过程中正 确选择和合理使用材料提供可靠的力学性能依据;也为充分发挥材料 的性能潜力,改进或创新工艺,研制新材料及机器零件或构件的失效 分析提供基础。 二、课程教学要求 重点了解常用金属材料的力学性能,并理解各种力学性能的内在 本质,初步了解聚合物材料、陶瓷材料和复合材料的力学性能。掌握 评价常用金属材料、聚合物材料、陶瓷材料和复合材料的力学性能指 标。并具备一定的分析能力和较强的运算能力,能较熟练地对实际材 料在各种工作情况的性能做出评价
三、先行课程 学生学习完《功能材料概论》、《材料物理化学》和《材料物理导 论》以后开设本课程。 四、课程教学重、难点 本课程重点是了解衡量材料失效抗力的指标以及这些指标的物 理意义、技术意义和测试方法,弄清这些指标之间的相互关系。 本课程难点是分析内在因素(材料成分、组织状态)和外在因素 (应力状态、加载速度、温度、环境介质)对它们的影响。 五、课程教学方法与教学手段 教学方法:课程讲授中采用启发式教学,培养学生思考问题、分 析问题和解决问题的能力;增加讨论课,调动学生学习的主观能动性; 讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。 教学手段:在教学中采用板书、电子教案及多媒体教学等相结合 的教学手段,以确保全面、高质量地完成课程教学任务。 六、课程教学内容 第一章金属在单向静拉伸下的力学性能(6学时) 1.教学内容 了解颈缩现象、颈缩判据的推导及证明,金属材料的断裂的基本规律和原理。了解金属 的断裂和真实应力应变曲线。理解金属材料弹性变形、塑性变形的基本规律和原理。掌握金 属材料的拉伸曲线图,以及金属常用力学性能指标的物理意义、工程意义。掌握弹性变形和
三、先行课程 学生学习完《功能材料概论》、《材料物理化学》和《材料物理导 论》以后开设本课程。 四、课程教学重、难点 本课程重点是了解衡量材料失效抗力的指标以及这些指标的物 理意义、技术意义和测试方法,弄清这些指标之间的相互关系。 本课程难点是分析内在因素(材料成分、组织状态)和外在因素 (应力状态、加载速度、温度、环境介质)对它们的影响。 五、课程教学方法与教学手段 教学方法:课程讲授中采用启发式教学,培养学生思考问题、分 析问题和解决问题的能力;增加讨论课,调动学生学习的主观能动性; 讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。 教学手段:在教学中采用板书、电子教案及多媒体教学等相结合 的教学手段,以确保全面、高质量地完成课程教学任务。 六、课程教学内容 第一章 金属在单向静拉伸下的力学性能(6 学时) 1.教学内容 了解颈缩现象、颈缩判据的推导及证明,金属材料的断裂的基本规律和原理。了解金属 的断裂和真实应力应变曲线。理解金属材料弹性变形、塑性变形的基本规律和原理。掌握金 属材料的拉伸曲线图,以及金属常用力学性能指标的物理意义、工程意义。掌握弹性变形和
塑性变形的过程和本质。 2.重、难点提示 (1)教学重点:注意图表、曲线的运用: (2)教学难点:进行对比分析,掌握基本机理。 第二章金属在其它静加载下的力学性能(2学时) 1.教学内容 了解金属材料的扭转、弯曲、压缩载荷下的力学行为,理解金属在扭转、弯曲、压缩载 荷下的力-变形曲线及基本力学性能指标。熟练掌握金属的硬度测试方法。 2.重、难点提示 (1)教学重点:注意同第一章静拉伸载荷的力学性能指标相对比(包括曲线); (2)教学难点:硬度内容应理论与实践相结合。 第三章缺口试样的力学性能(2学时) 1.教学内容 了解材料的缺口效应和缺口敏感度,理解金属在冲击载荷下的力学性能。了解金属的低 温脆性,掌握低温脆性的测试方法。了解FAD图(断裂分析图)以及影响冲击韧性和韧脆 转折温度的因素。 2.重、难点提示 (1)教学重点:从实例引入,着重面向应用(工程实践)。 (2)教学难点:断裂分析图的推理。 第四章金属的断裂韧性(4学时) 1.教学内容 了解材料的低应力脆断的现象及本质、裂纹扩张的力学参量,线弹性力学和弹塑性力学 的应力场分析。理解平面应力与平面应变的区分,材料的断裂判据、材料的断裂韧度。掌握 评价金属断裂韧性的指标,金属构件安全性的定量计算,以及影响断裂韧性的基本因素及提 高途径。 2.重、难点提示 (1)教学重点:应力场及塑性区边界方程推导: (2)教学难点:应力场及塑性区边界方程推导。 第五章金属的疲劳(4学时) 1.教学内容
塑性变形的过程和本质。 2.重、难点提示 (1) 教学重点:注意图表、曲线的运用; (2) 教学难点:进行对比分析,掌握基本机理。 第二章 金属在其它静加载下的力学性能(2 学时) 1.教学内容 了解金属材料的扭转、弯曲、压缩载荷下的力学行为,理解金属在扭转、弯曲、压缩载 荷下的力-变形曲线及基本力学性能指标。熟练掌握金属的硬度测试方法。 2.重、难点提示 (1)教学重点:注意同第一章静拉伸载荷的力学性能指标相对比(包括曲线); (2)教学难点:硬度内容应理论与实践相结合。 第三章 缺口试样的力学性能(2 学时) 1.教学内容 了解材料的缺口效应和缺口敏感度,理解金属在冲击载荷下的力学性能。了解金属的低 温脆性,掌握低温脆性的测试方法。了解 FAD 图(断裂分析图)以及影响冲击韧性和韧脆 转折温度的因素。 2.重、难点提示 (1)教学重点:从实例引入,着重面向应用(工程实践)。 (2)教学难点:断裂分析图的推理。 第四章 金属的断裂韧性(4 学时) 1.教学内容 了解材料的低应力脆断的现象及本质、裂纹扩张的力学参量,线弹性力学和弹塑性力学 的应力场分析。理解平面应力与平面应变的区分,材料的断裂判据、材料的断裂韧度。掌握 评价金属断裂韧性的指标,金属构件安全性的定量计算,以及影响断裂韧性的基本因素及提 高途径。 2.重、难点提示 (1)教学重点:应力场及塑性区边界方程推导; (2)教学难点:应力场及塑性区边界方程推导。 第五章 金属的疲劳(4 学时) 1.教学内容
了解金属的疲劳现象。理解材料的疲劳破坏过程以及影响疲劳的基本因素及提高途径。 掌握疲劳寿命的定量计算,评价材料的疲劳抗力指标。了解低周疲劳和冲击疲劳。 2.重、难点提示 (1)教学重点:与实例相结合,通过曲线、照片相结合的方法理解金属的疲劳: (2)教学难点:注意低周与高周疲劳的对比分析。 第六章金属的磨损和接触疲劳(4学时) 1.教学内容 了解磨损现象以及磨损分类。理解材料的磨损机理。掌握评价材料的疲劳抗力指标,磨 损的试验方法以及提高金属耐磨性的途径。掌握金属的接触疲劳。 2.重、难点提示 (1)教学重点:通过实例巩固课程中所学内容。 (2)教学难点:通过实例巩固课程中所学内容。 第七章金属在环境介质作用下的力学性能(2学时) 1.教学内容 了解应力腐蚀现象,理解应力腐蚀断裂的基本机理以及氢脆的分类。掌握评价材料应力 腐蚀的力学性能指标,应力腐蚀与氢滞延滞断裂的区别与联系。 2.重、难点提示 (1)教学重点:回顾电化学的基本知识: (2)教学难点:运用对比的方法加强教学效果。 第八章金属的高温力学性能(2学时) 1.教学内容 了解金属的蠕变现象,理解蠕变变形与断裂机理,掌握评价材料的金属高温力学性能指 标及影响因素。 2.重、难点提示 (1)教学重点:区分蠕变极限和持久强度的概念。 (2)教学难点:评价材料的金属高温力学性能指标及影响因素。 第九章聚合物材料的力学性能(2学时) 1.教学内容 了解聚合物的力学性能。掌握评价聚合物材料的力学性能指标。 2.重、难点提示 (1)教学重点:将聚合物材料与金属材料的力学性能进行对比
了解金属的疲劳现象。理解材料的疲劳破坏过程以及影响疲劳的基本因素及提高途径。 掌握疲劳寿命的定量计算,评价材料的疲劳抗力指标。了解低周疲劳和冲击疲劳。 2.重、难点提示 (1)教学重点:与实例相结合,通过曲线、照片相结合的方法理解金属的疲劳; (2)教学难点:注意低周与高周疲劳的对比分析。 第六章 金属的磨损和接触疲劳(4 学时) 1.教学内容 了解磨损现象以及磨损分类。理解材料的磨损机理。掌握评价材料的疲劳抗力指标,磨 损的试验方法以及提高金属耐磨性的途径。掌握金属的接触疲劳。 2.重、难点提示 (1)教学重点:通过实例巩固课程中所学内容。 (2)教学难点:通过实例巩固课程中所学内容。 第七章 金属在环境介质作用下的力学性能(2 学时) 1.教学内容 了解应力腐蚀现象,理解应力腐蚀断裂的基本机理以及氢脆的分类。掌握评价材料应力 腐蚀的力学性能指标,应力腐蚀与氢滞延滞断裂的区别与联系。 2.重、难点提示 (1)教学重点:回顾电化学的基本知识; (2)教学难点:运用对比的方法加强教学效果。 第八章 金属的高温力学性能(2 学时) 1.教学内容 了解金属的蠕变现象,理解蠕变变形与断裂机理,掌握评价材料的金属高温力学性能指 标及影响因素。 2.重、难点提示 (1)教学重点:区分蠕变极限和持久强度的概念。 (2)教学难点:评价材料的金属高温力学性能指标及影响因素。 第九章 聚合物材料的力学性能(2 学时) 1.教学内容 了解聚合物的力学性能。掌握评价聚合物材料的力学性能指标。 2.重、难点提示 (1)教学重点:将聚合物材料与金属材料的力学性能进行对比
(2教学难点:了解高分子材料的基本知识。 第十章陶瓷材料的力学性能(2学时) 1.教学内容 陶瓷材料的力学性能。掌握评价陶瓷材料的力学性能指标。 2.重、难点提示 (1)教学重点:将陶瓷材料与其它材料的力学性能进行对比: (2)教学难点:评价陶瓷材料的力学性能指标。 第十一章复合材料的力学性能(2学时) 1.教学内容 了解复合材料的力学性能。掌握评价复合材料的力学性能指标。 2.重、难点提示 (1)教学重点:复合材料与基体材料的力学性能的对比: (1)教学难点:评价复合材料的力学性能指标。 七、学时分配 教学环节 章目 教学内容 理论教学学时 金属在单向静拉伸下的力学性能 6 二 金属在其它静加载下的力学性能 2 三 缺口试样的力学性能 2 四 金属的断裂韧性 4 五 金属的疲劳 4 六 金属的磨损和接触疲劳 4 七 金属在环境介质作用下的力学性能 2 八 金属的高温力学性能 2 九 聚合物材料的力学性能 2 十 陶瓷材料的力学性能 2 十一 复合材料的力学性能 2 总计 32
(2 教学难点:了解高分子材料的基本知识。 第十章 陶瓷材料的力学性能(2 学时) 1.教学内容 陶瓷材料的力学性能。掌握评价陶瓷材料的力学性能指标。 2.重、难点提示 (1)教学重点:将陶瓷材料与其它材料的力学性能进行对比; (2)教学难点:评价陶瓷材料的力学性能指标。 第十一章 复合材料的力学性能(2 学时) 1.教学内容 了解复合材料的力学性能。掌握评价复合材料的力学性能指标。 2.重、难点提示 (1)教学重点:复合材料与基体材料的力学性能的对比; (1)教学难点:评价复合材料的力学性能指标。 七、学时分配 章目 教学内容 教学环节 理论教学学时 一 金属在单向静拉伸下的力学性能 6 二 金属在其它静加载下的力学性能 2 三 缺口试样的力学性能 2 四 金属的断裂韧性 4 五 金属的疲劳 4 六 金属的磨损和接触疲劳 4 七 金属在环境介质作用下的力学性能 2 八 金属的高温力学性能 2 九 聚合物材料的力学性能 2 十 陶瓷材料的力学性能 2 十一 复合材料的力学性能 2 总计 32
八、课程考核方式 1.考核方式: 笔试;开卷。 2.成绩构成 试卷成绩。 九、选用教材和参考书目 [1]《工程材料力学性能》(第二版),束德林,机械工业出版社,2010年: [2]《金属力学性能》,王学武,机械工业出版社,2012年: [3]《材料强度学》,张俊善,哈尔滨工业大学出版社,2014年: [4]《断裂与疲劳》,伍颖,中国地质大学出版社,2009年: [5]《应用断裂力学》,郦正能,北京航空航天大学出版社,2012年
八、课程考核方式 1.考核方式: 笔试;开卷。 2.成绩构成 试卷成绩。 九、选用教材和参考书目 [1] 《工程材料力学性能》(第二版), 束德林,机械工业出版社,2010 年; [2] 《金属力学性能》,王学武,机械工业出版社,2012 年; [3] 《材料强度学》,张俊善,哈尔滨工业大学出版社,2014 年; [4] 《断裂与疲劳》,伍颖,中国地质大学出版社,2009 年; [5] 《应用断裂力学》,郦正能,北京航空航天大学出版社,2012 年