《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：材料化学 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：材料化学 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 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