材料性能學(xué)教學(xué)大綱

1、材料性能學(xué)一、課程說明課程編號：070103Z10課程名稱：材料性能學(xué)/ Properties of Materials課程類別：專業(yè)教育課程學(xué)時/學(xué)分：32/2先修課程：材料物理、物理化學(xué)、材料力學(xué)、金屬學(xué)原理、材料化學(xué)原理適用專業(yè)：粉體材料科學(xué)與工程/材料化學(xué)教材、教學(xué)參考書：1.王從曾主編.材料性能學(xué).北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社.2001年；2.田蒔主編.材料物理性能.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2004年3.鄭修麟、喬生儒主編.材料的力學(xué)性能.西安：西北工大出版社.2000年4.韋德駿主編.材料力學(xué)性能與應(yīng)力測試.長沙：湖南大學(xué)出版社.1997年5.Marc Andr´e M

2、eyers，Krishan Kumar Chawla.Mechanical Behavior of Materials. Cambridge University Press 20096.J Rösler, H Harders, M Bäker.Mechanical Behaviour of Engineering Materials.Springer 2007二、課程設(shè)置的目的意義本課程是粉體材料科學(xué)與工程專業(yè)和材料化學(xué)專業(yè)的重要專業(yè)課，是學(xué)生從事材料研究的基礎(chǔ)課程之一。通過本課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握材料性能方面的基本概念和測試原理，加深對材料成分、組織、結(jié)構(gòu)、工藝與性能之間

3、關(guān)系的理解，掌握材料各種性能的基本規(guī)律和特征，探討改善材料性能的基本途徑，了解材料性能的主要應(yīng)用和發(fā)展方向，為學(xué)生建立牢固的基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用材料性能學(xué)的基本原理與測試方法，發(fā)現(xiàn)、分析和解決材料各種問題的能力，也為研究開發(fā)新材料打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。三、課程的基本要求知識：掌握材料力學(xué)性能的概念和測試方法，包括材料拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、彎曲等受力下的力學(xué)性能指標(biāo)，材料的硬度指標(biāo)和測試技術(shù)，材料沖擊韌性、斷裂韌性、疲勞性能、磨損性能、蠕變、熱學(xué)性能、磁學(xué)性能、電學(xué)性能和光學(xué)性能相關(guān)的基本性能指標(biāo)、基本理論與測試方法等知識。學(xué)會不同材料的性能指標(biāo)和測試技術(shù)的差異，結(jié)合材料的結(jié)構(gòu)分析測試材料的性能，從而指

4、導(dǎo)新材料的設(shè)計開發(fā)，形成結(jié)構(gòu)-性能-測試-設(shè)計開發(fā)的基本知識結(jié)構(gòu)。能力：從應(yīng)用的角度理解材料性能的基本概念和規(guī)律，掌握提高材料性能的基本途徑，提高新材料設(shè)計的能力；將材料性能相關(guān)知識綜合運(yùn)用，融會貫通，培養(yǎng)解決復(fù)雜工程的能力；掌握材料性能學(xué)的基本測試方法，針對具體問題通過測試分析提出有效的解決方案，提高開發(fā)解決新材料的能力；在物理化學(xué)和材料學(xué)科的交叉知識討論中培養(yǎng)創(chuàng)新意識，提高分析、發(fā)現(xiàn)、研究和解決問題的能力。素質(zhì)：建立材料-測試-設(shè)計開發(fā)一體的觀念，通過課程中的分析討論培養(yǎng)分析溝通交流素質(zhì)。建立材料性能測試分析到應(yīng)用的思維模式，提升理解復(fù)雜工程問題的基本素質(zhì)。通過課外導(dǎo)學(xué)的模式，提升自主學(xué)習(xí)

5、和終身學(xué)習(xí)的意識，形成不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的素質(zhì)。四、教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)難點(diǎn)及教學(xué)設(shè)計章節(jié)教學(xué)內(nèi)容總學(xué)時學(xué)時分配教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)方案設(shè)計（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）講課(含研討)實(shí)踐緒論110材料性能學(xué)的發(fā)展和研究內(nèi)容用歷史事件講解材料性能的發(fā)展、重要意義和研究內(nèi)容。第1章材料單向靜拉伸的力學(xué)性能力-伸長曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線；彈性變形性能及指標(biāo)；非理想彈性與內(nèi)耗；塑形變形及性能指標(biāo)；材料斷裂；330應(yīng)力-應(yīng)變曲線；彈性變形本質(zhì)；彈性模量影響因素；非理想彈性的概念和應(yīng)用；塑形變形的機(jī)理，應(yīng)變硬化和斷裂分類，斷裂的機(jī)理和失效分析不同材料力學(xué)曲線的異同；彈性的本質(zhì)；應(yīng)變硬化機(jī)理教學(xué)思路：由力-伸長和應(yīng)力-

6、應(yīng)變曲線引入靜拉伸的基本性能指標(biāo)和概念；采用原子雙模型解釋彈性本質(zhì)；典型實(shí)例分析非理想彈性；位錯理論說明塑形變形和斷裂的機(jī)理；典型構(gòu)件的失效分析；教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)、課堂講授、視頻觀看、課堂提問、課后作業(yè)、1學(xué)時專題討論。第2章材料在其他靜載下的力學(xué)性質(zhì)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)；扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮的力學(xué)性能；缺口試樣靜載力學(xué)性能；材料的硬度220應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)概念；扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮指標(biāo)的物理意義和測量方法；缺口敏感度；布氏、洛氏、維氏、肖氏、莫氏硬度的概念和測試 原理應(yīng)力狀態(tài)的軟性系數(shù)的概念以及意義；不同硬度之間的異同教學(xué)思路：由工程力學(xué)強(qiáng)度理論引入應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)的概念；通過典型實(shí)例強(qiáng)化材料其他靜載

7、下的性能；教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)、課堂講授、視頻觀看、課堂提問、課后作業(yè)。第3章材料的沖擊韌性及低溫脆性沖擊彎曲和沖擊韌性；低溫脆性；材料高速沖擊下的斷裂220材料的沖擊實(shí)驗(yàn)性能指標(biāo)；材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度的確定和影響因素；材料高速沖擊下斷裂特點(diǎn)韌脆轉(zhuǎn)變溫度的本質(zhì)；材料高速沖擊下的變形 機(jī)理教學(xué)思路：以材料力學(xué)和材料科學(xué)基礎(chǔ)知識點(diǎn)為基礎(chǔ)，通過典型實(shí)例突出材料沖擊載荷下的變形規(guī)律。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)、課堂講授、視頻觀看、課堂提問、課后作業(yè)。第4章材料的斷裂韌性線彈性條件下的斷裂韌性；彈塑性條件下的斷裂韌性；影響斷裂韌性的因素；斷裂韌性在工程中的應(yīng)用 330應(yīng)力場強(qiáng)度因子概念和意義；KIC、GIC的概念和推

8、導(dǎo);JIC COD的概念和推導(dǎo)；影響斷裂韌性的內(nèi)在外在因素；斷裂韌度在材料選擇、安全校核、失效分析、材料脆性評價和新材料設(shè)計開發(fā)中的應(yīng)用應(yīng)力場強(qiáng)度因子KI；J積分概念；工程應(yīng)用的具體計算和分析教學(xué)思路：結(jié)合材料力學(xué)和材料科學(xué)基礎(chǔ)知識點(diǎn)，通過典型工程構(gòu)件斷裂實(shí)例，講解K、G、J和COD四個斷裂判據(jù)和相應(yīng)指標(biāo)。用對比方法突出四個指標(biāo)的異同。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)、課堂講授、視頻觀看、課堂提問、課后作業(yè)。第5章材料的疲勞性能材料疲勞破壞的一般規(guī)律；不同材料疲勞破壞的機(jī)理；疲勞性能指標(biāo)；影響疲勞性能的因素；熱應(yīng)力疲勞220疲勞破壞和疲勞斷口的概念和特征；疲勞裂紋的形成機(jī)理；疲勞實(shí)驗(yàn)的方法和疲勞指標(biāo)；材料或

9、構(gòu)件的工作條件、表面狀態(tài)、表面處理、成分結(jié)構(gòu)等對疲勞性能的影響規(guī)律和機(jī)理；抗熱震斷裂參數(shù)和抗熱震損傷參數(shù)不同材料疲勞破壞的機(jī)理及異同；表面處理對疲勞強(qiáng)度的影響；疲勞強(qiáng)度的測試方法；疲勞剩余壽命的估算教學(xué)思路：結(jié)合材料力學(xué)和材料科學(xué)基礎(chǔ)知識點(diǎn)，通過典型工程構(gòu)件疲勞斷裂實(shí)例，講解疲勞破壞的典型形貌特征和疲勞抗力相應(yīng)指標(biāo)，突出疲勞性能在實(shí)際構(gòu)件中的重要意義和提 高疲勞性能的主要 措施。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)、課堂講授、視頻觀看、文獻(xiàn)查閱、課后作業(yè)。第6章材料的磨損性能磨損的概念和類型；材料磨損過程；材料耐磨性及其測試方法；提高材料耐磨性的途徑；炭炭材料的磨損220粘著磨損、磨粒磨損和接觸疲勞磨損的概念、

10、磨損機(jī)理和磨損過程；磨損實(shí)驗(yàn)方法的異同；金屬非金屬材料耐磨性的提高措施；炭炭復(fù)合材料的磨損特點(diǎn)接觸疲勞磨損；磨損過程的分析；提高耐磨性的機(jī)理教學(xué)思路：通過磨損失效的實(shí)際分析，講解材料磨損的分類和機(jī)理；結(jié)合專題介紹和現(xiàn)場教學(xué)介紹炭炭復(fù)合材料的磨損規(guī)律，加深對材料磨損的理解。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)、課堂講授、視頻觀看、現(xiàn)場觀摩、課后作業(yè)。第7章材料的高溫力學(xué)性能材料高溫蠕變性能；高溫短時拉伸性能；高溫硬度；高溫疲勞性能；鈦合金高溫蠕變簡介220材料的高溫蠕變特點(diǎn)、指標(biāo)和測試方法；影響蠕變的因素；高溫拉伸性能指標(biāo)；高溫硬度測試；高溫疲勞和蠕變的交互作用金屬蠕變極限和持久強(qiáng)度的概念；高分子材料高溫性能；影

11、響金屬蠕變的因素教學(xué)思路：通過高溫構(gòu)件的使用特點(diǎn)引入蠕變概念，采用比較的方法講解高溫下材料變形的規(guī)律；結(jié)合專題介紹和發(fā)動機(jī)材料的介紹，突出結(jié)構(gòu)材料高溫性能的重要性。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)、課堂講授、視頻觀看、課堂提問、課后作業(yè)。第8章材料的耐腐蝕性能材料腐蝕基本概念；金屬的電化學(xué)腐蝕；氧化腐蝕；金屬材料應(yīng)力腐蝕；材料腐蝕性能指標(biāo)及其測試；提高材料耐腐蝕措施330材料腐蝕概念、分類；電化學(xué)腐蝕機(jī)理；氧化腐蝕的特征；材料應(yīng)力腐蝕條件、特征、機(jī)理；材料耐蝕性評定方法；防止材料腐蝕的措施金屬材料電化學(xué)腐蝕機(jī)理；防腐蝕措施的機(jī)理教學(xué)思路：通過腐蝕的破壞統(tǒng)計和材料腐蝕實(shí)例引入材料腐蝕研究的概念及其重要意義；結(jié)

12、合物理化學(xué)知識，通過典型案例講解防止材料腐蝕的措施； 教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)、課堂講授、課堂提問、課后作業(yè)、1學(xué)時專題討論。第9章材料的電學(xué)性能材料的導(dǎo)電性能與超導(dǎo)性能；材料的熱電性能；介質(zhì)極化與損耗；絕緣材料抗電強(qiáng)度；壓電與鐵電性能440材料的電阻、電導(dǎo)、超導(dǎo)的概念、機(jī)理和測試；熱電效應(yīng)；熱敏、光敏、磁敏等概念和測試；介質(zhì)極化和介電常數(shù)的概念原理及測試；材料壓電和鐵電效應(yīng)；鐵電、熱釋電、壓電和介電體的關(guān)系金屬材料的導(dǎo)電機(jī)理；介電常數(shù)的測試；電滯回線教學(xué)思路：以超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)和石墨烯材料的獲獎引入材料導(dǎo)電性能；以實(shí)際案例分析方式介紹材料的各種電學(xué)性能，采用比較的方法加深對材料各個電性能參數(shù)的理解；

13、 教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)、課堂講授、課堂提問、課后作業(yè)。第10章材料的磁學(xué)性能材料的磁學(xué)分類；基本磁學(xué)性能；抗磁與順磁；鐵磁、反鐵磁與亞鐵磁；常用磁性材料的分類及應(yīng)用440抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁的概念、機(jī)理和測試方法；自發(fā)磁化和磁疇；技術(shù)磁化與磁滯回線；影響材料鐵磁性的因素；常見的鐵磁材料及制備材料磁化性質(zhì)的物理本質(zhì)；鐵磁自發(fā)磁化的條件；磁滯回線；教學(xué)思路：以中國磁學(xué)應(yīng)用歷史引入材料磁學(xué)概念；結(jié)合物理知識講解材料磁性的本質(zhì)規(guī)律；以實(shí)際案例分析方式介紹材料的各種磁學(xué)性能和常見的磁性材料，采用和電學(xué)參數(shù)比較的方法加深對材料各個磁性能參數(shù)的理解； 教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)、課堂講授、課堂提問

14、、1學(xué)時專題討論、課后作業(yè)第11章材料的熱學(xué)性能熱學(xué)性能的物理基礎(chǔ)；材料的熱容、熱膨脹和熱傳導(dǎo)；材料的熱穩(wěn)定性220固體的熱振動方程；熱容的愛因斯坦模型和德拜模型；材料熱容的影響因素及測試方法；熱膨脹、熱傳導(dǎo)的性能指標(biāo)、機(jī)理和影響因素；熱應(yīng)力和抗熱沖擊參數(shù)電熱法測熱容的機(jī)理；固體材料導(dǎo)熱機(jī)理； 教學(xué)思路：以物理化學(xué)基礎(chǔ)知識為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際材料的熱現(xiàn)象，講解材料的熱學(xué)性能指標(biāo)及其實(shí)際 應(yīng)用；教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)、課堂講授、課堂提問、課后作業(yè)。第12章材料的光學(xué)性能材料線性光學(xué)性能的基本指標(biāo)；線性光學(xué)性能的應(yīng)用及影響因素； 220材料折射、色散、反射、吸收、散射等線性光學(xué)性能指標(biāo)的概念及應(yīng)用；材料的透光性、界面反射與光澤材料對電磁波(光)的吸收；光學(xué)材料的設(shè)計原理教學(xué)思路：以物理化學(xué)基礎(chǔ)知識為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際材料的光學(xué)現(xiàn)象，講解材料的光學(xué)性能基本指標(biāo)及其實(shí)際應(yīng)用；采用典型實(shí)例分析方法突出光學(xué)材料的設(shè)計原理和重要意義。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)、課堂講授、課堂提問、課后作業(yè)。合計32320五、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和基本要求本課程不含實(shí)踐學(xué)時，對應(yīng)實(shí)踐部分已納入實(shí)驗(yàn)?zāi)K材