《斷裂力學(xué)》課程教學(xué)大綱

1、大學(xué)本科專業(yè)培養(yǎng)方案課程教學(xué)大綱編 碼：EM06011 Code: EM06011課程名稱：斷裂力學(xué) Course Title: Fracture Mechanics課程類別：專業(yè)選修 Course category: Elective Courses in Specialty學(xué) 分：2 Credit(s): 2開課單位：機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院 Offering College/School: College of Mechanical & Vehicle Engineering課程描述：斷裂力學(xué)是一門為工程力學(xué)專業(yè)本科生開設(shè)的專業(yè)選修課。本課程的主要講授疲勞與斷裂的一些基本理論與研究方法

2、。通過本課程的學(xué)習(xí)可了解疲勞與斷裂對(duì)生產(chǎn)生活的危害、金屬疲勞失效的一般機(jī)理、材料裂紋萌生裂紋擴(kuò)展及瞬斷的基本過程、工程材料斷裂判據(jù)與斷裂控制基本概念、工程材料與結(jié)構(gòu)疲勞壽命評(píng)估的基本方法和基于彈塑性斷裂力學(xué)的損傷容限疲勞設(shè)計(jì)等。本課程有利于培養(yǎng)學(xué)生分析及解決工程材料與結(jié)構(gòu)疲勞與斷裂問題的基本思路與能力。Course description: “Fracture Mechanics” is an optional professional course for undergraduates whose major is engineering mechanics. This course mai

3、nly introduces the basic theories and research methods of the fatigue and fracture. The objective of this course is to enable students to understand and master the damages caused by fatigue and fracture, failure mechanism of metal fatigue, the process of crack initiation, propagation and transient f

4、racture, basic theory of fracture criterion and fracture controlling, classical methods of material and structural fatigue life prediction, fatigue damage tolerance design based on the elastic-plastic fracture mechanics, etc. This course is beneficial to cultivate students basic idea and ability of

5、analyzing and solving the fatigue and fracture problems in engineering materials and structures.課程內(nèi)容（一）課程教學(xué)目標(biāo)本課程是一門為工程力學(xué)本科生開設(shè)的專業(yè)選修課。通過該課程學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生掌握疲勞與斷裂的基本概念、基本理論和基本研究方法，能夠分析工程中材料與結(jié)構(gòu)破壞的原因，估算工程構(gòu)件疲勞壽命，進(jìn)行工程材料與結(jié)構(gòu)的疲勞斷裂設(shè)計(jì)與分析，打下必要的理論基礎(chǔ)。該課程對(duì)學(xué)生日后進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗疲勞設(shè)計(jì)有很好的指導(dǎo)作用，對(duì)工程實(shí)踐中安全節(jié)省材料輕量化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)十分有益。（相應(yīng)畢業(yè)要求：1、2、3、4、5）（二）

6、基本教學(xué)內(nèi)容緒論教學(xué)目的：1. 掌握關(guān)于疲勞基本概念及疲勞過程。2. 了解疲勞破壞對(duì)生產(chǎn)的嚴(yán)重性。3. 理解疲勞設(shè)計(jì)4種方法。4. 理解疲勞微觀機(jī)理與斷口特征。5. 明確疲勞斷裂研究方法。相應(yīng)畢業(yè)要求：1教學(xué)內(nèi)容：1. 什么是疲勞。2. 疲勞斷裂破壞的嚴(yán)重性。3. 疲勞設(shè)計(jì)方法。4. 疲勞斷口特征。5. 疲勞斷裂研究方法。學(xué)時(shí)分配：課堂教學(xué)2學(xué)時(shí)第一章、應(yīng)力疲勞教學(xué)目的：1. 掌握基本S-N曲線并會(huì)用該曲線預(yù)測(cè)構(gòu)件壽命。2. 理解平均應(yīng)力對(duì)壽命的影響，了解等壽命曲線會(huì)用等壽命曲線。3. 理解影響疲勞性能的若干因素。4. 了解缺口疲勞及相應(yīng)的缺口應(yīng)力集中系數(shù)。5. 變幅載荷譜下的疲勞壽命掌握線性

7、累計(jì)損傷理論。6. 了解隨機(jī)譜與循環(huán)計(jì)數(shù)，法掌握雨流計(jì)數(shù)法。教學(xué)重點(diǎn)：用S-N曲線預(yù)測(cè)構(gòu)件壽命、利用線性累計(jì)損傷理論計(jì)算壽命、雨流計(jì)數(shù)法。教學(xué)難點(diǎn)：用S-N曲線預(yù)測(cè)構(gòu)件壽命、利用線性累計(jì)損傷理論計(jì)算壽命、雨流計(jì)數(shù)法等壽命曲線圖。相應(yīng)畢業(yè)要求：1、2、3教學(xué)內(nèi)容：1. 基本S-N曲線。2. 平均應(yīng)力的影響。3. 影響疲勞性能的若干因素。4. 缺口疲勞。5. 變幅載荷譜下的疲勞壽命。6. 隨機(jī)譜與循環(huán)計(jì)數(shù)法。學(xué)時(shí)分配：課堂教學(xué)6學(xué)時(shí)第二章、應(yīng)變疲勞教學(xué)目的：1. 理解真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變和工程應(yīng)力應(yīng)變區(qū)別與聯(lián)系， 掌握Remberg-Osgood 彈塑性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。2. 理解滯后環(huán)循環(huán)硬化和軟化現(xiàn)象，

8、掌握循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線。3. 了解材料的記憶特性，掌握變幅循環(huán)響應(yīng)計(jì)算。4. 掌握應(yīng)變疲勞性能及應(yīng)變疲勞的壽命估算。5. 掌握Neuber理論，能進(jìn)行缺口應(yīng)變分析。教學(xué)重點(diǎn)：?jiǎn)握{(diào)應(yīng)力- 應(yīng)變響應(yīng)、滯后環(huán)和循環(huán)應(yīng)力 -應(yīng)變響應(yīng)、變幅循環(huán)響應(yīng)計(jì)算、應(yīng)變疲勞性能及應(yīng)變疲勞的壽命估算、缺口應(yīng)變分析。教學(xué)難點(diǎn)：滯后環(huán)和循環(huán)應(yīng)力 -應(yīng)變響應(yīng)、應(yīng)變疲勞性能及應(yīng)變疲勞的壽命估算。相應(yīng)畢業(yè)要求：1、2、3教學(xué)內(nèi)容：1. 單調(diào)應(yīng)力- 應(yīng)變響應(yīng)。2. 滯后環(huán)和循環(huán)應(yīng)力 -應(yīng)變響應(yīng)。3. 材料的記憶特性與變幅循環(huán)響應(yīng)計(jì)算。4. 應(yīng)變疲勞性能。5. 缺口應(yīng)變分析。學(xué)時(shí)分配：課堂教學(xué)4學(xué)時(shí)。第三章、斷裂失效與斷裂控制設(shè)計(jì)

9、教學(xué)目的：1. 理解斷裂中基本概念低應(yīng)力斷裂、剩余強(qiáng)度、了解裂紋形式。2. 了解三種形式裂紋，理解裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子。3. 理解控制斷裂的三個(gè)基本因素裂紋幾何、作用應(yīng)力、裂紋韌性。4. 掌握材料的斷裂韌性 K1c概念，了解測(cè)量斷裂韌性 K1c。5. 掌握斷裂判據(jù)與斷裂控制設(shè)計(jì)的基本概念。教學(xué)重點(diǎn)：裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子、斷裂韌性 K1c、斷裂判據(jù)與斷裂控制設(shè)計(jì)的基本概念。教學(xué)難點(diǎn)：裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子。相應(yīng)畢業(yè)要求：1、2、3教學(xué)內(nèi)容：1. 結(jié)構(gòu)中的裂紋。2. 裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子。3. 控制斷裂的三個(gè)基本因素。4. 材料的斷裂韌性 K1c。5. 斷裂判據(jù)與斷裂控制設(shè)計(jì)的基本概念。學(xué)時(shí)

10、分配：課堂教學(xué)6學(xué)時(shí)第五章、表面裂紋教學(xué)目的：1. 理解拉伸載荷作用下無限大體或半無限大體中的埋藏裂紋和表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子。2. 理解拉伸載荷作用下有限體中表面裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子。3. 理解彎曲載荷作用下有限體中表面裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子。教學(xué)重點(diǎn)：拉伸載荷作用下無限大體或半無限大體中的埋藏裂紋和表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的分析。教學(xué)難點(diǎn)：拉伸載荷作用下無限大體或半無限大體中的埋藏裂紋和表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的分析。相應(yīng)畢業(yè)要求：1、2、5教學(xué)內(nèi)容：1. 拉伸載荷作用下無限大體中的埋藏裂紋和表面裂紋。2. 拉伸載荷作用下有限體中表面裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子。3. 彎曲載荷作用下有限體中表面裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子。

11、學(xué)時(shí)分配：課堂教學(xué)4學(xué)時(shí)第六章、彈塑性斷裂力學(xué)簡(jiǎn)介教學(xué)目的：1. 了解裂尖屈服區(qū)、理解裂尖屈服后的應(yīng)力強(qiáng)度因子。2. 理解裂紋尖端張開位移基本概念。3. 理解CTOD測(cè)試與彈塑性斷裂控制設(shè)計(jì)。教學(xué)重點(diǎn)：裂尖屈服后的應(yīng)力強(qiáng)度因子、裂紋尖端張開位移。教學(xué)難點(diǎn)：裂尖屈服后的應(yīng)力強(qiáng)度因子。相應(yīng)畢業(yè)要求：1、2、3教學(xué)內(nèi)容：1. 裂紋尖端的小范圍屈服。2. 裂紋尖端張開位移。3. CTOD測(cè)試與彈塑性斷裂控制設(shè)計(jì)。學(xué)時(shí)分配：課堂教學(xué)4學(xué)時(shí)第7章、疲勞裂紋擴(kuò)展教學(xué)目的：1. 理解疲勞裂紋擴(kuò)展控制參量、理解疲勞裂紋擴(kuò)展速率、掌握經(jīng)典的Paris公式。2. 掌握疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)。教學(xué)重點(diǎn)：疲勞裂紋擴(kuò)展速率、疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)、經(jīng)典的Paris公式。教學(xué)難點(diǎn)：疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)。相應(yīng)畢業(yè)要求：1、2、3、4教學(xué)內(nèi)容：1. 疲勞裂紋擴(kuò)展速率。2. 疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)。學(xué)時(shí)分配：課堂教學(xué)2學(xué)時(shí)考核方式本課程考核采用考查形式期評(píng)成績(jī)占比：1. 平時(shí)成績(jī)（作業(yè)、考勤、上機(jī)）占30%2. 期末成績(jī)（大作業(yè)形式）占70%持續(xù)改進(jìn)方法1、采用先進(jìn)的教學(xué)手段、方法和教學(xué)理念。2、各章節(jié)布置一定量的習(xí)題。3、對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)講解。4、針對(duì)疲勞試驗(yàn)、疲勞裂紋擴(kuò)展