《材料性能學(xué)》課程教學(xué)大綱

1、材料性能學(xué)課程教學(xué)大綱課程編號DB1524005課程名稱材料性能學(xué)課程性質(zhì)專業(yè)必修課英文名稱Properties of Materials 開課單位材料與化工學(xué)院面向?qū)I(yè)材料科學(xué)與工程授課語種漢語學(xué)分4總學(xué)時(shí)60理論學(xué)時(shí)54實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)6討論學(xué)時(shí)0上機(jī)學(xué)時(shí)0其他學(xué)時(shí)0開課學(xué)期第4學(xué)期先修課程材料科學(xué)基礎(chǔ)、工程力學(xué)一、課程簡介本課程是一門面向材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)的專業(yè)必修課。該課程以材料的力學(xué)性能和物理性能為出發(fā)點(diǎn)，闡述表征材料在單向靜拉伸下的力學(xué)性能、其它靜載下的力學(xué)性能、沖擊韌性及低溫脆性、斷裂韌度、疲勞性能、磨損性能、高溫力學(xué)性能、熱學(xué)性能、磁學(xué)性能、電學(xué)性能、光學(xué)性能、壓電和鐵電性能、

2、耐腐蝕性能的參數(shù)及特征，并將其用于材料選取和檢測分析；解釋材料性能的物理本質(zhì)，分析影響材料性能的因素；講述用于材料性能測試常用儀器的使用原理和方法，并解釋其局限性。二、課程目標(biāo)和基本要求通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠?qū)⒉牧闲阅軐W(xué)知識用于材料選取、檢測分析中涉及的復(fù)雜工程問題解決方案的比較；能夠認(rèn)識到提高材料的性能有多種方案可選擇；能夠運(yùn)用材料性能學(xué)原理，借助文獻(xiàn)研究，分析材料相關(guān)復(fù)雜工程問題的影響因素，以獲得有效結(jié)論；能夠認(rèn)識材料性能測試常用的現(xiàn)代儀器的使用原理和方法，并理解其局限性。具體目標(biāo)如下：1、能夠闡述表征材料力學(xué)性能和物理性能的參數(shù)及特征，并將其用于材料選取、檢測分析中解決方案的比較。

3、2、能夠基于材料力學(xué)性能和物理性能知識，認(rèn)識到提高材料的性能有多種方案可選擇。3、能夠運(yùn)用斷裂韌性原理，借助文獻(xiàn)研究尋求有效的解決方案，分析材料斷裂的影響因素，以獲得有效結(jié)論。4、能夠明確材料性能測試常用現(xiàn)代儀器的使用原理和方法，并解釋其局限性。三、課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐情況課程目標(biāo)所支撐的畢業(yè)要求所支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)支撐權(quán)重11工程知識1-4：能夠?qū)⒉牧峡茖W(xué)與工程專業(yè)知識和數(shù)學(xué)模型方法用于材料選取、工藝設(shè)計(jì)、檢測分析中涉及的復(fù)雜工程問題解決方案的比較與綜合。0.322問題分析2-3：能夠認(rèn)識到解決材料相關(guān)復(fù)雜工程問題有多種方案可選擇，通過文獻(xiàn)搜集、鑒別、整理和研究，尋求可替代的解決方案。

4、0.332問題分析2-4：能夠運(yùn)用自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，借助文獻(xiàn)研究，分析材料相關(guān)復(fù)雜工程問題的影響因素，以獲得有效結(jié)論。0.345使用現(xiàn)代工具5-1：能夠明確材料專業(yè)常用的現(xiàn)代儀器、信息技術(shù)工具、工程工具和模擬軟件的使用原理和方法，并理解其局限性。0.1教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求教學(xué)方法對應(yīng)課程目標(biāo)學(xué)時(shí)分配布置任務(wù)1材料單向靜拉伸的力學(xué)性能1.1力-伸長曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線1.2變形1.3斷裂能夠闡述屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模數(shù)、伸長率等表征材料力學(xué)性能的參數(shù)及特征；分析材料的斷裂強(qiáng)度。PPT講授課堂提問案例分析1、2授課（8）2材料在其它靜載下的力學(xué)性能2.1應(yīng)力狀態(tài)軟性系

5、數(shù)2.2材料扭轉(zhuǎn)性能2.3材料彎曲與壓縮性能2.4硬度能夠闡述應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)、缺口敏感度、硬度等參數(shù)及其特征，選擇合適的硬度計(jì)檢測材料的硬度，并進(jìn)行硬度分析。PPT講授課堂提問案例分析1、2授課（4）3材料的沖擊韌性及低溫脆性能夠闡述材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度并進(jìn)行檢測，分析低溫脆性的影響因素。PPT講授課堂討論案例分析1、2授課（2）4材料的斷裂韌性4.1線彈性條件下斷裂韌性4.2彈塑性條件下斷裂韌性4.3影響材料斷裂韌度的因素4.4斷裂韌度在工程的中應(yīng)用能夠闡述修正后的應(yīng)力場強(qiáng)度因子、斷裂韌度、斷裂韌性等參數(shù)及其特征，明晰斷裂韌度的影響因素；運(yùn)用斷裂韌性原理、判據(jù)，分析材料服役的可靠性，借助文獻(xiàn)

6、研究，尋求有效的解決方案，分析過程的影響因素，獲得有效結(jié)論。PPT講授課堂討論案例分析1、3授課（10）5材料的疲勞性能5.1 疲勞破壞的一般規(guī)律5.2 疲勞破壞的機(jī)理5.3疲勞抗力指標(biāo)5.4影響材料及機(jī)件疲勞強(qiáng)度的因素5.5熱疲勞（自學(xué)）能夠闡述疲勞缺口敏感度、疲勞裂紋擴(kuò)展速率、疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值、疲勞強(qiáng)度等參數(shù)及其特征，疲勞破壞的機(jī)理，分析材料的疲勞剩余壽命。PPT講授課堂討論案例分析1、2授課（8）6材料的磨損性能能夠闡述接觸應(yīng)力、磨損量、磨損系數(shù)等參數(shù)及其特征，運(yùn)用磨損機(jī)理尋求提高耐磨性的措施。PPT講授課堂討論案例分析、2授課（2）7材料的高溫力學(xué)性能能夠明晰蠕變極限、持久強(qiáng)度、高溫

7、硬度等參數(shù)及其特征、分析影響蠕變性能的主要因素。PPT講授課堂討論案例分析、2授課（2）作業(yè)18材料的熱學(xué)性能8.1熱學(xué)性能的物理基礎(chǔ)8.2熱容8.3熱膨脹8.4熱傳導(dǎo)能夠闡述熱容、熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率等表征材料物理性能的參數(shù)及其特征，明晰熱膨脹和熱傳導(dǎo)的機(jī)理，分析相應(yīng)的影響因素，選擇滿足性能需求的材料。PPT講授課堂討論案例分析1、2授課（6）9材料的磁學(xué)性能9.1基本磁學(xué)性能9.2抗磁性與順磁性9.3鐵磁性與反鐵磁性能夠闡述磁矩、磁導(dǎo)率、磁化率等參數(shù)，解釋磁滯回線、自發(fā)磁化、鐵磁性等。PPT講授課堂討論1授課（2）10材料的電學(xué)性能10.1導(dǎo)電性能10.2熱電性能10.3半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的敏感

8、效應(yīng)10.4介質(zhì)極化與介電性能能夠闡述能隙、電導(dǎo)率、極化率、介電強(qiáng)度等參數(shù)及其特征，明晰影響電導(dǎo)率、極化率、的主要因素，運(yùn)用導(dǎo)電原理闡述改變材料電導(dǎo)率的主要措施。PPT講授課堂討論案例分析1、2授課（6）11材料的光學(xué)性能能夠闡述折射率、吸收率、反轉(zhuǎn)離子數(shù)等參數(shù)及其特征、明晰激光器的工作原理和典型應(yīng)用。PPT講授課堂討論1授課（2）12材料的壓電和鐵電性能12.1壓電性能12.2熱釋電與鐵電性能12.3鐵電材料的電光效用及其應(yīng)用12.4影響材料壓電性能及鐵電性能的因素能夠闡述壓電常數(shù)、熱釋電系數(shù)等參數(shù)及其特征，分析影響壓電和鐵電性的主要因素，解釋自發(fā)極化、電滯回線。PPT講授課堂討論1授課（2

9、）13材料的耐腐蝕性能能夠闡述應(yīng)力腐蝕速度、平均腐蝕率等參數(shù)及其特征，明晰應(yīng)力腐蝕的機(jī)理、影響因素；運(yùn)用耐腐蝕原理探索有效的預(yù)防措施。PPT講授課堂討論案例分析1、2授課（2）作業(yè)2實(shí)驗(yàn)1硬度實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛎鞔_布氏、維氏、洛氏硬度計(jì)等儀器的使用原理、方法并解釋其局限性，數(shù)據(jù)的采集、分析；明晰常見的硬度數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。PPT講授現(xiàn)場演示實(shí)驗(yàn)操作4實(shí)驗(yàn)（2）實(shí)驗(yàn)報(bào)告1實(shí)驗(yàn)2沖擊實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛎鞔_沖擊試驗(yàn)機(jī)的使用原理、方法并解釋相應(yīng)的局限性，不同形狀缺口數(shù)據(jù)的采集、分析。PPT講授現(xiàn)場演示4實(shí)驗(yàn)（2）實(shí)驗(yàn)報(bào)告2序號思想政治教育元素1通過介紹我國在世界上處于第一梯隊(duì)的激光、超導(dǎo)等材料；進(jìn)一步樹立民族自豪感、增強(qiáng)

10、國家凝聚力。2通過介紹我國與國外鋁合金材料在性能優(yōu)化、安全校核以及失效分析等領(lǐng)域的差距，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生報(bào)效祖國的責(zé)任感、使命感和緊迫感。五、課程考核方式考核方式考核內(nèi)容對應(yīng)課程目標(biāo)評分依據(jù)考核占比分析報(bào)告運(yùn)用斷裂韌性原理，借助文獻(xiàn)研究尋求有效解決方案，分析制動盤斷裂的主要影響因素，以獲得有效結(jié)論。（20分）3分等級評分表法分等級評分，評分標(biāo)準(zhǔn)見附錄。20%期中考試運(yùn)用斷裂韌性等原理選取用作火箭殼體的合適材料；運(yùn)用熱膨脹等熱學(xué)參數(shù)選擇適應(yīng)性合適的陶瓷釉坯材料。（1012分）1考試成績算分法依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)答案評分20%闡述導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶特征及改變材料電導(dǎo)率的主要措施。（810分）2期末考試闡

11、述材料缺口敏感度及其主要的影響因素；根據(jù)待測樣品選擇合適的儀器進(jìn)行檢測；闡述NDT、FTP和FTE間的關(guān)系；闡述斷裂強(qiáng)度，靜力韌度，沖擊韌度，斷裂韌度的關(guān)系；運(yùn)用應(yīng)力場強(qiáng)度因子、臨界裂紋尺寸、斷裂韌度等選擇合適的材料并進(jìn)行安全性校核；闡述材料的熱容、熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率等并運(yùn)用熱學(xué)原理選擇合適的保溫材料、耐熱材料、散熱材料；闡述遷移率、磁導(dǎo)率、折射率等參數(shù)的特征；闡述能帶理論并分析相應(yīng)的影響因素。（3035分）1考試成績算分法依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)答案評分50%闡述磨損量及提高材料耐磨性的措施；運(yùn)用疲勞強(qiáng)度、疲勞缺口敏感度、疲勞裂紋擴(kuò)展速率、疲勞裂紋門檻值等預(yù)測實(shí)際材料的疲勞剩余壽命；闡述腐蝕程度及提高材料抗

12、蝕性的措施。（1520分）2實(shí)驗(yàn)報(bào)告能夠闡述布氏、維氏、洛氏硬度計(jì)，沖擊試驗(yàn)機(jī)的使用原理和方法，并解釋其局限性。（10分）4分等級評分表法分等級評分，評分標(biāo)準(zhǔn)見附錄。10%六、教材名稱及主要參考書教材：1張帆，材料性能學(xué)，北京工業(yè)大學(xué)出版社，2014.3；教學(xué)參考書：1王從曾，材料性能學(xué)，北京工業(yè)大學(xué)出版社，2001.6；2束德林，工程材料力學(xué)性能，機(jī)械工業(yè)出版社，2011.5；3吳其勝，材料物理性能，清華大學(xué)出版社，2012.12.附錄：各類考核評分標(biāo)準(zhǔn)表分析報(bào)告評分標(biāo)準(zhǔn)課程目標(biāo)評分標(biāo)準(zhǔn)100-90分89-80分79-70分69-60分59-0分課程目標(biāo)3：能夠運(yùn)用斷裂韌性原理，借助文獻(xiàn)研究

13、尋求有效的解決方案，分析材料斷裂的影響因素，以獲得有效結(jié)論。能夠正確運(yùn)用斷裂韌性原理，借助文獻(xiàn)研究尋求有效的解決方案，深入分析材料斷裂的影響因素，以獲得有效結(jié)論；文獻(xiàn)調(diào)研充分，分析合理，結(jié)論正確。能夠運(yùn)用斷裂韌性原理，借助文獻(xiàn)研究尋求有效的解決方案，分析材料斷裂的影響因素，以獲得有效結(jié)論；文獻(xiàn)調(diào)研較充分，分析較合理，結(jié)論較正確。能夠運(yùn)用斷裂韌性原理，借助文獻(xiàn)研究尋求有效的解決方案，分析材料斷裂的影響因素，以獲得有效結(jié)論；文獻(xiàn)調(diào)研基本充分，分析基本合理，結(jié)論基本正確。能夠運(yùn)用斷裂韌性原理，借助文獻(xiàn)研究尋求有效的解決方案，分析材料斷裂的影響因素，以獲得有效結(jié)論。未能夠借助文獻(xiàn)研究尋求有效解決方案，未能分析材料斷裂的影響因素，未獲得有效結(jié)論，未交報(bào)告，剽竊抄襲，學(xué)術(shù)造假。實(shí)驗(yàn)報(bào)告評分標(biāo)準(zhǔn)課程目標(biāo)評分標(biāo)準(zhǔn)100-90分89-80分79-70分69-60分59-0分課程目標(biāo)4：能夠明確材料性能測試常用現(xiàn)代儀器的使用原理和方法，并解釋其局限性。能夠明確材料性能測試常用現(xiàn)代儀器的使用原理和方法，并深入解釋其局限性；實(shí)驗(yàn)報(bào)