《斷裂力學》課程教學大綱

《斷裂力學》教學大綱一、課程基本信息課程名稱斷裂力學FractureMechanics課程編碼PLC310321020開課院部儲運與建筑工程學院課程團隊斷裂力學教學團隊學分2.0課內學時32講授32實驗0上機0實踐0課外學時32適用專業(yè)安全工程授課語言中文先修課程彈性力學課程簡介（限選）該課程為安全、機械、過程裝備等工科類本科生開設的必修或選修課程，內容包括：缺陷對材料和結構強度的影響、Griffith能量準則，裂紋尖端應力場和位移場、K因子脆性斷裂準則，復合裂紋、裂紋小范圍屈服與彈塑性斷裂力學、疲勞裂紋擴展與破損安全設計、固體材料斷裂力學特性參數(shù)測試原理與方法等。課程重點培養(yǎng)學生掌握裂紋體結構的力學特性參數(shù)分析方法，理解缺陷和裂紋對材料或結構強度影響的力學機制，建立從材料、結構和載荷環(huán)境等宏細觀視角綜合評價結構強度的理論框架，為學生在機械工程領域從事相關研究與設計工作提供理論基礎。Thiscourseisacompulsoryorelectivecourseforengineeringundergraduatessuchassafety,machineryandprocessequipment.Thecontentincludes:theinfluenceofdefectsonmaterialandstructuralstrength,Griffithenergycriterion,cracktipstressfieldanddisplacementfield,Kfactorbrittlefracturecriterion,compositecrack,cracksmallrangeyieldandelastic-plasticfracturemechanics,fatiguecrackpropagationanddamagesafetydesign,principleandmethodoftestingfracturemechanicscharacteristicparametersofsolidmaterials,etc.Thecoursefocusesontrainingstudentstomastertheanalysismethodofmechanicalcharacteristicparametersofcrackbodystructure,understandthemechanicalmechanismofdefectsandcracksonmaterialorstructuralstrength,andestablish,thetheoreticalframeworkforcomprehensiveevaluationofstructuralstrengthfrommacroandmicroperspectivessuchasstructureandloadenvironmentprovidesatheoreticalbasisforstudentstoengageinrelevantresearchanddesignworkinthefieldofmechanicalengineering.負責人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標序號代號課程目標OBE畢業(yè)要求指標點任務自選1M1目標1：能將工程實際問題抽象為合理的力學模型是2M2目標2：能將理論知識和力學思想有效結合，對相關復雜工程實際問題進行識別與判斷是3M3目標3：能夠基于斷裂力學原理，并采用科學方法研究相關領域的復雜工程實際，并給出評價是三、課程內容序號章節(jié)號標題課程內容/重難點支撐課程目標課內學時教學方式課外學時課外環(huán)節(jié)1第一章緒論本章重點難點：缺陷對材料強度的影響，結構安全評價問題的復雜性/講授//21.11.1斷裂力學研究內容;斷裂力學產生背景、主要任務、發(fā)展歷史和趨勢，缺陷與裂紋，應力集中，缺陷對強度的影響；M11講授1課外閱讀31.21.2斷裂力學基本概念裂紋的分類與基本形式，應力強度因子基本概念，能量釋放率，斷裂韌性，斷裂準則與抗斷裂設計M11講授1課外閱讀4第二章裂紋開裂的能量方法本章重點難點：Griffith能量釋放率概念、R阻力曲線/講授//52.1Griffith脆斷理論熱力學系統(tǒng)定律，斷裂分析的能量方法，Griffith能量平衡理論，能量釋放率參數(shù)M12講授2課外閱讀62.2能量釋放率概念，柔度法標定無限大裂紋平板，表面能密度參數(shù)，裂紋擴展驅動力與裂紋失穩(wěn)條件M12講授2作業(yè)72.32.3裂紋擴展阻力;Griffith理論在非理想脆性材料中的推廣，阻力曲線概念與擴展阻力M21講授1課外閱讀；作業(yè)82.42.4工程示例分析工程應用示例及分析M31課堂專題討論1實驗室參觀9第三章應力強度因子理論本章重點難點：應力強度因子計算方法，小范圍屈服與K主導區(qū)////103.13.1彈性力學平面問題復變函數(shù)解法;雙調和方程的復變函數(shù)表達，應力與位移分量復變函數(shù)表達，孔口問題求解方法；M11講授1課外閱讀；作業(yè)113.23.2I型裂紋尖端位移與應力場、應力強度因子概念Westergaard應力函數(shù)，Ⅰ型裂紋尖端位移與應力場，應力強度因子參數(shù)物理意義M11講授1作業(yè)123.33.3應力強度因子斷裂準則;應力強度因子斷裂準則，工程應用；M21講授1課外閱讀；作業(yè)133.43.4應力強度因子確定方法，常見工程裂紋的應力強度因子數(shù)學彈性力學分析，近似分析，試驗標定等，K因子分析示例M11講授1課外閱讀；作業(yè)143.5材料斷裂韌性試驗測試方法M22課堂虛擬實驗2課外閱讀153.63.6裂紋尖端小范圍屈服；Irwin塑性區(qū)模型，Dugdale模型，平面應力/應變的塑性區(qū)形狀，K因子修正、K主導區(qū)概念；M11講授1作業(yè)163.73.7線彈性斷裂力學理論要點總結應力強度因子與能量釋放率的統(tǒng)一、示例分析M11講授1作業(yè)173.83.8復合型裂紋理論復合型裂紋理論M22講授2課外閱讀18第四章彈塑性斷裂力學理論簡介本章重點難點：彈塑性裂紋啟裂與失穩(wěn)，CTOD與J積分適用條件/////194.14.1彈塑性斷裂力學基本概念；彈性與塑形基本概念，塑性屈服準則，裂紋尖端塑形變形，線彈性斷裂力學理論適用范圍；M11講授1課外閱讀204.24.2CTOD理論；彈塑性斷裂力學準則，Wells平板拉伸試驗，CTOD參數(shù)定義；M11講授1作業(yè)214.34.3CTOD參數(shù)分析與工程應用小范圍屈服區(qū)CTOD，D-B窄條屈服區(qū)CTOD與大范圍屈服CTOD經驗公式，工程應用M32講授2閱讀，課外作業(yè)224.44.4J積分理論簡介J積分定義，J積分守恒性，J積分應用條件與物理意義；M21講授1課外閱讀；234.54.5彈塑性裂紋尖端場H.R.R理論，彈塑性裂紋尖端場強度，J積分實驗測試方法M31講授1作業(yè)，階段總結24第五章疲勞強度理論本章重點難點：疲勞裂紋擴展機制，損傷容限與疲勞壽命//講授//255.15.1傳統(tǒng)疲勞理論與裂紋擴展機制；疲勞基本概念，S-N曲線，疲勞極限與無限壽命設計，循環(huán)載荷作用下的裂紋擴展機制；M11講授1課外閱讀；作業(yè)265.25.2裂紋與疲勞壽命；疲勞裂紋擴展物理機制，Paris公式，影響疲勞裂紋擴展的因素；M21講授1作業(yè)275.35.3應力腐蝕與腐蝕疲勞腐蝕環(huán)境與裂紋擴展機制，應力腐蝕疲勞控制理論與方法M32講授2課外閱讀285.45.4隨機載荷疲勞與破損安全壽命設計隨機載荷，破損安全設計與壽命估算M21講授1課外閱讀；295.55.5工程應用示例M31講授1階段總結30課程總結課程內容總結課程重點難點總結M12討論、課程總結2階段總結四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細節(jié)總評占比1平時作業(yè)20%2大作業(yè)10%3其他20%4期末考試50%五、評分細則序號課程目標考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1平時作業(yè)20%A-獨立思考、按時完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準確B-獨立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準確C-獨立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準確D-作業(yè)抄襲，未能按時完成，作圖不規(guī)范，解題思路混亂2M1大作業(yè)10%（見大作業(yè)評分標準）3M1其他20%A-力學模型合理，計算準確B-力學模型合理，計算基本可靠C-力學模型建立基本合理D-力學模型建立不合理4M1期末考試50%（見試卷評分標準）5M2平時作業(yè)20%A-獨立思考、按時完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準確B-獨立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準確C-獨立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準確D-作業(yè)抄襲，未能按時完成，作圖不規(guī)范，解題思路混亂6M2大作業(yè)10%（見大作業(yè)評分標準）7M2其他20%A-力學模型合理，計算準確B-力學模型合理，計算基本可靠C-力學模型建立基本合理D-力學模型建立不合理8M2期末考試50%（見試卷評分標準）9M3平時作業(yè)20%A-獨立思考、按時完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準確B-獨立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準確C-獨立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準確D-作業(yè)抄襲，未能按時完成，作圖不規(guī)范，解題思路混亂10M3大作業(yè)10%（見大作業(yè)評分標準）11M3其他20%A-力學模型合理，計算準確B-力學模型合理，計算基本可靠C-力學模型建立基本合理D-力學模型建立不合理12M3期末考試50%（見試卷評分標準）評分等級說明：[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59];[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59