材料力学性能教学大纲

《材料力学性能》课程教学大纲

课程名称：材料力学性能 课程编号：09020261C 学时/学分：51/3 实践学时：0

适用专业：材料化学、材料科学与工程 课程类别/性质：（专业基础/必修） 制定人：

一、课程的目的和任务

本课程是金属材料工程专业的专业课之一。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。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。

二、课程的基本要求

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。一般了理聚合物材料、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、课程基本内容和学时安排 绪论（1学时）

第一章 金属在单向静拉伸下的力学性能（10学时）

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。

本章应注意图表、曲线的运用，讲授时应进行对比分析，讲清基本机理。 第二章 金属在其它静加载下的力学性能（4学时）

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。

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），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（4学时）

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。

注意从实例引入，着重面向应用（工程实践）。断裂分析图注意仔细的推理讲授。 第四章 金属的断裂韧性（8学时）

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。

注意复习材料力学的基本内容，加强逻辑思维训练。讲清应力场及塑性区边界方程推导。第五章 金属的疲劳（8学时）

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。

注意与实例相结合，通过曲线、照片相结合的方法加深学生对课程的理解，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（6学时）

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。

注意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）

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。

注意回顾电化学的基本知识。并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）

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。

注意突出重点，区分蠕变极限和持久强度的概念。

第九章 聚合物材料的力学性能（2学时）

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。

注意将聚合物材料与金属材料的力学性能进行对比，补充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）

陶瓷材料的力学性能。掌握评价陶瓷材料的力学性能指标。 注意将陶瓷材料与其它材料的力学性能进行对比。 第十一章 复合材料的力学性能（2学时）

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。 注意将复合材料与基体材料的力学性能进行对比。 四、实践教学内容与要求

本课程要求学生掌握静拉伸实验、硬度、系列冲击实验三个实验的基本方法，了解旋转疲劳、接触疲劳、磨损等实验过程。由于拉伸实验、硬度、冲击实验三个实验在前期课程中已经开出，故本课程不单独设立实验，实验教学环节并入《实践型综合实验》中完成。

五、先修课程、后续课程

本课程应在学生学完《材料力学》、《材料科学基础》和《金属材料热处理》等课程，具备一定金属学和力学基础知识后安排学习。本课程的后续课程是《失效分析基础》。

六、建议教材或参考书 参考教材：

束德林·工程材料力学性能·机械工业出版社，2003

教学参考书：

黄明志等·金属力学性能·西安交大出版社，1986 周惠久等·金属材料强度学·科学出版社，1989 蔡泽高等·金属磨损与断裂·上海交大出版社，1985 G.E.Dieter ·Mechanical Metallurgy , McGraw.Hill, 1990 七、考核方式 考核方式：闭卷考试