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1、材料力学性能（双语）一、课程介绍材料力学性能是材料科学与工程专业（金属材料工程模块）本科生一门 学科基础限选课程。学习该门课程的目的在于能够从机器零件或构件最常见的服 役条件和失效现象出发，了解金属材料失效现象的微观机理；提出衡量金属材料 失效抗力的力学性能指标；掌握各种力学性能指标的物理概念、实用意义利测试 方法；明确各种力学性能指标之间的相互关系；分析材料各种内在因素和外在服 役条件对性能指标的影响，为在机械设计和制造过程中正确选择和合理使用金属 材料提供依据，为研制新材料、改进和开发冷热加工工艺、充分发挥材料性能潜 力指明方向，并为机器零件或构件的失效分析提供一定基础。本课程所讲述的内容
2、有金属在单向静拉伸下的力学性能，金属在其它静加载 下的力学性能，金属缺口试样的力学性能，金属的断裂韧性，金属的疲劳，金属 在环境介质作用下的力学性能，金属磨损和接触疲劳，金属高温力学性能等共8 章，教学部分共包含理论40学时，其中实验8学时，以期末考试形式结课。IntroductionThe Course Mechanics of Materials is a compulsory course for undergraduate students majoring in materials science. The purpose of studying this course is to
3、understand the microscopic mechanism of metal material failure phenomenon from the most common service conditions and failure phenomena of machine parts or components; to propose the mechanical performance index to measure the failure resistance of metal materials; to master various mechanical perfo
4、rmance indicators Physical concept, practical significance test method; clarify the relationship between various mechanical performance indicators; analyze the influence of various internal factors and external service conditions on performance indicators, for the correct selection and reasonable in
5、 the mechanical design and manufacturing process The use of metal materials provides a basis for developing new materials, improving and developing hot and cold processing processes, maximizing the potential of material properties, and providing a basis for failure analysis of machine parts or compo
6、nents.The content of this course is the mechanical properties of metal under one-way static stretching, the mechanical properties of metal under other static loading, the mechanical properties of metal notched specimens, the fracture toughness of metals, the fatigue of metals, and the environmental
7、media in metals. The mechanical properties under the action, metal wear and contact fatigue, metal high temperature mechanical properties, etc., a total of 8 chapters, the teaching part contains a theoretical 40 hours, of which 8 hours of experiment, ending with an exam in the end.课程基本信息二、教学大纲课程名称材料
8、力学性能（双语）课程编码432305英文名称Mechanics of Materials课程学时48课程学分3课程类别学科基础课程课程性质选修课（限选）开课学期第6学期课内实验学时8适用专业材料科学与工程（金属材料工程模块）开课单位金属材料工程系选用教材工程材料力学性能.机械工业出版.束德林主编mechanical properties of materials.springer Joshua Pelleg主要参考书1 .金属力学性质的微观理论.科学出版社，社83年.哈宽富.2 .金属力学性能.冶金工业出版社，1981年.何肇基.3 .金属的韧性与韧化.上海科学技术出版社，社80年.肖纪美.4
9、 .断裂力学基础.科学出版社，1979年.褚武杨.1、教学目的“材料力学性能”是材料科学与工程专业（金属材料工程模块）本科生的一门系统讲解 材料力学特性和测试手段的基础课程。开设此课程旨在夯实学生关于材料基本力学行为的认 知，掌握表征材料基本力学性能的基础知识、基本理念、工程材料工作原理和实际应用技能, 为后续课程的学习、充分利用材料解决实际问题做好必要的知识储备。2、教学要求教师要积极备课，认真准备实验，对课程内容要融会贯通，切忌照本（幕）宣科。授课 在多媒体教室，充分利用多媒体动画教学课件，结合典型实用案例和相关软件，边授课边演 示。做到授课内容与大纲相符，注重平时成绩（作业和实验）积累，
10、成绩评价体系标准真实、 严谨、公平、公正、公开，能促使学生学习的积极性。3、预备知识或先修课程要求组织决定性能是材料学人的基本认知。因此要揭示材料力学性能，清楚掌握材料组织情 况非常重要，因此建议学生在修本课程之前已经选修材料科学基础；固体相变和金 属材料等课程，特别要求掌握晶体结构和位错理论的相关知识。4、教学方式课程由理论课堂和实验操作引导两部分组成，一律采用多媒体动画教学。理论授课40 学时，教师讲授与课堂讨论相结合；实验操作引导8学时，以学生操作、设计为主，教师引 导、答疑为辅。5、实验环境和设备（1）硬件环境：万用拉伸机；布氏、洛氏、维氏硬度计；摆锤式冲击试验机。（2）软件环境：Wi
11、ndows 7、Office 2010 软件包、origin 7 等软件。6、课程教学内容及学时分配第1章 金属在单向静拉伸下的力学性能（10学时）教学目的与要求单向静拉伸试验是工业上应用员广泛的金属力学性能试验方法之一。这种试验方法的特 点是温度、应力状态和加载速率是确定的，并且常用标准的光滑圆住试样进行试验。通过本 章学习了解金属材料在静载荷作用下常见的三种失效形式，即弹性变形、塑性变形和断裂； 掌握金属材料的最基本力学性能指标，如屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和断面收缩率的 测试方法和原理；理解金属弹性变形、塑性变形及断裂的基本规律和原理，在此基础上，了 解改变上述性能指标的途径和方向。
12、1.1 拉伸曲线和应力应变曲线1.2 弹性变形阶段的力学性能1.3 塑性变形阶段的力学性能1.4 金属的断裂了解：金属材料在静载荷作用下常见的三种失效形式；理解：金属弹性变形、塑性变形及断裂的基本规律和原理；掌握：金属材料屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和断面收缩率的测试方法。第2章 金属在其它岸加载下的力学性能（4学时）教学目的与要求研究金属材料在常温静载荷下的力学性能时，还可采用压缩、弯曲或扭转等不同加载方 式的试验方法。通过本章学习了解金属材料在不同应力状态下所表现出的弹性变形、塑性变 形和断裂行为；掌握压缩、弯曲和扭转试验的方法和特点、应用范围。理解其力学和物理意 义。2. 1扭转2.2
13、弯曲和压缩了解：金属材料在不同应力状态下所表现出的弹性变形、塑性变形和断裂行为；理解：在不同应力状态下所表现出的弹性变形、塑性变形和断裂行的力学和物理意义；掌握：压缩、弯曲和扭转试验的方法和特点、应用范围。第3章 金属缺口试样的力学性能（2学时）教学目的与要求在冲击载荷作用下，由于加载速率提高，形变速率也随之增加。因此必须考虑由于应变 率增大而引起的力学性能的一系列变化。通过本章学习了解金属材料在冲击载荷下力学行为 的特点；掌握缺口试样冲击弯曲试验方法，以及金属材料的低温脆性；理解金属材料冲击时 的脆断的力学物理本质。3. 1缺口效应3.1 缺口试样在静载荷下的力学性能3.2 缺口试样在冲击载
14、荷下的力学性能3. 4低温脆性3.5影响冲击韧性和韧脆转变温度的因素了解:金属材料在冲击载荷卜力学行为的特点；理解：金属材料冲击时的脆断的力学物理木质；掌握:金属缺口试样冲击弯曲试验方法，以及金属材料的低温脆性试验方法。第4章金属的断裂韧性（8学时）教学目的与要求断裂是一种最危险失效形式，极易造成安全事故印经济损失。由于裂纹破坏了材料的均 匀连续性，改变了材料内部应力状态和应力分布，传统力学强度理论也己不再适用。因此, 需要研究新的强度理论和新的材料性能，以解决低应力脆断问题。断裂力学的目的在于研究 裂纹扩展的各种新的力学参量、断裂判据及材料断裂韧度，及其与裂纹尺寸之间的定量关系, 具有重要的
15、科学实际意义。通过本章的学习了解材料断裂力学基本原理及断裂韧性的意义, 掌握几种断裂韧性测试原理、理解断裂韧性的力学物理本质、影响因素及应用。4.1 线弹性条件下的断裂韧性4.2 弹塑性条件下的断裂韧性4.3 影响断裂韧性的因素4.4 断裂韧性的测试4.5 断裂韧性在工程中的应用了解：材料断裂力学基本原理及断裂韧性的意义；理解：断裂韧性的力学物理本质、影响因素及应用；掌握：几种断裂韧性测试方法。第5章 金属的疲劳（6学时）教学目的与要求工程中很多机件和构件部是在变动载荷下工作的，其失效形式主要是疲劳断裂，极易造成人 身安全和经济损失，危害性极大。通过本章本章学习了解金属疲劳的一般规律、疲劳破坏
16、过 程及机理；掌握疲劳力学性能及其影响因索等，以便为疲劳强度设计和选用材料建M基本思 路和提供基础知识；理解疲劳基本规律，及力学和微观机理问题。5. 1金属疲劳现象5.2疲劳断裂机制5. 3疲劳强度指标5.4 影响疲劳极限的因素5.5 低周疲劳和热疲劳5. 6冲击疲劳了解：金属疲劳的一般规律、疲劳破坏过程及机理；理解：疲劳基本规律，及力学和微观机理问题；掌握：疲劳力学性能及其影响因素等，以便为疲劳强度设计和选用材料建立基本思路和 提供基础知识。第6章 金属在环境介质作用下的力学性能（4学时）教学目的与要求金属机件在加工过程中往往产生残余应力，在服役过程中又承受外加载荷，与周围环境 中各种化学介
17、质或氢相接触，便会产生待殊的断裂现象，其中主要有应力腐蚀断裂和氢脆断 裂等。这些断裂形式大多为低应力脆断，具有极大危险性。通过本章学习了解金属材料应力 腐蚀和氢脆断裂特征及断裂机理;掌握金属材料抵抗应力腐蚀和氢脆断裂的力学性能指标的 测试；理解其断裂机理和防止断裂的措施。6. 1应力腐蚀断裂2氢脆6. 3腐浊疲劳了解：金属材料应力腐蚀和氢脆断裂特征及断裂机理；理解：应力腐蚀和氢脆断裂特征及断裂机理和防止断裂的措施；掌握：金属材料抵抗应力腐蚀和氢脆断裂的力学性能指标的测试。第7章 金属磨损和接触疲劳（4学时）教学目的与要求当两个相互接触的机件表面相对滑动和滚动时就产生摩擦，从而磨损。磨损是降低机
18、器 和工具效率、精确度甚至使其报废，造成金属材料损耗。通过本章学习了解最常见的磨损形 式；了解磨损机理，影响磨损速率的因素；从材料科学角度掌握控制磨损的途径。7. 1摩擦与磨损的基本概念2滑动磨损7. 3耐磨性及磨损试验方法4提高耐磨性的途径6. 5金属接触疲劳了解：最常见的磨损形式：理解：磨损机理，影响磨损速率的因素；掌握：从材料科学角度控制磨损的途径。第8章 金属高温力学性能（2学时）教学目的与要求很多机件长期在高温条件下服役，温度对金属材料的力学性能影响很大。在高温，时间 载荷的联合作用下，塑性显著降低，强度下降，缺口敏感性增加，呈现脆性断裂现象，金属 的断裂由常温下的穿晶断裂过渡到沿晶
19、断裂。通过本章学习了解金属材料在高温长时载荷作 用下的蠕变现象；掌握高温力学性能指标测试及影响因素；理解蠕变变形和断裂的机理，为 正确选用高温金属材料和合理制定其热处理工艺提供基础知识。8.1 金属的蠕变现象蠕变变形与断裂机理8.2 金属高温力学性能指标其它高温力学性了解：金属材料在高温长时载荷作用下的蠕变现象；理解：蠕变变形和断裂的机理，为正确选用高温金属材料和合理制定其热处理工艺提供 基础；掌握：高温力学性能指标测试及影响因素；7、实验项目内容、学时分配、实验小组序号实验项目内容提要实验类型学时分配分组 人数实验 地点教学 要求1系列缺U试样 静拉伸实验及 断口形貌观察学会使用拉伸机，明了
20、缺口强 化现象和机理，通过使用金相 显微镜观察，了解韧性断口与 脆性断口的区别综合性22金属 材料 实验 教学 中心通过实验 环节，加 深学生对 本课程理 论知识的 认识。2硬度测定实验学会洛氏、布氏硬度计的使用 方法掌握使用硬度计测试硬度 的机理验证性213弯曲冲击实验 及韧脆转变温 度测定掌握冲击实验的实验方法，了 解冲击功的测试原理以及如何 根据冲击功和断口形貌确定韧 脆转变温度。验证性424断裂韧度KIC 测定实验掌握断裂韧度试样尺寸的确定 方法，掌握根据实验数据计算 KIC的法则以及如果确定是否 需要增大试样从新测试的判据验证性428、考核要求、考核方式及成绩评定标准（1）课程考核成绩由期末考试（70%）、课堂作业（15%）和实验效果（15%）三部分组成。（2）期末考试按授课学时比例抽题，采用统一评分标准，公正、公平、公开。（3）平时作业和实验效果评价，分优秀、良好、一般、合格及不合格5个等级记载, 期末采用加权累计的方法计分。（4）最终课程考核成绩采用百分制，满分100分，60分为及格。9、其他说明根据各个专业的特点，授课及实验内容可以有所侧重或选择。