材料力学性能
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课程评价
spContent=本课程是材料科学与工程学科大学本科生的主干课和必修课。课程特点:理论与实际结合;宏观规律和微观机理结合。教学目标:掌握主要材料力学性能的基本概念、分析方法和工程应用。学习后,能初步正确选择和使用材料,优化和改进材料加工,研制新材料和新工艺,开展零构件失效分析。
—— 课程团队
课程概述

本书主要介绍材料在力、能量、环境和时间单独或复合作用下,材料力学行为的响应规律、物理本质、评定方法、测试方法和工程应用。所涉及到的内容主要有四部分:材料的基本力学性能,包括弹性、塑性,形变强化、强度、韧性和硬度等;断裂的抗力及其表征,主要包括断裂韧性、脆断的微观机制、缺口件的断裂和冲击能量作用下的断裂;与时间有关的失效机理和抗力,主要有疲劳、蠕变、应力腐蚀和氢脆、摩擦与磨损及接触疲劳等;最后是特殊材料的力学性能特点,包括高分子材料、陶瓷材料和复合材料。

 

授课目标

结构材料是工业中不可或缺的,评价和使用结构材料的主要依据是其力学性能。即使对于功能材料,在使用过程中也面临着各种载荷下的失效问题。因此,“材料的力学性能” 课程是材料科学与工程学科的大学生的必修课。

通过学习“材料的力学性能”课程,使大学本科生实现如下目的:

1)掌握材料的评价、选用及改进材料性能等的基础知识:材料基本力学性能的测试原理和方法;外力作用下材料失效的过程、机制和力学模型;不同类型材料力学性能的基本规律;不同服役环境的材料基本要求。

2)掌握材料评价方法,并能确定不同力学性能指标的测定方法:静态力学性能、冲击性能、断裂韧性、疲劳性能、蠕变性能、不同环境下的力学性能、摩擦与磨损;

3)能够基于力学性能基本知识并采用科学方法对材料变形与断裂的典型物理现象进行研究,通过设计实验、分析与解释数据、信息综合得到合理有效的结论;

4)掌握在应用中材料优选方法,尤其是在生产过程中如何优化工艺以改善材料在服役条件下的力学性能,减少和防止因材料失效而造成的损失;

5)具备材料失效分析的基本能力,能够应用现代工具和方法,根据力学性能基本知识初步分析典型条件下材料及其构件的断裂原因,并制定改进方法;

6)掌握新材料和新技术的发展动态,并了解对材料力学性能提出的新要求。

课程大纲

1 材料的拉伸性能

重点:拉伸试验;应力-应变曲线、基本力学性能、真应力、真应变、真应力-真应变曲线

难点:材料的应力-应变曲线。

2.弹性变形

重点:弹性变形、弹性极限与弹性比功、弹性不完善性


3 屈服

重点:屈服现象、屈服机制、包申格现象

4 塑性变形

 重点:塑性变形方式、塑性变形特点、形变强化

5 断裂

重点:断裂类型、断裂宏观特征、断裂微观特征

 6.材料的硬度

重点:硬度的定义、硬度的测量方法、硬度的应用

难点:压人法测定材料的硬度

7.切口强度与切口冲击韧性

重点:切口强度、切口冲击韧性、低温脆性、脆性-韧性转变温度



难点:应力集中、韧-脆转化现象。



8.断裂韧性

重点:应力强度因子、平面应变断裂韧度、平面应变断裂韧性KIC的测定

难点:裂纹体的脆断强度理论。裂纹尖端的应力和应变分析。建立新的断裂判据。断裂力学参量的计算与实验测定,其中包括材料的力学性能新指标-断裂韧性及其测定,断裂机制和提高材料断裂韧性的途径等。

9.金属的疲劳

重点:金属疲劳的基本概念、疲劳的一般规律,疲劳失效的过程和机制,疲劳寿命估算,以及延寿技术。

难点:疲劳寿命

10.金属在高温下的力学行为

重点:高温蠕变现象,蠕变曲线、蠕变损伤和断裂机制,应力松弛,高温疲劳以及疲劳和蠕变的交互作用等。

难点:改善高温力学性能的途径。评价材料的高温力学性能指标。

11.金属力学行为的环境效应

重点:应力腐蚀断裂、氢脆、液态金属致脆和腐蚀疲劳的特征、评定指标及破坏机理,介绍提高材料环境敏感断裂抗力的途径以及防止环境敏感断裂的措施。

难点:材料的应力腐蚀断裂、氢脆的特征、评定指标及破坏机理。

12.金属的磨损与接触疲劳

重点:摩擦及磨损的概念,磨损试验方法,磨损机制及影响因素。

难点:磨损机制及影响因素。


13.其他材料的力学行为

重点:简要介绍陶瓷材料的弹性、强度、疲劳与断裂性能,以及增韧机制与方法。简要介绍单向连续纤维增强复合材料力学性能的基本假设、复合材料的力学性能特点等。

难点:陶瓷和单向复合材料的主要力学性能特点。


预备知识

金属材料基本知识,材料力学基本知识,材料的微观和宏观形貌、成分分析方法。

证书要求

1. 本课程各考核环节所占分数比例:单元作业20%,考试30%,观看课程视频情况50%;

2. 学习完本课程,成绩大于等于60分,即可获得课程合格证书。


参考资料

乔生儒、张程煜、王泓,材料的力学性能,西北工业大学出版社,2015年