由于现代航空航天用材料具有多种类(高温合金、轻合金、复合材料、防护材料等)、复杂应用环境(高温、交变力场和温度场、复杂空天环境等)以及严苛的高性能稳定性(高比强、高刚度、高疲劳极限、耐腐蚀)等特点,使材料科学与工程专业的大学生在学习该类材料的设计原理、加工制备方法、检测评估方式和应用维护方案的过程中面临许多难题,如专业知识种类繁多,实用技术性强,多学科领域交叉等,通过简单的单方面授课,无关联性的知识输入往往难以良好的实现对该类复杂工程问题学习掌握,因此需要通过专门的设计课程来综合巩固和加强该类知识的综合理解和应用能力。
本课程是在学生前期系统学习了航空航天材料科学基础性知识,掌握了主要材料性能、原理和评估方法,了解了现代材料检测表征技术,并在大三暑假期间参观实习了解飞行器制造工厂的基础上,通过邀请校外具有多年航空航天材料设计应用研究领域专家走进课堂的方式,结合案例式教学,让学生通过学习了解实际航空航天材料应用过程中的设计流程和实施规范,掌握基本的航空航天材料应用过程中的选材、加工和防护方法;进一步,拟针对某一特定航空航天飞行器用材的设计、加工和应用中的关键问题,通过组织学生团队分工协作,对选定的研究方向进行任务分解,背景调研,文献书籍查阅,促使学生将有关先修课程所学基础知识、基本理论、基本计算技巧和实验技术综合运用于完成对选择题目的解决,并完成课程论文和内容展示答辩,在此过程中培养学生掌握和运用专业基础和核心知识能力、知识归纳总结加工能力、科技论文撰写和表达能力、团队组织和协作能力,从而培养学生从事航空航天材料设计实践的解决复杂工程问题的能力,为其成长为“总师级”人才奠定良好的能力基础。
本课程以考核小组团队提交的设计报告和项目答辩的实际表现相结合方式的进行。针对研究题目,各组同学需重点从材料设计的角度出发,调研设计要求与材料组成、结构、性能和加工的关系,并在论文及答辩中做对以下问题做重点阐述:1.根据题目,初步提出飞行器材料选择和设计的合理解决方案;2.采用文献查阅等多方种的现代知识获取方法,针对选择的飞行器材料设计问题,对其进行材料选择、设计和预测并解释其局限性;3.各小组需对查阅的资料进行整理,归纳,列表和绘图,指明其有效结论;4.介绍团队中各个组员的分工,以及团队间是如何沟通,综合意见和决策的。考核文件由论文报告和答辩PPT组成,现场考核以各个小组分别答辩和讨论的形式进行。
课程成绩由学生评价为主(60%)和指导教师评价为辅(40%)共同构成,其中:
学生评价包括:
l 学生组内互评成绩占20%
l 学生组间互评成绩占40%
教师评价包括:
l 指导教师对报告完成情况评价占20%;(将根据论文报告评分给出)
l 指导教师对答辩小组组织完成情况、学生评价表完成情况进行综合评价占20%;(根据平时和答辩组织情况给出)
产品设计中的材料选择(第4版),Michael F. Ashby著,机械工业出版社,2018。
中国航空材料手册(第2版),《中国航空材料手册》编辑委员会编,中国标准出版社 1988
航空制造工程手册(第2版),《航空制造工程手册》总编委会主编,航空工业出版社 2010
空间材料手册,何世禹, 杨德庄, 焦正宽主编,中国宇航出版社 2012
航空材料技术,北京航空材料研究院主编,北京:航空工业出版社,2013
航天器材料/邢焰, 王向轲编著,北京:北京理工大学出版社,2018
该SPOC课程部分内容来自以上源课程,在源基础上老师进一步增加了新的课程内容