材料力學、物理性能及測試大綱

《材料力學、物理性能及測試》課程教學大綱課程名稱：材料力學、物理性能及測試 課程代碼:05131300課程類型：專業(yè)選修課學分：2 總學時：32 理論學時：16 實驗學時：16先修課程：高等數(shù)學適用專業(yè)：材料成型及控制工程、金屬材料工程、材料科學與工程一、課程性質(zhì)、目的和任務(wù)《材料力學、物理性能及測試》是材料成型及控制工程、金屬材料工程、材料科學與工程專業(yè)的選修課。開設(shè)該課程的目的是使學生掌握在不同應(yīng)力狀態(tài)下對金屬材料提出的各種力學性能指標、物理本質(zhì)、測定方法及與其金屬內(nèi)部成分、組織、結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，探討改善力學性能的基本途徑。二、教學基本要求1、知識、能力、素質(zhì)的基本要求通過本課程的學習，應(yīng)使學生掌握金屬學與熱處理的基礎(chǔ)知識，即金屬及合金的成分、組織、結(jié)構(gòu)與性能之間的相互關(guān)系及其變化規(guī)律；初步學會使用金相顯微鏡對金屬及合金的組織進行觀察及相應(yīng)的實驗?zāi)芰?具備能用所學理論對金屬材料熱處理的一些實際工程問題進行分析的素質(zhì)。2、教學模式基本要求（課程主要教學環(huán)節(jié)要求，教學方法及手段要求）《材料力學、物理性能及測試》是一門邊緣科學，它涉及到金屬學、金屬材料及熱處理、工程力學、材料力學等許多學科的知識，故該課程應(yīng)安排在學生學完工程力學、金屬學、金屬材料及熱處理等課程后再講授本課程較為合適。本課程的特點加強學生的抽象思維能力和科學的世界觀，培養(yǎng)學生的工程觀點和解決問題的能力，但是必須配合實驗來加深認識。三、教學內(nèi)容及要求第一章金屬在單向靜拉伸載荷下的力學性能本章主要講授單向靜拉伸試驗方法的特點是溫度、應(yīng)力狀態(tài)和加載速率是確定的。通過拉伸試驗可以揭示金屬材料在靜載荷作用下常見的失效形式，即過量彈性變形、塑性變形和斷裂?？梢詷硕ǔ鼋饘俨牧献罨镜牧W性能指標，如屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率和斷面收縮率。并介紹這些性能指標的物理概念與實用意義，討論金屬彈性變形、塑性變形及斷裂的基本規(guī)律和原理。第二章金屬在其他靜載荷下的力學性能本章首先介紹應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)的概念，然后介紹壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)和缺口試樣拉伸等試驗方法的特點、應(yīng)用范圍及其所測定的力學性能指標，止匕外，硬度試驗也作為一種靜載荷試驗方法在本章一并介紹。第三章金屬在沖擊載荷下的力學性能本章除介紹金屬材料在沖擊載荷下力學行為的特點外，將著重討論缺口試樣沖擊彎曲試驗方法，以及金屬材料的低溫脆性。第四章金屬的斷裂韌度本章從金屬材料角度出發(fā)，在簡要介紹斷裂力學基本原理的基礎(chǔ)上，討論斷裂韌度的意義、測試原理、影響因素及應(yīng)用。第五章金屬的疲勞本章從材料科學角度研究金屬疲勞的一般規(guī)律、疲勞破壞過程及機理、疲勞力學性能及其影響因素，以便為疲勞強度設(shè)計和選材建立基本思路和提供基礎(chǔ)知識。第六章金屬高溫力學性能本章闡述金屬材料在高溫長時載荷作用下的蠕變現(xiàn)象，討論蠕變變形和斷裂機理，介紹高溫力學性能指標及影響因素，為正確選材和制定熱處理工藝提供基礎(chǔ)知識。四、實驗內(nèi)容序號實驗項目名稱實驗內(nèi)容提要學時每組人數(shù)實驗屬性1金屬拉伸試驗掌握金屬拉伸各性能指標的測定方法;初步了解拉伸試驗設(shè)備的原理及構(gòu)造。24驗證性2拉伸時金屬材料彈性常數(shù)的測定在比例極限內(nèi)，驗證虎克定律，并測定鋼材的彈性模量E和泊松比〃；學習擬訂試驗加載方案。34驗證性3沖擊試驗掌握沖擊值的測定方法；了解溫度對材料沖擊值的影響34驗證性4低碳鋼試件壓縮試驗測定低碳鋼壓縮時的屈服極限ss和鑄鐵強度極限sb、觀察低碳鋼和鑄鐵壓縮時的變形破壞現(xiàn)象。34驗證性5剪切試驗用直接剪切方法測定低碳鋼的剪切強度極限24驗證性6彎曲正應(yīng)力實驗測定鋼梁純彎曲時橫截面上的正應(yīng)力分布，并與理論值比較，以驗證彎曲正應(yīng)力公式；了解電測的基本原理，初步學會靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的使用。34驗證性合計16五、學時分配課程內(nèi)容教學時數(shù)講授習題課實驗第一章金屬在單向靜拉伸載荷下的力學性能45第二章金屬在其他靜載荷下的力學性能48第三章金屬在沖擊載荷下的力學性能23第四章金屬的斷裂韌度2第五章金屬的疲勞2第六章金屬高溫力學性能2合計1616六、考核辦法考核采用百分制，“綜合成績”由“平時成績”、“期中考試成績”和“期末考試成績”組成。其中，“平時成績”占20%，“期中考試成績”占10%，"期末考試成績”占70%?！捌綍r成績”通過作業(yè)成績、出勤率及課堂紀律的考核確定。遲到、早退、曠課均予以扣分。理論課或?qū)嶒炚n缺勤超過三分之一，或作業(yè)未完成次數(shù)超過三分之一，不準參加考試。七、推薦教材和教學參考書教材：《材料力學性能》，時海芳主編，北京大學出版社，2010年。參考書：《材料物理性能》，劉強主編，化學工業(yè)出版社，2009年?！恫牧狭W》，陳忠安主編，北京大學出版社，2009年?！恫牧狭W教材》，殷有泉主編，北京大學出版社，2009年?！督饘俨牧系奈锢硇阅堋?，李立碑主編，機械工業(yè)出版社，2011年。制訂：蔡穎、李雙翠、李大林趙奇審定：趙奇、柏振海批準：柏振?！恫牧狭W、物理性能及測試》課程實驗教學大綱課程名稱：材料力學、物理性能及測試 課程代碼：05131300課程總學時：32 實驗學時：16 實驗學分：0.5適用專業(yè)：材料成型及控制工程、金屬材料工程、材料科學與工程一、實驗教學的性質(zhì)和任務(wù)材料力學性能實驗是《材料力學、物理性能及測試》課程中重要的教學環(huán)節(jié)。通過實驗教學，驗證、鞏固和補充課堂中講授的理論知識，使學生掌握材料力學性能的測試原理和測試方法；了解測試設(shè)備及基本操作規(guī)范；并培養(yǎng)學生對實驗數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果進行正確分析判斷的能力以及科學認真的態(tài)度和實事求是的工作作風。為今后的課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計及工程實踐工作打下堅實的基礎(chǔ)。二、實驗教學的主要內(nèi)容和基本要求1、實驗教學的主要內(nèi)容及知識、能力、素質(zhì)的基本要求；實驗一、金屬拉伸試驗(1)觀察拉伸過程中的各種現(xiàn)象(包括屈服、強化和頸縮等現(xiàn)象)，并繪制拉伸圖；(2)比較低碳鋼(塑性材料)與鑄鐵(脆性材料)機械性質(zhì)的特點。。實驗二、拉伸時金屬材料彈性常數(shù)的測定(1)在比例極限內(nèi)，驗證虎克定律，并測定鋼材的彈性模量E和泊松比〃。(2)學習擬訂試驗加載方案。實驗三、沖擊試驗(1)測定鋼材與鑄造鐵的沖擊韌度，觀察破壞情況，并進行比較。(2)變形速度不同，材料的機械性質(zhì)也會隨之發(fā)生變化。在工程上常采用“沖擊韌度”來表示材料抵抗沖擊的能力。實驗四、低碳鋼試件壓縮試驗(1)觀察低碳鋼和鑄鐵壓縮時的變形和破壞現(xiàn)象，并進行比較。(2)鑄鐵試件作壓縮度驗時，在達到最大載荷Pb前要出現(xiàn)較大的塑性變形后才發(fā)生破裂，此時測力指針迅速倒退，由隨動指針可讀出最大載荷Pb值。實驗五、剪切試驗(1)在實際工程中的鉚釘、銷釘、鍵等聯(lián)接件，都直接承受剪切(2)此種聯(lián)接件主要承受剪切和擠壓變形，還伴隨有彎曲作用，受力情況比較復雜實驗六、彎曲正應(yīng)力實驗(1)即梁的彎曲實驗(2)本實驗采用低碳鋼或中碳鋼制成的矩形截面梁(圖6.1),在梁承受純彎曲段的側(cè)面，這些線段表示梁的縱向纖維。梁受純彎曲時，這些刻線的長度將發(fā)生改變。2、實驗教學方法手段的基本要求；(1)了解游標卡尺等實驗設(shè)備的大致構(gòu)造和實驗的基本原理，初步掌握上述實驗設(shè)備的操作方法；(2)測定泊松比〃的原理；(3)學會萬能試驗機、扭轉(zhuǎn)試驗機、沖擊試驗機、引伸儀的操作方法和測定材料力學性能的基本方法，測定并比較低碳鋼與灰鑄鐵在拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、剪切和沖擊時的力學性能；(4)具有正確處理實驗數(shù)據(jù)和分析實驗結(jié)果的能力。三、實驗項目的設(shè)置及學時分配表序號實驗項目名稱實驗內(nèi)容提要學時每組人數(shù)實驗屬性1金屬拉伸試驗掌握金屬拉伸各性能指標的測定方法；初步了解拉伸試驗設(shè)備的原理及構(gòu)造。24驗證性2拉伸時金屬材料彈性常數(shù)的測定在比例極限內(nèi)，驗證虎克定律，并測定鋼材的彈性模量E和泊松比n；學習擬訂試驗加載方案。34驗證性3沖擊試驗掌握沖擊值的測定方法；了解溫度對材料沖擊值的影響34驗證性4低碳鋼試件壓縮試驗測定低碳鋼壓縮時的屈服極限ss和鑄鐵強度極限sb、觀察低碳鋼和鑄鐵壓縮時的變形破壞現(xiàn)象。34驗證性5剪切試驗用直接剪切方法測定低碳鋼的剪切強度極限24驗證性6彎曲正應(yīng)力實驗測定鋼梁純彎曲時橫截面上的正應(yīng)力分布，并與理論值比較，以驗證彎曲正應(yīng)力公式；了解電測的基本原理，初步學會靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的使用。34驗證性合計16四、考核方式及成績評定以課堂的表現(xiàn)、動手能力、分析問題和解決問題的能力以及實驗報告的完成質(zhì)量為主要依據(jù)評定成績。實驗成績分為優(yōu)、良、中、及格和不及格五個等級，以一定比例計入平時成績。五、推薦實驗教材及教學參考書教材：《材料力