材料力學(xué)、物理性能及測試大綱

《材料力學(xué)、物理性能及測試》課程教學(xué)大綱課程名稱：材料力學(xué)、物理性能及測試 課程代碼:05131300課程類型：專業(yè)選修課學(xué)分：2 總學(xué)時：32 理論學(xué)時：16 實(shí)驗(yàn)學(xué)時：16先修課程：高等數(shù)學(xué)適用專業(yè)：材料成型及控制工程、金屬材料工程、材料科學(xué)與工程一、課程性質(zhì)、目的和任務(wù)《材料力學(xué)、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(xué)與工程專業(yè)的選修課。開設(shè)該課程的目的是使學(xué)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(xué)性能指標(biāo)、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(xué)性能的基本途徑。二、教學(xué)基本要求1、知識、能力、素質(zhì)的基本要求通過本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生掌握金屬學(xué)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(xué)會使用金相顯微鏡對金屬及合金的組織進(jìn)行觀察及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?具備能用所學(xué)理論對金屬材料熱處理的一些實(shí)際工程問題進(jìn)行分析的素質(zhì)。2、教學(xué)模式基本要求（課程主要教學(xué)環(huán)節(jié)要求，教學(xué)方法及手段要求）《材料力學(xué)、物理性能及測試》是一門邊緣科學(xué)，它涉及到金屬學(xué)、金屬材料及熱處理、工程力學(xué)、材料力學(xué)等許多學(xué)科的知識，故該課程應(yīng)安排在學(xué)生學(xué)完工程力學(xué)、金屬學(xué)、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(diǎn)加強(qiáng)學(xué)生的抽象思維能力和科學(xué)的世界觀，培養(yǎng)學(xué)生的工程觀點(diǎn)和解決問題的能力，但是必須配合實(shí)驗(yàn)來加深認(rèn)識。三、教學(xué)內(nèi)容及要求第一章金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能本章主要講授單向靜拉伸試驗(yàn)方法的特點(diǎn)是溫度、應(yīng)力狀態(tài)和加載速率是確定的。通過拉伸試驗(yàn)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。可以標(biāo)定出金屬材料最基本的力學(xué)性能指標(biāo)，如屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長率和斷面收縮率。并介紹這些性能指標(biāo)的物理概念與實(shí)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(xué)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(yàn)方法的特點(diǎn)、應(yīng)用范圍及其所測定的力學(xué)性能指標(biāo)，止匕外，硬度試驗(yàn)也作為一種靜載荷試驗(yàn)方法在本章一并介紹。第三章金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能本章除介紹金屬材料在沖擊載荷下力學(xué)行為的特點(diǎn)外，將著重討論缺口試樣沖擊彎曲試驗(yàn)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(xué)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(xué)角度研究金屬疲勞的一般規(guī)律、疲勞破壞過程及機(jī)理、疲勞力學(xué)性能及其影響因素，以便為疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(xué)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(jī)理，介紹高溫力學(xué)性能指標(biāo)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容序號實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提要學(xué)時每組人數(shù)實(shí)驗(yàn)屬性1金屬拉伸試驗(yàn)掌握金屬拉伸各性能指標(biāo)的測定方法;初步了解拉伸試驗(yàn)設(shè)備的原理及構(gòu)造。24驗(yàn)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(yàn)證虎克定律，并測定鋼材的彈性模量E和泊松比〃；學(xué)習(xí)擬訂試驗(yàn)加載方案。34驗(yàn)證性3沖擊試驗(yàn)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(yàn)證性4低碳鋼試件壓縮試驗(yàn)測定低碳鋼壓縮時的屈服極限ss和鑄鐵強(qiáng)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(yàn)證性5剪切試驗(yàn)用直接剪切方法測定低碳鋼的剪切強(qiáng)度極限24驗(yàn)證性6彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)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(yàn)證彎曲正應(yīng)力公式；了解電測的基本原理，初步學(xué)會靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的使用。34驗(yàn)證性合計(jì)16五、學(xué)時分配課程內(nèi)容教學(xué)時數(shù)講授習(xí)題課實(shí)驗(yàn)第一章金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能45第二章金屬在其他靜載荷下的力學(xué)性能48第三章金屬在沖擊載荷下的力學(xué)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(xué)性能2合計(jì)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%。“平時成績”通過作業(yè)成績、出勤率及課堂紀(jì)律的考核確定。遲到、早退、曠課均予以扣分。理論課或?qū)嶒?yàn)課缺勤超過三分之一，或作業(yè)未完成次數(shù)超過三分之一，不準(zhǔn)參加考試。七、推薦教材和教學(xué)參考書教材：《材料力學(xué)性能》，時海芳主編，北京大學(xué)出版社，2010年。參考書：《材料物理性能》，劉強(qiáng)主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2009年。《材料力學(xué)》，陳忠安主編，北京大學(xué)出版社，2009年?！恫牧狭W(xué)教材》，殷有泉主編，北京大學(xué)出版社，2009年?！督饘俨牧系奈锢硇阅堋?，李立碑主編，機(jī)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(zhǔn)：柏振?！恫牧狭W(xué)、物理性能及測試》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱課程名稱：材料力學(xué)、物理性能及測試 課程代碼：05131300課程總學(xué)時：32 實(shí)驗(yàn)學(xué)時：16 實(shí)驗(yàn)學(xué)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(xué)與工程一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的性質(zhì)和任務(wù)材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)是《材料力學(xué)、物理性能及測試》課程中重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，驗(yàn)證、鞏固和補(bǔ)充課堂中講授的理論知識，使學(xué)生掌握材料力學(xué)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(xué)生對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行正確分析判斷的能力以及科學(xué)認(rèn)真的態(tài)度和實(shí)事求是的工作作風(fēng)。為今后的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及工程實(shí)踐工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要內(nèi)容和基本要求1、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要內(nèi)容及知識、能力、素質(zhì)的基本要求；實(shí)驗(yàn)一、金屬拉伸試驗(yàn)(1)觀察拉伸過程中的各種現(xiàn)象(包括屈服、強(qiáng)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(jī)械性質(zhì)的特點(diǎn)。。實(shí)驗(yàn)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(yàn)證虎克定律，并測定鋼材的彈性模量E和泊松比〃。(2)學(xué)習(xí)擬訂試驗(yàn)加載方案。實(shí)驗(yàn)三、沖擊試驗(yàn)(1)測定鋼材與鑄造鐵的沖擊韌度，觀察破壞情況，并進(jìn)行比較。(2)變形速度不同，材料的機(jī)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(shí)驗(yàn)四、低碳鋼試件壓縮試驗(yàn)(1)觀察低碳鋼和鑄鐵壓縮時的變形和破壞現(xiàn)象，并進(jìn)行比較。(2)鑄鐵試件作壓縮度驗(yàn)時，在達(dá)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(shí)驗(yàn)五、剪切試驗(yàn)(1)在實(shí)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(fù)雜實(shí)驗(yàn)六、彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)(1)即梁的彎曲實(shí)驗(yàn)(2)本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)方法手段的基本要求；(1)了解游標(biāo)卡尺等實(shí)驗(yàn)設(shè)備的大致構(gòu)造和實(shí)驗(yàn)的基本原理，初步掌握上述實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作方法；(2)測定泊松比〃的原理；(3)學(xué)會萬能試驗(yàn)機(jī)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)、引伸儀的操作方法和測定材料力學(xué)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(xué)性能；(4)具有正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置及學(xué)時分配表序號實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提要學(xué)時每組人數(shù)實(shí)驗(yàn)屬性1金屬拉伸試驗(yàn)掌握金屬拉伸各性能指標(biāo)的測定方法；初步了解拉伸試驗(yàn)設(shè)備的原理及構(gòu)造。24驗(yàn)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(yàn)證虎克定律，并測定鋼材的彈性模量E和泊松比n；學(xué)習(xí)擬訂試驗(yàn)加載方案。34驗(yàn)證性3沖擊試驗(yàn)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(yàn)證性4低碳鋼試件壓縮試驗(yàn)測定低碳鋼壓縮時的屈服極限ss和鑄鐵強(qiáng)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(yàn)證性5剪切試驗(yàn)用直接剪切方法測定低碳鋼的剪切強(qiáng)度極限24驗(yàn)證性6彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)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(yàn)證彎曲正應(yīng)力公式；了解電測的基本原理，初步學(xué)會靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的使用。34驗(yàn)證性合計(jì)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(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成質(zhì)量為主要依據(jù)評定成績。實(shí)驗(yàn)成績分為優(yōu)、良、中、及格和不及格五個等級，以一定比例計(jì)入平時成績。五、推薦實(shí)驗(yàn)教材及教學(xué)參考書教材：《材料力