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《材料力学、物理性能及测试》课程教学大纲课程名称：材料力学、物理性能及测试课程代码:05131300课程类型：专业选修课学分：2总学时：32理论学时：16实验学时：16先修课程：高等数学适用专业：材料成型及控制工程、金属材料工程、材料科学与工程一、课程性质、目的和任务《材料力学、物理性能及测试》是材料成型及控制工程、金属材料工程、材料科学与工程专业的选修课。开设该课程的目的是使学生掌握在不同应力状态下对金属材料提出的各种力学性能指标、物理本质、测定方法及与其金属内部成分、组织、结构之间的关系，探讨改善力学性能的基本途径。二、教学基本要求1、知识、能力、素质的基本要求通过本课程的学习，应使学生掌握金属学与热处理的基础知识，即金属及合金的成分、组织、结构与性能之间的相互关系及其变化规律；初步学会使用金相显微镜对金属及合金的组织进行观察及相应的实验能力；具备能用所学理论对金属材料热处理的一些实际工程问题进行分析的素质。2、教学模式基本要求（课程主要教学环节要求，教学方法及手段要求）《材料力学、物理性能及测试》是一门边缘科学，它涉及到金属学、金属材料及热处理、工程力学、材料力学等许多学科的知识，故该课程应安排在学生学完工程力学、金属学、金属材料及热处理等课程后再讲授本课程较为合适。本课程的特点加强学生的抽象思维能力和科学的世界观，培养学生的工程观点和解决问题的能力，但是必须配合实验来加深认识。三、教学内容及要求第一章金属在单向静拉伸载荷下的力学性能本章主要讲授单向静拉伸试验方法的特点是温度、应力状态和加载速率是确定的。通过拉伸试验可以揭示金属材料在静载荷作用下常见的失效形式，即过量弹性变形、塑性变形和断裂。可以标定出金属材料最基本的力学性能指标，如屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和断面收缩率。并介绍这些性能指标的物理概念与实用意义，讨论金属弹性变形、塑性变形及断裂的基本规律和原理。第二章金属在其他静载荷下的力学性能本章首先介绍应力状态软性系数的概念，然后介绍压缩、弯曲、扭转和缺口试样拉伸等试验方法的特点、应用范围及其所测定的力学性能指标，此外，硬度试验也作为一种静载荷试验方法在本章一并介绍。第三章金属在冲击载荷下的力学性能本章除介绍金属材料在冲击载荷下力学行为的特点外，将着重讨论缺口试样冲击弯曲试验方法，以及金属材料的低温脆性。第四章金属的断裂韧度本章从金属材料角度出发，在简要介绍断裂力学基本原理的基础上，讨论断裂韧度的意义、测试原理、影响因素及应用。第五章金属的疲劳本章从材料科学角度研究金属疲劳的一般规律、疲劳破坏过程及机理、疲劳力学性能及其影响因素，以便为疲劳强度设计和选材建立基本思路和提供基础知识。第六章金属高温力学性能本章阐述金属材料在高温长时载荷作用下的蠕变现象，讨论蠕变变形和断裂机理，介绍高温力学性能指标及影响因素，为正确选材和制定热处理工艺提供基础知识。四、实验内容序号实验项目名称实验内容提要学时每组人数实验属性1金属拉伸试验掌握金属拉伸各性能指标的测定方法；初步了解拉伸试验设备的原理及构造。24验证性2拉伸时金属材料弹性常数的测定在比例极限内，验证虎克定律，并测定钢材的弹性模量E和泊松比μ；学习拟订试验加载方案。34验证性3冲击试验掌握冲击值的测定方法；了解温度对材料冲击值的影响34验证性4低碳钢试件压缩试验测定低碳钢压缩时的屈服极限ss和铸铁强度极限sb、观察低碳钢和铸铁压缩时的变形破坏现象。34验证性5剪切试验用直接剪切方法测定低碳钢的剪切强度极限24验证性6弯曲正应力实验测定钢梁纯弯曲时横截面上的正应力分布，并与理论值比较，以验证弯曲正应力公式；了解电测的基本原理，初步学会静态电阻应变仪的使用。34验证性合计16五、学时分配课程内容教学时数讲授习题课实验第一章金属在单向静拉伸载荷下的力学性能45第二章金属在其他静载荷下的力学性能48第三章金属在冲击载荷下的力学性能23第四章金属的断裂韧度2第五章金属的疲劳2第六章金属高温力学性能2合计1616六、考核办法考核采用百分制，“综合成绩”由“平时成绩”、“期中考试成绩”和“期末考试成绩”组成。其中，“平时成绩”占20%，“期中考试成绩”占10%，“期末考试成绩”占70%。“平时成绩”通过作业成绩、出勤率及课堂纪律的考核确定。迟到、早退、旷课均予以扣分。理论课或实验课缺勤超过三分之一，或作业未完成次数超过三分之一，不准参加考试。七、推荐教材和教学参考书教材：《材料力学性能》，时海芳主编，北京大学出版社，2010年。参考书：《材料物理性能》，刘强主编，化学工业出版社，2009年。《材料力学》，陈忠安主编，北京大学出版社，2009年。《材料力学教材》，殷有泉主编，北京大学出版社，2009年。《金属材料的物理性能》，李立碑主编，机械工业出版社，2011年。制订：蔡颖、李双翠、李大林赵奇审定：赵奇、柏振海批准：柏振海《材料力学、物理性能及测试》课程实验教学大纲课程名称：材料力学、物理性能及测试课程代码：05131300课程总学时：32实验学时：16实验学分：0.5适用专业：材料成型及控制工程、金属材料工程、材料科学与工程一、实验教学的性质和任务材料力学性能实验是《材料力学、物理性能及测试》课程中重要的教学环节。通过实验教学，验证、巩固和补充课堂中讲授的理论知识，使学生掌握材料力学性能的测试原理和测试方法；了解测试设备及基本操作规范；并培养学生对实验数据和实验结果进行正确分析判断的能力以及科学认真的态度和实事求是的工作作风。为今后的课程设计、毕业设计及工程实践工作打下坚实的基础。二、实验教学的主要内容和基本要求1、实验教学的主要内容及知识、能力、素质的基本要求；实验一、金属拉伸试验(1)观察拉伸过程中的各种现象（包括屈服、强化和颈缩等现象），并绘制拉伸图；(2)比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）机械性质的特点。。实验二、拉伸时金属材料弹性常数的测定(1)在比例极限内，验证虎克定律，并测定钢材的弹性模量E和泊松比μ。(2)学习拟订试验加载方案。实验三、冲击试验(1)测定钢材与铸造铁的冲击韧度，观察破坏情况，并进行比较。(2)变形速度不同，材料的机械性质也会随之发生变化。在工程上常采用“冲击韧度”来表示材料抵抗冲击的能力。实验四、低碳钢试件压缩试验(1)观察低碳钢和铸铁压缩时的变形和破坏现象，并进行比较。(2)铸铁试件作压缩度验时，在达到最大载荷Pb前要出现较大的塑性变形后才发生破裂，此时测力指针迅速倒退，由随动指针可读出最大载荷Pb值。实验五、剪切试验(1)在实际工程中的铆钉、销钉、键等联接件，都直接承受剪切(2)此种联接件主要承受剪切和挤压变形，还伴随有弯曲作用，受力情况比较复杂实验六、弯曲正应力实验(1)即梁的弯曲实验(2)本实验采用低碳钢或中碳钢制成的矩形截面梁（图6.1），在梁承受纯弯曲段的侧面，这些线段表示梁的纵向纤维。梁受纯弯曲时，这些刻线的长度将发生改变。2、实验教学方法手段的基本要求；(1)了解游标卡尺等实验设备的大致构造和实验的基本原理，初步掌握上述实验设备的操作方法；(2)测定泊松比μ的原理；(3)学会万能试验机、扭转试验机、冲击试验机、引伸仪的操作方法和测定材料力学性能的基本方法，测定并比较低碳钢与灰铸铁在拉伸、压缩、扭转、剪切和冲击时的力学性能；（4）具有正确处理实验数据和分析实验结果的能力。三、实验项目的设置及学时分配表序号实验项目名称实验内容提要学时每组人数实验属性1金属拉伸试验掌握金属拉伸各性能指标的测定方法；初步了解拉伸试验设备的原理及构造。24验证性2拉伸时金属材料弹性常数的测定在比例极限内，验证虎克定律，并测定钢材的弹性模量E和泊松比μ；学习拟订试验加载方案。34验证性3冲击试验掌握冲击值的测定方法；了解温度对材料冲击值的影响34验证性4低碳钢试件压缩试验测定低碳钢压缩时的屈服极限ss和铸铁强度极限sb、观察低碳钢和铸铁压缩时的变形破坏现象。34验证性5剪切试验用直接剪切方法测定低碳钢的剪切强度极限24验证性6弯曲正应力实验测定钢梁纯弯曲时横截面上的正应力分布，并与理论值比较，以验证弯曲正应力公式；了解电测的基本原理，初步学会静态电阻应变仪的使用。34验证性合计16四、考核方式及成绩评定以课堂的表现、动手能力、分析问题和解决问题的能力以及实验报告的完成质量为主要依据评定成绩。实验成绩分为优、良、中、及格和不及格五个等级，以一定比例计入平时成绩。五、推荐实验教材及教学参考书教材：《材料力学性能》，时海芳主编，北京大学出版社，2010年。参考书：《材料物理性能》，刘强主编，化学工业出版社，2009年。《材料力学》，陈忠安主编，北京大学出版社，2009年。《材料力学教材》，殷有泉主编，北京大学出版社，2009年。《金属材料的物理性能》，李立碑主编，机械工业出版社，2011年。制订：蔡颖、李双翠、李大林赵奇审定：赵奇、柏振海批准：柏振海