《材料力学性能》教学大纲课程编号：B04040200课程名称：材料力学性能英文名称：MechanicalPropertiesofMaterials课程性质：专业基础课学时/学分：48/3.00考核方式：考试先修课程：高等数学、大学物理、工程制图、工程力学后继课程：金属材料学，材料热处理及设备适用专业及层次：材料科学与工程及相关专业本科生大纲执笔人：刘春廷大纲审核人：孙瑞雪一、课程性质与目标材料力学性能是金属材料工程专业一门重要的专业基础课。要求学生掌握材料各种力学性能指标，如硬度，延伸率，屈服强度，断裂强度，断裂韧性，冲击韧性等的测试方法和工程技术意义，材料强韧化的途径和实现方式，并在不同的应用要求下材料的选择。同时了解金属、陶瓷、复合材料、高分子材料等材料的强度、硬度、塑性、韧性等力学性能的物理意义、测量方式，材料的强化和韧化机制和设计原则，以及材料失效和材料脆化的机理，进而理解材料力学性能在材料研究和应用中的作用和重要意义。为学生在将来的工作科研中对各种材料的选用原则和进行测试评估起到入门指导作用。通过本课程的学习，要求学生达到以下的目标：课程目标1：能够根据模型将专业基础知识用于金属材料的性能与其服役行为间关系的分析和优化：课程目标2：能够运用高等数学和工程力学的基本原理，对复杂工程力学性能问题的关键环节和参数进行识别判断和安全校核：课程目标3：能够根据金属零部件复杂工程力学性能问题进行合理地确定其设计目标、约束条件和解决方案：课程目标4：具备工程实习和社会实践的经历，熟悉与金属力学性能相关的技术标准、知识产权、产业政策和法律法规，并具有安全生产的知识和意识。二、课程目标与毕业要求指标点的对应关系毕业要求指标点课程目标1
1 《材料力学性能》教学大纲 课程编号：B04040200 课程名称： 材料力学性能 英文名称： Mechanical Properties of Materials 课程性质： 专业基础课 学时/学分： 48 /3.00 考核方式： 考试 先修课程：高等数学、大学物理、工程制图、工程力学 后继课程：金属材料学，材料热处理及设备 适用专业及层次： 材料科学与工程及相关专业本科生 大纲执笔人： 刘春廷 大纲审核人： 孙瑞雪 一、课程性质与目标 材料力学性能是金属材料工程专业一门重要的专业基础课。要求学生掌握材料各种力学性能 指标，如硬度，延伸率，屈服强度，断裂强度，断裂韧性，冲击韧性等的测试方法和工程技术意 义，材料强韧化的途径和实现方式，并在不同的应用要求下材料的选择。同时了解金属、陶瓷、 复合材料、高分子材料等材料的强度、硬度、塑性、韧性等力学性能的物理意义、测量方式，材 料的强化和韧化机制和设计原则，以及材料失效和材料脆化的机理，进而理解材料力学性能在材 料研究和应用中的作用和重要意义。为学生在将来的工作科研中对各种材料的选用原则和进行测 试评估起到入门指导作用。通过本课程的学习，要求学生达到以下的目标： 课程目标 1：能够根据模型将专业基础知识用于金属材料的性能与其服役行为间关系的分析 和优化； 课程目标 2：能够运用高等数学和工程力学的基本原理，对复杂工程力学性能问题的关键环 节和参数进行识别判断和安全校核； 课程目标 3：能够根据金属零部件复杂工程力学性能问题进行合理地确定其设计目标、约束 条件和解决方案； 课程目标 4：具备工程实习和社会实践的经历，熟悉与金属力学性能相关的技术标准、知识 产权、产业政策和法律法规，并具有安全生产的知识和意识。 二、课程目标与毕业要求指标点的对应关系 毕业要求 指标点 课程目标
1.工程知识：能够将数学、自1-3.能够根据模型将工程基础和教学目标1然科学、工程基础和专业知识专业知识用于金属材料的成分、组用于分析和解决金属材料工织结构、性能与其服役行为间关系程领域中的复杂工程问题。的分析和优化。2-1.能够运用数学、自然科学和2.问题分析：能够应用数学、教学目标2工程科学的基本原理，识别和判断自然科学、材料科学与工程的复杂工程问题的关键环节和参数。基础理论知识和金属材料的专业知识，识别、表达复杂工程问题的关键环节、参数与解决方案，并能够通过文献研究对具体的复杂工程问题进行分析，以获得有效结论。3-1.能够根据产品和用户需求合教学目标33.设计/开发解决方案：能够理地确定金属材料复杂工程问题综合利用所学的基础理论知的设计目标和约束条件。识和专业知识，针对金属材料工程领域中的复杂工程问题，设计和优化材料成分、材料加工工艺、热处理工艺、防腐工艺等，满足特定的产品求，并能够在方案设计及优化中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素的影响。6.工程与社会：能够基于金6-1.具有工程实习和社会实践的教学目标4属材料相关专业知识对工程经历，熟悉与金属材料相关的技术实践的合理性进行分析，了标准、知识产权、产业政策和法律解与金属材料生产、设计、法规，并具有安全生产的知识和意研发相关的法律、法规以及识。承担的责任，能从社会、健康、安全、法律以及文化的角度，评价金属材料工程实践产生的影响。三、教学基本内容及要求第一章：材料单向静拉伸的力学性能（支撑课程目标1、2、4）1.1力一拉伸曲线和应力一应变曲线1.2弹性变形及其性能指标1.3非理想弹性与内耗1.4塑性变形及其性能指标1.5冲击韧性1.6硬度要求学生：以单向静拉伸应力一应变曲线为主线，掌握弹性变形、塑性变形及其性能指标：2
2 1. 工程知识：能够将数学、自 然科学、工程基础和专业知识 用于分析和解决金属材料工 程领域中的复杂工程问题。 1-3. 能够根据模型将工程基础和 专业知识用于金属材料的成分、组 织结构、性能与其服役行为间关系 的分析和优化。 教学目标 1 2. 问题分析：能够应用数学、 自然科学、材料科学与工程的 基础理论知识和金属材料的 专业知识，识别、表达复杂工 程问题的关键环节、参数与解 决方案，并能够通过文献研究 对具体的复杂工程问题进行 分析，以获得有效结论。 2-1. 能够运用数学、自然科学和 工程科学的基本原理，识别和判断 复杂工程问题的关键环节和参数。 教学目标 2 3. 设计/开发解决方案：能够 综合利用所学的基础理论知 识和专业知识，针对金属材料 工程领域中的复杂工程问题， 设计和优化材料成分、材料加 工工艺、热处理工艺、防腐工 艺等，满足特定的产品需求， 并能够在方案设计及优化中 体现创新意识，考虑社会、健 康、安全、法律、文化以及环 境等因素的影响。 3-1. 能够根据产品和用户需求合 理地确定金属材料复杂工程问题 的设计目标和约束条件。 教学目标 3 6. 工程与社会：能够基于金 属材料相关专业知识对工程 实践的合理性进行分析，了 解与金属材料生产、设计、 研发相关的法律、法规以及 承担的责任，能从社会、健 康、安全、法律以及文化的 角度，评价金属材料工程实 践产生的影响。 6-1. 具有工程实习和社会实践的 经历，熟悉与金属材料相关的技术 标准、知识产权、产业政策和法律 法规，并具有安全生产的知识和意 识。 教学目标 4 三、教学基本内容及要求 第一章: 材料单向静拉伸的力学性能 （支撑课程目标 1、2、4） 1.1 力—拉伸曲线和应力—应变曲线 1.2 弹性变形及其性能指标 1.3 非理想弹性与内耗 1.4 塑性变形及其性能指标 1.5 冲击韧性 1.6 硬度 要求学生：以单向静拉伸应力—应变曲线为主线，掌握弹性变形、塑性变形及其性能指标；
掌握硬度的各种测试方法等。教学重点：拉伸曲线和应力一应变曲线：塑性变形及其性能指标：冲击韧性；硬度教学难点：非理想弹性与内耗第二章：材料在其它静载下的力学性能（支撑课程目标1、2、4）2.1应力状态软性系数2.2扭转、弯曲与压缩的力学性能2.3缺口试样静载力学性能要求学生：掌握应力状态软性系数与理论应力集中系数：了解扭转、弯曲与压缩等的力学性能。教学重点：应力状态软性系数：扭转、弯曲与压缩的力学性能教学难点：缺口试样静载力学性能第三章：宏观断裂（支撑课程目标1、3）3.1断裂的类型及断口特征3.2韧性和脆性材料的断裂过程3.3裂纹形核的机理要求学生：掌握断裂的类型及断口特征：掌握韧性和脆性材料的断裂过程及微观断口形貌的形成机制。教学重点：断裂的类型及断口特征；韧性和脆性材料的断裂过程教学难点：裂纹形核的机理第四章：材料的断裂韧性（支撑课程目标2、3、4）4.1理论断裂强度4.2线弹性条件下的断裂韧性4.3弹塑性条件下的断裂韧性4.4影响材料断裂韧度的因素4.5断裂韧度在工程中的应用要求学生：掌握理论断裂强度和实际断裂强度的推导过程：掌握线弹性条件下的断裂韧性及断裂韧度的修正和有效裂纹长度等：掌握断裂韧度在工程中的应用。教学重点：理论断裂强度和实际断裂强度：线弹性条件下的断裂韧性：弹塑性条件下的断裂韧性：断裂韧度在工程中的应用教学难点：理论断裂强度的推导和Griffith断裂判据第五章：金属材料的疲劳性能（支撑课程目标1、2、4）5.1金属疲劳现象及特点5.2疲劳曲线及基本疲劳力学性能5.3疲劳裂纹扩展速率及疲劳门槛值5.4疲劳过程及机理5.5影响材料疲劳强度的主要因素要求学生：掌握金属疲劳现象及特点、疲劳曲线及基本疲劳力学性能、疲劳裂纹扩展速率及疲劳门槛值和疲劳过程及机理等。教学重点：金属疲劳现象及特点：疲劳曲线及基本疲劳力学性能：疲劳裂纹扩展速率及疲劳门槛值：疲劳过程及机理教学难点：疲劳过程及其机理3
3 掌握硬度的各种测试方法等。 教学重点：拉伸曲线和应力—应变曲线；塑性变形及其性能指标；冲击韧性；硬度 教学难点：非理想弹性与内耗 第二章: 材料在其它静载下的力学性能 （支撑课程目标 1、2、4） 2.1 应力状态软性系数 2.2 扭转、弯曲与压缩的力学性能 2.3 缺口试样静载力学性能 要求学生：掌握应力状态软性系数与理论应力集中系数；了解扭转、弯曲与压缩等的力学性 能。 教学重点：应力状态软性系数；扭转、弯曲与压缩的力学性能 教学难点：缺口试样静载力学性能 第三章: 宏观断裂 （支撑课程目标 1、3） 3.1 断裂的类型及断口特征 3.2 韧性和脆性材料的断裂过程 3.3 裂纹形核的机理 要求学生：掌握断裂的类型及断口特征；掌握韧性和脆性材料的断裂过程及微观断口形貌的 形成机制。 教学重点：断裂的类型及断口特征；韧性和脆性材料的断裂过程 教学难点：裂纹形核的机理 第四章：材料的断裂韧性 （支撑课程目标 2、3、4） 4.1 理论断裂强度 4.2 线弹性条件下的断裂韧性 4.3 弹塑性条件下的断裂韧性 4.4 影响材料断裂韧度的因素 4.5 断裂韧度在工程中的应用 要求学生：掌握理论断裂强度和实际断裂强度的推导过程；掌握线弹性条件下的断裂韧性及 断裂韧度的修正和有效裂纹长度等；掌握断裂韧度在工程中的应用。 教学重点：理论断裂强度和实际断裂强度；线弹性条件下的断裂韧性；弹塑性条件下的断裂 韧性；断裂韧度在工程中的应用 教学难点：理论断裂强度的推导和 Griffith 断裂判据 第五章：金属材料的疲劳性能 （支撑课程目标 1、2、4） 5.1 金属疲劳现象及特点 5.2 疲劳曲线及基本疲劳力学性能 5.3 疲劳裂纹扩展速率及疲劳门槛值 5.4 疲劳过程及机理 5.5 影响材料疲劳强度的主要因素 要求学生：掌握金属疲劳现象及特点、疲劳曲线及基本疲劳力学性能、疲劳裂纹扩展速率及 疲劳门槛值和疲劳过程及机理等。 教学重点：金属疲劳现象及特点；疲劳曲线及基本疲劳力学性能；疲劳裂纹扩展速率及疲劳 门槛值；疲劳过程及机理 教学难点：疲劳过程及其机理
第六章：材料的高温力学性能（支撑课程目标1、2、4）6.1金属的蜻变现象6.2蜻变变形与端变断裂机理6.3金属高温力学性能指标及其影响因素要求学生：掌握金属的蠕变行为、蜻变变形与蠕变断裂机理、金属高温力学性能指标及影响因素等基本知识。教学重点：金属的蠕变行为；变变形与蠕变断裂机理：金属高温力学性能指标及影响因素教学难点：蠕变变形与变断裂机理第七章：材料的耐腐蚀性能（支撑课程目标1、2、4）7.1材料腐蚀的基本概念7.2金属的电化学腐蚀倾向7.3极化曲线7.4金属材料的应力腐蚀断裂7.5氢脆要求学生：掌握金属的电化学腐蚀机理与极化曲线、金属材料的应力腐蚀断裂和氢脆等失效机制等。教学重点：金属的电化学腐蚀倾向：极化曲线：金属材料的应力腐蚀断裂；氢脆教学难点：金属材料的应力腐蚀断裂和氢脆机理第八章：陶瓷材料的性能（支撑课程目标1、2、4）8.1陶瓷材料的结构8.2陶瓷材料的变形与断裂8.3陶瓷材料的强度要求学生：掌握陶瓷材料的变形与断裂、陶瓷材料的强度等力学指标。教学重点：陶瓷材料的变形与断裂：陶瓷材料的强度教学难点：陶瓷材料的变形与断裂第九章：聚合物材料的性能（支撑课程目标1、2、4）9.1聚合物材料的结构9.2线型非晶态聚合物的变形9.3结晶态聚合物的变形9.4聚合物的粘弹性9.5聚合物的强度与断裂9.6聚合物的疲劳强度要求学生：掌握线型非晶态和结晶态聚合物的变形、聚合物的粘弹性、聚合物的强度与断裂聚合物的疲劳强度等力学性能指标。教学重点：线型非晶态和结晶态聚合物的变形：聚合物的粘弹性：聚合物的强度与断裂：聚合物的疲劳强度教学难点：线型非晶态和结晶态聚合物的变形：聚合物的粘弹性第十章复合材料的性能（支撑课程目标1、2、4）10.1复合材料的拉伸应力应变行为10.2复合材料的断裂、冲击和疲劳要求学生：了解复合材料的静拉伸应力应变行为、复合材料的断裂、冲击和疲劳等力学行为。4
4 第六章：材料的高温力学性能 （支撑课程目标 1、2、4） 6.1 金属的蠕变现象 6.2 蠕变变形与蠕变断裂机理 6.3 金属高温力学性能指标及其影响因素 要求学生：掌握金属的蠕变行为、蠕变变形与蠕变断裂机理、金属高温力学性能指标及影响 因素等基本知识。 教学重点：金属的蠕变行为；蠕变变形与蠕变断裂机理；金属高温力学性能指标及影响因素 教学难点：蠕变变形与蠕变断裂机理 第七章：材料的耐腐蚀性能 （支撑课程目标 1、2、4） 7.1 材料腐蚀的基本概念 7.2 金属的电化学腐蚀倾向 7.3 极化曲线 7.4 金属材料的应力腐蚀断裂 7.5 氢脆 要求学生：掌握金属的电化学腐蚀机理与极化曲线、金属材料的应力腐蚀断裂和氢脆等失效 机制等。 教学重点：金属的电化学腐蚀倾向；极化曲线；金属材料的应力腐蚀断裂；氢脆 教学难点：金属材料的应力腐蚀断裂和氢脆机理 第八章：陶瓷材料的性能 （支撑课程目标 1、2、4） 8.1 陶瓷材料的结构 8.2 陶瓷材料的变形与断裂 8.3 陶瓷材料的强度 要求学生：掌握陶瓷材料的变形与断裂、陶瓷材料的强度等力学指标。 教学重点：陶瓷材料的变形与断裂；陶瓷材料的强度 教学难点：陶瓷材料的变形与断裂 第九章：聚合物材料的性能 （支撑课程目标 1、2、4） 9.1 聚合物材料的结构 9.2 线型非晶态聚合物的变形 9.3 结晶态聚合物的变形 9.4 聚合物的粘弹性 9.5 聚合物的强度与断裂 9.6 聚合物的疲劳强度 要求学生：掌握线型非晶态和结晶态聚合物的变形、聚合物的粘弹性、聚合物的强度与断裂、 聚合物的疲劳强度等力学性能指标。 教学重点：线型非晶态和结晶态聚合物的变形；聚合物的粘弹性；聚合物的强度与断裂；聚 合物的疲劳强度 教学难点：线型非晶态和结晶态聚合物的变形；聚合物的粘弹性 第十章 复合材料的性能 （支撑课程目标 1、2、4） 10.1 复合材料的拉伸应力应变行为 10.2 复合材料的断裂、冲击和疲劳 要求学生：了解复合材料的静拉伸应力应变行为、复合材料的断裂、冲击和疲劳等力学行为
教学重点：复合材料的拉伸应力应变行为；复合材料的断裂、冲击和疲劳教学难点：复合材料的疲劳和断裂机理四、教学安排（学时数48）1、教学环节安排课程目标（毕业要求指标具体知识与能力要求采用的教学环节点)所学力学性能基础知识能够应用于金属材料性能与其服役行课堂授课、讨论课、自学、课程目标1（指标点1-3）作业为间关系的复杂工程问题的分析及优化应用所学知识进行复杂工程力课堂授课、讨论课、自学、课程目标2（指标点2-1）学性能问题的关键环节和参数作业的识别判断和安全校核应用所学知识合理确定金属零部件复杂工程力学性能问题的课堂授课、讨论课、自学、课程目标3（指标点3-1）作业设计目标、约束条件和解决方案应用所学知识熟悉与金属力学课程目标4（指标点6-1）性能相关的技术标准、知识产讨论课、自学权、产业政策和法律法规等2、学时安排学时分配教学内容课堂授课讨论课自学8材料单向静拉伸的力学性能1材料在其它静载下的力学性能宏观断裂681材料的断裂韧性6金属材料的疲劳性能6材料的高温力学性能6材料的耐腐蚀性能11陶瓷材料的性能2聚合物材料的性能5
5 教学重点：复合材料的拉伸应力应变行为；复合材料的断裂、冲击和疲劳 教学难点：复合材料的疲劳和断裂机理 四、教学安排（学时数48） 1、教学环节安排 课程目标（毕业要求指标 点） 具体知识与能力要求 采用的教学环节 课程目标1（指标点1-3） 所学力学性能基础知识能够应 用于金属材料性能与其服役行 为间关系的复杂工程问题的分 析及优化 课堂授课、讨论课、自学、 作业 课程目标2（指标点2-1） 应用所学知识进行复杂工程力 学性能问题的关键环节和参数 的识别判断和安全校核 课堂授课、讨论课、自学、 作业 课程目标3（指标点3-1） 应用所学知识合理确定金属零 部件复杂工程力学性能问题的 设计目标、约束条件和解决方 案 课堂授课、讨论课、自学、 作业 课程目标4（指标点6-1） 应用所学知识熟悉与金属力学 性能相关的技术标准、知识产 权、产业政策和法律法规等 讨论课、自学 2、学时安排 教学内容 学时分配 课堂授课 讨论课 自学 材料单向静拉伸的力学性能 8 材料在其它静载下的力学性能 1 宏观断裂 6 材料的断裂韧性 8 1 金属材料的疲劳性能 6 材料的高温力学性能 6 材料的耐腐蚀性能 6 陶瓷材料的性能 1 1 聚合物材料的性能 2