《断裂力学》课程教学大纲

1、大学本科专业培养方案课程教学大纲编 码：EM06011 Code: EM06011课程名称：断裂力学 Course Title: Fracture Mechanics课程类别：专业选修 Course category: Elective Courses in Specialty学 分：2 Credit(s): 2开课单位：机械与运载工程学院 Offering College/School: College of Mechanical & Vehicle Engineering课程描述：断裂力学是一门为工程力学专业本科生开设的专业选修课。本课程的主要讲授疲劳与断裂的一些基本理论与研究方法

2、。通过本课程的学习可了解疲劳与断裂对生产生活的危害、金属疲劳失效的一般机理、材料裂纹萌生裂纹扩展及瞬断的基本过程、工程材料断裂判据与断裂控制基本概念、工程材料与结构疲劳寿命评估的基本方法和基于弹塑性断裂力学的损伤容限疲劳设计等。本课程有利于培养学生分析及解决工程材料与结构疲劳与断裂问题的基本思路与能力。Course description: “Fracture Mechanics” is an optional professional course for undergraduates whose major is engineering mechanics. This course mai

3、nly introduces the basic theories and research methods of the fatigue and fracture. The objective of this course is to enable students to understand and master the damages caused by fatigue and fracture, failure mechanism of metal fatigue, the process of crack initiation, propagation and transient f

4、racture, basic theory of fracture criterion and fracture controlling, classical methods of material and structural fatigue life prediction, fatigue damage tolerance design based on the elastic-plastic fracture mechanics, etc. This course is beneficial to cultivate students basic idea and ability of

5、analyzing and solving the fatigue and fracture problems in engineering materials and structures.课程内容（一）课程教学目标本课程是一门为工程力学本科生开设的专业选修课。通过该课程学习，可以使学生掌握疲劳与断裂的基本概念、基本理论和基本研究方法，能够分析工程中材料与结构破坏的原因，估算工程构件疲劳寿命，进行工程材料与结构的疲劳断裂设计与分析，打下必要的理论基础。该课程对学生日后进行结构抗疲劳设计有很好的指导作用，对工程实践中安全节省材料轻量化设计结构十分有益。（相应毕业要求：1、2、3、4、5）（二）

6、基本教学内容绪论教学目的：1. 掌握关于疲劳基本概念及疲劳过程。2. 了解疲劳破坏对生产的严重性。3. 理解疲劳设计4种方法。4. 理解疲劳微观机理与断口特征。5. 明确疲劳断裂研究方法。相应毕业要求：1教学内容：1. 什么是疲劳。2. 疲劳断裂破坏的严重性。3. 疲劳设计方法。4. 疲劳断口特征。5. 疲劳断裂研究方法。学时分配：课堂教学2学时第一章、应力疲劳教学目的：1. 掌握基本S-N曲线并会用该曲线预测构件寿命。2. 理解平均应力对寿命的影响，了解等寿命曲线会用等寿命曲线。3. 理解影响疲劳性能的若干因素。4. 了解缺口疲劳及相应的缺口应力集中系数。5. 变幅载荷谱下的疲劳寿命掌握线性

7、累计损伤理论。6. 了解随机谱与循环计数，法掌握雨流计数法。教学重点：用S-N曲线预测构件寿命、利用线性累计损伤理论计算寿命、雨流计数法。教学难点：用S-N曲线预测构件寿命、利用线性累计损伤理论计算寿命、雨流计数法等寿命曲线图。相应毕业要求：1、2、3教学内容：1. 基本S-N曲线。2. 平均应力的影响。3. 影响疲劳性能的若干因素。4. 缺口疲劳。5. 变幅载荷谱下的疲劳寿命。6. 随机谱与循环计数法。学时分配：课堂教学6学时第二章、应变疲劳教学目的：1. 理解真实应力应变和工程应力应变区别与联系， 掌握Remberg-Osgood 弹塑性应力-应变关系。2. 理解滞后环循环硬化和软化现象，

8、掌握循环应力-应变曲线。3. 了解材料的记忆特性，掌握变幅循环响应计算。4. 掌握应变疲劳性能及应变疲劳的寿命估算。5. 掌握Neuber理论，能进行缺口应变分析。教学重点：单调应力- 应变响应、滞后环和循环应力 -应变响应、变幅循环响应计算、应变疲劳性能及应变疲劳的寿命估算、缺口应变分析。教学难点：滞后环和循环应力 -应变响应、应变疲劳性能及应变疲劳的寿命估算。相应毕业要求：1、2、3教学内容：1. 单调应力- 应变响应。2. 滞后环和循环应力 -应变响应。3. 材料的记忆特性与变幅循环响应计算。4. 应变疲劳性能。5. 缺口应变分析。学时分配：课堂教学4学时。第三章、断裂失效与断裂控制设计

9、教学目的：1. 理解断裂中基本概念低应力断裂、剩余强度、了解裂纹形式。2. 了解三种形式裂纹，理解裂纹尖端的应力强度因子。3. 理解控制断裂的三个基本因素裂纹几何、作用应力、裂纹韧性。4. 掌握材料的断裂韧性 K1c概念，了解测量断裂韧性 K1c。5. 掌握断裂判据与断裂控制设计的基本概念。教学重点：裂纹尖端的应力强度因子、断裂韧性 K1c、断裂判据与断裂控制设计的基本概念。教学难点：裂纹尖端的应力强度因子。相应毕业要求：1、2、3教学内容：1. 结构中的裂纹。2. 裂纹尖端的应力强度因子。3. 控制断裂的三个基本因素。4. 材料的断裂韧性 K1c。5. 断裂判据与断裂控制设计的基本概念。学时

10、分配：课堂教学6学时第五章、表面裂纹教学目的：1. 理解拉伸载荷作用下无限大体或半无限大体中的埋藏裂纹和表面裂纹应力强度因子。2. 理解拉伸载荷作用下有限体中表面裂纹的应力强度因子。3. 理解弯曲载荷作用下有限体中表面裂纹的应力强度因子。教学重点：拉伸载荷作用下无限大体或半无限大体中的埋藏裂纹和表面裂纹应力强度因子的分析。教学难点：拉伸载荷作用下无限大体或半无限大体中的埋藏裂纹和表面裂纹应力强度因子的分析。相应毕业要求：1、2、5教学内容：1. 拉伸载荷作用下无限大体中的埋藏裂纹和表面裂纹。2. 拉伸载荷作用下有限体中表面裂纹的应力强度因子。3. 弯曲载荷作用下有限体中表面裂纹的应力强度因子。

11、学时分配：课堂教学4学时第六章、弹塑性断裂力学简介教学目的：1. 了解裂尖屈服区、理解裂尖屈服后的应力强度因子。2. 理解裂纹尖端张开位移基本概念。3. 理解CTOD测试与弹塑性断裂控制设计。教学重点：裂尖屈服后的应力强度因子、裂纹尖端张开位移。教学难点：裂尖屈服后的应力强度因子。相应毕业要求：1、2、3教学内容：1. 裂纹尖端的小范围屈服。2. 裂纹尖端张开位移。3. CTOD测试与弹塑性断裂控制设计。学时分配：课堂教学4学时第7章、疲劳裂纹扩展教学目的：1. 理解疲劳裂纹扩展控制参量、理解疲劳裂纹扩展速率、掌握经典的Paris公式。2. 掌握疲劳裂纹扩展寿命预测。教学重点：疲劳裂纹扩展速率、疲劳裂纹扩展寿命预测、经典的Paris公式。教学难点：疲劳裂纹扩展寿命预测。相应毕业要求：1、2、3、4教学内容：1. 疲劳裂纹扩展速率。2. 疲劳裂纹扩展寿命预测。学时分配：课堂教学2学时考核方式本课程考核采用考查形式期评成绩占比：1. 平时成绩（作业、考勤、上机）占30%2. 期末成绩（大作业形式）占70%持续改进方法1、采用先进的教学手段、方法和教学理念。2、各章节布置一定量的习题。3、对重点、难点内容进行详细讲解。4、针对疲劳试验、疲劳裂纹扩展