《材料性能学》课程教学大纲

1、材料性能学课程教学大纲课程编号DB1524005课程名称材料性能学课程性质专业必修课英文名称Properties of Materials 开课单位材料与化工学院面向专业材料科学与工程授课语种汉语学分4总学时60理论学时54实验学时6讨论学时0上机学时0其他学时0开课学期第4学期先修课程材料科学基础、工程力学一、课程简介本课程是一门面向材料科学与工程专业学生开设的专业必修课。该课程以材料的力学性能和物理性能为出发点，阐述表征材料在单向静拉伸下的力学性能、其它静载下的力学性能、冲击韧性及低温脆性、断裂韧度、疲劳性能、磨损性能、高温力学性能、热学性能、磁学性能、电学性能、光学性能、压电和铁电性能、

2、耐腐蚀性能的参数及特征，并将其用于材料选取和检测分析；解释材料性能的物理本质，分析影响材料性能的因素；讲述用于材料性能测试常用仪器的使用原理和方法，并解释其局限性。二、课程目标和基本要求通过本课程的学习，使学生能够将材料性能学知识用于材料选取、检测分析中涉及的复杂工程问题解决方案的比较；能够认识到提高材料的性能有多种方案可选择；能够运用材料性能学原理，借助文献研究，分析材料相关复杂工程问题的影响因素，以获得有效结论；能够认识材料性能测试常用的现代仪器的使用原理和方法，并理解其局限性。具体目标如下：1、能够阐述表征材料力学性能和物理性能的参数及特征，并将其用于材料选取、检测分析中解决方案的比较。

3、2、能够基于材料力学性能和物理性能知识，认识到提高材料的性能有多种方案可选择。3、能够运用断裂韧性原理，借助文献研究寻求有效的解决方案，分析材料断裂的影响因素，以获得有效结论。4、能够明确材料性能测试常用现代仪器的使用原理和方法，并解释其局限性。三、课程目标对毕业要求的支撑情况课程目标所支撑的毕业要求所支撑的毕业要求指标点支撑权重11工程知识1-4：能够将材料科学与工程专业知识和数学模型方法用于材料选取、工艺设计、检测分析中涉及的复杂工程问题解决方案的比较与综合。0.322问题分析2-3：能够认识到解决材料相关复杂工程问题有多种方案可选择，通过文献搜集、鉴别、整理和研究，寻求可替代的解决方案。

4、0.332问题分析2-4：能够运用自然科学和工程科学的基本原理，借助文献研究，分析材料相关复杂工程问题的影响因素，以获得有效结论。0.345使用现代工具5-1：能够明确材料专业常用的现代仪器、信息技术工具、工程工具和模拟软件的使用原理和方法，并理解其局限性。0.1教学内容及学时分配教学内容教学要求教学方法对应课程目标学时分配布置任务1材料单向静拉伸的力学性能1.1力-伸长曲线和应力-应变曲线1.2变形1.3断裂能够阐述屈服强度、抗拉强度、弹性模数、伸长率等表征材料力学性能的参数及特征；分析材料的断裂强度。PPT讲授课堂提问案例分析1、2授课（8）2材料在其它静载下的力学性能2.1应力状态软性系

5、数2.2材料扭转性能2.3材料弯曲与压缩性能2.4硬度能够阐述应力状态软性系数、缺口敏感度、硬度等参数及其特征，选择合适的硬度计检测材料的硬度，并进行硬度分析。PPT讲授课堂提问案例分析1、2授课（4）3材料的冲击韧性及低温脆性能够阐述材料的韧脆转变温度并进行检测，分析低温脆性的影响因素。PPT讲授课堂讨论案例分析1、2授课（2）4材料的断裂韧性4.1线弹性条件下断裂韧性4.2弹塑性条件下断裂韧性4.3影响材料断裂韧度的因素4.4断裂韧度在工程的中应用能够阐述修正后的应力场强度因子、断裂韧度、断裂韧性等参数及其特征，明晰断裂韧度的影响因素；运用断裂韧性原理、判据，分析材料服役的可靠性，借助文献

6、研究，寻求有效的解决方案，分析过程的影响因素，获得有效结论。PPT讲授课堂讨论案例分析1、3授课（10）5材料的疲劳性能5.1 疲劳破坏的一般规律5.2 疲劳破坏的机理5.3疲劳抗力指标5.4影响材料及机件疲劳强度的因素5.5热疲劳（自学）能够阐述疲劳缺口敏感度、疲劳裂纹扩展速率、疲劳裂纹扩展门槛值、疲劳强度等参数及其特征，疲劳破坏的机理，分析材料的疲劳剩余寿命。PPT讲授课堂讨论案例分析1、2授课（8）6材料的磨损性能能够阐述接触应力、磨损量、磨损系数等参数及其特征，运用磨损机理寻求提高耐磨性的措施。PPT讲授课堂讨论案例分析、2授课（2）7材料的高温力学性能能够明晰蠕变极限、持久强度、高温

7、硬度等参数及其特征、分析影响蠕变性能的主要因素。PPT讲授课堂讨论案例分析、2授课（2）作业18材料的热学性能8.1热学性能的物理基础8.2热容8.3热膨胀8.4热传导能够阐述热容、热膨胀系数、热导率等表征材料物理性能的参数及其特征，明晰热膨胀和热传导的机理，分析相应的影响因素，选择满足性能需求的材料。PPT讲授课堂讨论案例分析1、2授课（6）9材料的磁学性能9.1基本磁学性能9.2抗磁性与顺磁性9.3铁磁性与反铁磁性能够阐述磁矩、磁导率、磁化率等参数，解释磁滞回线、自发磁化、铁磁性等。PPT讲授课堂讨论1授课（2）10材料的电学性能10.1导电性能10.2热电性能10.3半导体导电性能的敏感

8、效应10.4介质极化与介电性能能够阐述能隙、电导率、极化率、介电强度等参数及其特征，明晰影响电导率、极化率、的主要因素，运用导电原理阐述改变材料电导率的主要措施。PPT讲授课堂讨论案例分析1、2授课（6）11材料的光学性能能够阐述折射率、吸收率、反转离子数等参数及其特征、明晰激光器的工作原理和典型应用。PPT讲授课堂讨论1授课（2）12材料的压电和铁电性能12.1压电性能12.2热释电与铁电性能12.3铁电材料的电光效用及其应用12.4影响材料压电性能及铁电性能的因素能够阐述压电常数、热释电系数等参数及其特征，分析影响压电和铁电性的主要因素，解释自发极化、电滞回线。PPT讲授课堂讨论1授课（2

9、）13材料的耐腐蚀性能能够阐述应力腐蚀速度、平均腐蚀率等参数及其特征，明晰应力腐蚀的机理、影响因素；运用耐腐蚀原理探索有效的预防措施。PPT讲授课堂讨论案例分析1、2授课（2）作业2实验1硬度实验能够明确布氏、维氏、洛氏硬度计等仪器的使用原理、方法并解释其局限性，数据的采集、分析；明晰常见的硬度数据间的转换关系。PPT讲授现场演示实验操作4实验（2）实验报告1实验2冲击实验能够明确冲击试验机的使用原理、方法并解释相应的局限性，不同形状缺口数据的采集、分析。PPT讲授现场演示4实验（2）实验报告2序号思想政治教育元素1通过介绍我国在世界上处于第一梯队的激光、超导等材料；进一步树立民族自豪感、增强

10、国家凝聚力。2通过介绍我国与国外铝合金材料在性能优化、安全校核以及失效分析等领域的差距，进一步培养学生报效祖国的责任感、使命感和紧迫感。五、课程考核方式考核方式考核内容对应课程目标评分依据考核占比分析报告运用断裂韧性原理，借助文献研究寻求有效解决方案，分析制动盘断裂的主要影响因素，以获得有效结论。（20分）3分等级评分表法分等级评分，评分标准见附录。20%期中考试运用断裂韧性等原理选取用作火箭壳体的合适材料；运用热膨胀等热学参数选择适应性合适的陶瓷釉坯材料。（1012分）1考试成绩算分法依据标准答案评分20%阐述导体、半导体和绝缘体的能带特征及改变材料电导率的主要措施。（810分）2期末考试阐

11、述材料缺口敏感度及其主要的影响因素；根据待测样品选择合适的仪器进行检测；阐述NDT、FTP和FTE间的关系；阐述断裂强度，静力韧度，冲击韧度，断裂韧度的关系；运用应力场强度因子、临界裂纹尺寸、断裂韧度等选择合适的材料并进行安全性校核；阐述材料的热容、热膨胀系数、热导率等并运用热学原理选择合适的保温材料、耐热材料、散热材料；阐述迁移率、磁导率、折射率等参数的特征；阐述能带理论并分析相应的影响因素。（3035分）1考试成绩算分法依据标准答案评分50%阐述磨损量及提高材料耐磨性的措施；运用疲劳强度、疲劳缺口敏感度、疲劳裂纹扩展速率、疲劳裂纹门槛值等预测实际材料的疲劳剩余寿命；阐述腐蚀程度及提高材料抗

12、蚀性的措施。（1520分）2实验报告能够阐述布氏、维氏、洛氏硬度计，冲击试验机的使用原理和方法，并解释其局限性。（10分）4分等级评分表法分等级评分，评分标准见附录。10%六、教材名称及主要参考书教材：1张帆，材料性能学，北京工业大学出版社，2014.3；教学参考书：1王从曾，材料性能学，北京工业大学出版社，2001.6；2束德林，工程材料力学性能，机械工业出版社，2011.5；3吴其胜，材料物理性能，清华大学出版社，2012.12.附录：各类考核评分标准表分析报告评分标准课程目标评分标准100-90分89-80分79-70分69-60分59-0分课程目标3：能够运用断裂韧性原理，借助文献研究

13、寻求有效的解决方案，分析材料断裂的影响因素，以获得有效结论。能够正确运用断裂韧性原理，借助文献研究寻求有效的解决方案，深入分析材料断裂的影响因素，以获得有效结论；文献调研充分，分析合理，结论正确。能够运用断裂韧性原理，借助文献研究寻求有效的解决方案，分析材料断裂的影响因素，以获得有效结论；文献调研较充分，分析较合理，结论较正确。能够运用断裂韧性原理，借助文献研究寻求有效的解决方案，分析材料断裂的影响因素，以获得有效结论；文献调研基本充分，分析基本合理，结论基本正确。能够运用断裂韧性原理，借助文献研究寻求有效的解决方案，分析材料断裂的影响因素，以获得有效结论。未能够借助文献研究寻求有效解决方案，未能分析材料断裂的影响因素，未获得有效结论，未交报告，剽窃抄袭，学术造假。实验报告评分标准课程目标评分标准100-90分89-80分79-70分69-60分59-0分课程目标4：能够明确材料性能测试常用现代仪器的使用原理和方法，并解释其局限性。能够明确材料性能测试常用现代仪器的使用原理和方法，并深入解释其局限性；实验报