《材料设计基础》课程教学大纲（本科）

1、材料设计基础Fundamentals of Materials Design课程编号：07410088学 分：2学 时：32 （其中：讲课学时：32实验学时：0 上机学时：0 ） 先修课程：高等数学、物理化学、材料科学基础适用专业：金属材料工程、材料成型及控制教 材：材料设计教程，戴起勋、赵玉涛主编，化学工业出版社，2007年 9月第1版课程性质与教学目标（-）课程性质与任务（需说明课程对人才培养方面的贡献）通过对第一性原理计算方法、各种计算机模拟技术、相图设计以及传统经验 计算设计等知识的学习，使学生掌握解决材料领域特别是金属材料复杂工程问题 所需的材料学科基础知识及能力，设计如复合材料、材

2、料加工过程、材料变形与 断裂、材料表面技术等材料领域特别是金属材料工程复杂工程问题的解决方案， 设计过程中能够综合考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素，并能 够体现创新意识。了解工程技术及材料科学与工程特别是金属工程领域的技术、 资源、现代工程工具和信息技术工具，具有多学科的知识背景。（二）教学目标（需包括知识、能力与素质方面的内容，可以分项写，也可以合 并写）1知识方面了解和掌握材料设计与模拟的基本概念、思路方法和应用特点了解从纳观、微观、介观到宏观尺度上材料相关性质的理论预测方法3 了解利用计算机进行材料成分与工艺辅助设计的基本知识4 了解国际上材料模拟设计的最新研究成果和发展趋

3、势。2能力与素质方面掌握材料模型化和模拟中所采用的基本概念和原理。2用数学、物理学的原理考察、解决和处理复杂工程问题，根据研究的对象和 目的要求，选择合适的材料设计途径和方法，能够对解决方案的可行性进行初步分析与论证。2. 3能够熟悉工程技术及材料科学与工程特别是金属工程领域的技术、资源、现 代工程工具和信息技术工具，掌握及了解各种各种常规材料模拟设计的应用软件、 计算方法等。（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求2-1、3-2和5-3：.毕业要求21能够应用数学、自然科学、工程科学等基本原理识别和表达材 料的性能、成分、制备/加工和结构相互关系的工程问题

4、。.毕业要求3-2.能够基于服役条件和性能要求，设计金属材料、金属部件（零 部件）、热处理或表面改性等专业领域的生产或加工工艺。.毕业要求53.能够运用金属材料工程领域常用的分析技术、软件等对负责金属 材料工程问题进行预测或模拟，并了解其局限性。毕业要求 指标点课程目标1.1.目 标L2课程目 标1.3课程目标1.4课程目 标2.1.目 标2.2.目 标2.3毕业要求2-1VVV毕业要求3-2VV毕业要求5-3V二、课程内容、学时分配及对毕业要求指标点的支撑注：课外学时按相关专业培养计划列入表格章节内容讲课实 验上 机课 外小计支撑课程目 标支撑的毕业要 求指标点第1章材料设计概述：材料设计发

5、展的历史与作用、范围与内容、层次与特点、类型和 方法；材料设计的任务221.1、2.12-1第2章材料设计的主要技术与途径：材料设计的知识库与数据库以及专家系统，基于第 一性原理的计算设计，合金特征晶体理论，基于相图计算的材料设计；数学方法 在材料设计中的应用441.2、2.2、2.32-1, 3-2, 5-3第3章基于第一性原理的材料设计：原子相互作用势的计算应用，高温钛合金优化设计， 奥氏体钢第一原理设计，超硬材料计算设计221.2、2.1、2.2、2.32-1, 3-2, 5-3第4章相图热力学计算设计：相图优化和计算过程，CALPHAD相图计算，奥氏体钢组 织稳定性的数值计算设计，铜合

6、金、铝合金的相图计算3141.2、1.3、2.1、2.2、2.32-1, 3-2, 5-3第5章材料数值模拟设计：材料研究模型化，材料表面激光作用的数值模拟，工程应用 层次的材料数值计算，形状记忆合金的计算模拟，奥氏体不锈钢应力腐蚀计算设 计331.2、2.1、2.2、2.32-1, 3-2, 5-3第6章基于数据采掘的材料设计与预测：基于数据采掘的半经验设计方法，超高强度钢 的设计，基于组合方法的多组分新材料合成441.2、1.3、2.2、2.32-1, 3-2, 5-3第7章复合材料的设计：复合材料的设计与方法，复合材料性能相关性计算模型，结构、 功能复合材料的设计2131.2、1.3、2

7、.2、2.32-1, 3-2, 5-3第8章材料成型加工过程模拟设计：材料成型加工过程模拟设计概述，铸造工艺过程的 数值模拟，材料连接成型过程模拟，金属塑性成形模拟3141.2、1.3、2.2、2.32-1, 3-2, 5-3第9章材料变形与断裂的介观设计：铝基复合材料的力学行为模拟，裂端扩展过程的分 子动力学模拟，周期载荷下裂纹扩展的分子动力学模拟331.2、1.3、2.1、2.2、2.32-1, 3-2, 5-3第1()章材料模拟设计研究进展：极端条件下的第一原理模拟，高分子材料设计的新方 法，纳米晶金属的形变，材料模拟设计应用进展实例2131.3、1.4、2.2、2.32-1, 3-2,

8、 5-3三、达成课程目标的途径和措施本课程采用课堂教学、课外作业、课堂讨论与课程大论文相结合的方法。课堂 教学主要采用讲授、讨论与案例的教学方法。课堂教学外，通过PPT汇报的形式， 使学生加深对材料模拟的认识以及增加对其前沿技术的了解。四、考核方式1.课程考核方式包括课堂表现、PPT汇报、课程大论文。2,课程成绩=平时成绩xl()%+PPT汇报xlO%+课程大论文x8()%。成绩的具体构 成如下：成绩组成考核/评价环节分值考核/评价细则对应的课程 目标平时成绩10%点名及课堂小 练习10以随机的形式，在每章内容进行中或结束后， 随堂测试1-3题，主要考核学生课堂的听课效 果和课后及时复习消化本

9、章知识的能力，结合 平时的随机点名，最后按10%计入课程总成绩。1.1、1.2、1.3、2.1PPT汇报10%PPT制作水平 及现场表现10以材料成型加工过程模拟设计或材料变形与 断裂的介观设计两章中的任意一章为基础，让 学生独立制作PPT,课堂随机抽选学生课堂汇 报自己制作的ppt且每位同学均上交PPT,根 据ppt制作质量和汇报学生的现场表现综合评 分，最后按10%计入课程总成绩。1.2、1.3、1.4、2.1、2.2、2.3课程大论文80%大论文成绩80课程大论文围绕材料设计、模拟方面的内容展 开，根据大论文评分标准计算得分并以成绩的 80%计入课程总成绩。1.1、1.2、1.3、1.4、2.1、2.2、2.3五、