《材料力学性能与失效分析》课程教学大纲

1、材料力学性能与失效分析课程教学大纲课程编号：103095206课程名称：材料力学性能与失效分析高等教育层次：本科课程在培养方案中的地位：课程性质：选修对应于材料科学与工程专业，属于：AZ专业课程高端模块本课程的思政工作要点是奉献精神教育开课学年及学期：本科三年级 第1学期先修课程：a材料科学基础；b材料力学课程总学时：64（其中实验课12学时），总学分：4课程教学形式：3研究型课程课程教学目标与教学效果评价课程教学目标（给出知识能力素养各方面的具体教学结果）教学效果评价不及格及格，中良优1.通过课程学习，使学生知悉材料力学性能与失效分析的基本概念和基本理论，理解材料力学性能与失效分析工程应用的

2、背景，将工程力学知识与材料变形破坏机制相结合，深入理解材料变形破坏的物理本质，知悉和理解失效分析过程中所蕴含的技术、经济、管理、人力资源和心理学等多种要素，了解失效分析方法、过程、规范，能将相关知识用于识别和判断材料领域复杂工程问题的关键环节。1.完全不知道，或对材料力学性能与失效分析知识有碎片化的理解。2.完全没能力解决材料力学性能与失效分析问题，或能够运用零碎的材料力学性能与失效分析原理，分析解决材料力学性能与失效分析问题。不能将相关知识用于识别和判断材料领域复杂工程问题的关键环节。1.对材料力学性能与失效分析主要内容，材料力学性能与失效分析基本信息，材料力学性能与失效分析核心过程能理解，

3、但不完整。2.整体上具备运用材料力学性能与失效分析原理，分析解决材料力学性能与失效分析问题的能力，但缺乏系统性。基本能够将相关知识用于识别和判断材料领域复杂工程问题的关键环节。1.对材料力学性能与失效分析主要内容，材料力学性能与失效分析基本信息，材料力学性能与失效分析核心过程能完整理解，但不系统，存在断点。2.整体上具备运用材料力学性能与失效分析原理，分析解决材料力学性能与失效分析问题的能力，有一定的系统性，但系统性方面存在断点。能较好地将相关知识用于识别和判断材料领域复杂工程问题的关键环节。1.对材料力学性能与失效分析主要内容，材料力学性能与失效分析基本信息，材料力学性能与失效分析核心过程能

4、完整系统地理解。2. 具备运用材料力学性能与失效分析原理，分析解决材料力学性能与失效分析问题的能力。能将相关知识用于识别和判断材料领域复杂工程问题的关键环节。2. 使学生能够运用数学、物理等知识对与材料力学行为相关的复杂工程问题进行正确表达，通过课程中的小组学习和小组实践项目研究，掌握基本的表达、沟通和协作技巧，养成团队工作所需的责任感、主动性和包容性等基本素质，形成与他人密切合作解决复杂工程问题的行为习惯。1.完全不知道，或不能正确表达与材料力学行为相关的复杂工程问题。2.完全没能力解决基本的表达、沟通和协作技巧问题，或能够运用零碎的基本的表达、沟通和协作技巧原理，分析解决基本的表达、沟通和

5、协作技巧问题。1. 能够对与材料力学行为相关的复杂工程问题进行基本的表达。对基本的表达、沟通和协作技巧主要内容，基本的表达、沟通和协作技巧基本信息，基本的表达、沟通和协作技巧核心过程能理解，但不完整。2.整体上具备运用基本的表达、沟通和协作技巧原理，分析解决基本的表达、沟通和协作技巧问题的能力，但缺乏系统性。1. 能够对与材料力学行为相关的复杂工程问题进行较好的表达。对基本的表达、沟通和协作技巧主要内容，基本的表达、沟通和协作技巧基本信息，基本的表达、沟通和协作技巧核心过程能完整理解，但不系统，存在断点。2.整体上具备运用基本的表达、沟通和协作技巧原理，分析解决基本的表达、沟通和协作技巧问题的

6、能力，有一定的系统性，但系统性方面存在断点。1. 能够对与材料力学行为相关的复杂工程问题进行正确表达。对基本的表达、沟通和协作技巧主要内容，基本的表达、沟通和协作技巧基本信息，基本的表达、沟通和协作技巧核心过程能完整系统地理解。2.具备运用基本的表达、沟通和协作技巧原理，分析解决基本的表达、沟通和协作技巧问题的能力。3. 通过课程学习和项目实践锻炼，使学生具备材料力学性能与失效分析测试过程实施能力，养成从全局和流程的观点对待材料力学性能与失效分析的基本意识，能够按照一定的规范完成简单的材料力学性能与失效分析项目，能够结合失效分析的结果从力学性能优化的角度对材料成份组织设计或工艺流程设计方案提出

7、评估和改进意见。1.完全不知道，或对材料力学性能与失效分析测试分析过程知识，有碎片化的理解。2.完全没能力解决材料力学性能与失效分析项目测试分析过程问题，或能够运用零碎的材料力学性能与失效分析测试分析过程原理，分析解决材料力学性能与失效分析测试分析过程问题。不具备从力学性能优化的角度对材料成份组织设计或工艺流程设计方案提出评估和改进意见。1.对材料力学性能与失效分析测试分析过程主要内容，材料力学性能与失效分析测试分析过程基本信息，材料力学性能与失效分析测试分析过程核心过程能理解，但不完整2.整体上具备运用材料力学性能与失效分析测试分析过程原理，分析解决材料力学性能与失效分析测试分析过程问题的能

8、力，但缺乏系统性。能够从力学性能优化的角度对材料成份组织设计或工艺流程设计方案提出初步的评估和改进意见。1.对材料力学性能与失效分析测试分析过程主要内容，材料力学性能与失效分析测试分析过程基本信息，材料力学性能与失效分析测试分析过程核心过程能完整理解，但不系统，存在断点。2.整体上具备运用材料力学性能与失效分析测试分析过程原理，分析解决材料力学性能与失效分析测试分析过程问题的能力，有一定的系统性，但系统性方面存在断点。能够从力学性能优化的角度对材料成份组织设计或工艺流程设计方案提出较好的评估和改进意见。1.对材料力学性能与失效分析测试分析过程主要内容，材料力学性能与失效分析测试分析过程基本信息

9、，材料力学性能与失效分析测试分析过程核心过程能完整系统地理解。2.具备运用材料力学性能与失效分析测试分析过程原理，分析解决材料力学性能与失效分析测试分析过程问题的能力。能够从力学性能优化的角度对材料成份组织设计或工艺流程设计方案提出有价值的评估和改进意见。4. 通过课程的学习和项目实践锻炼，掌握材料力学性能测试表征和失效分析常用仪器设备的原理和功能，并能在工程实践中正确选择或开发，具备对一般材料力学性能与失效分析工程项目的分析、设计和实施的工程素养。1.完全不知道，或对材料力学性能与失效分析工程项目的分析、设计和实施知识，有碎片化的理解。2.完全没能力解决材料力学性能与失效分析工程项目的分析、

10、设计和实施问题，或能够运用零碎的材料力学性能与失效分析工程项目的分析、设计和实施原理，分析解决材料力学性能与失效分析工程项目的分析、设计和实施问题。不掌握材料力学性能测试表征和失效分析常用仪器设备的原理和功能。1.对材料力学性能与失效分析工程项目的分析、设计和实施主要内容，材料力学性能与失效分析工程项目的分析、设计和实施基本信息，材料力学性能与失效分析工程项目的分析、设计和实施核心过程能理解，但不完整2.整体上具备运用材料力学性能与失效分析工程项目的分析、设计和实施原理，分析解决材料力学性能与失效分析工程项目的分析、设计和实施问题的能力，但缺乏系统性。基本掌握材料力学性能测试表征和失效分析常用

11、仪器设备的原理和功能。1.对材料力学性能与失效分析工程项目的分析、设计和实施主要内容，材料力学性能与失效分析工程项目的分析、设计和实施基本信息，材料力学性能与失效分析工程项目的分析、设计和实施核心过程能完整理解，但不系统，存在断点。2.整体上具备运用材料力学性能与失效分析工程项目的分析、设计和实施原理，分析解决材料力学性能与失效分析工程项目的分析、设计和实施问题的能力，有一定的系统性，但系统性方面存在断点。较好地掌握材料力学性能测试表征和失效分析常用仪器设备的原理和功能。1.对材料力学性能与失效分析工程项目的分析、设计和实施主要内容，材料力学性能与失效分析工程项目的分析、设计和实施基本信息，材

12、料力学性能与失效分析工程项目的分析、设计和实施核心过程能完整系统地理解。2.具备运用材料力学性能与失效分析工程项目的分析、设计和实施原理，分析解决材料力学性能与失效分析工程项目的分析、设计和实施问题的能力。掌握材料力学性能测试表征和失效分析常用仪器设备的原理和功能，并能在工程实践中正确选择或开发。课程教学目标与所支撑的毕业要求对应关系毕业要求（指标点）编号毕业要求（指标点）内容课程教学目标（给出知识能力素养各方面的的具体教学结果）2.1能够基于数学、物理、化学、力学的科学原理思考与金属材料、无机非金属材料相关的科学与工程问题，识别和判断复杂工程问题的关键环节。目标1：通过课程学习，使学生知悉材

13、料力学性能与失效分析的基本概念和基本理论，理解材料力学性能与失效分析工程应用的背景，将工程力学知识与材料变形破坏机制相结合，深入理解材料变形破坏的物理本质，知悉和理解失效分析过程中所蕴含的技术、经济、管理、人力资源和心理学等多种要素，了解失效分析方法、过程、规范，能将相关知识用于识别和判断材料领域复杂工程问题的关键环节。2.2能够基于数学、物理、化学、力学的科学原理和方法正确表达与金属材料、无机非金属材料相关的复杂工程问题。目标2：使学生能够运用数学、物理等知识对与材料力学行为相关的复杂工程问题进行正确表达，通过课程中的小组学习和小组实践项目研究，掌握基本的表达、沟通和协作技巧，养成团队工作所

14、需的责任感、主动性和包容性等基本素质，形成与他人密切合作解决复杂工程问题的行为习惯。目标3：通过课程学习和项目实践锻炼，使学生具备材料力学性能与失效分析测试过程实施能力，养成从全局和流程的观点对待材料力学性能与失效分析的基本意识，能够按照一定的规范完成简单的材料力学性能与失效分析项目，能够结合失效分析的结果从力学性能优化的角度对材料成份组织设计或工艺流程设计方案提出评估和改进意见。5.1了解金属材料、无机非金属材料成份结构分析和性能表征常用的仪器设备、计算模拟软件的使用原理和方法，并理解其局限性。目标4：通过课程的学习和项目实践锻炼，掌握材料力学性能测试表征和失效分析常用仪器设备的原理和功能，

15、并能在工程实践中正确选择或开发，具备对一般材料力学性能与失效分析工程项目的分析、设计和实施的工程素养。教学内容、学时分配、与进度安排教学内容学时分配所支撑的课程教学目标教学方法与策略（可结合教学形式描述）（选填）绪论第1章 单向静拉伸力学性能 1.1 应力-应变曲线1.2 弹性变形与弹性不完整性1.3 塑性变形、屈服强度、形变硬化1.4 金属断裂、断裂强度、断裂理论及其应用(41，2，3课堂讲授小组学习项目实践第2章 其他静载荷下的力学性能 2.1 压缩特点与压缩试验2.2 弯曲试验与弯曲强度2.3 扭转特点与扭转试验2.4 硬度的物理含义与测试方法41，2，3课堂讲授小组学习项目实践第3章

16、冲击载荷下的力学性能3.1冲击变形与断裂3.2 影响冲击韧性的因素(21，2，3，4课堂讲授小组学习项目实践第4章 金属的断裂韧度 4.1 线弹性条件下的断裂韧度4.2 弹塑性条件下的断裂韧度4.3 断裂韧度的影响因素与测量41，2，3课堂讲授小组学习第5章 金属的疲劳5.1 疲劳现象和疲劳机理5.2 疲劳强度与影响因素5.3 低周疲劳5.4 接触疲劳(61，2，3课堂讲授小组学习第6章 应力腐蚀和氢脆6.1 应力腐蚀和防止措施6.2 氢脆及其防止措施21，2，3课堂讲授小组学习第7章 金属的磨损7.1 磨损及其机理7.2 材料的耐磨性21，2，3课堂讲授小组学习第8章 材料的高温力学性能 8

17、.1 蠕变现象及其机理8.2 高温强度与高温硬度8.3 影响高温力学性能因素21，2，3课堂讲授小组学习第9章 陶瓷材料的力学性能9.1 陶瓷材料的结构9.2 陶瓷材料的变形和断裂9.3 陶瓷材料的硬度和耐磨性21，2，3课堂讲授小组学习第10章 复合材料的力学性能10.1 复合材料的结构及性能特点10.2 单向复合材料的力学性能10.3 复合材料的断裂和疲劳21，2，3课堂讲授小组学习第11章 聚合物材料力学性能11.1 聚合物材料的结构11.2 聚合物材料的弹性、变形和断裂11.3 聚合物材料的疲劳21，2，3课堂讲授小组学习第12章 失效分析概论12.1 失效与失效分析12.2 失效分析

18、的意义12.3 失效分析的现状与发展趋势21，2，3,4课堂讲授小组学习第13章 失效分析基础知识13.1 机械零件失效形式与来源13.2 应力集中与零件失效13.3 残余应力与零件失效13.4 材料的韧性与断裂设计13.5 应力分析与失效分析21，2，3,4课堂讲授小组学习第14章 失效分析基本方法14.1 失效分析的思路及方法14.2 失效分析的程序及步骤14.3 断口分析21，2，3,4课堂讲授小组学习第15章 静载荷作用下的断裂失效分析15.1 过载断裂失效分析15.2 材料致脆断裂失效分析15.3 环境致脆断裂失效分析15.4 混合断裂失效分析21，2，3,4课堂讲授小组学习项目实践

19、第16章 疲劳断裂失效分析16.1 疲劳断裂失效的基本形式和特征16.2 疲劳断口形貌及其特征16.3 疲劳断裂失效类型与鉴别16.4 疲劳断裂失效的原因与预防21，2，3,4课堂讲授小组学习第17章 磨损与腐蚀失效分析17.1 磨损失效分析17.2 腐蚀失效分析21，2，3,4课堂讲授小组学习第18章 金属构件加工缺陷与失效18.1 铸造加工缺陷与失效18.2 锻造加工缺陷与失效18.3 焊接加工缺陷与失效18.4 热处理缺陷与失效18.5 金属零件冷加工缺陷与失效21，2，3,4课堂讲授小组学习第19章 涂层失效分析21，2，3,4课堂讲授小组学习第20章 实际构件失效分析实例41，2，3

20、,4课堂讲授小组学习项目实践实验一：拉伸/压缩/弯曲实验 42，3,4课堂讲授小组学习项目实践实验二 冲击实验 22，3,4课堂讲授小组学习项目实践实验三 低温脆性实验 22，3,4课堂讲授小组学习项目实践实验四 断口形貌分析实验 22，3,4课堂讲授小组学习项目实践实验五 动态压缩/拉伸实验 22，3,4课堂讲授小组学习项目实践考核与成绩评定：平时成绩、期末考试在总成绩中的比例，平时成绩的记录方法。考核采用百分制。（1）平时成绩占总成绩40%，包括：作业 10%；项目实践作业10%；实验报告10%；文献翻译5%；考勤5%。（2）期末闭卷考试占总成绩60% 。教材，参考书:选用教材：自编讲义参

21、考书：1. 束德林.工程材料力学性能（第三版）M. 北京：机械工业出版社，2016.2. 孙智.失效分析基础与应用M. 北京：机械工业出版社，2005.3. 杨道明. 金属力学性能与失效分析M.北京：冶金工业出版社，1991.4. Engineering Materials Properties and Selection(Seventh Edition)M,Kenneth G.Budinski and Michael K.Budinski.2002(ISBN:0-13-030533-2).5. 钟群鹏. 断口学M.北京：机械工业出版社，2006.6. 张栋.失效分析M.北京：国防工业出版社，2004.7. 查利R.布鲁克斯.工程材料的失效分析M. 谢斐娟，孙家骧译.北京：机械工业出版社，2003.8. Yung-Li Lee. 疲劳试验测试分析理论与实践. 张然治主译. 北京：国防工业出版社，2011. 9. 李守新. 高强度钢超高周疲劳性能非金属夹杂物的影响. 北京：冶金工