航空工程材料（第4版） 教案 模块1 金属材料的力学性能

《航空工程材料》模块一教案课题：金属材料的力学性能

学时：4学时一、教学目标1.知识与技能目标理解金属材料力学性能的基本概念（刚度、强度、塑性、硬度、韧性、疲劳、蠕变等）。掌握拉伸试验原理及应力-应变曲线的各阶段含义。能够区分屈服强度、抗拉强度、名义屈服强度，并掌握其工程意义。掌握伸长率、断面收缩率的计算方法及其反映塑性的差异。掌握布氏、洛氏、维氏硬度的测量原理、表示方法及适用条件。理解冲击韧性、断裂韧性的定义及裂纹扩展的三种模式。掌握疲劳断裂的特征、疲劳强度的测定方法及提高疲劳强度的措施。理解蠕变的三阶段特征及其在航空高温部件中的意义。2.过程与方法目标通过应力-应变曲线分析，培养学生从图表中提取材料性能参数的能力。通过案例教学（如T-2油轮断裂、飞机起落架疲劳），提升工程安全意识和故障分析能力。通过硬度计演示或视频，增强对实验方法的感性认识。3.情感态度与价值观目标引导学生树立“航空报国，材料筑梦”的职业素养与工匠精神。强化“质量就是生命”的航空维修与设计理念。结合材料缺陷与自我批评，培养学生的自省意识与严谨作风。二、教学重点与难点教学重点应力-应变曲线的各阶段及其对应的力学性能指标。屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率的定义与计算。布氏、洛氏、维氏硬度的测量原理、表示方法与优缺点。疲劳断裂的三区域特征及提高疲劳强度的措施。蠕变的三阶段及其在航空高温部件中的应用。教学难点弹性模量与刚度的区别与联系。名义屈服强度

σ0.2断面收缩率为何比伸长率更能反映真实塑性。疲劳极限与名义疲劳强度的区别。蠕变断裂的沿晶特征及其与温度、应力的关系。三、教学方法与手段教学方法具体应用讲授法系统讲解各单元核心概念、公式推导、图表解读案例教学法T-2油轮低应力脆断、飞机起落架疲劳断裂实验演示法播放拉伸试验、冲击试验、硬度试验视频或现场演示互动讨论法课堂提问、小组讨论（如“如何提高零件疲劳寿命”）练习法课堂计算伸长率、断面收缩率、弹性模量等教学手段：PPT课件（含应力-应变图、硬度对比图、疲劳断口照片）视频资源（拉伸试验、冲击试验、蠕变过程演示）板书（公式推导、符号说明）在线平台（预习任务、课后习题）四、学时分配（共180分钟）学时教学内容教学活动时间分配第1学时单元1刚度与弹性讲授+图示分析+弹性模量计算练习45分钟第2学时单元2强度与塑性讲授+公式推导+案例分析（T-2油轮）45分钟第3学时单元3硬度+单元4韧性讲授+硬度计演示+冲击试验视频45分钟第4学时单元5疲劳强度+单元6蠕变+习题讲解案例教学+课堂讨论+习题讲评45分钟五、教学过程（分学时详细设计）第1学时：刚度与弹性导入（5分钟）

提问：“飞机机翼为什么不能太软？”引出刚度与弹性的概念。新课讲授（30分钟）弹性变形与塑性变形的区别弹性极限

σc、比例极限

弹性模量

E=σ/刚度的定义：材料抵抗弹性变形的能力提高零件刚度的方法（材料

E、截面形状、面积）课堂练习（10分钟）

给定一组应力-应变数据，计算弹性模量，比较不同材料的刚度。第2学时：强度与塑性导入（5分钟）

展示T-2油轮断裂图片，提问：“为什么钢材在低应力下会断裂？”新课讲授（30分钟）屈服强度

σs、名义屈服强度

抗拉强度

σ伸长率

δ=断面收缩率

ψ=塑性在航空冷压成型件中的应用互动讨论（10分钟）

为什么

ψ

比

δ

更能准确反映材料塑性？第3学时：硬度与韧性导入（5分钟）

展示不同工具（锉刀、锤头）的硬度对比，引出硬度概念。新课讲授（30分钟）布氏硬度（HBS、HBW）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）、维氏硬度（HV）冲击韧性

ak断裂韧性与三类裂纹：张开型、滑开型、撕开型实验/视频演示（10分钟）

播放摆锤冲击试验视频，展示不同材料的断口特征。第4学时：疲劳强度与蠕变+习题讲解导入（5分钟）

展示飞机起落架疲劳裂纹照片，引出疲劳断裂。新课讲授（25分钟）疲劳断裂三区域：疲劳源、疲劳扩展区（光滑区）、瞬间断裂区（粗糙区）疲劳曲线与疲劳极限名义疲劳强度（有色金属，如

107提高疲劳强度的措施（表面强化、减少应力集中）蠕变三阶段：减速、恒速、加速蠕变-疲劳断裂在涡轮叶片、涡轮盘中的应用课堂讨论（10分钟）

“如何提高飞机零件的抗疲劳能力？”习题讲评（5分钟）

讲解课后习题中的易错点（如

σ0.2

的使用条件、ψ

与

δ六、教学资源与参考资料教学资源教材：《航空工程材料》（第4版）模块一PPT课件视频资料：拉伸试验、冲击试验、蠕变过程演示实验设备（可选）：布氏硬度计、洛氏硬度计、拉伸试验机在线平台：发布预习任务、课后习题、拓展阅读参考资料GB/T228.1—2021《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》附录A：硬度换算表航空材料相关案例集（如T-2油轮、飞机起落架疲劳事故）七、考核方式评价方式占比说明课堂参与20%提问、讨论、练习课后作业30%习题+案例分析（如T-2油轮断裂分析）阶段性测验50%选择题（20%）+简答题（20%）+计算题（10%）测验内容示例：画出低碳钢应力-应变曲线并标出

σs、σb计算伸长率与断面收缩率说明

σ0.2简述疲劳断裂的三区域特征八、教学反思（课后填写）此部分由授课教师在课后根据实际教学效果填写，建议包括以下内容：教学效果：学生是否掌握了