材料力學性能(西北工業大學建設的慕課)

材料力學性能課程是西北工業大學建設的慕課、國家精品線上開放課程、國家級一流本科課程。該課程於2018年12月05日在中國大學MOOC首次開課，授課教師是張程煜、郭敏、鐘宏、王川雲、屈瑞濤、楊夏煒、李江。據2022年10月中國大學MOOC官網顯示，該課程已經開課8次。

材料力學性能課程共十二課時，包括材料在拉伸下的力學性能、材料的彈性變形和塑性變形、材料的斷裂、材料在其他靜載入下的力學行為、材料的缺口強度與夏比擺錘衝擊及韌脆轉變、材料的斷裂韌性、材料的疲勞、材料的高溫力學性能、環境對金屬力學性能的影響、摩擦和磨損、陶瓷的力學性能特點以及複合材料的力學性能等內容。

基本介紹

• 中文名：材料力學性能
• 類別：慕課、國家精品線上開放課程、國家級一流本科課程
• 授課老師：張程煜、郭敏、鐘宏、王川雲、屈瑞濤、楊夏煒、李江
• 開課時間：2018年12月05日（首次）
• 授課平台：中國大學MOOC
• 建設院校：西北工業大學

課程性質

課程背景

結構材料是工業中不可或缺的，評價和使用結構材料的主要依據是其力學性能。即使對於功能材料，在使用過程中也面臨著各種載荷下的失效問題。

課程定位

該課程是材料科學與工程學科大學本科生的主幹課和必修課。

課程簡介

該課程共設計了十二課時的教學內容，主要介紹材料在力、能量、環境和時間單獨或複合作用下，材料力學行為的回響規律、物理本質、評定方法、測試方法和工程套用。所涉及到的內容主要有四部分：材料的基本力學性能，包括彈性、塑性，形變強化、強度、韌性和硬度等；斷裂的抗力及其表征，主要包括斷裂韌性、脆斷的微觀機制、缺口件的斷裂和衝擊能量作用下的斷裂；與時間有關的失效機理和抗力，主要有疲勞、蠕變、應力腐蝕和氫脆、摩擦與磨損及接觸疲勞等；特殊材料的力學性能特點，包括高分子材料、陶瓷材料和複合材料。

課程大綱

01材料在拉伸下的力學性能 課時 1.1 拉伸試驗與應力應變曲線 1.2 工程應力指標 1.3 工程應變指標與典型的拉伸應力-應變曲線 1.4 真應力真應變 1.5 加工硬化與應變硬化指數 1.6 實驗1--單向拉伸實驗 02材料的彈性變形和塑性變形 課時 2.1 彈性變形與胡克定律 2.2 彈性模量的意義及影響因素 2.3 彈性不完善性 2.4 塑性變形方式與特點 2.5 屈服現象及其本質 2.6 影響屈服強度的因素 2.7 應變時效和包辛格效應 03材料的斷裂 課時 3.1 斷裂的分類及其特徵 3.2 解理斷裂 3.3 微孔聚集型斷裂 3.4 理論斷裂強度 3.5 Griffith脆斷強度理論 04材料在其他靜載入下的力學行為 課時 4.1 應力狀態柔度係數 4.2 材料在扭轉載荷下的力學行為 4.3 材料在彎曲載荷下的力學行為 4.4 材料在壓縮載荷下的力學行為 4.5 實驗2--布氏硬度實驗 4.6 實驗3--洛氏硬度實驗 4.7 實驗4--顯微維氏硬度實驗 05材料的缺口強度、夏比擺錘衝擊及韌脆轉變 課時 5.1 缺口與缺口敏感性 5.2 缺口的應力集中分析 5.3 應變集中的出現與分析 5.4 低應力脆斷 5.5 高速載入與低溫致脆 5.6 缺口試樣夏比擺錘衝擊 5.7 韌脆轉變 5.8 實驗5--夏比錘衝擊實驗 06材料的斷裂韌性 課時 6.1 裂紋尖端的應力場 6.2 斷裂韌性和斷裂韌度 6.3 裂紋擴展的能量判據 6.4 平面應變斷裂韌度的測定 6.5 斷裂韌度的工程套用 6.6 金屬材料的韌化方法 6.7 實驗6--斷裂韌性實驗

07材料的疲勞 課時 7.1 疲勞與循環載入 7.2 疲勞S-N 曲線及其測定 7.3 疲勞極限的影響因素 7.4 疲勞線性累積損傷理論 7.5 應變疲勞 7.6 應變-壽命曲線 7.7 疲勞裂紋擴展速率 7.8 Paris公式及擴展壽命估算 7.9 疲勞裂紋形成機制 7.10 疲勞裂紋擴展機制 7.11 疲勞巨觀斷口 7.12 疲勞延壽方法 7.13 幾種特殊條件下的疲勞 08材料的高溫力學性能 課時 8.1 蠕變現象 8.2 蠕變試驗 8.3 蠕變曲線 8.4 蠕變機制-位錯蠕變機制 8.5 蠕變機制-擴散蠕變機制 8.6 蠕變機制-晶界運動機制 8.7 蠕變斷裂 8.8 蠕變曲線描述 8.9 規定塑性應變強度 8.10 蠕變斷裂強度和蠕變斷裂延性 8.11 蠕變斷裂時間的估算 8.12 提高抗蠕變能力的思路 8.13 應力鬆弛 09環境對金屬力學性能的影響 課時 9.1 應力腐蝕破裂 9.2 應力腐蝕破裂機理 9.3 氫損傷 9.4 液態金屬致脆 9.5 腐蝕疲勞 10摩擦和磨損 課時 10.1 摩擦與磨損 10.2 黏著磨損 10.3 磨料磨損 10.4 腐蝕磨損 11陶瓷的力學性能特點 課時 11.1 陶瓷的彈性模量和強度 11.2 陶瓷的斷裂韌性及增韌方法 12複合材料的力學性能 課時 12.1 複合材料的應力-應變曲線 12.2 複合材料的強度及應力和應變轉換

（註：課程大綱排版從左到右列）

開課信息

開課次數	開課時間	授課教師	學時安排	參與人數
第1次開課	2018年12月05日~2019年01月26日	張程煜、楊夏煒、鐘宏	2-3小時每周	1523
第2次開課	2019年05月06日~2019年07月29日		2-4小時每周	1545
第3次開課	2019年11月26日~2020年02月12日		3-5小時每周	3855
第4次開課	2020年10月19日~2021年02月01日	張程煜	2-3小時每周	1440
第5次開課	2021年04月27日~2021年08月31日	張程煜、楊夏煒、鐘宏		1792
第6次開課	2021年09月25日~2022年02月10日			2244
第7次開課	2022年04月11日~2022年07月15日	張程煜、楊夏煒、鐘宏、郭敏	1-2小時每周	1359
第8次開課	2022年09月12日~2023年01月15日	張程煜、楊夏煒、鐘宏、王川雲、郭敏、屈瑞濤、李江		待定

教學目標

1. 掌握材料的評價、選用及改進材料性能等的基礎知識：材料基本力學性能的測試原理和方法；外力作用下材料失效的過程、機制和力學模型；不同類型材料力學性能的基本規律；不同服役環境的材料基本要求。
2. 掌握材料評價方法，並能確定不同力學性能指標的測定方法：靜態力學性能、衝擊性能、斷裂韌性、疲勞性能、蠕變性能、不同環境下的力學性能、摩擦與磨損；
3. 能夠基於力學性能基本知識並採用科學方法對材料變形與斷裂的典型物理現象進行研究，通過設計實驗、分析與解釋數據、信息綜合得到合理有效的結論；
4. 掌握在套用中材料優選方法，尤其是在生產過程中如何最佳化工藝以改善材料在服役條件下的力學性能，減少和防止因材料失效而造成的損失；
5. 具備材料失效分析的基本能力，能夠套用現代工具和方法，根據力學性能基本知識初步分析典型條件下材料及其構件的斷裂原因，並制定改進方法；
6. 掌握新材料和新技術的發展動態，並了解對材料力學性能提出的新要求。

學習預備

預備知識

學習材料力學性能課程需要具備掌握金屬材料基本知識，材料力學基本知識，材料的微觀和巨觀形貌、成分分析方法。

學習資料

書名	作者	ISBN	出版社	出版時間
《材料的力學性能》	喬生儒、張程煜、王泓	9787561243657	西北工業大學出版社	2019年

所獲榮譽

2019年，該課程被中華人民共和國教育部認定為“國家精品線上開放課程”。

2020年11月24日，該課程被中華人民共和國教育部認定為首批“國家級一流本科課程”。

教師簡介

張程煜，工學博士，西北工業大學材料學院教授，研究方向為材料的高溫力學性能研究。

楊夏煒，博士，西北工業大學材料學院副教授，研究方向為摩擦焊成形控形-控性一體化設計及接頭服役性能研究；航空航天高精度高性能鈦合金焊絲製備工藝及開發原理。

鐘宏，博士，西北工業大學材料學院副教授，研究方向為先進材料取向生長；凝固理論與凝固技術。

王川雲，工學博士，西北工業大學材料學院副教授，研究方向為複雜結構材料微納力學性能表征與變形機制分析。

郭敏，博士，西北工業大學材料學院副教授，研究方向為先進凝固理論與技術、光伏器件及新材料相關研究。

屈瑞濤，工學博士，西北工業大學材料學院教授，博士生導師，研究方向為高強度材料的變形與斷裂。

李江，工學博士，西北工業大學材料學院副研究員（自然科學），主持國家自然科學基金青年項目1項。