《材料性能》课程教学大纲一、课程基本信息1、课程代码：MT3222、课程名称（中/英文）：材料性能/Properties of Materials3、学时/学分：51/34、先修课程：大学物理，固体物理，材料科学基础、材料加工原理5、面向对象：材料科学与工程专业6、开课院（系）、教研室：材料科学与工程学院7、教材、教学参考书：1)《材料性能学》张帆, 周伟敏. 上海交通大学出版社(2009)2)《材料性能学》王从曾. 北京工业大学出版社(2001)3)《材料的力学行为》匡震邦, 顾海澄, 李中华. 高等教育出版社(1998)4)《材料物理性能》田莳.北京航天航空大学出版社(2002)二、课程性质和任务本课程是材料科学与工程专业的专业基础主干课程。
随着现代科学技术的发展，研制与开发新型结构材料以及新型功能材料、电磁材料等具有特殊物理性能的新材料已成为近代材料研究的发展方向，材料力学性能与物理性能测试方法与技术在现代材料研究领域中也显示出重要作用。
其任务是通过教学和实验的手段，使学生掌握材料力学性能和物理性能的概念，测试及计算的基本原理，培养学生综合分析、解决问题的能力和实验技能，为学生在走上工作岗位以后，无论是从事工程技术工作，科学研究工作或者是开拓新技术领域打下坚实的实验技能基础。
三、教学内容和基本要求第0章绪论1、知识点群材料性能的概念及划分；材料性能的宏观表征方法；微观本质；影响因素；材料性能测试的一般概念。
2、教学内容第一节材料性能的研究意义第二节材料性能的概念及划分第三节材料性能的宏观表征第四节材料性能的微观本质第五节材料性能的影响因素第六节材料性能的测试3、教学安排及教学方式（课堂教学总学时数1 ）4、教学目标对本课程的重要性、范畴、主要内容、教学方法和要求等有一个初步了解，为本课程的学习打下基础。
第1章材料的常规力学性能1、知识点群拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切等静载试验方法及相应的力学性能指标；材料的缺口效应；材料的硬度试验方法；材料的冲击韧性试验方法；材料的强度统计学特性。
2、教学内容与教学方法1.1 单向静拉伸试验及性能1.1.1 单向静拉伸试验1.1.2 拉伸曲线1.1.3 单向静拉伸基本力学性能指标1.2 其它静载下的力学试验及性能1.2.1 应力状态软性系数1.2.2 压缩1.2.3 弯曲1.2.4 扭转1.2.5 剪切1.2.6 几种静载试验方法的比较1.3 缺口效应1.3.1 缺口处应力分布及缺口效应1.3.2 缺口敏感度1.4 硬度1.4.1 布氏硬度1.4.2 洛氏硬度1.4.3 维氏硬度1.4.4 其它硬度1.4.5 常用材料的硬度1.4.6 纳米硬度1.5 冲击韧性1.5.1 夏比缺口冲击试验1.5.2 冲击韧性和冲击功的适用性1.5.3 冲击试验的应用1.6 强度的统计学分析3、教学安排及教学方式4、教学目标掌握工程上常用的力学性能试验方法的特点、差异、应用范围以及在工程上的应用。
了解使用结构材料的基本性能要求，掌握结构材料的强度、塑性、韧性、硬度等基本概念。
第2章材料的变形1、知识点群弹性变形、粘弹性变形、塑性变形的宏观及微观规律；金属材料的强化原理。
2、教学内容与教学方法2.1 弹性变形2.1.1 弹性变形的宏观描述2.1.2 弹性变形的微观本质2.1.3 弹性模量影响因素2.1.5 橡胶弹性2.1.6 非理想弹性变形2.2 粘弹性变形2.2.1 粘弹性行为2.2.2 力学松弛2.2.3 粘弹性变形的唯象描述2.2.4 时温等效原理2.3 塑性变形2.3.1 塑性变形的一般特点2.3.2 塑性变形机理2.3.3 屈服2.3.4 应变硬化2.3.5 颈缩2.4 先进材料的力学性能2.4.1 金属玻璃2.4.2 多孔材料2.4.3 纳米结构材料3、教学安排及教学方式4、教学目标掌握结构材料在受外力条件下的变形规律，包括宏观描述、微观机制及各种影响因素，掌握金属材料的基本强化原理以及常用的工艺方法。
初步了解先进的非传统材料的力学性能特点。
第3章材料的断裂1、知识点群断裂的分类；断裂强度；断裂机制图；断口分析；解理断裂；微孔聚集断裂；韧脆转变；断裂韧度。
2、教学内容与教学方法3.1 断裂概述3.1.1 断裂类型3.1.2断裂强度3.1.3 宏观断口3.1.4 断裂机制图3.2 断裂过程及机制3.2.1 解理断裂3.2.2 微孔聚集断裂3.2.3 韧-脆转变3.3 非金属材料的断裂3.3.1 陶瓷材料的断裂3.3.2 高分子材料的断裂3.4 断裂韧性3.4.1 裂纹尖端应力强度因子3.4.2 断裂韧性3.4.3 裂纹尖端塑性区及有效裂纹修正3.4.4 断裂韧性的测试3.4.5 断裂韧性的工程应用3.5 材料的韧化3.5.1 金属材料的韧化3.5.2 陶瓷材料的韧化3、教学安排及教学方式4、教学目标掌握工程材料的断裂类型、特点、条件、机制、各种影响因素以及断口的分析方法。
理解材料脆性断裂的实质和危害性，掌握脆性断裂的分析方法（断裂力学）和抗脆断设计原理。
初步了解金属材料和陶瓷材料的增韧原理和常用工程方法。
第4章材料的疲劳1、知识点群疲劳特点；疲劳性能；疲劳机制；影响疲劳性能的因素。
2、教学内容与教学方法4.1 疲劳概述4.1.1 变动应力4.1.2 疲劳破坏特点4.1.3 疲劳宏观断口4.2 疲劳的宏观表征4.2.1 疲劳曲线4.2.2 疲劳极限4.2.3 疲劳过载4.2.4 疲劳缺口敏感度4.2.5 低周疲劳4.2.6 疲劳裂纹扩展速率4.3 疲劳的微观过程4.3.1 延性固体的循环变形4.3.2 疲劳裂纹的萌生4.3.3 疲劳裂纹的扩展4.3.4 疲劳裂纹扩展的阻滞和瞬态过程4.4 非金属材料的疲劳4.4.1 陶瓷材料的疲劳4.4.2 高分子材料的疲劳4.5 特种条件下的疲劳4.5.1 接触疲劳4.5.2 冲击疲劳4.5.3 微动疲劳4.5.4 多轴疲劳4.5.5 变幅疲劳4.6 疲劳短裂纹4.6.1 疲劳短裂纹的定义、分类及扩展特性4.6.2 疲劳短裂纹的扩展3、教学安排及教学方式4、教学目标了解什么是疲劳性能，掌握变动载荷形式，疲劳曲线，疲劳抗力指标及其影响因素，疲劳裂纹的产生条件，表面因素及表面强化处理效应，疲劳裂纹的扩展规律，疲劳断裂的宏观端口的分析。
了解低周疲劳概念。
掌握疲劳性能测试方法。
第5章材料在不同环境下的力学性能1、知识点群高温蠕变；高速加载下的变形和断裂；环境诱发断裂；磨损性能。
2、教学内容与教学方法5.1 高温力学性能5.1.1 概述5.1.2 蠕变曲线5.1.3 蠕变极限5.1.4 持久强度及持久塑性5.1.5 松弛稳定性5.1.6 蠕变的微观过程5.1.7 常见高温结构材料的蠕变性能5.1.8 高温瞬时拉伸5.1.9 高温硬度5.1.10 高温疲劳5.2 高速加载下的力学性能5.2.1 概述5.2.2 高速载荷下的变形5.2.3 高速载荷下的断裂5.2.4 动态断裂韧性5.2.5 高分子材料的冲击强度5.3 环境诱发断裂5.3.1 应力腐蚀断裂5.3.2 氢致开裂5.3.3 液体金属脆5.3.4 腐蚀疲劳5.4 材料的磨损性能5.4.1 概述5.4.2 磨损机理5.4.3 磨损试验方法5.4.4 非金属材料的磨损特性3、教学安排及教学方式4、教学目标掌握在高温、高速加载、轻微腐蚀介质和带摩擦等工程环境中的变形和失效规律以及相应的性能指标。
第6章材料的热学性能1、知识点群热容；热膨胀；热传导；热分析方法。
2、教学内容与教学方法6.1 热容6.1.1 热容的定义6.1.2 热容随温度变化的实验规律6.1.3 晶体热容理论6.1.4 工程材料的热容6.1.5 相变对热容的影响6.1.6 热容的测量6.2 材料的热膨胀6.2.1热膨胀的表征及工程意义6.2.2热膨胀的物理本质6.2.3格留乃森定律及固体极限膨胀方程6.2.4影响热膨胀的材料因素6.2.5常用工程材料的热膨胀性能6.2.6热膨胀系数的测定6.3 热传导6.3.1 热传导的表征及工程意义6.3.2 热传导的物理机制6.3.3 魏德曼—弗朗兹定律6.3.4 工程材料的热导率及其影响因素6.3.5 热导率的测定6.4 热分析方法及应用6.4.1 热分析方法6.4.2 热分析的应用4、教学目标理解材料热容、热膨胀、热传导的物理本质及影响因素；掌握热容、热导率及热膨胀系数的工程意义及实际应用；了解常用热分析方法及其在材料研究中的应用。
第7章材料的磁学性能1、知识点群磁性的分类；铁磁性的宏观表征；铁磁性的微观理论；铁磁性的影响因素；铁磁性的测量；磁性分析的应用。
2、教学内容与教学方法7.1 磁性基本概念7.1.1 磁学基本量7.1.2 物质磁性的分类7.1.3 抗磁性和顺磁性7.2 铁磁性的宏观表征7.2.1 磁化曲线和磁滞回线7.2.2 动态磁化7.2.3 磁各向异性7.2.4 磁致伸缩7.2.5 铁磁体的形状各向异性和退磁能7.3 铁磁性的微观理论7.3.1 自发磁化7.3.2 磁畴结构7.3.3 技术磁化微观机制7.4 铁磁性的影响因素7.4.1 温度的影响7.4.2 应力的影响7.4.3 加工硬化和晶粒细化的影响7.4.4 磁场退火7.4.5 合金成分和组织的影响7.5 磁性的测量及磁性分析的应用7.5.1 磁性的测量7.5.2 磁性分析的应用4、教学目标理解材料磁性产生的物理本质；掌握材料的磁性分类；理解材料磁化的过程及其机理；重点掌握铁磁性材料的特性以及铁磁性理论解释；掌握材料磁性能的基本表征量及其测试方法；掌握材料此性能的影响因素以及磁性测试技术在材料研究中的应用。
第8章材料的电学性能1、知识点群导电性；半导电性；超导电性；介电性；热电性；铁电性；压电性；热释电性。
2、教学内容与教学方法8.1 导电性能8.1.1 概述8.1.2 金属的导电性8.1.3 离子固体的导电性8.1.4 半导体的电学性能8.1.5 超导电性8.1.6 聚合物材料的导电性8.1.7 电阻的测量及在材料研究中的应用8.2 介电性8.2.1 介电性及电介质的极化8.2.2 介质损耗8.2.3 介电强度8.3 铁电性8.3.1 铁电性基本概念8.3.2 铁电性的微观理论8.3.3 铁电体的性能及应用8.4 热电性8.4.1 热电效应及本质8.4.2 材料热电性能的表征8.5 其他电学耦合效应8.5.1 压电性8.5.2 热释电性4、教学目标理解材料导电性和介电性的物理本质；掌握材料导电性的基本表征量及其测试方法；掌握材料电性能的影响因素以及电性能测试技术在材料研究中的应用；初步了解材料的热电性、压电性、铁电性和热释电性。
第9章材料的光学性能1、知识点群材料对光的折射、反射、吸收、散射、透射；材料的光发射；耦合光学效应；非线性光学效应。