《材料性能学》教学大纲课程名称：材料性能学课程类别（必修/选修）：必修课程英文名称：MaterialProperties其中实验/实践学时：0总学时/周学时/学分：40/4/2.5先修课程：工程力学、材料科学基础，现代材料分析方法后续课程支撑：材料失效分析、毕业设计授课时间：1-10周，周二1-2节，周四3-4节（2022金属1班）授课地点：6C-306、6B2041-10周，周二5-6节，周四1-2节（2022金属2班）授课对象：2022金属1班，2022金属2班开课学院：材料科学与工程学院任课教师姓名/职称：李月明/特聘副研究员：孔风玉/副教授答疑时间、地点与方式：1.每次上课的课间和课后，采用一对一的问答方式：2.通过电子邮件等联系方式答疑：3.课后答疑在办公室4B309课程考核方式：开卷（）闭卷（V）课程论文（）其它（）使用教材：材料性能学（第二版）付华张光磊主编教学参考资料：材料力学性能，彭瑞东编著：材料的物理性能，龙毅主编材料性能学（第二版），张帆郭益平周伟嫩主编课程简介：本课程是材料科学与工程专业的一门专业基础必修课程，主要面向金属材料方向。该课程以材料的力学性能和物理性能为出发点，阐述表征材料在单向静拉伸下的力学性能、其他静载下的力学性能、冲击韧性及低温脆性、断裂韧度、疲劳性能、高温力学性能、热学性能、磁学性能、电学性能、光学性能、压电和铁电性能的参数及特征。课程主要需要掌握材料各种主要性能的基本概念、物理本质、变化规律及性能指标的工程意义，掌握评价材料性能的指标及测试方法，了解影响材料性能的主要因素及材料性能与其成分、组织结构之间的关系，提高材料性能的主要途径，以便在零件设计和制造过程中能正确选择合理使用材料，改进和发展新工艺，充分发挥材料性能潜力。课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑：1
1 《材料性能学》教学大纲 课程名称：材料性能学 课程类别（必修/选修）：必修 课程英文名称： Material Properties 总学时/周学时/学分：40/4/2.5 其中实验/实践学时：0 先修课程：工程力学、材料科学基础，现代材料分析方法 后续课程支撑：材料失效分析、毕业设计 授课时间：1-10 周，周二 1-2 节，周四 3-4 节（2022 金属 1 班） 1-10 周，周二 5-6 节，周四 1-2 节（2022 金属 2 班） 授课地点：6C-306、6B204 授课对象： 2022 金属 1 班，2022 金属 2 班 开课学院： 材料科学与工程学院 任课教师姓名/职称： 李月明/特聘副研究员；孔凤玉/副教授 答疑时间、地点与方式：1.每次上课的课间和课后，采用一对一的问答方式；2.通过电子邮件等联系方式答疑；3.课后答疑在办公室 4B309 课程考核方式：开卷（）闭卷（）课程论文（）其它（ ） 使用教材：材料性能学（第二版） 付华 张光磊 主编 教学参考资料：材料力学性能，彭瑞东编著；材料的物理性能，龙毅 主编 材料性能学（第二版），张帆 郭益平 周伟敏 主编 课程简介：本课程是材料科学与工程专业的一门专业基础必修课程，主要面向金属材料方向。该课程以材料的力学性能和物理性能为出发点，阐述表征 材料在单向静拉伸下的力学性能、其他静载下的力学性能、冲击韧性及低温脆性、断裂韧度、疲劳性能、高温力学性能、热学性能、磁学性能、电学性 能、光学性能、压电和铁电性能的参数及特征。课程主要需要掌握材料各种主要性能的基本概念、物理本质、变化规律及性能指标的工程意义，掌握评 价材料性能的指标及测试方法，了解影响材料性能的主要因素及材料性能与其成分、组织结构之间的关系，提高材料性能的主要途径，以便在零件设计 和制造过程中能正确选择合理使用材料，改进和发展新工艺，充分发挥材料性能潜力。 课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑：
毕业要求课程教学目标支撑毕业要求指标点目标1：1）学习并掌握材料的基本力学性能、不同服役环境的材2.问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学料基本要求、材料的热学性能、磁学性能、电学性能等的2-2掌握运用专业基础知识分析金属基本概念、宏观现象和微观本质。的基本原理：识别、表达、并通过文献研究分析金材料工程问题的能力。2）掌握材料评价方法，并能确定不同力学性能指标的测属材料领域的复杂工程问题，以获得有效结论。定方法：静态力学性能、冲击性能、断裂韧性、疲劳性能摩擦与磨损、热学、电学、磁学等性能。目标2：1）理解材料性能与其成分组织结构之间的关系，影响材3-2掌握金属材料结构/组成、性质、加料性能的主要因素和提高材料性能的主要途径，熟练工工艺、服役性能之间相互关系的基本设计、开发解决方案：能够设计针对金属材料制3.1掌握材料相关性能指标的工程意义，学会用宏观和微规律，能够分析金属材料的成分设计、备、加工过程中所涉及的工艺进行设计并制定解决观的角度分析问题，培养自学获取新知识的能力。合金制备、加工过程中所涉及的工艺参方案，能够在设计环节中体现创新意识，并综合考2）培养终身学习的意识，能够知晓新材料和新技术的发数、生产流程及关键控制步骤，并根据虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。展动态，并了解对材料性能提出的新要求。专业相关知识制度解决方案，满足特定3）掌握评价、选用及改进材料性能等的基础知识以及在需求。应用中材料优选方法。目标3：5-1能够开发、选择及使用现代专业检5.使用现代工具：能够针对金属材料的设计、制备、1）具备材料失效分析的基本能力，能够应用现代工具和测设备、资源及技术来分析金属材料工加工等问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、方法，根据材料性能基本知识进行分析和初步的选材。程中涉及合金设计与制备、产品加工等现代工程工具和信息技术工具，对金属材料工程领2）培养严格遵守和执行规范的思想意识。方面的复杂工程问题，并能够理解其局域复杂问题进行预测与模拟，并能够理解其局限性。3）培养积极向上的价值观，坚持不解、科学严谨、认真限性。2
2 课程教学目标 支撑毕业要求指标点 毕业要求 目标 1： 1）学习并掌握材料的基本力学性能、不同服役环境的材 料基本要求、材料的热学性能、磁学性能、电学性能等的 基本概念、宏观现象和微观本质。 2）掌握材料评价方法，并能确定不同力学性能指标的测 定方法：静态力学性能、冲击性能、断裂韧性、疲劳性能、 摩擦与磨损、热学、电学、磁学等性能。 2-2 掌握运用专业基础知识分析金属 材料工程问题的能力。 2. 问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学 的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析金 属材料领域的复杂工程问题，以获得有效结论。 目标 2： 1） 理解材料性能与其成分组织结构之间的关系，影响材 料性能的主要因素和提高材料性能的主要途径，熟练 掌握材料相关性能指标的工程意义，学会用宏观和微 观的角度分析问题，培养自学获取新知识的能力。 2） 培养终身学习的意识，能够知晓新材料和新技术的发 展动态，并了解对材料性能提出的新要求。 3） 掌握评价、选用及改进材料性能等的基础知识以及在 应用中材料优选方法。 3-2 掌握金属材料结构/组成、性质、加 工工艺、服役性能之间相互关系的基本 规律，能够分析金属材料的成分设计、 合金制备、加工过程中所涉及的工艺参 数、生产流程及关键控制步骤，并根据 专业相关知识制度解决方案，满足特定 需求。 3. 设计、开发解决方案：能够设计针对金属材料制 备、加工过程中所涉及的工艺进行设计并制定解决 方案，能够在设计环节中体现创新意识，并综合考 虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。 目标 3： 1）具备材料失效分析的基本能力，能够应用现代工具和 方法，根据材料性能基本知识进行分析和初步的选材。 2）培养严格遵守和执行规范的思想意识。 3）培养积极向上的价值观，坚持不懈、科学严谨、认真 5-1 能够开发、选择及使用现代专业检 测设备、资源及技术来分析金属材料工 程中涉及合金设计与制备、产品加工等 方面的复杂工程问题，并能够理解其局 限性。 5. 使用现代工具：能够针对金属材料的设计、制备、 加工等问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、 现代工程工具和信息技术工具，对金属材料工程领 域复杂问题进行预测与模拟，并能够理解其局限 性
细致、实事求是的科学态度和职业道德。6-1正确认识金属材料工程对于客观世界6.工程与社会：能够基于金属材料工程相关背景知和社会的影响。识进行合理分析，评价金属材料工程领域实践和复杂问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。理论教学进程表支撑教学模式周次教学主题授课数师学时数教学内容（重点、难点、课程思政融入点）教学方法作业安排课程线下/混合式目标目标讲述课程大纲及绪论，介绍材料性能学的李月明线下课堂讲授课程意义、主要学习内容、学习方法及教教学大纲、绪论21学安排。讲述材料在单向静拉伸应力状态下的力学课程思政作业：调研性能：拉伸试验方法、工程应力应变指标、大湾区内的代表性课堂讲授和的斜拉索桥，并调研拉伸曲线、弹性变形的本质（双原子模型）、小组讨论材料在单向静拉其结构、采用的材产义胡克定律、弹性常数、弹性模量及影启发式教目标伸应力状态下的响因素、非理想的弹性变形及对材料应用料，材料的受力等，李月明线下4学，结合具1-2二力学性能的影响结合本节课所讲述体知识点，材料的弹性变形重点：工程应力应变指标、弹性模量及影知识分析具体的拉不断创设间响因素伸理论及相关知识题情境点点的应用。（可以增难点：拉伸曲线、非理想的弹性变形思政融入点：强学生对于我国基3
3 细致、实事求是的科学态度和职业道德。 6-1 正确认识金属材料工程对于客观世界 和社会的影响。 6. 工程与社会：能够基于金属材料工程相关背景知 识进行合理分析，评价金属材料工程领域实践和复 杂问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文 化的影响，并理解应承担的责任。 理论教学进程表 周次 教学主题 授课教师 学时数 教学内容（重点、难点、课程思政融入点） 教学模式 线下/混合式 教学方法 作业安排 支撑 课程 目标 1 教学大纲、绪论 李月明 2 讲述课程大纲及绪论，介绍材料性能学的 课程意义、主要学习内容、学习方法及教 学安排。 线下 课堂讲授 目 标 一 1-2 材料在单向静拉 伸应力状态下的 力学性能 材料的弹性变形 李月明 4 讲述材料在单向静拉伸应力状态下的力学 性能：拉伸试验方法、工程应力应变指标、 拉伸曲线、弹性变形的本质（双原子模型）、 广义胡克定律、弹性常数、弹性模量及影 响因素、非理想的弹性变形及对材料应用 的影响 重点：工程应力应变指标、弹性模量及影 响因素 难点：拉伸曲线、非理想的弹性变形 思政融入点： 线下 课堂讲授和 小组讨论 启 发 式 教 学，结合具 体知识点， 不断创设问 题情境点 课程思政作业：调研 大湾区内的代表性 的斜拉索桥，并调研 其结构、采用的材 料，材料的受力等， 结合本节课所讲述 知识分析具体的拉 伸理论及相关知识 点的应用。（可以增 强学生对于我国基 目 标 二
对于材料拉伸问题一个非常典型而具有实建能力的自豪感，并对所从事专业的应用性的例子是其在斜拉钢索桥上的应用。斜拉索桥是先进的造桥方案，而在全球十用有进一步的认识，大斜拉钢索桥中（主跨长度排名），中国提高专业认同感。有8座大桥上榜，并且前三名都是中国的桥梁，第一名为江苏省的苏通大桥，连接南通和苏州，主跨1088米。从上面的数据可以看到我国的基建能力超群，非常值得自豪。通过分析这些实例中材料力学理论的运用，不仅可以促使学生深入研究于材料拉伸问题中的力学理论在实际运用中的可能性，同时也可以使学生更充分了解中国在桥梁建设中的成就，增强学生的民族自豪感和自信心。在讲述内耗的时候，介绍我国著名科学家一一葛庭媄先生的生平及在内耗方面的突出贡献，以及其妻子一中国第一位物理学女博士何怡贞的事迹，讲述他们的家国情怀及对科学的探索与执着，以及为天下先的勇气与魄力。目标塑性变形的方式和特点、物理届服现象产李月明22材料的塑性变形线下课堂讲授生的机制及影响因素、包申格效应、加工4
4 对于材料拉伸问题一个非常典型而具有实 用性的例子是其在斜拉钢索桥上的应用。 斜拉索桥是先进的造桥方案，而在全球十 大斜拉钢索桥中（主跨长度排名），中国 有 8 座大桥上榜，并且前三名都是中国的 桥梁，第一名为江苏省的苏通大桥，连接 南通和苏州，主跨 1088 米。从上面的数据 可以看到我国的基建能力超群，非常值得 自豪。通过分析这些实例中材料力学理论 的运用，不仅可以促使学生深入研究于材 料拉伸问题中的力学理论在实际运用中的 可能性，同时也可以使学生更充分了解中 国在桥梁建设中的成就，增强学生的民族 自豪感和自信心。 在讲述内耗的时候，介绍我国著名科 学家——葛庭燧先生的生平及在内耗方面 的突出贡献，以及其妻子—中国第一位物 理学女博士何怡贞的事迹，讲述他们的家 国情怀及对科学的探索与执着，以及敢为 天下先的勇气与魄力。 建能力的自豪感，并 对所从事专业的应 用有进一步的认识， 提高专业认同感。 2 材料的塑性变形 李月明 2 塑性变形的方式和特点、物理屈服现象产 生的机制及影响因素、包申格效应、加工 线下 课堂讲授 目 标 二
硬化：塑性变形的力学性能指标（屈服强度、抗拉强度、应变硬化指数、延伸率和断面收缩率）的物理意义和影响因素：各类材料的强度与塑性特点。金属材料断裂的特征和分类、断裂过程、断裂的微观机理：理论断裂强度和格里菲斯公式难点：理论断裂强度和格里菲斯公式思政融入点：课堂讲授目标线下李月明2材料的断裂通过塔科马海峡大桥断裂事件以及二战期课后作业3二习题深化间美国千艘自由轮舱板断裂事件，进行思政融入，激发学生认识断裂、防御断裂的追切感，了解材料提升对于实际的重要意义，并进一步坚定学习材料专业的决心，增强使命担当。裂纹尖端的应力场、断裂韧性Kic和断裂K判据：裂纹扩展的能量释放率G和断裂G课堂讲授目标李月明线下23课后作业材料的断裂韧性判据、断裂韧性的影响因素三习题深化重点：K判据，G判据，根据断裂韧度进行材料选择及安全校核。课堂讲授目标应力状态软性系数：材料的扭转、弯曲和材料在其他状态2李月明线下4二下的力学性能压缩性能：材料的硬度小组讨论5
5 硬化；塑性变形的力学性能指标（屈服强 度、抗拉强度、应变硬化指数、延伸率和 断面收缩率）的物理意义和影响因素；各 类材料的强度与塑性特点。 3 材料的断裂 李月明 2 金属材料断裂的特征和分类、断裂过程、 断裂的微观机理；理论断裂强度和格里菲 斯公式 难点：理论断裂强度和格里菲斯公式 思政融入点： 通过塔科马海峡大桥断裂事件以及二战期 间美国千艘自由轮舱板断裂事件，进行思 政融入，激发学生认识断裂、防御断裂的 迫切感，了解材料提升对于实际的重要意 义，并进一步坚定学习材料专业的决心， 增强使命担当。 线下 课堂讲授 习题深化 课后作业 目 标 二 3 材料的断裂韧性 李月明 2 裂纹尖端的应力场、断裂韧性 KIC和断裂 K 判据；裂纹扩展的能量释放率 GI和断裂 G 判据、断裂韧性的影响因素 重点：K 判据，G 判据，根据断裂韧度进 行材料选择及安全校核。 线下 课堂讲授 习题深化 课后作业 目 标 三 4 材料在其他状态 下的力学性能 李月明 2 应力状态软性系数；材料的扭转、弯曲和 压缩性能；材料的硬度 线下 课堂讲授 小组讨论 目 标 二