《材料性能与应用》PPT课件 王晨 福州大学

 
课件内容： 
课前准备 
通过课前准备，学生可以了解本课程的概况。例如，课程的教学目标、课程的章节标题、学时安排等。同时，学生还可以了解在网络平台上如何有效地学习本课程。例如，课程平台的构成、学习流程和建议等。 
1.1 课程总览 
1.2 MOOC学习简明指南 
材料在单向静拉伸载荷下的力学性能 
本章节主要介绍材料在单向静拉伸载荷下的力学性能。静载拉伸实验可以解释材料的基本力学行为规律，并且得到材料弹性、强度、塑性和韧性等许多重要的力学性能指标。由静载拉伸实验测定的力学性能指标，可以作为工程设计、评定材料和优选工艺的依据，具有重要的工程实际意义。要求学生理解弹性模量、屈服强度及塑性等性能指标的含义及其主要影响因素；掌握弹性变形、塑性变形的本质和特点及相应的力学性能指标的测试方法；了解有关弹性不完整性的表现及其机理；掌握材料断裂的过程及不同类型断裂的特点及其机理；了解有关断裂强度的理论和应用。 
2.1 拉伸力—伸长曲线和应力—应变曲线 
2.2 材料的弹性变形 
2.3 材料的塑性变形 
2.4 材料的断裂 
材料在其他静载荷下的力学性能 
本章节主要介绍材料在其他静载荷下（压缩、弯曲、扭转、剪切）的力学性能，以及带缺口试样的受力特点，同时讲解了衡量材料软硬程度的性能指标、测试方法和应用范围。要求学生掌握应力状态软性系数的概念，熟悉应力状态对材料性能的影响；理解金属弯曲、扭转、压缩实验特点；掌握金属弯曲、扭转及压缩实验的方法；理解不同硬度的意义；掌握不同硬度的测试方法及应用范围；掌握缺口效应；熟悉缺口拉伸的实验方法。 
3.1 应力状态软性系数 
3.2 材料的压缩、弯曲、扭转和剪切 
3.3 缺口试样静载荷力学性能 
3.4 材料的硬度 
材料在冲击载荷下的力学性能 
本章节主要介绍材料在冲击载荷下的力学性能，阐述了低温脆性的物理本质、评定方法及其影响因素。要求学生了解冲击载荷作用下材料的变形特点。掌握冲击弯曲的实验方法及冲击吸收功的意义及应用；掌握材料冷脆现象及其机理；掌握影响材料冲击韧性和韧-脆转变温度的主要因素。 
4.1 冲击弯曲实验和材料的冲击韧性 
4.2 材料的低温脆性 
材料的断裂韧性 
本章节从材料角度出发，简要介绍断裂力学基本原理，重点讲授线弹性条件下材料断裂韧性的物理意义、测试原理、影响因素及其实际应用，同时介绍了弹塑性条件下的断裂韧性。要求学生掌握KIC的测试方法、影响因素及其应用；了解GIC和JIC的有关概念及其与KIC的关系。 
5.1 线弹性条件下材料的断裂韧度 
5.2 断裂韧度KIC的测试 
5.3 影响断裂韧度KIC的因素 
5.4 断裂韧度的应用举例 
5.5 弹塑性条件下材料的断裂韧度 
材料在变动载荷下的力学性能 
本章节主要介绍材料疲劳的基本概念和一般规律、疲劳失效的过程和机制估算裂纹形成寿命的方法、疲劳裂纹扩展和裂纹扩展寿命估算，以及延寿技术；还介绍了一些疲劳研究的新成果。要求学生掌握金属疲劳的现象及特点；掌握疲劳曲线的测定方法、高周疲劳断裂的过程和机理及影响疲劳强度的主要因素；了解有关低周疲劳、热疲劳的概念及特点；了解聚合物材料、陶瓷材料疲劳的特点。 
6.1 疲劳破坏的一般规律 
6.2 疲劳过程及机理 
6.3 疲劳曲线及性能指标 
6.4 影响疲劳强度的主要因素 
6.5 低周疲劳 
材料在环境条件下的力学性能 
本章节主要介绍材料在环境条件下的力学性能。介质与应力的协同作用，常比它们的单独作用或者二者简单的叠加更为严重，应力与化学介质协同作用引起材料力学性能下降，甚至发生提早断裂的现象，称为材料的环境敏感断裂。要求学生掌握应力腐蚀产生的条件、断裂机理和断口特征；熟悉氢脆断裂的类型；掌握氢致延滞断裂的机理及特点；了解应力腐蚀的特点及机理。 
7.1 应力腐蚀断裂（SCC） 
7.2 氢脆与腐蚀疲劳 
材料在高温条件下的力学性能 
本章节主要介绍材料的高温力学性能。以金属材料为重点，阐述材料在高温长时载荷作用下的蠕变现象，讨论蠕变变形和断裂的机理，介绍高温力学性能指标及影响因素，为正确选用材料和合理制定其热处理工艺提供基础知识。要求学生掌握金属蠕变及蠕变断裂的机理及影响金属高温力学性能的主要因素；掌握有关力学性能指标的含义；熟悉温度对聚合物变形规律的影响；了解陶瓷热震损伤的机理及影响因素。 
8.1 材料蠕变的宏观规律和变形机制 
8.2 材料高温力学性能指标与主要影响因素 
材料的摩擦与磨损性能 
本章节主要介绍材料的摩擦与磨损性能。本章从材料表面形貌参数的评价出发，建立了粗糙表面间的接触模型和规律，分析了两相对物体间产生摩擦的概念、分类，及其关于摩擦的经典摩擦理论、分子机械摩擦理论和黏着摩擦理论。详细阐述了磨损的主要形式、磨损机制、数学模型、影响因素和改善措施。介绍了摩擦磨损的测试方法，及控制摩擦、减小磨损的方法。要求学生掌握黏着磨损和磨料磨损的机理和影响因素及材料耐磨性的测试方法；了解其他磨损形式(冲蚀磨损、腐蚀磨损、微动磨损)的现象机理和主要影响因素；掌握常用的磨损试验方法。 
9.1 摩擦磨损概念及磨损类型 
9.2 磨损实验方法及摩擦磨损的控制 
材料的热学性能 
本章节主要介绍材料热学性能的相关物理基础知识，包括热力学基本概念（热容、熵、焓、吉布斯自由能等），热力学第一、第二、第三定律，杜隆-伯替定律，德拜温度等；主要的材料热学性能，包括：热容、热膨胀、热传导等；材料特性与材料热学性能的关系，包括电子的影响、材料结构、组分的影响；材料热学性能分析方法，包括热重分析、差示扫描量热分析等；以及材料热学性能的应用，如热膨胀的利用与避免、热传导材料、保温材料等。 
10.1 材料的热容 
10.2 材料的热膨胀 
10.3 材料的导热性能 
10.4 材料的热稳定性 
材料的电学性能 
本章节主要介绍材料电学性能的相关物理基础知识，包括固体物理学及量子力学中的电子波动性、电子理论、布里渊区、晶体能带理论等；材料导电原理，包括电子导电、离子导电、缺陷（空穴、杂质）导电，霍尔效应等；材料导电性能的区分，包括绝缘体、半导体、导体及超导体等；材料电学性能的分析方法，如电化学分析、电阻测试、半导体材料能带计算分析等；材料的电学性能应用，如金属导体、电化学材料、超导体等。 
11.1 材料导电性理论 
11.2 金属材料的导电性 
11.3 半导体材料的导电性 
11.4 离子导电性与超导性 
材料的磁学性能 
本章节主要介绍磁性与磁化的基本概念，材料抗磁性与顺磁性的物理本质，铁磁性材料与反铁磁性材料的原子排列特征与产生的条件；影响材料抗磁性与顺磁性及铁磁性参数的因素，自发磁化产生的物理本质，磁畴的概念和磁畴结构形成的原因；磁化曲线与磁滞回线所表达的宏观规律和物理参量的概念与物理意义。 
12.1 材料磁性能概述 
12.2 磁性材料分类 
12.3 铁磁性材料的磁化 
12.4 磁畴及磁性能 
12.5 磁性材料的应用 
材料的介电性能 
本章节主要介绍介质极化的概念、性能评价指标、介电性能压电性能与铁电性能的基本概念；了解电介质损耗的基本概念和材料绝缘性能的评价指标；压电方程中各项的物理意义，压电振子及各种参数。 
13.1 材料介电概念及性能 
13.2 介质极化 
13.3 介质在交变电场中行为 
13.4 击穿电场强度 
13.5 材料的压电性 
13.6 材料的铁电性 
13.7 介电材料的应用 
材料的光学性能 
本章节主要介绍光传播的基本性质、基本概念，材料对光的吸收和色散及其影响因素，材料的不透明性与半透明性，特种光学材料及实际应用。 
14.1 材料光学性能概述及光学现象 
14.2 材料透光性及影响因素