材料 1（机械）MECH12002

课程内容：

每个工程应用都需要对材料有一定的了解，这些材料用于实现功能和耐用性要求。本课程将作为一个起点，培养学生根据成本和性能选择材料的能力，了解材料的局限性和在使用过程中性能如何变化，以及针对特定应用批判性地评估新材料的能力。

课程目标：

1、介绍材料工程和材料科学。

2、介绍材料的主要类别，了解工程材料中原子间、晶体和分子键的类型及其对机械性能的影响。

3、了解不同类别材料的失效模式。

4、介绍脆性断裂，了解材料中的缺陷如何影响其对加载的响应。

教学大纲：

1、材料简介：了解材料行为的重要性，举例说明工程系统的性能受限于材料的性能。材料的机械性能。材料中的原子间结合。学生应能理解：弹性、塑性以及强度和韧性之间的区别。学生还应该能够了解材料的主要类型（金属、陶瓷、聚合物和复合材料）以及加工、结构、特性和性能之间的关系。

2、金属与合金：金属的晶体结构、相图、凝固、金属的塑性、金属的强化机制、温度对机械性能的影响、钢简介、铝合金简介。学生应能将主要晶体类型及其几何形状与性能联系起来，利用二元相图了解温度对金属微观结构的影响，并能描述合金的强化机制。他们还应该能够描述钢的微观结构和性能，以及析出相的形成。对于铝合金，学生应能理解其强化机制和老化过程。

3、降解机理：疲劳和蠕变变形简介。材料内部疲劳和蠕变损伤的累积机制。介绍残余应力，残余应力对疲劳寿命的影响。学生应能定义疲劳和平均应力的影响，以及蠕变的定义和成为工程问题的条件。

4、断裂力学：几何应力集中、格里菲斯裂纹扩展准则、韧性在工程设计中的重要性、应力强度因子、韧性到脆性的转变。学生应了解韧性和脆性转变之间的区别、缺陷的作用以及如何计算单调远场载荷下的临界裂纹长度。

5、聚合物材料：聚合物材料中的结合、无定形聚合物和结晶聚合物、聚合物中的粘弹性、玻璃化温度、热塑性塑料和热固性塑料。学生应能定义两种不同类型的聚合物及其特性，解释玻璃化转变温度的概念，以及机械特性如何随负载率而变化。

6、纤维增强复合材料：复合材料的一般特征、复合材料的分类、各向异性、拉伸和压缩失效模式、复合材料的韧性。学生应了解复合材料的各向异性，包括确定最大/最小刚度的方向、复合材料的破坏模式以及如何提高韧性。