《材料的力学性能实验》课程教学大纲

《材料的力学性能实验》课程教学大纲

一、课程基本信息

1. 课程编码：U04M21187

2. 课程名称（中/英文）：材料的力学性能实验/ Experiment for Mechanical Properties of Materials

3. 学时/学分：8/0.5

4. 实验项目数：4个

5. 先修课程：理论力学、材料力学、材料科学基础

6. 开课单位：材料学院

7. 开课学期：秋季学期

8. 课程类别：学科基础课程

9. 课程简介（中/英文）：

“材料的力学性能实验”课程是材料科学与工程学科大类培养后大学生需要必修的一门实践实训类课程。要求通过本课程的学习，了解和掌握常见、常用的力学性能测试手段和仪器设备，学会各种力学性能测试样品的制作规范和加工要求，掌握原始数据的记录方法和对结果数据深入分析的方法，更深层次地理解力学性能相关基础理论，具备材料的力学性能测试问题分析和样品设计的能力，能够独立解决力学性能测试过程中遇到的基础问题。

The course of "Experiment for Mechanical Properties of Materials" is a requiredcourse for college students of material science andengineering after mass training mode. There are some requirements through learning of this course: understand and master the mechanical performance of common testing methods and instruments and equipment, to learn all kinds of mechanical properties test sample productionspecifications and processing requirements, grasp the method of original data record and data analysis method, grasp the results a deeper understanding of mechanical properties related to the basic theory, have the material mechanics performance testproblem analysis and sample design ability, be able to independently solve problems encountered in the process of mechanical performance tests of basis.

二、教学目标

课程目标1：能够针对力学性能相关的复杂工程问题，基于掌握的材料的力学性能测试方法提出研究方案，并进行实验方案设计；

课程目标2：基于实验方案能够选择合适的实验条件、设备、参数开展实验研究，并获取有效的原始数据；

课程目标3：能够整理并处理分析原始数据，能够独立完成客观分析并得到合理有效的结论。

课程目标4：掌握材料力学性能测试的基础理论知识，学会操作和使用对应的测量工具、辅助仪器、测试设备、数据处理软件等；

课程目标5：能够按照实验目的选择制定科学可行的测试方案，能够对复杂工程问题进行分析、预测和实验模拟，并能够理解复杂工程问题中测试实验的局限性；

三、教学内容及教学要求

实验教学任务分为以下4个内容：

1.单向拉伸实验（2学时）（支撑课程目标1、2、3、4、5）

基本要求：

(1)掌握金属拉伸性能指标的测定方法；

(2)学会正确使用和操作拉伸实验设备和仪器。

实验内容：

(1)观察拉伸实验过程中拉伸曲线与试样形状的变化及其对应关系；

(2)用图解法测定金属材料强度指标和塑性指标；

(3)用引伸计测定金属材料的弹性指标。

重点：材料拉伸曲线的理解。

2. 合金的硬度实验（2学时）（支撑课程目标1、2、3、4、5）

基本要求：

(1)掌握金属布氏、洛氏、维氏和显微维氏硬度的试验原理和测试方法；

(2)了解各种硬度试验的步骤、特点、应用范围及选用原则；

(3)学会正确使用和操作各种硬度计。

实验内容：

(1)了解各种硬度计及其使用方法；

(2)按照各种硬度试验的选用原则，采用不同状态的金属，分别在布氏、洛氏、维氏和显微维氏硬度计上进行硬度测试；

(3)观察压痕大小和形状，正确测定硬度值；

(4)分析硬度值与金属成分和组织的关系。

重点：三种硬度的区别和联系。

3.低温系列冲击试验（2学时）（支撑课程目标1、2、3、4、5）

基本要求：

(1)掌握金属材料常温和低温下冲击试验方法；

(2)学会用能量法或断口形貌法确定金属的冷脆转变温度V15TT、FTT、50％FATT和FTP：

(3)了解冲击试验机的结构、工作原理及使用方法。

实验内容：

(1) 低温恒温箱中对冲击试样保温，试验温度选择为：室温、0℃、-20℃、-40℃、-60℃、-80℃;

(2)观察冲击试验在试验机上的试验步骤：

(3)记录冲击吸收功；

(4)观察断口形貌，测量断口上纤维区域或结晶状区断口的百分率。

重点：韧-脆转化温度的理解。

4. 金属平面应变断裂韧性K_IC实验（2学时）（支撑课程目标1、2、3、4、5）

基本要求：

(1)了解金属平面应变断裂韧性K_IC试验的基本原理、对试样形状和尺寸的要求及制备过程；

(2)学会使用测试K_IC的设备和仪器；

(3)掌握三点弯曲试样K_IC的的测试方法及试验数据的处理方法。

实验内容：

(1)测量试样和预制裂纹尺寸，判断试样是否满足平面应变条件：

(2)观察试验过程，了解试验步骤和试验设备及仪器的使用方法；

(3)试样压断后，用工具显微镜测定裂纹长度，并根据测定的载荷—位移曲线，计算和判断K_Q的有效性。

四、 思政育人

1．目标：基于材料的力学性能实验教学过程，将西北工业大学一直传承的公诚勇毅校训及三实一新校风与能力培养和知识传授融合，培养学生不仅掌握本课程内容，且要具有家国情怀和政治觉悟;

2．教学内容：利用材料的力学性能实验的相关授课内容，将爱国情怀、创新意识、科学素养融入到力学性能测试实验项目中去，强化学生政治方向和思想引领；

3．教学方法：基于材料的力学性能实验教学内容，优化传统实验教学方法，将思政元素与实验教学内容相结合。

五、实验项目内容及学时分配

注:实验类型分为验证、综合、设计、创新。实验要求分为必修、选修。

六、实验安全事项

本课程中所涉及的实验项目不存在安全隐患，实验安全级别较高。在实验课程之前对学生进行安全教育警示和说明，在实验讲义中明确指出安全注意事项。具体实验过程中注意以下安全事项：

1、实验内一定要注意个人安全，夏天不穿凉鞋进入实验室，实验室内禁止追逐打闹，以免磕碰；

2、低温系列冲击实验中，坚决不能用手触碰低温冷却后的样品，不能将手伸入冲击摆锤的保护网内，一定要遵守实验教学要求，使用自对中样品夹钳；

如若万一有实验安全事故发生，应一切以学生安全为重，采取紧急措施，第一时间按下设备的紧急停止按键，并切断设备电源；然后尽快设法合理施救，并就近送医；同时，对事故内容及相关情况及时上报主管学院和部门处理。

七、主要教材及教学参考书（包括实验指导书）

八、实验报告要求

学生的实验报告应以书面形式提交，按照授课老师所提供的讲义格式内容进行填写，内容包括：实验基本概况介绍、所用试样情况、测试结果及分析、讨论与问答等内容；对实验原始数据的记录应该详实，且实事求是，对实验数据结果的分析应具体且深入。

九、使用的主要仪器设备说明

十、主要消耗材料

1、拉伸实验：金属材料的拉伸样品；

2、硬度实验：各种牌号的金属厚圆饼样品，包括含碳量不同的各牌号钢；牌号不同的铜合金以及牌号不同的铝合金；

3、低温系列冲击实验：冲击试样，带U型缺口；

4、断裂韧性实验：断裂韧性CT紧凑拉伸试样样品。

十一、考核方式及成绩评定