《金屬的疲勞與斷裂》教學(xué)大綱

1、金屬的疲勞與斷裂教學(xué)大綱修訂單位：機械工程學(xué)院材料系執(zhí) 筆 人：梁平一、課程基本信息1課程中文名稱：金屬的疲勞與斷裂2課程英文名稱: Fatigue and Fracture of Metal3適用專業(yè)：金屬材料、檢測4總學(xué)時：32 學(xué)時5總學(xué)分：2學(xué)分二、本課程成在教學(xué)計劃中的地位、作用、任務(wù)金屬疲勞與斷裂課程是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，其主要任務(wù)是通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠了解斷裂力學(xué)的一些原理和有關(guān)疲勞強度的一些基本理論，學(xué)會分析結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在含有裂紋或缺陷的情況下的安全性，從而為選材、加工工藝、設(shè)計以及安全評定等提供理論依據(jù)和手段。三、理論教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)基本要求（一）理論教學(xué)內(nèi)容1第一章 緒論 （1學(xué)時

2、）斷裂力學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展；斷裂力學(xué)的研究內(nèi)容、作用、學(xué)習(xí)目的和學(xué)習(xí)方法。2第二章 金屬斷裂的基本概念（3學(xué)時）金屬斷裂的分類方法；金屬斷裂的類型；金屬斷口的分析方法3第三章 線彈形斷裂力學(xué)（8學(xué)時）了解裂紋的類型；裂紋尖端附近的應(yīng)力場、位移場；K準(zhǔn)則；應(yīng)力強度因子K的計算；小范圍屈服時裂紋尖端塑性區(qū)形狀與尺寸，考慮應(yīng)力松弛時塑性去尺寸；等效裂紋長度和等效裂紋應(yīng)力強度因子；裂紋擴展的能量判椐；能量釋放率G與K的關(guān)系；裂紋擴展阻力曲線; K主導(dǎo)區(qū)、線形斷裂力學(xué)的適用范圍。4第四章 彈塑性斷裂力學(xué)（6學(xué)時）增量理論和全量理論；裂紋尖端張開位移（COD）方法； J積分理論和應(yīng)用。5第五章 斷裂韌性的測試

3、（1學(xué)時）平面應(yīng)變斷裂韌性的測試；裂紋尖端張開位移的測試；臨界J積分值的測試。6第六章 應(yīng)力腐蝕（3學(xué)時）應(yīng)力腐蝕；應(yīng)力腐蝕裂紋的擴展；應(yīng)力腐蝕條件下KIscc以及da/dt測試原理（學(xué)生自學(xué)）。7第七章 疲勞強度（2學(xué)時）疲勞問題的重要性以及發(fā)展歷史；疲勞破壞；疲勞裂紋的萌生和擴展。8第八章 材料的疲勞性能（2學(xué)時）疲勞應(yīng)力和疲勞極限；材料的S-N曲線；材料的循環(huán)特性9第九章 疲勞裂紋的擴展（4學(xué)時）疲勞裂紋的擴展速率；影響疲勞裂紋擴展的因素；疲勞裂紋擴展壽命的計算；應(yīng)變疲勞和腐蝕疲勞；疲勞裂紋擴展速率測試。10第十章 高溫低周疲勞和熱疲勞（2學(xué)時）高溫低周疲勞的特點以及意義；高溫低周疲勞壽

4、命的估算方法；影響高溫低周疲勞壽命的因素；熱疲勞的基本特性；影響熱疲勞的因素。(二) 教學(xué)基本要求1第一章 緒論 了解斷裂力學(xué)的產(chǎn)生、發(fā)展、研究內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的和學(xué)習(xí)方法。2第二章 金屬斷裂的基本概念了解金屬斷裂的分類方法；掌握金屬斷裂的類型；掌握金屬斷口的分析方法。3第三章 線彈形斷裂力學(xué)了解裂紋的類型；熟練掌握裂紋尖端附近的應(yīng)力場、位移場；重點是能將K準(zhǔn)則應(yīng)用于工程實際中；正確理解應(yīng)力強度因子的概念；了解小范圍屈服時裂紋尖端塑性區(qū)形狀與尺寸，考慮應(yīng)力松弛時塑性去尺寸；正確理解“等效裂紋長度”和“等效裂紋應(yīng)力強度因子”的概念；了解裂紋擴展的能量判椐；了解能量釋放率G與K的關(guān)系；理解裂紋擴展阻力

5、曲線；了解K主導(dǎo)區(qū)、線形斷裂力學(xué)的適用范圍。4第四章 彈塑性斷裂力學(xué)了解增量理論和全量理論；正確理解裂紋尖端張開位移（COD）的概念；了解COD啟裂準(zhǔn)則以及應(yīng)用；了解J積分的定義以及計算，了解J積分與COD的關(guān)系；了解線形情況下J積分與能量釋放率以及應(yīng)力強度因子之間的關(guān)系。5第五章 斷裂韌性的測試了解平面應(yīng)變斷裂韌性、裂紋尖端張開位移、臨界J積分值的測試方法。6第六章 應(yīng)力腐蝕正確理解應(yīng)力腐蝕的概念；理解應(yīng)力腐蝕裂紋的擴展；了解應(yīng)力腐蝕條件下KIscc以及da/dt測試原理。7第七章 疲勞強度了解疲勞問題的重要性以及發(fā)展歷史；理解疲勞破壞；了解疲勞裂紋的萌生和擴展。8第八章 材料的疲勞性能了解

6、疲勞應(yīng)力和疲勞極限；理解材料的S-N曲線和材料的循環(huán)特性。9第九章 疲勞裂紋的擴展了解疲勞裂紋的擴展過程和機理；掌握擴展速率的計算公式；了解其他的修正公式；能用公式計算疲勞裂紋擴展壽命；了解影響疲勞裂紋擴展的因素；了解應(yīng)變疲勞和腐蝕疲勞；了解疲勞裂紋擴展速率測試。10第十章 高溫低周疲勞和熱疲勞了解高溫低周疲勞的特點、意義；理解高溫低周疲勞壽命的估算方法；了解影響高溫低周疲勞壽命的因素；了解熱疲勞的基本特性；了解影響熱疲勞的因素。四、考核方式考查五、成績評定最終考試成績以課堂考試和平時成績（出勤率、作業(yè)完成情況、課堂回答問題情況）相結(jié)合的方式計算，其中課堂筆試成績占總成績的70左右，平時成績占總成績的30左右。六、課程對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的措施1. 要求學(xué)生獨立的完成課后作業(yè)，并對學(xué)生作業(yè)中的錯誤及時進行糾正，及時回答學(xué)生提出的問題。2. 要求學(xué)生多上網(wǎng)查詢一些參考資料，了解學(xué)習(xí)金屬疲勞與斷裂這門課程的必要性和重要性，同時訓(xùn)練學(xué)生進行疲勞與斷裂分析的方法和特點。3. 建議學(xué)生多看參考書，結(jié)合專業(yè)工程實際可引導(dǎo)學(xué)生初步科研能力入門。七、教材與參考書教材：王正疲勞斷裂及其在壓力容器上的應(yīng)用（第一版）北京：兵器出版社1997參考書：1鄧增杰 周敬思工程材料的斷裂與疲勞（第一版）北京：機械出版社19