《斷裂力學(xué)》課程教學(xué)大綱

《斷裂力學(xué)》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱斷裂力學(xué)FractureMechanics課程編碼PLC310321020開課院部?jī)?chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院課程團(tuán)隊(duì)斷裂力學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)學(xué)分2.0課內(nèi)學(xué)時(shí)32講授32實(shí)驗(yàn)0上機(jī)0實(shí)踐0課外學(xué)時(shí)32適用專業(yè)安全工程授課語(yǔ)言中文先修課程彈性力學(xué)課程簡(jiǎn)介（限選）該課程為安全、機(jī)械、過(guò)程裝備等工科類本科生開設(shè)的必修或選修課程，內(nèi)容包括：缺陷對(duì)材料和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響、Griffith能量準(zhǔn)則，裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)、K因子脆性斷裂準(zhǔn)則，復(fù)合裂紋、裂紋小范圍屈服與彈塑性斷裂力學(xué)、疲勞裂紋擴(kuò)展與破損安全設(shè)計(jì)、固體材料斷裂力學(xué)特性參數(shù)測(cè)試原理與方法等。課程重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生掌握裂紋體結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性參數(shù)分析方法，理解缺陷和裂紋對(duì)材料或結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響的力學(xué)機(jī)制，建立從材料、結(jié)構(gòu)和載荷環(huán)境等宏細(xì)觀視角綜合評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的理論框架，為學(xué)生在機(jī)械工程領(lǐng)域從事相關(guān)研究與設(shè)計(jì)工作提供理論基礎(chǔ)。Thiscourseisacompulsoryorelectivecourseforengineeringundergraduatessuchassafety,machineryandprocessequipment.Thecontentincludes:theinfluenceofdefectsonmaterialandstructuralstrength,Griffithenergycriterion,cracktipstressfieldanddisplacementfield,Kfactorbrittlefracturecriterion,compositecrack,cracksmallrangeyieldandelastic-plasticfracturemechanics,fatiguecrackpropagationanddamagesafetydesign,principleandmethodoftestingfracturemechanicscharacteristicparametersofsolidmaterials,etc.Thecoursefocusesontrainingstudentstomastertheanalysismethodofmechanicalcharacteristicparametersofcrackbodystructure,understandthemechanicalmechanismofdefectsandcracksonmaterialorstructuralstrength,andestablish,thetheoreticalframeworkforcomprehensiveevaluationofstructuralstrengthfrommacroandmicroperspectivessuchasstructureandloadenvironmentprovidesatheoreticalbasisforstudentstoengageinrelevantresearchanddesignworkinthefieldofmechanicalengineering.負(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號(hào)代號(hào)課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：能將工程實(shí)際問(wèn)題抽象為合理的力學(xué)模型是2M2目標(biāo)2：能將理論知識(shí)和力學(xué)思想有效結(jié)合，對(duì)相關(guān)復(fù)雜工程實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行識(shí)別與判斷是3M3目標(biāo)3：能夠基于斷裂力學(xué)原理，并采用科學(xué)方法研究相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)雜工程實(shí)際，并給出評(píng)價(jià)是三、課程內(nèi)容序號(hào)章節(jié)號(hào)標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點(diǎn)支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時(shí)教學(xué)方式課外學(xué)時(shí)課外環(huán)節(jié)1第一章緒論本章重點(diǎn)難點(diǎn)：缺陷對(duì)材料強(qiáng)度的影響，結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)問(wèn)題的復(fù)雜性/講授//21.11.1斷裂力學(xué)研究?jī)?nèi)容;斷裂力學(xué)產(chǎn)生背景、主要任務(wù)、發(fā)展歷史和趨勢(shì)，缺陷與裂紋，應(yīng)力集中，缺陷對(duì)強(qiáng)度的影響；M11講授1課外閱讀31.21.2斷裂力學(xué)基本概念裂紋的分類與基本形式，應(yīng)力強(qiáng)度因子基本概念，能量釋放率，斷裂韌性，斷裂準(zhǔn)則與抗斷裂設(shè)計(jì)M11講授1課外閱讀4第二章裂紋開裂的能量方法本章重點(diǎn)難點(diǎn)：Griffith能量釋放率概念、R阻力曲線/講授//52.1Griffith脆斷理論熱力學(xué)系統(tǒng)定律，斷裂分析的能量方法，Griffith能量平衡理論，能量釋放率參數(shù)M12講授2課外閱讀62.2能量釋放率概念，柔度法標(biāo)定無(wú)限大裂紋平板，表面能密度參數(shù)，裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力與裂紋失穩(wěn)條件M12講授2作業(yè)72.32.3裂紋擴(kuò)展阻力;Griffith理論在非理想脆性材料中的推廣，阻力曲線概念與擴(kuò)展阻力M21講授1課外閱讀；作業(yè)82.42.4工程示例分析工程應(yīng)用示例及分析M31課堂專題討論1實(shí)驗(yàn)室參觀9第三章應(yīng)力強(qiáng)度因子理論本章重點(diǎn)難點(diǎn)：應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算方法，小范圍屈服與K主導(dǎo)區(qū)////103.13.1彈性力學(xué)平面問(wèn)題復(fù)變函數(shù)解法;雙調(diào)和方程的復(fù)變函數(shù)表達(dá)，應(yīng)力與位移分量復(fù)變函數(shù)表達(dá)，孔口問(wèn)題求解方法；M11講授1課外閱讀；作業(yè)113.23.2I型裂紋尖端位移與應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)力強(qiáng)度因子概念Westergaard應(yīng)力函數(shù)，Ⅰ型裂紋尖端位移與應(yīng)力場(chǎng)，應(yīng)力強(qiáng)度因子參數(shù)物理意義M11講授1作業(yè)123.33.3應(yīng)力強(qiáng)度因子斷裂準(zhǔn)則;應(yīng)力強(qiáng)度因子斷裂準(zhǔn)則，工程應(yīng)用；M21講授1課外閱讀；作業(yè)133.43.4應(yīng)力強(qiáng)度因子確定方法，常見(jiàn)工程裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子數(shù)學(xué)彈性力學(xué)分析，近似分析，試驗(yàn)標(biāo)定等，K因子分析示例M11講授1課外閱讀；作業(yè)143.5材料斷裂韌性試驗(yàn)測(cè)試方法M22課堂虛擬實(shí)驗(yàn)2課外閱讀153.63.6裂紋尖端小范圍屈服；Irwin塑性區(qū)模型，Dugdale模型，平面應(yīng)力/應(yīng)變的塑性區(qū)形狀，K因子修正、K主導(dǎo)區(qū)概念；M11講授1作業(yè)163.73.7線彈性斷裂力學(xué)理論要點(diǎn)總結(jié)應(yīng)力強(qiáng)度因子與能量釋放率的統(tǒng)一、示例分析M11講授1作業(yè)173.83.8復(fù)合型裂紋理論復(fù)合型裂紋理論M22講授2課外閱讀18第四章彈塑性斷裂力學(xué)理論簡(jiǎn)介本章重點(diǎn)難點(diǎn)：彈塑性裂紋啟裂與失穩(wěn)，CTOD與J積分適用條件/////194.14.1彈塑性斷裂力學(xué)基本概念；彈性與塑形基本概念，塑性屈服準(zhǔn)則，裂紋尖端塑形變形，線彈性斷裂力學(xué)理論適用范圍；M11講授1課外閱讀204.24.2CTOD理論；彈塑性斷裂力學(xué)準(zhǔn)則，Wells平板拉伸試驗(yàn)，CTOD參數(shù)定義；M11講授1作業(yè)214.34.3CTOD參數(shù)分析與工程應(yīng)用小范圍屈服區(qū)CTOD，D-B窄條屈服區(qū)CTOD與大范圍屈服CTOD經(jīng)驗(yàn)公式，工程應(yīng)用M32講授2閱讀，課外作業(yè)224.44.4J積分理論簡(jiǎn)介J積分定義，J積分守恒性，J積分應(yīng)用條件與物理意義；M21講授1課外閱讀；234.54.5彈塑性裂紋尖端場(chǎng)H.R.R理論，彈塑性裂紋尖端場(chǎng)強(qiáng)度，J積分實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法M31講授1作業(yè)，階段總結(jié)24第五章疲勞強(qiáng)度理論本章重點(diǎn)難點(diǎn)：疲勞裂紋擴(kuò)展機(jī)制，損傷容限與疲勞壽命//講授//255.15.1傳統(tǒng)疲勞理論與裂紋擴(kuò)展機(jī)制；疲勞基本概念，S-N曲線，疲勞極限與無(wú)限壽命設(shè)計(jì)，循環(huán)載荷作用下的裂紋擴(kuò)展機(jī)制；M11講授1課外閱讀；作業(yè)265.25.2裂紋與疲勞壽命；疲勞裂紋擴(kuò)展物理機(jī)制，Paris公式，影響疲勞裂紋擴(kuò)展的因素；M21講授1作業(yè)275.35.3應(yīng)力腐蝕與腐蝕疲勞腐蝕環(huán)境與裂紋擴(kuò)展機(jī)制，應(yīng)力腐蝕疲勞控制理論與方法M32講授2課外閱讀285.45.4隨機(jī)載荷疲勞與破損安全壽命設(shè)計(jì)隨機(jī)載荷，破損安全設(shè)計(jì)與壽命估算M21講授1課外閱讀；295.55.5工程應(yīng)用示例M31講授1階段總結(jié)30課程總結(jié)課程內(nèi)容總結(jié)課程重點(diǎn)難點(diǎn)總結(jié)M12討論、課程總結(jié)2階段總結(jié)四、考核方式序號(hào)考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評(píng)占比1平時(shí)作業(yè)20%2大作業(yè)10%3其他20%4期末考試50%五、評(píng)分細(xì)則序號(hào)課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評(píng)分等級(jí)1M1平時(shí)作業(yè)20%A-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準(zhǔn)確B-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準(zhǔn)確C-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準(zhǔn)確D-作業(yè)抄襲，未能按時(shí)完成，作圖不規(guī)范，解題思路混亂2M1大作業(yè)10%（見(jiàn)大作業(yè)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）3M1其他20%A-力學(xué)模型合理，計(jì)算準(zhǔn)確B-力學(xué)模型合理，計(jì)算基本可靠C-力學(xué)模型建立基本合理D-力學(xué)模型建立不合理4M1期末考試50%（見(jiàn)試卷評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）5M2平時(shí)作業(yè)20%A-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準(zhǔn)確B-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準(zhǔn)確C-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準(zhǔn)確D-作業(yè)抄襲，未能按時(shí)完成，作圖不規(guī)范，解題思路混亂6M2大作業(yè)10%（見(jiàn)大作業(yè)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）7M2其他20%A-力學(xué)模型合理，計(jì)算準(zhǔn)確B-力學(xué)模型合理，計(jì)算基本可靠C-力學(xué)模型建立基本合理D-力學(xué)模型建立不合理8M2期末考試50%（見(jiàn)試卷評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）9M3平時(shí)作業(yè)20%A-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準(zhǔn)確B-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準(zhǔn)確C-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準(zhǔn)確D-作業(yè)抄襲，未能按時(shí)完成，作圖不規(guī)范，解題思路混亂10M3大作業(yè)10%（見(jiàn)大作業(yè)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）11M3其他20%A-力學(xué)模型合理，計(jì)算準(zhǔn)確B-力學(xué)模型合理，計(jì)算基本可靠C-力學(xué)模型建立基本合理D-力學(xué)模型建立不合理12M3期末考試50%（見(jiàn)試卷評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）評(píng)分等級(jí)說(shuō)明：[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59];[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59