《材料失效分析》 課程教學大綱

《材料失效分析》課程教學大綱一、課程名稱（中英文）中文名稱：材料失效分析英文名稱：FailureAnalysisofMaterials二、課程代碼及性質課程代碼:0832151課程性質:專業(yè)選修課選修課三、學時與學分總學時：24（理論學時：24學時；實踐學時：0學時）學分：1.5四、先修課程材料科學基礎、熱處理原理與工藝、材料力學性能五、授課對象六、課程教學目的（對學生知識、能力、素質培養(yǎng)的貢獻和作用）本課程的教學目的:1、掌握材料可靠性和失效分析的基本知識，熟悉失效分析的基本程序和方法，培養(yǎng)學生解決各類零件失效分析的能力；2、基于各類典型案例分析，結合材料斷口分析、材料力學性能、零件機械,培養(yǎng)學生運用材料科學專業(yè)基礎知識分析工程構件和功能器件失效原因的綜合能力。3、培養(yǎng)學生通過零件失效分析的學習,具備改進材料、工藝、設計的能力。表1課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系本課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系畢業(yè)要求能夠將數(shù)學、自然1.2掌握了用于解決材料科學與工程復雜問題科學、工程基礎和的物理、化學等自然科學基礎知識。專業(yè)知識用于解決1.3掌握了用于解決材料科學與工程復雜問題復雜工程問題。的工程力學基礎知識。1本課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系畢業(yè)要求課程目標1.5系統(tǒng)掌握了專業(yè)知識，能夠將所學知識用1、課程目標2目標32.1效結論。如：復雜的模具失效分析。2.2能夠應用物理、化學基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，獲得有效結論。如：物理綜合實驗。畢業(yè)要求2析能夠應用數(shù)學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，以獲得有效結論。2.3能夠應用力學基本原理，識別、表達、并論。如：工程力學綜合實驗。2.4結論。環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意課程目標3握了基本的創(chuàng)新方法，清楚創(chuàng)新方向及領域?？怠踩?、文化、社會以及環(huán)境等因素。結論。果進行正確分析能力。2本課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系畢業(yè)要求4.4了解常見的材料科學與工程常用設備、實課程目標驗儀器及實驗方法，具備調控設備及儀器參數(shù)，進行測控和維護的能力。2、課程目標3會、健康、安全、7.1了解材料科學與工程的專業(yè)特征、學科前課程目標畢業(yè)要求71,課程目理解并遵守工程職8.3在工程實踐中，理解工程師的職業(yè)性質、3本課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系畢業(yè)要求能夠在多學科背景下的團隊中承擔個體、團隊成員以及負責人的角色。10.1差異，具有一定的跨文化交流能力。10.2了解本專業(yè)領域及其相關行業(yè)的國內外能力。10.3能夠應用現(xiàn)代工具撰寫報告、設計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達或回應指令，就復雜的專業(yè)工程問題進行有效溝通和交流。11.1了解材料科學工程管理和經(jīng)濟決策的基方法。理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟決策方法，并能在多學科環(huán)境中應用。11.3境中加于應用。12.3能夠適應社會進步與發(fā)展，與時代同步。展的能力。七、教學重點與難點：教學重點：4材料失效分析方法、各類失效形式的機理。教學難點：故障樹分析方法、各類失效模式及形成機理、結構件失效與功能器件失效的綜合原因判斷。八、教學方法與手段：教學方法：(1)以課堂講授為主,闡述該課程的基本內容,保證主要教學內容的完成;(2)典型案例教學。通過典型案例分析，強調各課程材料科學基礎、材料力學性路，了解各種分析手段，確定最先破壞的零件和最先破壞的部位。教學手段：(1)運用現(xiàn)代教學工具,在課堂上通過PPT講授方式,實現(xiàn)圖文并茂,形象直觀;(2)任課老師將30題的方法、思路、手段，具有趣味性和實用性。九、教學內容與學時安排（1）總體安排教學內容與學時的總體安排，如表2所示。表2基本教學內容與學時安排課堂（學習、討課外（準備、復試、1222可靠性的主要數(shù)量特征及系統(tǒng)可靠性443456433432材料斷口宏觀分析材料顯微斷口分析斷裂力學在失效分析中的應用22782424（）具體內容各章節(jié)的具體內容如下：第一章概論(2h)1.1可靠性的發(fā)展概況1.2可靠性及失效分析的基本概念1.3可靠性及失效分析的重要意義1.4可靠性工程與失效分析的任務第二章可靠性的主要數(shù)量特征及其常用分布(4h)2.1可靠性的主要數(shù)量特征52.2常用壽命分布及其背景2.3系統(tǒng)的可靠性分析第三章失效分析方法(4h)3.1機械零件失效形式及失效原因3.2失效分析方法3.3故障樹分析3.4一般零件失效分析方法第四章材料斷口宏觀分析4.1失效件的選取與保護4.2斷口宏觀分析(3h)4.3宏觀斷口分析實例第五章材料顯微斷口分析5.1韌性斷口的顯微特征5.2解理斷口的顯微特征(3h)5.3疲勞失效機理及斷口的顯微特征5.4沿晶斷口的顯微特征5.5應力腐蝕斷裂的顯微特征5.6其他斷口的顯微特征第六章斷裂力學在失效分析中的應用（2h）6.1低應力脆斷及材料的韌性）6.2線彈性斷裂力學-應力場強分析與斷裂6.3斷裂韌性在結構設計和失效分析上的應用6.4斷裂力學在疲勞問題上的應用第七章材料的腐蝕失效7.1腐蝕失效基礎(2h)7.2均勻腐蝕失效7.3電偶腐蝕失效7.4晶間腐蝕失效7.5點腐蝕和縫隙腐蝕7.6應力腐蝕7.7腐蝕疲勞失效第八章典型零件失效分析實例8.1軸類零件失效(4h)8.2齒輪類零件失效68.3軸承失效分析8.4緊固件失效8.5電子產品失效分析（）各章節(jié)的課后思考題（作業(yè)）及討論要求第1章思考題：1.什么是失效分析？失效分析的任務是什么？2、可靠性與失效分析有何重要意義？請結合實際舉兩三個例子。第2章思考題：1、什么是可靠度與維修度？2、有100臺儀表工和到1000h時有10臺發(fā)生故障；工作到2000h時，總共有221000h與2000h的可靠度及累積失效概率的觀測值。3、.收集其設備的故障數(shù)據(jù)，得到無故障連續(xù)工作的時間數(shù)據(jù)如下：30，45，654101510hMTBF估計值。4、各儀器至修復完畢的時間與件數(shù)的數(shù)據(jù)為：維修時間435161（h）修復件數(shù)（件）20105試求平均維修時間。5、已知串聯(lián)系統(tǒng)由5個部件組成，其故障均為指數(shù)分布，失效率分別為λ＝11×10，λ＝=1.1×10，λ＝1.2×10，λ＝1.3×10，λ＝1.4×10－4－4－4－4234－4。試求該系統(tǒng)的失效率，系統(tǒng)的MTBF及工作1000h后的可靠度？56600h，壽命標準差為100h400h的可靠度和失效率？并求保證可靠度為90%情況下工作的可靠壽命?745σ服從正態(tài)分布,均值，600bN／mm，標準差S=48N／mm，工作時，拉桿求受靜載荷．試計算：22(1)最大拉應力＝450N／mm時的失效概率；(2)若要求拉桿的可靠度＝099σ8是多少?max第3章思考題：71、什么是故障樹分析法，其特點是什么22、故障樹分析法有何用處?3、什么是最小割集與最小路集?4已知故障樹如圖3頂事件發(fā)生的表示式。畫出等效故障樹，計算各基本事件的結構重要度。5、一般零件失效分析的步驟是什么？6、就實驗室燈泡不亮建一故障樹。第4章思考題：1、判定主裂紋有哪些方法？2、什么是斷口三要求？3、斷口的分類有哪些？韌性斷裂與脆性斷裂斷口有何不同？4、疲勞斷口的宏觀特征是什么？5、應力腐蝕斷口有什么特征？第5章思考題：1、解理斷裂的機理和微觀特征是什么？2、韌窩的形成機理和特征是什么3、疲勞斷裂的機理與斷口的微觀特征是什么？4、應力腐蝕與腐蝕疲勞有什么不同？第6章思考題與習題1，一厚板零件，使用0.45C-Ni-Cr-Mo鋼制造。此鋼材的K與的關系見Icb下圖。制造廠無損檢測能檢驗的裂紋長度在1/討論：3.5mm以上，設計工作應力b81）工作應力800MNm時，檢測手段能否保證防止發(fā)生脆斷？2b2提高到1800MNm是否合適？2b3提高到1800MNm(10分)2bK(2c（厚板內部有與垂直的半徑為c的圓形裂紋，）Idd2、什么是損傷容限設計？3、如何應用斷裂力學估算構件的剩余壽命？第7章思考題：1、什么是電偶腐蝕？其機理是什么？如何防止？2、什么是點腐蝕與縫隙腐蝕？其機理是什么？如何防止？3、腐蝕疲勞與機械疲勞有何異同？腐蝕疲勞如何防護？4、晶間腐蝕的機理是什么？如何防止？3第8章思考題：1、電子產品失效分析的程序是什么？2、軸類零件失效的斷裂特點是什么？應力集中如何影響軸的實際使用壽命？3、齒輪類零件失效特點是什么？應力集中及表面加工質量如何影齒輪的實際使用壽命？有什么方法提高齒輪的使用壽命？討論（思考題及作業(yè)）要求：1、每章節(jié)學習結束后，學生都要按上課教師的具體要求以書面的形式做一定數(shù)量的思考題，作為平時的作業(yè)成績（按約15%十、教材及參考書9教材2014年參考書：1查利布魯克斯工程材料的失效分析2、楊川，高國慶，金屬零部件