材料科学与工程专业（中日合办）部分课程教学大纲

 

《工程力学》课程教学大纲

课程编号:082052

课程名称：工程力学

英文名称：Engineering Mechanics

课程类型: 必修课

总 学 时：48      讲课学时：48      实验学时：0

学 时：48

学 分：3

适用对象:材料科学与工程学院本科生

先修课程：大学物理、大学物理实验、高等数学、线性代数、机械制图等

一、课程性质、目的和任务

《工程力学》是一门技术型专业基础课程，讲述力学的基本原理与基本方法，研究物体的机械运动分析与构件的强度、刚度和稳定性，为物体的机械运动分析和保证构件的正常工作提供必要的理论依据。工程力学（Engineering Mechanics）是涉及众多的力学学科分支与广泛的工程技术的学科, 是既与工程又与力学密切相关的课程。作为高等工科学校的一门技术基础课，工程力学涵盖了原有理论力学和材料力学两门课程的主要经典内容。
      本课程的任务是使学生掌握自然界及其工程中机械运动最普遍、最基本的规律和研究方法，为学习有关的后续课程打好必要的基础，并使学生初步学会应用工程力学的理论和方法解决一些简单的工程实际问题。

二、教学基本要求

      本课程总要求是：对物体的平衡及平衡条件、变形及其规律等有较系统全面的了解。掌握相关的基本概念、基本理论和基本方法及其应用。另外，结合本课程的学习，对学生的逻辑思维能力、抽象化能力、文字和图象表达能力及数字计算能力等加以培养。      

三、教学内容及要求

本课程主要介绍的内容有：

静力学部分：工程力学概念，约束及其反力，受力图，平面汇交力系的合成与平衡；力矩，力偶，平面力偶系，力线平移；平面一般力系向作用面内一点的简化，平面一般力系的合成与平衡，桁架；物系的平衡，静定与超静定问题的概念、判断方法及解法；静摩擦，滚动摩擦，空间力系、平行力系的中心与形心。

材料力学部分：轴向拉伸与轴向压缩，内力与应力，强度条件；虎克定理，拉伸时材料的机械性质，材料的脆性与塑性；许用应力，温度对材料机械性质的影响，时间对材料机械性质的影响，蠕变与应力松弛；变性能与能密度，材料的韧性；应力集中现象，简单拉压超静定问题及其解法；剪切，扭转，外力偶矩与扭矩的计算，纯剪切，圆轴扭转时的应力，变形；扭转时材料的强度与刚度条件，弯曲，支座及反力，剪力与弯矩，纯剪切时梁的正应力。常用截面的惯矩，弯曲正应力的强度条件，梁的合理截面。直梁弯曲时的剪应力，梁的变形，梁的弹性曲线，叠加法求梁的变形，梁的刚度条件。提高粱的强度的措施，简单超静定梁的解法。复杂应力状态与强度理论，一点应力状态，平面应力状态，三向应力状态下一点的最大剪应力广义虎克定理，强度理论简介；组合变形，弯曲与拉压，斜弯曲，扭转与弯曲压杆稳定；细长杆临界压力的确定，欧拉公式，动载荷，交变应力，疲劳破坏。

四、所含实践环节

在课堂上，结合教室里的课桌、电扇、日光灯、门窗、粉笔、柱子、梁等常见的物体，分析和介绍物体的平衡与变形，激发学生的学习兴趣。使学生能够主动地去观察、思考身边经常遇到的力学平衡与构件变形等问题。

五、课外习题及课程讨论

为达到本课程的教学基本要求，课外习题（包括自测题、思考题等）不应少于80题。

六、教学方法与手段

 本课程采用以课堂讲授为主要授课方式。采用多媒体方式教学。要学好本课程，需要力学概念清楚，具有一定的数学基础和计算能力。

七、各教学环节学时分配

	讲课	习题课	讨论课	实验	其他	合计
绪论	2
平面一般力系	2
平面力偶系	2
平面一般力系	8
空间力系	2
材料力学绪论	1
轴向拉压	15
剪切	2
扭转	6
平面弯曲	13
复杂应力状态与强度理论	6
组合变形	2
压杆稳定	2
动载荷简介	1
合计	64

八、考核方式

闭卷笔试。

九、推荐教材和教学参考书

《工程力学》东京化学同人出版社

参考：《工程力学》，范钦珊等，高等教育出版社

十、说明

日方教师授课，中方教师辅导

 

《材料近代分析方法》课程教学大纲

 

课程编号: 082006

课程名称：材料近代研究方法

英文名称：Modern Technology for Materials Analysis

课程类型: 必修课

总 学 时：    48          讲课学时：  40        实验学时：8

学 分：3

适用对象: 材料加工、材料学、机械工程专业本科生和研究生

先修课程：材料科学基础，物理化学

一、课程性质、目的和任务

随着现代科学技术的不断进步，各类新型物理测试方法日新月异，逐步发展成为材料研究的最有效手段，由此人们对物质结构及性能的认识不断深入，极大地促进了材料科学的发展。材料近代物理测试方法，是材料科学与工程等领域科研工作者的必备知识。 材料近代物理测试方法共分为几大类，例如表面分析技术、核物理测试技术以及同步辐射技术等。其中，表面分析技术包括X射线光电子能谱、俄歇电子能谱、二次离子质谱、低能电子衍射、低能离子散射、原子探针场离子显微镜、扫描隧道显微镜等。核物理测试技术包括核磁共振、穆斯堡尔谱、正电子湮没、质子荧光与质子显微镜、中子衍射与散射等。

本课程是材料科学及工程等专业本科生的必修课，其内容几乎覆盖了上述材料物理测试方法，教学起点为国内领先及国际先进，任务是培养具备丰富知识及开拓性的高素质人才。课程不但讲授各类方法的基本原理、实验技术、主要用途及局限性等，同时介绍这些方法的最新进展和发展趋势等。全部采用多媒体教学，适当穿插一些音像资料，以达到最佳的教学效果。鼓励学生与教师进行课堂讨论，不断完善教学模式。探讨新的考试方法，既可以测试学生掌握知识的程度，又不至于过多增大他们的负担。

本课程主要介绍材料的电子显微分析技术和X-射线分析技术。主要内容包括电子显微镜的发展史、透射电子显微镜的基本构造与成象原理、电子与固体的相互作用、电子衍射原理与电子衍射花样标定、电子衍衬像分析、扫描电子显微镜、微区成份分析、X射线分析技术、透射电子显微镜与扫描电子显微镜实验。本课程授课对象为材料加工、材料学、机械工程专业本科生和研究生。要求学生有材料学与材料工程的基础知识。本课程的目的是让学生了解与掌握材料的显微组织、结构和微区成分分析方法。

二、教学基本要求

通过理论教学与实验教学，使学生不仅能掌握近代材料分析的基本理论，同时也培养学生的运用近代材料分析手段探索新材料、改进传统材料与工艺的能力。

三、教学内容及要求

第1章 结晶学基础 （8学时）

1.1 晶体及其基本性质

1.2 晶体结构

1.3 倒易点阵

第2章 光学显微分析 （6学时）

2.1 显微镜的成像原理

2.2 金相试样的制备

2.3 特殊显微技术显微硬度的测定

第3章 X射线金属学 （10学时）

3.1 X射线物理学基础

3.2 X射线运动学衍射

3.3 X射线衍射方法

3.4 点阵的衍射分析

3.5 物相分析

3.6 宏观应力测定

第4章 透射电子显微分析 （6学时）

4.1 透射电镜的结构及应用

4.2 电镜样品的制备技术

4.3 电子衍射及分析

第5章 扫描电子显微分析 （6学时）

5.1 扫描电镜工作原理、构造和性能

5.2 扫描电镜在材料研究中的应用

第6章 光谱分析简介（4学时）

6.1 分子振动光谱法

6.2磁共振谱法

6.3 紫外吸收光谱法

四、实践环节

观看录像和在实验室现场观看演示实验。

1. XRD演示实验（2学时）

2. SEM演示实验（2学时）

3. TEM演示实验（2学时）

4. 热分析演示实验（2学时）

五、课外习题及课程讨论

为达到本课程的教学基本要求，有适当的课外习题和课上讲授习题。对学生自己发现的分析测试方法中比较适用，简单的技术、小窍门进行课堂讨论，由学生自己介绍并提出问题，大家交流。

结合学习中遇到的实际问题，布置课外作业，由学生自己查找有关材料的基本概念、基本知识，设计成本低，结果可靠而且易于实现的分析方法。

六、教学方法与手段

多媒体授课与演示实验，部分章节英语讲授

七、各教学环节学时分配

	讲课	习题课	讨论课	实验	其他	合计
结晶学基础	8					8
光学显微分析	6					6
X射线金属学	10					10
透射电子显微分析	6					6
扫描电子显微分析	6					6
光谱分析简介	4					4
实验	8					8
合计	48					48

八、考核方式  

开卷考试

九、推荐教材和教学参考书 

教  材：《材料分析方法》近代科学社出版

参考书： 《材料近代分析测试方法》，常铁军，祁欣编著，哈尔滨工业大学出版社，2003

《材料分析测试技术——材料X射线衍射与电子显微分析》，周玉等编著，哈尔滨工业大学出版社，1998年

《无机非金属材料测试方法》杨南如，武汉工业大学出版社,1996年

《高分子材料实用剖析技术》董炎明主编，中国石油化学工业出版社，1997

《现代高分子物理学（下册）》殷敬华等，北京，科学出版社，2001

十、说明

日方教师授课，中方教师辅导

 

 

《工程材料学》课程教学大纲

 

课程编号：083152

课程名称：工程材料学

英文名称：Engineering Materials Science

课程类型：限选课

总 学 时：48           讲课学时：48       实验学时：0

学 分：３

适用对象: 材料科学与工程专业

先修课程：《材料科学基础》、《金属热处理原理》、《材料力学性能》、《材料物理性能》

一、课程性质、目的和任务

《工程材料学》是材料科学与工程专业金属方向的一门主干专业课程。其目的是使学生掌握工程材料失效的概念、原因和类型；掌握钢铁材料合金化的基本原理和强韧化机制；掌握钢铁材料、有色金属材料、高聚物材料、复合材料及陶瓷材料的分类、牌号、性能特点、应用领域；掌握材料性能与成分、结构之间的关系，改善材料组织结构、提高材料性能的途径；掌握不同种类工程材料使用过程中易出现的问题及防止措施。为改善和提高工程材料性能、充分发挥工程材料性能潜力，正确使用工程材料，毕业后从事材料专业工作打下基础。

 

二、教学基本要求

本课程以钢铁材料、有色金属材料、高聚物材料、复合材料及陶瓷材料为研究对象，以不同种类的工程材料为主线，以各种金属材料的使用特点、化学成分、组织结构、使用性能、热处理方式及其之间关系为重点。学完本课程应达到以下基本要求：

1．掌握工程材料失效的概念、原因和类型；

2．掌握钢铁材料合金化的基本原理和强韧化机制；

3．掌握钢铁材料、有色金属材料、高聚物材料、复合材料及陶瓷材料的分类、牌号、性能特点、应用领域，材料性能、成分、组织结构、制备工艺之间的关系；

4. 了解工程材料使用过程中易出现的问题及防止措施。

三、教学内容及要求

1. 序论

了解工程材料的概念，工程材料学课程学习内容、意义；掌握工程材料失效的概念、失效类型与分析、防止失效的措施；学习工程材料选用原则及其化学成分、组织结构与性能之间的关系。

2. 钢的合金化基础

了解钢的合金化及其目的及钢中常用的合金元素、分类、在钢中的存在形式，合金元素与Fe、C的相互作用及实际意义。掌握钢的强化机制、改善钢塑韧性的途径及其塑韧性与合金化的关系；掌握合金元素对钢相变及热处理工艺性能的影响。

3. 工程构件用钢

了解工程构件用钢的概念、使用领域及性能要求；掌握工程构件用钢的力学性能特点，耐大

气腐蚀性、腐蚀机理及提高措施及其加工工艺性能特点；掌握碳素构件用钢和低合金构件用钢的

牌号、化学成分和组织性能特点。

4.机器零件用钢

学习机器零件用钢的概念、应用领域、工作环境、性能要求、基本热处理方式；掌握合金元素在机器零件用钢中的作用；掌握机器零件用钢的化学成分特点、组织、性能特点及其相互之间的关系；掌握渗C钢的应用及性能要求、化学成分及组织结构特点、合金元素的作用，常用渗C钢牌号、渗碳及热处理工艺；掌握调质钢、弹簧钢和滚动轴承用钢的应用、化学成分特点、合金元素的作用、热处理方式、组织结构、性能特点，牌号的写法及常用牌号。

5.工具钢

了解工具钢的概念及分类；掌握刃具、冷作模具、热作模具、塑料模具、量具用钢的工况及常用材料，材料化学成分、组织、性能及其之间的关系，合金元素的作用，热处理、工艺工程与使用过程中常见问题及避免措施，了解其发展动向。

6.不锈钢

学习金属材料腐蚀与防护的基本知识；掌握对不锈钢的性能要求、影响其耐蚀性因素及提高其耐腐蚀性能的措施；掌握不锈钢的种类及牌号，铁素体、马氏体、奥氏体不锈钢及双相不锈钢、沉淀硬化不锈钢的化学成分、组织结构与性能特点；了解不锈钢新的发展动态。

7.耐热钢与耐热合金

了解耐热金属材料的工作条件及性能特点；掌握抗氧化钢的应用、材料选择、成分和性能特点，珠光体与马氏体耐热钢应用、化学成分、组织结构与性能特点，奥氏体耐热钢及合金应用、选材及组织性能特点，镍基耐热合金的成分、组织性能特点。

8.铸铁

掌握铸铁的概念、化学成分、性能特点和分类；掌握铸铁的结晶过程，灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁的概念的制备方法、组织和性能特点；了解合金铸铁的种类、化学成分和性能特点。

9.有色金属及其合金

掌握铝及其合金、铜及其合金、钛及其合金和镁及其合金的合金化原理、种类、牌号、组织、性能和用途。

10.高聚物材料

学习高聚物材料的基础知识，高分子材料的分类、特点及应用等；介绍常用的高分子材料。

11.陶瓷材料

学习陶瓷材料的概念、分类、组织结构和性能特点及陶瓷材料的制备工艺。

12.复合材料

学习复合材料的基本概念、性能特性，介绍常用复合材料的制备、性能特点和应用。

四、实践环节

材料科学与工程综合实验。

五、课外习题及课程讨论

课外习题每章各1次；进行启发式课堂讨论和总结。

六、教学方法与手段

多媒体教学，辅以适当的板书讲解；推荐适当的课外参考资料。

七、各教学环节学时分配

	讲课	习题课	讨论课	实验	其他	合计
序论	2
钢的合金化基础	6		1
工程构件用钢	4		2
机器零件用钢	6
工具钢	4
不锈钢	6
耐热钢与耐热合金	2
铸铁	4
有色金属及其合金	4
高聚物材料	2
陶瓷材料	3
复合材料	2
合计	45		3			48

八、考核方式  

闭卷或开卷笔试。

九、推荐教材和教学参考书

教  材：《材料工学》东京化学同人出版社

参考书：《工程材料学》，王晓敏编著，机械工业出版社，1999年。

《金属学与热处理原理

》，崔忠圻, 刘北兴编著

，哈尔滨工业大学出版社，2004年。

《工程材料学》，耿香月主编，天津大学出版社，2002年。

十、说明

日方教师授课，中方教师辅导

 

 

《材料成形原理》课程教学大纲

 

课程编号:082027

课程名称：  材料成型原理

英文名称：Principle of Material Forming

课程类型: 限选课

总 学 时：48       讲课学时：48      实验学时：

学 时：48

学 分：3

适用对象: 材料科学与工程专业

先修课程：材料科学基础、物理化学、工程力学

一、课程性质、目的和任务

材料成型原理是材料科学与工程专业的一门主要技术基础课。本科程的任务是对材料的凝固成型、焊接成型、塑性成型等近代材料成型技术中共同的物理现象、基本规律以及各种成型技术的基本原理、理论基础、分析问题的方法加以阐述，使学生对材料成型过程及原理有深入的理解，为后续专业课程的学习及开发新材料和新的成型技术奠定理论基础。

二、教学基本要求

通过本课程的学习，应使学生达到下列基本要求：

1）  掌握和了解如下内容：⑴液态金属的结构和性质；⑵属凝固温度场；⑶单相及多相

合金的结晶；⑷铸件宏观组织及控制；⑸特殊条件下的凝固与成形；⑹凝固缺陷及控制。使学生学会运用金属凝固学的基本原理及基本规律、了解掌握材料成型的基本方法和工艺过程，分析和解决材料液态成型过程中的相关问题，培养学生分析问题和解决工程实际问题的能力。

2）掌握金属材料熔化焊接的基本理论。

3）具备分析金属材料焊接性的基本能力。

4）综合运用其它方面的知识，为正确选择焊接材料、工艺方法和制定合理的焊接工艺

打下理论基础。

5） 理解金属塑性变形的物理基础，即从微观上理解塑性变形的机理以及变形条件对金

属塑性和变形抗力的影响。

6）重点掌握金属塑性变形的力学基础，即金属塑性变形体内的应力场、应变场、应力

应变之间的关系、塑性变形时的力学条件等塑性理论基础知识。

三、教学内容及要求

液态成形部分：

通过本课程的学习，要求学生具体掌握和了解如下内容：

1）    液态金属的结构和性质：固体金属的加热、熔化；液态金属的结构；液态金属的性质； 液态金属（合金）的流动性及充型能力。

2）    液态金属（合金）凝固过程中的传热、传质及液体流动：凝固过程中的传热；凝固过程中的传质。

3）单相及多相合金的结晶：液态合金凝固过程中的“成分过冷”；“成分过冷”对单相合金凝固过程的影响；共晶合金的凝固。

4）铸件凝固组织的形成及控制：铸件宏观凝固组织的特征及形成机理；铸件宏观凝固组织的控制。

5）液态金属在特殊条件下的凝固及成形：快速凝固；定向凝固。

6）凝固缺陷及控制：应力、变形及裂纹；气孔与夹渣；缩孔与缩松；化学成分的不均

匀性。

焊接部分：

⑴ 了解焊接的物理本质、熔焊加热特点及接头形成、焊接温度场。

⑵ 了解焊接冶金特点、气相与金属的作用、渣相与金属的作用。

⑶ 了解熔池的凝固、焊缝固态相变、焊缝中的气孔和夹渣、焊缝性能的控制。

⑷ 了解焊接热循环、焊接过程的组织转变特点、焊接热影响区的组织和性能。

⑸ 了解焊接热裂纹、焊接冷裂纹形成机理及预防措施。

塑性成形部分：

1．金属塑性成型的物理基础

1）了解金属塑性成型的特点及塑性成型工艺的分类。

2）理解金属在冷态和热态下塑性变形对金属组织和性能的影响。

3）掌握对塑性和变形抗力的影响因素。

2．应力分析

1）了解张量的基本知识。

2）理解并掌握主应力、主切应力、平均应力（静水压力）、等效应力的概念及求解方法。

3）熟练掌握平面应力莫尔圆的方程及利用莫尔圆求解问题的方法。

3．应变分析

1）了解位移与应变的概念，了解点的应变状态和应变张量与应力张量的相似性。

2）了解小应变几何方程、应变连续方程的意义。

3）掌握塑性变形体积不变条件、位移增量和应变增量、对数应变的概念。

4）掌握平面应力问题与平面应变问题的概念及特点。

4．屈服准则

1）理解掌握材料真实应力-应变曲线的概念及各段的特点，了解常用的一些简化的材料模型。

2）理解掌握屈雷斯加和密塞斯理想材料的屈服准则的概念、数学表达式，并能利用两准则求解薄壁管屈服问题。

5．材料本构关系

1）掌握弹性应力应变关系、塑性应力应变关系的特点。

2）了解增量理论、全量理论的基本概念及应用。

6．金属塑性变形与流动问题

1）了解最小阻力定律、附加应力、残余应力、干摩擦、边界摩擦、流体摩擦的概念。

2）了解影响金属塑性变形和流动的因素，了解金属塑性成型中摩擦的特点及其影响。

7．金属成型力学的工程应用

1）了解金属塑性成型问题的常用求解方法。

2）了解主应力法及其求解要点，了解主应力法的典型工程应用。

四、所含实践环节

五、课外习题及课程讨论

为达到本课程的教学基本要求，课外布置思考讨论题不少于30题。

六、教学方法与手段

七、各教学环节学时分配

	讲课	习题课	讨论课	实验	其他	合计
液态金属的结构和性质	3
金属凝固温度场	2
单相及多相合金的结晶	4
铸件宏观组织及控制	3
特殊条件下的凝固与成形	2
凝固缺陷及控制	2
焊接及其冶金过程程	6
焊缝凝固及固态相变	4
焊接热影响区的组织	4
焊接裂纹及控制	2
金属塑性成形的物理基础物理基础	3
应力分析	3
应变分析	2
屈服准则	2
材料本构关系	2
金属塑性变形与流动问题	2
金属成形力学的工程应用	2
合计	48					48

八、考核方式

闭卷笔试。

九、推荐教材和教学参考书

教  材：《材料成形原理》，刘全坤，机械工业出版社，2005。

参考书：《材料成形原理》，陈平昌等，机械工业出版社，2002。

《焊接冶金学》（基本原理），张文钺，机械工业出版社，2004。

《金属塑性成形原理》，俞汉清 陈金德编，机械工业出版社，1998。

《金属加工金属学》，王占学主编，冶金工业出版社，1991。

 

 

 

 

《毕业实习、毕业设计及论文》教学大纲

课程编号：085071

课程名称：《毕业实习、毕业设计及论文》

课程英文名称：《Graduation practice、Thesis for graduation》

课程类型: 实践必修课

总 学 时：16周

学    分：16

适用对象: 全院

先修课程：相关专业基础课

一、课程的性质、目的和任务

本课程是材料科学与工程专业、包装工程专业本科生的一门必修实践课。是本科生培养效果的集中展示。毕业设计（论文）的目的是培养学生的创新精神和能力，提高学生综合运用基础理论、专业知识和基本技能，进行分析和解决问题的能力。在实践中培养学生严肃认真的科学态度和严谨的工作作风。使学生在知识、能力、素质方面得到综合训练和提高，培养出“知识面宽、基础扎实、能力强、素质高”的专门人才

二、教学基本要求

通过本课程的学习，使学生全面掌握专业设计的基本过程、基本技术、基本理论、问题分析和解决问题的基本科学方法。培养应用基础理论分析、解决实际问题，制定科学、系统研究的基本应用能力。

三、教学内容、要求及学时安排

毕业设计论文时间为16周，具体安排如下：

开题报告                                            1周

文献综述、英文翻译、初期检查

设计（实验）                                       12周

       实验过程、中期检查

论文写作                                            2周

论文答辩                                            1周

四、各教学环节学时分配

	讲课	习题课	讨论课	实验	其他	合计
开题报告				1周		1周
设计（实验）				12周		12周
论文写作				2周		2周
答辩				1周		1周
合计				16周		16周

五、考核办法

现场答辩。

六、说明

中日双方相关教授联合指导