spContent=我国的港珠澳大桥、高速磁悬浮列车、高铁列车、量子通信卫星、“天问一号”探测器等工程创造了多项世界纪录，彰显了大国风范。试问采用哪些材料，利用了哪些性能铸就了这些国之重器，助力实现中国梦？欢迎你带着这些问题与我们一起走进《材料性能学》课程，开启你探索材料性能奥秘之旅。《材料性能学》为材料科学与工程专业本科生的专业基础必修课。本课程主要讲授工程材料（金属、陶瓷、高分子聚合物）的力学性能和物理性能，同时融入思想政治教育的内容。本课程教学团队主讲教师由教授和博士组成，均长期从事材料科学领域的教学和科研工作，具有丰富的教学和科研实践经验。本课程的特色是将理论知识与实践相结合，探索材料科学奥秘，挖掘材料性能潜力，实现材料性能调控，助力新材料开发，开拓材料新应用。
我国的港珠澳大桥、高速磁悬浮列车、高铁列车、量子通信卫星、“天问一号”探测器等工程创造了多项世界纪录，彰显了大国风范。试问采用哪些材料，利用了哪些性能铸就了这些国之重器，助力实现中国梦？欢迎你带着这些问题与我们一起走进《材料性能学》课程，开启你探索材料性能奥秘之旅。《材料性能学》为材料科学与工程专业本科生的专业基础必修课。本课程主要讲授工程材料（金属、陶瓷、高分子聚合物）的力学性能和物理性能，同时融入思想政治教育的内容。本课程教学团队主讲教师由教授和博士组成，均长期从事材料科学领域的教学和科研工作，具有丰富的教学和科研实践经验。本课程的特色是将理论知识与实践相结合，探索材料科学奥秘，挖掘材料性能潜力，实现材料性能调控，助力新材料开发，开拓材料新应用。
—— 课程团队
课程概述
《材料性能学》为材料科学与工程专业本科生的专业基础必修课。本课程主要讲授各类工程材料（金属、陶瓷、高分子聚合物）的力学性能（Mechanical properties）和物理性能（Physical properties），包括材料的弹性、塑性、强度、韧性、断裂、疲劳以及高温、耐磨等力学性能与材料的热、磁、电和光等物理性能，同时融入思想政治教育的内容。通过本课程的学习，使学生掌握材料各种主要力学性能与物理性能的基本概念、物理本质、变化规律及相应性能指标的工程意义；了解影响材料性能的主要因素，材料性能与化学成分、组织结构之间的关系以及材料或机件失效的基本分析方法；基本掌握材料性能的测试原理、方法、相关仪器设备；了解材料性能的控制和改善的措施以及在材料研究中的重要应用；培养学生具有合理选材、用材、研制新材料、开发新产品的必要的基础知识和基本技能，培养学生正确的道德价值观，引导和纠正学生的行为。
授课目标
1. 掌握材料力学性能和物理性能的系统知识，了解材料性能学研究的前沿和发展趋势，能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达，并通过文献研究获得正确的结论。
2. 掌握材料性能测试的原理、实验技能和实验方法，并能创新性地设计实验方案，提出改善或提高材料性能指标的方法或途径；能从材料、使用环境、经济性等方面出发，利用材料性能学的理论知识，并通过文献研究正确分析复杂工程问题，团队协作获得合理有效解决方案。
3. 能够自主利用在线平台进行学习，通过测试，培养自主学习的习惯，增强学习能力。
成绩 要求
1.考核方式：在线课程学习完成度、作业题、单元测验题、讨论题和期末考试。
2. 成绩评定：在线课程学习完成度占30%，作业题占10%，单元测验题占20%，讨论题占10%，期末考试占30％。
3. 采用百分制计分，60分≤总成绩＜85分为合格，85分≤总成绩为优秀。
课程大纲
第一章 材料的单向静拉伸的力学性能
课时目标：1. 掌握低碳钢力—伸长曲线、应力—应变曲线、真应力与工程应力的关系式、弹性模数、塑性变形机理、抗拉强度与缩颈条件、塑性与塑性指标。2. 理解影响弹性模数的因素（键合方式和原子结构、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载条件的负荷持续时间）、比例极限与弹性极限、弹性形变本质、弹性比功、屈服现象与屈服强度、断裂强度、断口特征、真实断裂强度与静力韧度。3. 理解并掌握断裂的类型及机理，掌握断口特征，理解并计算理论断裂强度、格里菲斯公式，了解裂纹扩展方式。 4. 了解葛氏扭摆，培养学生的自主创新精神。
1. 绪论
2. 力—伸长曲线和应力—应变曲线
3. 弹性形变及其性能指标
4. 非理想弹性与内耗
5. 塑性变形及其性能指标
6. 断裂
第二章 材料在其他静载下的力学性能
课时目标：1. 理解应力状态软性系数。2. 掌握材料在扭转、弯曲与压缩作用下的力学性能指标。3. 掌握常用四种硬度的试验原理与特点和应用。4. 借助金属材料在不同载荷下表现出不同的力学行为，对机件在服役时抵抗拉伸力、压缩力、弯矩和扭矩等力学性能要求，巧妙地引伸到人在社会活动中能力的重要性，并以案例来启示学生注重各种能力的培养，迎接机遇和挑战。
1. 应力状态软性系数
2. 扭转、弯曲与压缩的力学性能
3. 缺口试样静载力学性能
4. 硬度
第三章 材料的冲击韧性及低温脆性
课时目标：1. 掌握冲击韧性及其工程意义，理解冲击载荷作用对材料变形的影响规律。2. 掌握低温脆性的概念和韧脆转变温度的评价方法，了解抗脆断设计的基本方法。3. 通过讲解铝合金的低温脆性优势在航天火箭发动机的应用，突显我国的大国重器，培养学生自立自强的精神。
第四章 材料的断裂韧性
课时目标：1. 掌握裂纹扩展的基本方式、裂纹尖端的应力场及应力场强度因子KI、断裂韧度KIC和断裂K数据、J积分的概念、J积分的能量录表达式。2. 理解裂纹尖端塑性区及KI的修正、裂纹扩展能量释放能GI、断裂韧度和断裂判据、裂纹尖端张开位移（COD）的概念、弹塑性条件下的（COD）表达式。3. 了解影响材料断裂韧度的因素。4. 掌握计算工件的断裂韧度，并对材料的选择、安全性、失效进行分析。 5. 通过讲解断裂韧度在港珠澳大桥设计中应用，培养学生的爱国和自主创新精神。
1. 线弹性条件下的断裂韧性
2. 弹塑性条件下的断裂韧性
3. 影响材料断裂韧度的因素
4. 断裂韧度在工程中的应用
第五章 材料的疲劳性能
课时目标：1. 掌握变动载荷的基本概念，描述变动载荷的基本参数；掌握疲劳断裂的基本形式，典型疲劳断口的特点，在外界条件发生变化时疲劳断口的特征。2. 了解疲劳破坏的机理，裂纹产生的基本原理以及裂纹扩展的基本特点，能分析出疲劳条带产生的原因。3. 掌握疲劳抗力指标，了解材料疲劳极限的测量方法、影响疲劳极限的因素和提高材料抗疲劳破坏能力的途径。4. 了解我国在材料疲劳领域做出突出贡献归国科学家，培养学生的爱国精神。
1. 疲劳破坏的一般规律
2. 疲劳破坏的机理
3. 疲劳抗力指标
4. 影响材料及机件疲劳强度的因素
5. 热疲劳
第六章 材料的磨损性能
课时目标：1. 掌握磨损的概念、磨损的基本类型、提高材料耐磨性的途径。2. 理解粘着磨损、磨粒磨损与接触疲劳的机理。3. 了解耐磨性测量的基本方法。
1. 磨损的基本概念及类型
2. 磨损过程
3. 耐磨性及其测量方法
4. 提高材料耐磨性的途径
第七章 材料的高温力学性能
课时目标：1. 了解材料高温力学性能的特点，材料高温蠕变现象，蠕变断裂机理，影响蠕变的因素。2. 掌握蠕变变形行为，蠕变性能指标。3. 了解材料其他高温力学性能，材料的短时拉伸性能、粘性流动、高温硬度以及高温疲劳性能等概念。
第八章 材料的热学性能
课时目标：1. 掌握几种热学性能的概念、表征、机理及影响因素；2. 了解热分析在材料研究中的应用。3. 了解我国在热学相关材料领域的发展做出巨大贡献的科学家，培养学生崇尚科学家、爱国和自主创新精神。
1. 热学性能的物理基础
2. 热容
3. 热膨胀
4. 热传导
第九章 材料的磁学性能
课时目标：1. 掌握材料磁性的本质和分类，材料铁磁性的物理本质；2. 理解技术磁化的微观机制与过程；3. 了解影响材料磁性能的因素以及磁性能分析在材料研究中的应用。4. 讲解钕铁硼永磁材料的应用，尤其是在新能源汽车电机上的应用，尤其是我国在该领域做出的巨大贡献，培养学生崇尚科学和自主创新精神。
1. 基本磁学性能
2. 抗磁性与顺磁性
3. 铁磁性与反磁性
第十章 材料的电学性能
课时目标：1. 掌握材料的导电性能，电阻、电导和超导电性的概念。2. 了解导电机理以其影响因素，掌握导电性的测量和应用。3. 掌握热电效应的概念，了解影响热电势的因素，掌握热电势的测量和应用。4. 掌握热敏效应、光敏效应、压敏效应和磁敏效应的基本概念。5. 掌握介质极化的概念及基本形式，了解介电常数的影响因素。6. 掌握电介质的介质损耗的概念和基本形式以及影响因素。7. 讲解我国超级列车及其超导材料，突显我国该领域做出的巨大贡献。
1. 导电性能
2. 热电性能
3. 半导体导电性的敏感效应
4. 介质极化与介电性能
5. 电介质的介质损耗
6. 绝缘材料的抗电强度
第十一章 材料的光学性能
课时目标：1. 掌握材料光学的概念和基本应用；掌握线性光学中反射、折射、色散、散射等概念，了解线性光学性能的应用和影响因素。2. 了解常用的线性光学材料；掌握非线性光学效应的概念和产生的条件；了解非线性光学的基本应用和非线性光学材料。3. 知晓我国在光学材料领域的发展做出巨大贡献，培养学生的自主创新精神。
第十二章 材料的压电性能与铁电性能
课时目标：1. 掌握压电、铁电材料的基本概念、基本原理及性能参数。2. 了解材料压电和铁电性能的影响因素。3. 掌握铁电和热释电参数的测量及其应用。
1. 压电性能
2. 热释电与铁电性能
3. 铁电材料的电光效应及其应用
4. 影响材料压电性及铁电性的因素
5. 压电与铁电性能的测量
第十三章 材料的耐腐蚀性能
课时目标：1. 掌握材料腐蚀的基本概念。2. 了解金属材料的电化学腐蚀倾向性和应力腐蚀断裂原理。3. 掌握金属腐蚀的速度计算及测试方法。4. 了解我国在材料腐蚀领域的发展做出巨大贡献的科学家，培养学生崇尚科学家、爱国和自主创新精神。
1. 材料腐蚀的基本概念
2. 金属的电化学腐蚀倾向
3. 金属腐蚀速度及控制
4. 金属腐蚀材料的应力腐蚀断裂
5. 材料的耐腐蚀性及抗腐蚀措施
第十四章 材料的老化与稳定性
课时目标：1. 了解高分子材料的老化与稳定性能。2. 了解高分子材料的老化与稳定性能测试与评价方法。
1. 高分子材料的老化与稳定
2. 老化与稳定性能的测试与评价
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预备知识
参考资料
1. 王从曾主编，材料性能学，北京工业大学出版社，第2版，2022。
2. 材料科学与工程基础（英文版，原书第五版》，William F. Smith, Javad Hashemi，机械工业出版社，2011。
3. Materials Science and Engineering，William D. Callister Jr., David G. Rethwisch, John Wiley & Sons, Inc., 2009.
4. Mechanical Properties of Materials，刘春廷，马继，化学工业出版社，2009。
5. 付华，张光磊主编，材料性能学，北京大学出版社，第3版，2019。
6. Mary Anne White, Physical Properties of Materials (Third Edition), 2018, CRC Press.
7. 张帆, 郭益平、周伟敏主编，材料性能学，上海交通大学出版社，第2版，2014。
8. 束德林主编，工程材料力学性能，机械工业出版社，第3版，2016。
9. 龙毅主编，材料物理性能，中南大学出版社，第2版，2011。
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