《金属的疲劳与断裂》教学大纲

《金属的疲劳与断裂》教学大纲

修订单位：机械工程学院材料系

执笔人：梁平

一、课程基本信息

1．课程中文名称：金属的疲劳与断裂

2．课程英文名称: Fatigue and Fracture of Metal

3．适用专业：金属材料、检测

4．总学时：32学时

5．总学分：2学分

二、本课程成在教学计划中的地位、作用、任务

金属疲劳与断裂课程是一门技术基础课，其主要任务是通过学习，使学生能够了解断裂力学的一些原理和有关疲劳强度的一些基本理论，学会分析结构或构件在含有裂纹或缺陷的情况下的安全性，从而为选材、加工工艺、设计以及安全评定等提供理论依据和手段。三、理论教学内容与教学基本要求

（一）理论教学内容

1．第一章绪论（1学时）

断裂力学的产生与发展；断裂力学的研究内容、作用、学习目的和学习方法。

2．第二章金属断裂的基本概念（3学时）

金属断裂的分类方法；金属断裂的类型；金属断口的分析方法

3．第三章线弹形断裂力学（8学时）

了解裂纹的类型；裂纹尖端附近的应力场、位移场；K准则；应力强度因子K的计算；小范围屈服时裂纹尖端塑性区形状与尺寸，考虑应力松弛时塑性去尺寸；等效裂纹长度和等效裂纹应力强度因子；裂纹扩展的能量判椐；能量释放率G与K的关系；裂纹扩展阻力曲线; K主导区、线形断裂力学的适用范围。

4．第四章弹塑性断裂力学（6学时）

增量理论和全量理论；裂纹尖端张开位移（COD）方法； J积分理论和应用。

5．第五章断裂韧性的测试（1学时）

平面应变断裂韧性的测试；裂纹尖端张开位移的测试；临界J积分值的测试。

6．第六章应力腐蚀（3学时）

应力腐蚀；应力腐蚀裂纹的扩展；应力腐蚀条件下K Iscc以及da/dt测试原理（学生自学）。

7．第七章疲劳强度（2学时）

疲劳问题的重要性以及发展历史；疲劳破坏；疲劳裂纹的萌生和扩展。

8．第八章材料的疲劳性能（2学时）

疲劳应力和疲劳极限；材料的S-N曲线；材料的循环特性

9．第九章疲劳裂纹的扩展（4学时）

疲劳裂纹的扩展速率；影响疲劳裂纹扩展的因素；疲劳裂纹扩展寿命的计算；应变疲劳和腐蚀疲劳；疲劳裂纹扩展速率测试。

10．第十章高温低周疲劳和热疲劳（2学时）

高温低周疲劳的特点以及意义；高温低周疲劳寿命的估算方法；影响高温低周疲劳寿命的因素；热疲劳的基本特性；影响热疲劳的因素。

(二) 教学基本要求

1．第一章绪论

了解断裂力学的产生、发展、研究内容、学习目的和学习方法。

2．第二章金属断裂的基本概念

了解金属断裂的分类方法；掌握金属断裂的类型；掌握金属断口的分析方法。

3．第三章线弹形断裂力学

了解裂纹的类型；熟练掌握裂纹尖端附近的应力场、位移场；重点是能将K准则应用于工程实际中；正确理解应力强度因子的概念；了解小范围屈服时裂纹尖端塑性区形状与尺寸，考虑应力松弛时塑性去尺寸；正确理解“等效裂纹长度”和“等效裂纹应力强度因子”的概念；了解裂纹扩展的能量判椐；了解能量释放率G与K的关系；理解裂纹扩展阻力曲线；了解K主导区、线形断裂力学的适用范围。

4．第四章弹塑性断裂力学

了解增量理论和全量理论；正确理解裂纹尖端张开位移（COD）的概念；了解COD启裂准则以及应用；了解J积分的定义以及计算，了解J积分与COD的关系；了解线形情况下J 积分与能量释放率以及应力强度因子之间的关系。

5．第五章断裂韧性的测试

了解平面应变断裂韧性、裂纹尖端张开位移、临界J积分值的测试方法。

6．第六章应力腐蚀

正确理解应力腐蚀的概念；理解应力腐蚀裂纹的扩展；了解应力腐蚀条件下K Iscc以及

da/dt测试原理。

7．第七章疲劳强度

了解疲劳问题的重要性以及发展历史；理解疲劳破坏；了解疲劳裂纹的萌生和扩展。

8．第八章材料的疲劳性能

了解疲劳应力和疲劳极限；理解材料的S-N曲线和材料的循环特性。

9．第九章疲劳裂纹的扩展

了解疲劳裂纹的扩展过程和机理；掌握扩展速率的计算公式；了解其他的修正公式；能用公式计算疲劳裂纹扩展寿命；了解影响疲劳裂纹扩展的因素；了解应变疲劳和腐蚀疲劳；了解疲劳裂纹扩展速率测试。

10．第十章高温低周疲劳和热疲劳

了解高温低周疲劳的特点、意义；理解高温低周疲劳寿命的估算方法；了解影响高温低周疲劳寿命的因素；了解热疲劳的基本特性；了解影响热疲劳的因素。

四、考核方式

考查

五、成绩评定

最终考试成绩以课堂考试和平时成绩（出勤率、作业完成情况、课堂回答问题情况）相结合的方式计算，其中课堂笔试成绩占总成绩的70％左右，平时成绩占总成绩的30％左右。

六、课程对学生创新能力培养的措施

1. 要求学生独立的完成课后作业，并对学生作业中的错误及时进行纠正，及时回答学生提出的问题。

2. 要求学生多上网查询一些参考资料，了解学习金属疲劳与断裂这门课程的必要性和重要性，同时训练学生进行疲劳与断裂分析的方法和特点。

3. 建议学生多看参考书，结合专业工程实际可引导学生初步科研能力入门。

七、教材与参考书

教材：王正《疲劳断裂及其在压力容器上的应用》（第一版）北京：兵器出版社1997 参考书：［1］邓增杰周敬思《工程材料的断裂与疲劳》（第一版）北京：机械出版社1995

［2］楮武扬乔利杰《断裂与环境断裂（第一版）》北京：科学出版社2000

［3］K.J.马什，L.P. 普克《金属疲劳（第一版）》北京：冶金出版社1984

［4］邓增杰周敬恩《工程材料的断裂与疲劳（第一版）》北京：机械工业出