材料科学与研究方法教学大纲.doc

材料科学与研究方法
（Materials Science and Research Method）

课程编号： 07111060
学 分： 2
学 时： 30 （其中：讲课学时：26 实践学时：4 上机学时：0 ）
先修课程：材料科学基础
适用专业：金属材料工程，无机非金属材料工程，高分子材料工程，材料成型与控制，冶金工程
教 材：《材料科学研究方法》,戴起勋,赵玉涛等编著，国防工业出版社，2004
开课学院：材料科学与工程学院
一、课程的性质与任务：
该课程作为材料类各专业的专业基础教学知识平台之一设置。该课程体系的目的是使材料类各专业及相关专业的学生对材料科学与工程学科的内在科学规律和发展趋势有一个宏观的认识，对材料的研究开发思路和各种方法有一个科学辨证的概念，进一步激发学生的学习积极性和创新精神，为以后各有关课程的学习打下良好的基础。本课程基本的任务是：
1、了解材料科学与工程学科的历史、地位、作用；
2、掌握现代材料研究和技术开发工作的基本方法、基本过程、基本思路和基本分析手段；
3、从宏观到微观比较深入地了解各类材料的共同特点与共同的效应；
4、树立材料的成分、结构、加工制备、性质、使用功能和环境间的系统工程概念；
5、培养学生一种对材料科学的创新思维、材料研究创新活动的科学方法及材料研究创新成果的分析能力。

二、课程的基本内容及要求：
第1章 材料科学发展史
1、教学内容
材料科学在人类历史发展各个阶段的状况及成就，石器时代，青铜时代，铁器时代，近代和现代的几次工业革命中材料的发展与对促进生产力的作用，特别着重近代和现代时期的材料发展情况。
2、基本要求
了解材料学科的发展史及在人类发展的历史进程中的作用，了解自然科学的各种研究方法在材料科学中的应用。
第2章 材料科学共性
1、教学内容
全材料科学的形成过程 材料学科的细分化到综合、材料学科的交叉和渗透、材料科学与工程的形成；材料科学与工程学科的地位和特点；材料科学的共性规律 晶体学结构规律、材料缺陷与断裂强度、材料的相变原理、材料的形变与断裂规律、材料的强韧化原理；材料的共同效应 界面效应、表面效应、复合效应、形状记忆效应、动态效应、环境效应和纳米效应。
2、基本要求
掌握金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料等三大类各类材料组织、性能和应用的主要特点及其共同的特性。了解三大材料的交叉与融合这一现代科学研究发展的特点；了解研究方法的创新、数学理论和计算机技术的发展在新材料、新技术开发中的作用。熟悉形成现代材料科学与工程大学科的基础。

第3章 材料研究基本方法
1、教学内容
重点介绍材料研究的自然科学基本方法、特点及应用 类比法、归纳法、演绎法、移植法、组合法、系统分析法、黑箱法、相关法、数学方法、模型法等。
2、基本要求
全面了解材料研究的自然科学基本方法，重点掌握归纳法、演绎法、模型法、系统法等。
第4章 材料结构设计与系统分析
1、教学内容
材料结构的基本特性 可分与穷尽、转变与守恒、表象与真实、量变与质变；材料性能的基本特性 现象与本质、区分与联系、复合与转换、主要与次要等；材料结构的稳定性；材料结构的测定与表征；材料结构的设计与控制；结构与性能的系统分析方法；材料结构的自组织；材料结构的仿生研究；材料过程的基本原理和材料过程的能量分析方法。
2、基本要求
认识材料结构与性能是材料体系中直接相关的问题，是材料科学中的核心。掌握各类材料的基本结构及其变化规律、材料性能的基本特性、结构与性能的系统分析方法。掌握材料过程的基本原理、分析方法及评价参量。
第5章 材料使用与环境评价方法
1、教学内容
材料与环境、资源的关系 材料生产对环境和资源的影响、生态环境材料与能源材料、材料流理论；材料环境协调性评价与设计 材料环境协调性评价、材料环境协调性设计、生态环境材料设计的原则、金属材料的环境协调性设计、非金属材料的环境协调性设计、环境协调性产品的设计；材料环境适应性评估 材料工况环境适应性评估、材料自然环境适应性评估。
2、基本要求
增强现代材料发展的环境因素意识，重视材料的资源和环境污染的问题。掌握材料环境协调性评价与设计的基本方法与思路。
第6章 材料计算设计与方法
1、教学内容
材料设计概述 定义、发展、范围、层次、任务；材料设计的主要途径与方法 从相图角度进行设计，从数量冶金学角度进行设计，基于量子理论的设计，基于物理、数值模拟的设计，多尺度材料模型与计算设计；材料设计的主要技术；数学方法在计算设计中的应用 有限元法、遗传算法、分形理论等；材料计算设计实例 复合材料的可设计性与研究方法，超硬材料计算设计，工程应用层次的材料计算设计。
2、基本要求
掌握材料设计的基本概念，要认识到材料科学从经验科学逐步走向理性科学，很重要的发展方向是模拟设计和计算设计。了解各种数学方法在计算设计中的应用，了解国内外在模拟设计方面取得的主要成果，了解材料计算设计领域的研究动态。
第7章 材料物理模拟与数值模拟
1、教学内容
模型化的基本概念、数值模型化与模拟、基本范畴与分类、基本思路；材料研究的物理模拟 基本概念、金属塑性加工物理模拟、薄板冲压工艺模拟技术、塑料注射成形过程模拟仿真；材料研究的数值模拟 基本概念、铸造工艺过程的数值模拟、计算机数值模拟应用的实例。
2、基本要求
掌握物理模拟与数值模拟的基本概念、方法和思路。了解目前物理模拟与数值模拟方面所进行的研究及取得的成果。
第8章 材料失效分析方法（可布置自学）
1、教学内容
材料失效分析概述 概念、思路、方法、作用与发展；材料主要失效类型 材料的变形、材料的断裂、材料的腐蚀、材料的磨损、材料的其它失效形式。
2、基本要求
认识到材料的设计—组成—制备—结构—性能—使用—环境是材料研究的主线；认识材料失效分析的重要性；掌握材料失效分析的基本概念及方法。

第9章 材料经济学
1、教学内容
材料的循环：生态材料、再生材料、绿色材料技术。材料的选用与竞争：材料选用的基本原则、各类材料的竞争、材料竞争的国际化；材料的经济分析：材料经济分析方法、材料经济的能源与环境因素、材料经济的潜在效益。
2、基本要求
了解材料循环、绿色材料技术和材料经济分析的基本概念。
第10章 材料发展前沿与重点（学术报告）
1、教学内容
新材料研究与发展概况 信息功能材料、生物材料、其它功能材料、功能复合材料、生态环境材料、能源材料；纳米材料与纳米技术；材料制备工艺与技术的开发；材料设计与一体化技术；材料科学基础理论的深入研究；传统材料与表面技术。
2、基本要求
了解材料科学与工程各领域的发展趋势，了解各类新材料开发的意义。

三、课程学时分配：
章 节
讲 课
实 践
备注
第1章 材料科学发展史
1

第2章 材料科学共性
4

第3章 材料研究基本方法
2

第4章 材料结构设计与系统分析
4

第5章 材料使用与环境评价方法
4

第6章 材料计算设计与方法
2

课堂讨论

2

第7章 材料物理模拟与数值模拟
2

第8章 材料失效分析方法
1

可自学
第9章 材料经济学
2

第10章 材料发展前沿与重点
3

2个学术报告
查阅新的文献资料写作小论文

2

课程总复习
1

考查

四、大纲说明
本课程计划学时为30左右，可根据具体情况安排各章节的学时数，有些章节的内容可自学，如材料失效分析方法。第10章材料科学发展前沿与重点，可作为多媒体学术报告1~2次。可安排1~2次课堂讨论和习作小论文，学生自己查阅组织资料写作，学时为4学时，作为课程实践环节。
教材中有关例子可以选择性地讲授，或另选更好的例子。
该课程为考查课，考查的形式可以是多样的，可开卷考查一些基本内容；可以布置一些题目及要求让学生去查找有关资料，经过编写整理后作为大作业交给老师；也可以口试形式让学生随机抽签回答几个问题来评定成绩。每一种方法都要结合平时成绩综合评定该课程的考查成绩。

五、参考书目：
[1] 材料设计.熊家炯主编.. 天津：天津大学出版社，2000
[2] 材料学的方法论. 肖纪美著.. 北京：冶金工业出版社，1994
[3] 材料创造发明学. 涂铭旌著.. 北京：化学工业出版社，2000

制定人：戴起勋
审定人：邵红红
批准人：
2003 年 9 月 26 日

课程简介

课程编号：07111060
课程名称：材料科学与方法
英文名称：Materials Science and Research Method
学 分：2
学 时：30（其中：讲课学时：30 实验学时：0 上机学时：0 ）
课程内容：介绍材料科学发展史；材料研究的自然科学基本方法、特点及应用；材料科学的共性规律和材料的共同效应；材料结构的基本特性，结构与性能的系统分析方法；材料过程的基本原理和过程的能量分析方法；材料与环境、资源的关系，材料环境协调性评价与设计；科研选题、科学试验、研究成果总结；材料研究的物理模拟与数值模拟；材料计算设计的主要途径与方法；材料失效分析与测试方法；材料经济学基本概念。培养学生材料科学的创新思维、材料研究创新活动的科学方法及材料研究创新成果的分析能力。
选课对象：金属材料工程，无机非金属材料工程，高分子材料工程，材料成型与控制，冶金工程 等材料类专业及其它相关专业本科三年级学生
先修课程：材料科学基础
教 材：《材料科学研究方法》. 戴起勋，赵于涛等编著.国防工业出版社，2004

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