《疲劳强度设计》教学大纲

《疲劳强度设计》教学大纲课程编码：08241026课程名称：疲劳强度设计英文名称：Design of Fatiligue Strength开课学期：第7学期学时/学分：总学时/学分(30 /1.5) 讲课学时30（其中实验学时：）课程类型：专业选修课开课专业：机械科学与工程学院工程力学专业选用教材：疲劳强度徐灏编高等教育出版社 1990主要参考书：1.结构疲劳强度吴富民编西北工业大学出版社 19852.疲劳理论与设计张理苏编吉林工业大学 19853.疲劳强度设计徐灏编高等教育出版社 20004.结构疲劳强度设计与失效分析王学颜宋广惠编兵器工业出版社 19925.疲劳设计准则 [英]T.V达根等著国防工业出版社19826.结构中的断裂与疲劳控制 [美]罗尔夫等著机械工业出版社1985执笔人：聂毓琴一、课程性质、目的与任务疲劳强度设计是一门新兴的边缘学科。

它涉及材料，力学和设计三个学科领域。

飞机，船舶，汽车，矿山机械，冶金机械，动力机械，起重运输机械，石油钻进设备，以及铁路桥梁等，其主要零件和结构件，大多在循环变化的载荷作用下工作，疲劳是其主要的是失效形式。

因此，疲劳强度对于设计各类承受循环载荷的机械和结构，成为重要的研究内容。

进行疲劳强度设计，需要有材料的疲劳性能数据。

但有时虽然认为选择了合适的材料，制成零件后，使用中仍有可能发生意外的疲劳断裂事故。

这可能是由于设计者在某方面的疏忽，或偶然的过载，或零件制成后使用条件有了改变所致。

这些现象都说明，材料的疲劳强度不等于零件的疲劳强度，所以设计理论是重要的。

通过本课程的学习，能够对构件的强度疲劳问题具有明确的基本概念，必要的基础知识，比较熟练的计算能力，一定的分析能力和初步的实践能力。

二、教学基本要求：通过本课程的学习，能够对构件的强度疲劳问题具有明确的基本概念，必要的基础知识，比较熟练的计算能力，一定的分析能力和初步的实践能力。

熟练掌握各章节的主要内容：1. 材料的疲劳性能，材料的循环特性曲线构件的无限寿命设计；2. 构件的无限寿命设计，累积损伤的寿命设计，累积损伤理论；3. 构件的有限寿命设计，材料疲劳裂纹的扩展性能，件的破损-----安全设计；4. 低周疲劳设计，局部应变集中方法，构件的疲劳强度可靠性设；5. 随机疲劳强度，腐蚀疲劳。

《材料力学》课程教学大纲学分：4.5 总学时：72 理论学时：62 实验/实践学时：10一、课程性质与任务《材料力学》是车辆工程的专业基础课。

本课程共72学时，4.5学分，考试课。

《材料力学》是由基础理论课过度到设计课程的技术基础课。

它是变形固体力学的基础，又是有关专业后续课程的需要。

通过本课程的学习，使学生建立起正确的变形固体力学基本概念，掌握分析工程中强度、刚度、稳定性问题的基本方法，提高工程计算能力和实验分析能力等方面均有重要作用，它与其它课程共同完成培养高级工程技术人员的任务。

二、课程的基本要求学习本课程后，应达到下列基本要求：1．掌握构件强度、刚度、稳定性的基本概念，掌握杆件四种基本变形及组合变形的定义，能熟练判定杆件的变形种类。

2．掌握用截面法求杆件内力的基本方法，能熟练地求解任一指定截面的内力，并能绘制杆件的内力图。

3．熟悉等截面杆件横截面上应力的分析方法（基本变形）：实验-假设-变形几何关系、物理、静力平衡；能熟练求解四种基本变形有关的应力计算、分布及危险点判定和强度计算。

4．掌握组合变形构件强度分析方法-叠加法，了解其原理和使用条件，熟练掌握组合变形构件的强度计算问题。

5．掌握各基本定理、定律及假设（剪应力互等定理、剪切虎克定律、广义虎克定律、强度理论等），并能熟练应用。

6．掌握并能熟练求解基本变形构件的变形、位移问题，并能进行相关的刚度计算。

7．掌握一点应力状态的表示方法，能熟练地从受力构件中取原始单元体，并能用解析法、图解法求解相关问题。

8．掌握静不定问题的基本概念，掌握用变性比较法求解一次静不定问题。

9．掌握压杆稳定的基本概念，并能熟练地进行稳定计算。

10．熟悉动载荷问题的分析方法，并能熟练求解相关问题；掌握交变应力的基本概念，会进行疲劳强度计算。

11．掌握与平面图形有关的几何量（静矩、形心、惯性矩等）的基本概念及计算，了解形心轴、主惯性轴等概念。

12．初步掌握静载下材料机械性能的测试方法、电测实验原理及测试方法。

“六卓越一拔尖”背景下应用型本科院校的机械设计教学改革探讨作者：曹波朱鹏程张华姚智华来源：《专用汽车》2024年第01期基金项目：安徽省省级“六卓越一拔尖”工程项目“机械电子工程专业卓越工程师教育培养计划”（2022zybj025）；安徽省省级质量工程项目“专业认证视域下高校本科教学管理方法研究”（2022jxgl017）；《机械设计课程思政》（Xj2023040）；安徽科技学院“校级示范实验实训中心：机电与汽车工程”（Xj202088）；安徽科技学院项目“新工科背景下机械设计基础课程教学改革”（Xj2022210）摘要：在“六卓越一拔尖”人才培养计划下，分析了安徽科技学院当前机械设计课程存在的问题，并提出了对应的改革措施和意见。

对安徽科技学院机械工程学院近三届本科学生的考试成绩进行统计，由数据结果说明，推行改革后的新教学模式能够提高学生的学习成绩及实践创新能力，能显著提升应用型本科院校的人才培养质量，达到当前新形势下高校人才培养的要求。

关键词：“六卓越一拔尖”；应用型本科院校；机械设计；教学改革中图分类号：G712 收稿日期：2023-07-20DOI：1019999/jcnki1004-02262024010321 前言“六卓越一拔尖”计划的实施旨在改革传统的教育模式，激发学生的学习热情，提升人才培养质量，满足企业社会的需求，使企业能够较快较好的发展，从而促进社会的进步，使高校培养的人才满足时代的需求[1-3]。

這就需要教师摒弃部分传统的教学方法和人才培养模式，通过不断的改革创新教学模式，形成以企业社会需求新型培养模式[4-5]。

安徽科技学院机械电子工程专业于2008年正式设立并进行招生，经过多年建设，成为学校招生和就业的窗口专业，形成了以电子技术为核心、实践实训为保障的课程体系。

作为安徽省应用型本科高校联盟单位，安徽科技学院一向重视应用型人才的培养，人才培养方法和培养模式积极围绕着国家、区域发展形势和学校人才培养大政方针进行着改革与进步。

《疲劳强度》教学大纲课程名称：疲劳强度英文名称：Fatigue Strength课程编号：00407788课程学时：36课程学分：2课程性质：选修适用专业：工程力学、车辆工程、载运工具运用工程、材料工程预修课程：材料力学大纲执笔人：王生武一、课程目的与要求随着现代科技的快速发展和人们生活水平的日益提高，飞机、车辆、现代机械等高速运转设备的疲劳可靠性愈来愈受到重视，甚至成为现代机械设计制造中必不可少的内容，同时也成为力学、机械以及材料科学领域的重要研究内容之一。

本课程的目的是，为现代机械、交通装备等高速运行设备的设计、制造工作中的疲劳强度设计与疲劳寿命评价奠定重要的基础理论并提供主要手段和方法。

同时，为从事有关的研究打下重要的基础。

要求要求学生理解掌握金属疲劳破坏的表象规律和本质机理，掌握影响结构和零部件疲劳强度的主要影响因素，掌握疲劳强度设计和疲劳寿命的基本分析方法，从力学、机械和金属材料的角度基本掌握提高疲劳疲劳强度的主要手段和方法。

二、教学内容及学时安排第一章绪论 2学时§1-1 疲劳破坏的定义及实例介绍§1-2 疲劳强度学在现代工业中的应用§1-3 国内外研究现状及研究特点§1-4 疲劳研究的历史及疲劳破坏的分类第二章疲劳破坏的机理 8学时§2-1 疲劳破坏现象§2-2 疲劳破坏的机理§2-3 疲劳强度的载荷描述§2-4 材料的疲劳试验与S-N疲劳曲线第三章疲劳强度的影响因素 12学时§3-1 平均应力的影响与疲劳极限图§3-2 材料的强度与参与英里的影响§3-3 缺口效应§3-4 尺寸效应、表面加工状况的影响§3-5 其它影响第四章疲劳强度设计 12学时§4-1 引言§4-2 无限寿命设计§4-3 有限寿命设计§4-4 随机载荷下疲劳强度设计考试 2学时三、教材及主要参考书1．徐灏.疲劳强度，机械工业出版社，1991年2．赵少汴，王忠保.抗疲劳设计——方法与数据，机械工业出版社，1997年、3．霍立兴.焊接结构的断裂行为与评定，机械工业出版社，2000年。

《材料性能学》课程教学大纲一、《材料性能学》课程说明（一）课程代码：（二）课程英文名称：Introductions of Materials Properties（三）开课对象：材料物理专业（四）课程性质：《材料性能学》属于材料科学与工程一级学科主干专业课（五）教学目的：使学生掌握材料各种主要性能的基本概念物理本质化学变化律以及性能指标的工程意义，了解影响材料性能的主要因素及材料性能与其化学成分，组织结构之间的关系，基本掌握提高材料性能的主要途径。

（六）教学内容：本课程包括金属材料力学性能，金属物理性能分析，无机材料无论性能，高分子材料力学材料性能、材料的腐蚀与老化、性能指标的工程意义、指标的测试与评价及应用为主线贯穿始终，让学生对材料性能知识有一个完整的了解，以便达到举一反三、触类旁通的效果。

（七）教学时数:学时数：72 学时分数： 4 学分（八）教学方式:以粉笔、黑板为主要形式的课堂教学（九）考核方式和成绩记载说明考核方式为考试。

严格考核学生出勤情况达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格，综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占40％，期末成绩占60％。

.二、讲授大纲与各章的基本要求第一章材料的单向静拉伸的力学性能教学要点：让学生了解材料在静载作用下的应力应变关系及常见的三种失败形式的特点和基本规律，这些性能指标的物理概念和工程意义，探讨提高材料性能指标的途径和方向1、使学生了解力—拉伸曲线和应力——应变曲线。

2 、使学生了解材料的弹性变形以及性能指标3、非理想弹性与内耗的概念4、非理想弹性的几种类型及工程应用5、掌握塑性变形的实质以及指标测方法6、了解断裂的机理教学时数： 8 学时教学内容：第一节力——伸长曲线和应力——应变曲线一、力——伸长曲线（低碳钢曲线，决定因素）二、应力——应变曲线中有实力与工程应力的关系式、曲线第二节弹性形变及其性能指标一、弹性形变本质二、弹性模数三、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）四、比例极限与弹性极限五、弹性比功第三节非理想弹性与内耗一、滞弹性二、粘弹性三、伪弹性四、包申格效应五、内耗第四节塑性变形及其性能指标一、塑性变形机理（金属材料的塑性变形、陶瓷材料的塑性变形、高分子的塑性变形）二、屈服观象与屈服强度三、影响金属材料屈服强度的因素（晶体结构、晶界与亚结构、溶质元素、第二相、温度应变速率与应力状态）四、应变硬化（机理、指数、意义）五、抗拉强度与缩颈条件六、塑性与塑性指标七、超塑性第五节断裂一、断裂的类型及断口特征（韧性断裂与脆性断裂、穿晶断裂与沿晶断裂、洁切断裂与解理断裂、高分子材料的断裂、断口分析）二、裂纹形裂的位错模型（佤纳——斯特罗理论、断裂强度的裂纹理论）三、断裂强度四、真实断裂强度与静力韧度考核要求：1、力—伸长曲线和应力——应变曲线1.1力—伸长曲线（低碳钢曲线、决定因素）(识记)1.2应力—应变曲线中有实力与工程应力的关系式(识记)2、弹性形变及其性能指标2.1弹性形变本质（领会）2.2弹性模数(识记)2.3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）（领会）2.4比例极限与弹性极限（领会）2.5弹性比功（领会）3、非理想弹性与内耗3.1滞弹性（领会）3.2粘弹性（领会）3.3伪弹性（领会）3.4包申格效应(识记)3.5内耗(识记)4、塑性变形及其性能指标4.1塑性变形机理(识记)4.2屈服观象与屈服强度（领会）4.3影响金属材料屈服强度的因素(识记)4.4应变硬化（领会）4.5抗拉强度与缩颈条件(识记)4.6塑性与塑性指标(识记)4.7超塑性(识记)第五节断裂5.1断裂的类型及断口特征(识记)5.2裂纹形裂的位错模型（领会）5.3断裂强度（领会）5.4真实断裂强度与静力韧度（领会）第二章材料在其他静载下的力学性能教学要点：让学生了解扭转、弯曲、压缩与带缺口试样的静拉伸以及材料硬度实验的方法、应用范围、力学性能指标。

第6章应力状态理论及强度理论应力状态理论和强度理论是固体力学各三级学科的重要理论基础，它既广泛应用于解决复杂应力状态的强度问题，同时已为学习和研究更为高深的力学课程及相关工程课程奠定必要的理论基础。

因而本章是材料力学课程的重要内容之一6．1 概述在第4章讨论构件基本变形的强度问题时，是用横截面上危险点处的应力(法应力或切应力)建立强度条件并进行强度计算的。

当时没有考虑破坏现象是否发生在横截面上以及横截面上的应力是否就是引起破坏的直接原因。

实验研究表明，有些情况下，破坏确实发生在横截面上，如铸铁试件的拉伸破坏。

而在另外一些情况下，破坏并没有发生在试件的横截面上，而是发生在斜截面上。

如低碳钢拉伸试验屈服首先发生在与轴线约成45°的斜截面上；铸铁短圆柱试件的压缩试验，断裂也是发生在与轴线约成45°的斜截面上；铸铁圆柱试件的扭转试验，断裂破坏还是发生在与轴线约成45°的螺旋面上。

为了研究这些破坏现象的致破原因，就必须研究试件斜截面上的应力情况。

通过构件内一点的各斜截面上的应力情况，称为一点处的应力状态，既然有些破坏现象并不是发生在横截面上，也不是由横截面上的应力导致破坏的，为什么用横截面上的应力建立的强度条件又是正确町用的呢?原因在于构件基本变形时控制破坏过程的惟一演变因素是截面上的单—应力(法应力或切应力)，并且各强度极限如σs、σh、ts、t1，等也都定义为破坏时试件横截面上的单一应力。

因此，不论破坏是否发生在横截面内，只要控制住横截面上的应力，就可以控制破坏现象的演变与发生。

对于工程实际中的很多情况，构件受载后发生的不是基本变形，而是复杂变形。

在小变形情况下，可以将这种复杂变形视做基本变形的叠加，称为组合变形。

此时构件的横截面的危险点处可能既有法应力义有切应力。

对于这类构件，能否分别对法应力和切应力建立独立的强度条件进行强度计算呢?答案是否定的。

实践证明，这常会导致错误的结果。