材料科学研究方法
Materials Science and Research Method
课程编号： 学 学
分： 时：
07310140
2
30 （其中：讲课学时： 30
实验学时： 0 上机学时： 0 ）
先修课程： 材料科学基础
金属材料工程，无机非金属材料工程， 适用专业 ：
制工程，冶金工程、复合材料与工程
教
材： 戴起勋等 . 材料科学研究方法（二版）
高分子材料工程，材料成型及控
. 国防工业出版社， 2008
开课学院： 材料科学与工程学院
、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。
、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
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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
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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:
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07310140材料科学与方法课程教学大纲(本科-新)
