《智能材料 第2版》 教案大綱

PAGE4PAGE3智能材料課程教學(xué)大綱英文名稱：SmartMaterials課程編碼：xxxxxx學(xué)時：32 學(xué)分：2.0開課學(xué)期：第六學(xué)期課程性質(zhì)：專業(yè)選修課課程類別：理論課先修課程：材料力學(xué)、土木工程材料適用專業(yè)：土木工程、機械工程、材料工程等課程教學(xué)目標通過本課程的理論教學(xué)、項目訓(xùn)練，使學(xué)生具備下列能力：了解智能材料和結(jié)構(gòu)的發(fā)展、分類、構(gòu)成、特性和應(yīng)用。掌握典型智能材料（如形狀記憶合金、壓電復(fù)合材料、電磁流變體、智能纖維材料、智能高分子材料等）的工作原理和力學(xué)特性。掌握材料和結(jié)構(gòu)實現(xiàn)智能化的設(shè)計思想、表征方法和用途二、課程的基本內(nèi)容1、緒論教學(xué)目標：使學(xué)生了解智能材料概念的來源；掌握智能結(jié)構(gòu)的工作原理；了解智能材料的主要發(fā)展趨勢；掌握智能材料的內(nèi)涵和定義；從仿生學(xué)的觀點出發(fā)，了解智能材料內(nèi)部應(yīng)具有或部分具有的智能特性；了解智能材料模仿生命系統(tǒng)的感知和驅(qū)動功能應(yīng)該具有的耗散結(jié)構(gòu)與材料的內(nèi)稟特性；掌握智能材料的分類；了解幾種智能材料的基本組元；了解智能材料和結(jié)構(gòu)的應(yīng)用前景及發(fā)展趨勢。本章主要內(nèi)容：1.1智能材料的發(fā)展1.2智能結(jié)構(gòu)1.3智能材料的內(nèi)涵和定義1.4耗散結(jié)構(gòu)與材料的內(nèi)稟特性1.5材料的智能化1.6智能材料和結(jié)構(gòu)的應(yīng)用前景及發(fā)展趨勢本章重難點：智能結(jié)構(gòu)的工作原理智能材料的內(nèi)涵和定義智能材料的分類。2、形狀記憶合金教學(xué)目標：使學(xué)生了解形狀記憶合金的發(fā)展過程；掌握形狀記憶合金的機理；掌握形狀記憶合金的四種本構(gòu)關(guān)系，能夠根據(jù)實際工程的特點選用合理的本構(gòu)關(guān)系進行分析，掌握各本構(gòu)關(guān)系的優(yōu)缺點及適用性。本章主要內(nèi)容：2.1形狀記憶合金的發(fā)展和機理2.2形狀記憶合金的本構(gòu)關(guān)系2.3形狀記憶合金的應(yīng)用本章重難點：形狀記憶合金的機理形狀記憶合金的四種本構(gòu)關(guān)系以及各本構(gòu)關(guān)系的優(yōu)缺點、適用性3、壓電復(fù)合材料教學(xué)目標：使學(xué)生了解壓電復(fù)合材料的研究進展和制造方法；掌握壓電復(fù)合材料的定義、分類和性能特點；掌握壓電效應(yīng)與壓電方程；了解壓電材料的結(jié)構(gòu)和機理，并能結(jié)合壓電材料的工作機理分析新型壓電復(fù)合材料的性質(zhì)。本章主要內(nèi)容：3.1壓電復(fù)合材料研究概況3.2壓電效應(yīng)及壓電復(fù)合材料基本理論本章重難點：壓電復(fù)合材料的定義、分類和性能特點壓電效應(yīng)與壓電方程4、電磁流變體教學(xué)目標：使學(xué)生了解電流變液機理的研究進展；掌握電流變效應(yīng)及其影響因素；掌握電流變液屈服應(yīng)力形成機制與結(jié)構(gòu)演化；掌握磁流變形的組成和效應(yīng)特征；了解磁流變體的宏觀和微觀力學(xué)模型；掌握電、磁流變液的力學(xué)特性；了解電流變液和磁流變液的發(fā)展和應(yīng)用。本章主要內(nèi)容：4.1電流變體研究概況4.2電流變液的性能研究4.3磁流變液4.4電、磁流變液的力學(xué)特性4.5電流變液及磁流變液的應(yīng)用本章重難點：1.電流變效應(yīng)及其影響因素2.電流變液屈服應(yīng)力形成機制與結(jié)構(gòu)演化3.磁流變形的組成和效應(yīng)特征4.電、磁流變液的力學(xué)特性5、智能纖維材料教學(xué)目標：使學(xué)生了解纖維材料的發(fā)展過程；掌握智能纖維材料的常見種類和特點，結(jié)構(gòu)的工作原理，了解智能材料的主要發(fā)展趨勢；了解基于光纖傳感技術(shù)的土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測。本章主要內(nèi)容：5.1導(dǎo)電纖維5.2感應(yīng)（介電質(zhì)）性纖維材料5.3光纖及光纖傳感技術(shù)5.4光纖智能復(fù)合材料的研究5.5基于光纖傳感技術(shù)的土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測5.6形狀記憶纖維5.7變色纖維5.8調(diào)溫纖維5.9智能抗菌纖維本章重難點：1.智能纖維材料的常見種類和特點，結(jié)構(gòu)的工作原理2.基于光纖傳感技術(shù)的土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測6、智能高分子材料教學(xué)目標：使學(xué)生了解智能高分子材料的功能和類別；掌握智能高分子材料的設(shè)計原理及合成方法；了解醫(yī)用智能高分子材料；智能高分子材料的應(yīng)用展望。本章主要內(nèi)容：6.1高分子材料的智能性6.2智能高分子材料的設(shè)計原理及合成方法6.3醫(yī)用智能高分子材料6.4智能高分子材料應(yīng)用與開發(fā)本章重難點：智能高分子材料的設(shè)計原理及合成方法7、其他傳感元件教學(xué)目標：使學(xué)生了解電阻應(yīng)變絲在智能結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，并掌握電阻應(yīng)變絲的工作原理；掌握智能結(jié)構(gòu)中電阻應(yīng)變絲的選擇原則，了解電阻絲與復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的耦合研究，了解智能結(jié)構(gòu)中電阻應(yīng)變絲的補償技術(shù)；了解碳纖維復(fù)合材料的研究和應(yīng)用概況；掌握智能無機非金屬高分子復(fù)合材料及其應(yīng)用。本章主要內(nèi)容：7.1電阻應(yīng)變絲的研究7.2碳纖維復(fù)合材料7.3智能無機非金屬高分子復(fù)合材料及其應(yīng)用7.4二氧化釩智能窗7.5半導(dǎo)體材料7.6疲勞壽命絲(箔)本章重難點：電阻應(yīng)變絲的工作原理智能結(jié)構(gòu)中電阻應(yīng)變絲的選擇原則智能無機非金屬高分子復(fù)合材料及其應(yīng)用8、智能混凝土教學(xué)目標：使學(xué)生掌握智能混凝土的定義；了解智能混凝土的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢；掌握壓敏性和溫敏性智能混凝土的感應(yīng)原理；掌握溫度自調(diào)節(jié)混凝土的工作原理；了解仿生自愈合水泥砂漿的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向。本章主要內(nèi)容：8.1智能混凝土發(fā)展概況8.2智能混凝土的智能特性本章重難點：1.壓敏性和溫敏性智能混凝土的感應(yīng)原理2.溫度自調(diào)節(jié)混凝土的工作原理9、結(jié)構(gòu)控制教學(xué)目標：使學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)控制的概念和分類；了解新智能材料在結(jié)構(gòu)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用；掌握形狀記憶合金在結(jié)構(gòu)控制中的應(yīng)用；掌握隔震器和消能器的概念，了解現(xiàn)有隔振器和效能器的種類。本章主要內(nèi)容：9.1結(jié)構(gòu)控制概念簡介9.2形狀記憶合金在結(jié)構(gòu)控制中的運用9.3隔震器和消能器本章重難點：1.形狀記憶合金在結(jié)構(gòu)控制中的應(yīng)用2.隔震器和消能器的概念及種類10、智能橡膠與智能彈性體教學(xué)目標：使學(xué)生掌握智能橡膠的概念和實現(xiàn)橡膠智能化的手段；了解智能橡膠材料和制品的種類和研究進展；掌握智能彈性體的概念；了解D-智能彈性體和Sh-智能彈性體各有哪些種類。本章主要內(nèi)容：10.1智能橡膠10.2智能橡膠材料及制品的最新進展10.3智能彈性體10.4S-智能彈性體10.5D-智能彈性體10.6Sh-智能彈性體本章重難點：1.實現(xiàn)橡膠智能化的手段2.智能彈性體的概念及種類11、建筑智能化技術(shù)教學(xué)目標：使學(xué)生了解智能材料在建筑工程中應(yīng)用；掌握裝配式建筑的概念，結(jié)合我國的發(fā)展近況思考裝配式建筑在我國的發(fā)展方向；掌握BIM在工程各個階段的應(yīng)用價值；掌握被動式建筑的概念，了解中國被動式建筑的發(fā)展模式和方向；掌握智能建造的概念，并了解智能建造在國內(nèi)的發(fā)展。本章主要內(nèi)容：11.1智能材料在建筑中的應(yīng)用11.2裝配式建筑的應(yīng)用11.3智能化軟件-BIM11.4被動式建筑的發(fā)展和應(yīng)用11.5智能建造本章重難點：1.BIM在工程各個階段的應(yīng)用價值2.被動式建筑、智能建造三、教學(xué)安排講課內(nèi)容學(xué)時講課實驗項目1緒論2//2形狀記憶合金2//3壓電材料2//4電磁流變體4//5智能纖維材料2//6智能高分子材料2//7其他傳感元件2//8智能混凝土2//9結(jié)構(gòu)控制4//10智能橡膠與智能彈性體2//11建筑智能化技術(shù)4//12項目式大作業(yè)//4合計32四、教學(xué)方法1、課堂教學(xué)以多媒體、板書為主，輔之教學(xué)軟件進行隨堂討論與測試；2、課程項目設(shè)計以分散設(shè)計為主，同時安排集中設(shè)計并答疑。五、教學(xué)目標達成度評價教學(xué)目標1、2主要通過閉卷考試評價；教學(xué)目標3主要通過課程項目設(shè)計評價。六、成績評定課程成績包括三個部分，分別為平時表現(xiàn)、項目式大作業(yè)和結(jié)課考試。具體要求及成績評定方法如下：平時表現(xiàn)：采用扣分制，無故缺勤一次扣2分，曠課累計3次及以上者取消課程考核資格，本課程成績按0分計；2、項目式大作業(yè)：課程項目成績占總成績的30%。成績由兩部分組成：第一部分是根據(jù)設(shè)計書質(zhì)