材料科学与工程，一年海外课程 BEng (Hons)

Swansea University - 斯旺西大学

工程学不仅仅是理解技术设计，决定成败的往往是支撑工程解决方案的社会、环境和经济背景。这一点从未像现在这样重要，因为世界目前正计划向低碳经济彻底转型，同时面临着气候危机带来的更多风险，这将给世界带来前所未有的变化。工程师将站在这一领域的最前沿，并需要具备与他人合作解决开放式、非结构化和复杂问题的能力。该模块与英国无国界工程师组织合作开展，结构如下。教学周1-6。将有讲座介绍全球工程设计的当代问题。第7周教学。你将全职工作，每天9点到下午3点进行密集的设计挑战。你们将面临一系列的全球挑战（如获得水/离网能源），在设计周的过程中，你们将努力研究、设计和评论可能的工程解决方案。在这个模块中表现最好的小组将代表斯旺西大学参加英国全国无国界工程师大赛。

数学是工程师和工程的主要工具，本模块的框架和解决非结构化的难题。总体目标是通过讨论各种谜题来提高学生的数学意识和解决问题的能力。该课程提出了一些解决问题的规则，并涵盖了对问题的理解和直觉在解决问题活动中的作用等问题。此外，还讨论了一些数学问题解决原则，并介绍了建模、约束处理、优化、概率、统计、模拟、模式识别和策略等要素。

该模块旨在向工程系一年级学生介绍与材料选择和应用有关的关键概念。在完成本模块后，学生应该能够表现出对与金属、陶瓷、聚合物和复合材料的结构/机械和物理性能/应用有关的材料选择的理解。

制造业对世界经济做出了重大贡献，而且，工程工艺有助于解决当今社会面临的一些最严重的挑战。工程师在制造业中的作用对于产生可持续的高经济价值的产品和工作是至关重要的。为了满足这个不断变化的角色，新毕业生需要了解既定的和先进的工艺。该模块为学生提供了对当前、新兴和综合制造工艺的整体看法，提供了在工艺/技术选择基础上生产产品规格所需的广泛技术。教授的材料与从材料和设计模块中获得的知识一起建立起来，.

材料资源现在是而且一直是人类经济和社会发展的一个控制因素。本课程不假定任何先前的知识，探讨从最早的时代开始的材料开发的发展，说明资源的可用性和人类开发和提取新材料的聪明才智是如何使我们的现代世界进化的。从历史的角度来看，材料开发总是与经济增长或军事需要有关。人们越来越多地寻求既具有经济吸引力又具有可持续性的能源和材料来源。因此，在课程的每一节中，可持续性和经济方面的问题都将得到解决，以说明如何以及为什么在具体应用中选择某些材料。

该课程提供了对金属的微观结构和机械性能之间关系的基本理解。它将建立在MT101（材料工程导论）中介绍的机械性能的某些方面，并为第二和第三年的补充模块提供一个参考点。

该模块将涵盖工程中使用的最重要的分析功能和方法，并将这些与常见的材料相关的例子联系起来。该模块将确保那些以前没有涉及过这一领域的人，或在间隔一段时间后重新开始的人在方法和技术方面的必要基础。它还将为那些有更多经验的人提供扩展到更复杂例子的机会。

该模块将涵盖工程中使用的最重要的分析工具和方法，并将这些与常见的材料相关的例子联系起来。该模块将确保那些以前没有涉及过这一领域的人，或在间隔一段时间后重新开始的人在方法和技术方面的必要基础。它还将为那些有更多经验的人提供扩展到更复杂例子的机会。

本模块涉及分析化学的原理和实践，并介绍了分析化学中一些重要的仪器技术，用于定性和定量分析，包括：重量法、滴定法分离和光谱技术。在成功完成这个模块后，学生应该掌握一系列的分析技术，从经典的重量和体积分析到现代光谱和分离方法。学生还应该了解分析化学的原理，包括对测量误差的估计。学生应该获得分析化学的实践经验。

本模块是围绕材料和运动材料的四个独立的案例研究。每个案例研究将侧重于一个特定的工程材料、部件或结构。在每个案例研究中，学生将得到一些初步的材料，以及进一步信息的建议链接。然后，学生将以个人或小组形式进行独立研究，并就研究结果提交一份最终报告。在一些案例研究中，演讲将是评估的一部分。具体的案例研究将包括工程设计、工程应用的材料选择、故障分析、材料特性技术和太阳能电池材料的调查。

本模块提供了使用CAD进行工程制图的能力和基本的实验室技能。在完成本模块后，你应该能够：使用CAD系统制作符合要求标准的工程图。在完成本模块后，你应该能够。使用CAD系统制作符合要求标准的工程图。应用基本的实验室技术，包括安全问题；数据处理；发展报告写作技巧和团队合作。

本课程旨在为学生提供准备材料进行显微镜检查和进行标准机械测试的必要技能介绍。该课程支持一级讲座课程，特别是材料介绍（EG-180）和机械性能（EG-184）课程。本模块的重点是培养学生的实践、实验和科学报告写作能力。

本模块涵盖了功能和智能材料的物理特性背后的基本科学原理。它提供了导电性、半导电性、超导电性以及光学、磁学和热学特性的基础。探讨了这些特性在各种设备中的利用方式。模块目标：介绍功能和智能材料的物理特性背后的科学原理，并探索功能设备的制造。

本模块从简短的实践课（3 x 3小时）开始，学生将被介绍到实验室规模的能源材料设备的制造--即染料敏化太阳能电池。这将向学生介绍用于一系列实验室规模能源技术的许多制造方法。在本模块的其余部分，我们将在演讲厅和小组工作环境中介绍能源三要素的概念，即与能源安全、能源公平和环境可持续性有关的问题。为能源生产和储存而开发和使用的材料对三要素的所有方面都至关重要，而UKRI提供的大量资金反映了材料科学家们在各自领域所面临的挑战。该模块由学生主导。在实践环节之后，学生将有机会选择他们最感兴趣的能源领域。然后，他们将进行个人文献搜索，以找到对他们所选择的能源部门，更重要的是对能源三要素至关重要的材料研究的特定档案。然后，学生们将在小组中决定他们的评估基于哪个领域。在小组中，学生们需要根据他们选择的研究论文制作一张海报。然后，他们将向一个小组展示他们的海报。自我评估和同行评估将贯穿始终，客座讲师将介绍他们对能源材料研究的看法。

本模块考虑金属材料中可能发生的最重要的凝固和固态相变，以及这些相变如何决定微观结构的演变。讨论了相变的动力学，并通过参考商业上重要的合金的加工，详细介绍了控制微观结构的程序，以及由此产生的机械性能，.

该模块将探讨聚合物和聚合物基复合材料的加工方法、结构和机械性能之间的联系。这将使学生对结构和性能对这些材料行为的影响有一个很好的理解和认识。完成本模块后，你应该能够。了解不同聚合物和聚合物复合材料的结构，并理解其在确定性能和合适的加工方法方面的重要性；全面了解聚合物和聚合物复合材料可用的一系列加工方法，并理解添加剂技术和流变学的基本方面；讨论不同聚合物基材料和加工方法的优点、缺点和限制；批判性地评估工程应用的加工方案，并选择最合适的方案；理解加工/性能关系；对聚合物复合材料进行标准机械测试程序.

该课程建立在一年级数学相关课程的知识基础上。该课程将为学生提供构建程序的机会，以解决更高级的数值问题，同时模拟一些在工程中很重要的真实物理现象。当学生将数学、数值和基本冶金原理综合成一个完全可操作的扩散模拟时，该课程就结束了.

该课程旨在通过应用于高性能材料，如钛和镍，来发展对第一年模块中所教授课题的理解。通过弹性、塑性、合金强化、疲劳和蠕变等目标单元，进一步了解变形和破坏机制。所提供的知识允许诸如机械测试方法和增殖层制造的主题。然后，该模块试图通过考虑在金属、陶瓷和复合材料这三个主要材料类别上的应用，将这些主题结合起来。

该课程建立在制造技术I（EG-182）的信息基础上，描述了特殊加工和表面改性的先进工艺，并研究了用于组件组装的可用连接技术。概述特定工艺的优点和局限性，并提供最佳设计和制造的程序。讨论了制造中质量保证的重要性，并描述了选定的条件评估方法。模块目标：提供对用于工程材料和部件的先进制造方法的认识和理解。

本模块提供了一个平衡的、精简的一个学期的工程统计学介绍，强调实践中的工程师最需要的统计工具。使用真实的工程问题和来自工程杂志出版物的真实数据，学生可以看到统计学如何适合工程问题的解决方法。该模块教导学生在分析真实数据时如何像工程师一样思考。

材料实践 2b:先进金属材料的应用实例 - 识别和评估各种铁和非铁合金的微观结构和机械性能。该模块将探讨微观结构和机械性能之间的联系，并展示加工处理如何从根本上改变材料的微观结构和行为。

本模块详细介绍了模拟各种关键工程问题所需的数学描述，重点是材料加工。考虑将其应用于热和质量扩散、电场、流体动力学等。包括几个制造过程的案例研究，以及对一些多尺度现象的考虑。模块目标：提供对材料工程问题建模的计算模拟方法的详细了解.

介绍材料的秩序--单晶和多晶粉末。通过元素、离子化合物、间隙和替代固溶体的晶体结构的明确例子，了解晶体学的基本原理和支配原子排列的因素。粉末衍射对材料特性的重要性及其应用实例。介绍晶体中的缺陷；点缺陷（杂质和空位）、线缺陷（位错）和平面缺陷（界面和晶界）。了解晶体生长和缺陷。缺陷对不同类型的晶体材料的积极和消极影响；以及如何理解可以导致控制。

本模块涉及金属的微观检查、测量和微观结构的解释。这涉及到金属的微观结构特征的发展技能和健全的微观结构测量方法的发展。然后，基于对金属中发生的相变性质的二元相图和加工对微观结构的影响的理解，通过逻辑推理来加强这一点。该模块还详细介绍了解决各种关键工程问题所需的数学描述，重点是材料加工。

完成该模块后，学生应能： 1:1.展示在国外生活和学习的能力，体验不同的全球背景。2.在不同的国家背景下获得对其他工程主题的更多认识，并有可能使用不同的语言。3.获得拓宽的教育，增强在斯旺西学到的材料。4.4. 提高对工程的国际背景的认识。5.获得对大学毕业后的个人和职业生活有用的可转移的、智力的、实用的和关键的技能。6.通过更广泛的学术和生活技能的体验，提高他们的就业能力。

本模块将发展与工程部门的财务和人力资源管理有关的技能。在财务资源方面，该课程将介绍新企业内交易的会计实践，以使学生对资产负债表、损益表和现金流量表有良好的认识，这些都是商业计划的重要组成部分。该课程还将向学生展示如何解释财务报表以及如何在相互竞争的工程项目之间最好地分配财政资源。在人力资源方面，该课程将涵盖创业的基本概念，然后再分解商业计划的基本要素。该课程将为更具创业精神的学生提供关于如何将他们的想法商业化的指导，而创业精神不强的学生则了解是什么让他们的一些同事心动。本模块所采用的举例学习方法引导学生了解财务和人力资源管理的复杂性，并鼓励学生制定自己的商业计划。学生还将被介绍到商业道德的主题领域。该模块还将为学生创建简历和Link-In账户提供职业服务方面的支持。

本模块深入介绍了定量金相技术，以及如何应用这些技术来描述高级金属合金的微观结构。完成本模块后，你应该能够证明。对各种微观结构表征方法的使用和局限性的理解；对宏观性能与亚微观细节的关系和原因的理解；对先进材料表征所涉及的挑战的理解；对金属合金中复杂微观结构发展的深入了解；对微观结构、物理和机械性能以及加工过程之间的关系的理解。

该模块旨在提供对材料断裂力学和疲劳建模的详细了解；与现实世界的案例研究和当前的前沿研究有关。在成功完成该模块后，学生应该能够展示以下知识和理解。材料中的裂缝行为和相关的理论建模；生物材料中的失效，以及防止失效的自然机制；断裂力学以及如何使用它来防止静态和疲劳失效；材料的结构如何用于控制裂缝的生长行为。如何应用数学概念来预测裂纹行为，并以此进行设计以避免失效；使用现代断裂力学方法来进行材料设计、预测寿命和进行失效分析；如何将潜在的微观结构细节与工程应用联系起来；应用数学技术来解决工程设计问题。.

本模块涵盖了用于光学设备的先进的可印刷半导体材料，特别关注其在新型光伏电池和发光二极管中的应用，以及设备的工作原理和工程。完成本模块后，学生应该能够。定义什么是有机和过氧化物半导体；识别和描述它们的光学和电气特性；了解它们在光伏设备和发光二极管中的应用、工作原理和工程；知道制造和测试光伏设备和发光二极管的设施.

该模块涉及应用科学和工程原理来解决与工程系统和流程相关的实际问题。学生将获得独立工作的经验，使用公认的规划程序，独立完成一个实质性的、单独分配的任务。它将要求并发展自我组织和对选项和结果的批判性评估，以及发展所选主题的技术知识。

灌输对高分子材料设计方法的理解，特别是处理粘弹性行为；橡胶的机械性能和设计；聚合物的一般机械性能；粘弹性、时间和温度依赖性、蠕变、恢复和应力松弛；利用变形数据进行设计；蠕变曲线、伪弹性设计方法、时间和温度依赖性模量、极限应变；粘弹性的数学建模。蠕变、恢复、松弛方程，麦克斯韦和Voigt模型，4元素模型，标准线性实体模型；玻尔兹曼叠加原理及其在复杂应力历史中的应用；聚合物的强度和断裂；能量方法，韧性，韧性/脆性转换，屈服强度，延展性系数；塑料的蠕变破坏；断裂力学方法，疲劳破坏，循环频率的影响，波形，疲劳的断裂力学方法。.

本模块将为你提供关于铁合金用途的全面理论知识，这对你的研究项目的设计和实施以及对增值产品的鉴赏具有关键价值。同时，你也会对多材料设计方案的潜力有更多的认识。在完成本模块后，你应该能够证明。a) 了解铁合金的冶金原理、其发展和应用； b) 了解新型铁合金的设计和发展； c) 了解合金钢的一般应用，特别是汽车和航空航天应用。d) 如何将加工和微观结构与性能联系起来，具有预测工程性能的能力；e) 具有用钢进行材料选择的能力；f) 具有进行自我指导学习的能力，包括通信技能和计算技能；g) 具有利用基本材料知识进行适当材料设计和选择问题的能力。.