《焊接過程模擬技術》教學大綱

《焊接過程模擬技術》教學大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：03152631課程性質：專業(yè)選修課學分：2學分學時：32學時（理論16學時，上機16學時）先修課程：焊接結構學、焊接冶金學、熔焊方法及設備后續(xù)課程：畢業(yè)實習、畢業(yè)設計等適用專業(yè)：焊接技術與工程開課單位：材料科學與工程學院一、課程說明《焊接過程模擬技術》是焊接技術與工程專業(yè)本科學生的專業(yè)選修課。本課程使學生了解數(shù)值模擬技術在焊接過程中的應用。其內容包括焊接熱傳導、焊接熔池中的流體動力學、焊接電弧的傳熱傳質過程等內容。使學生初步掌握焊接數(shù)值模擬過程中的理論知識，同時通過理論與實踐相結合的方式，使學生掌握數(shù)值模擬分析方法，具備獨立進行焊接過程進行數(shù)值模擬的能力。二、課程目標通過本課程的學習，使學生達到如下目標：課程目標1：了解數(shù)值模擬技術基礎知識；熟練掌握相關數(shù)值模擬軟件的使用方法；掌握軟件的常用建模技巧和工程設計的基本流程；掌握焊接數(shù)值模擬過程中的理論知識；掌握焊接過程數(shù)值模擬流程。課程目標2：增強學生的軟件使用能力；增強學生的自主學習能力；培養(yǎng)學生的知識綜合運用能力；培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設計意識；提高學生的綜合分析能力。課程目標3：培養(yǎng)學生具有良好的職業(yè)道德、較強的社會責任感和團隊合作精神；具有一定的解決實際工程問題的專業(yè)素質；具有自主學習的個人素質；具有較強的創(chuàng)新觀念和勞動意識。三、課程目標與畢業(yè)要求《焊接過程模擬技術》課程教學目標對焊接技術與工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學目標與畢業(yè)要求關系畢業(yè)要求指標點課程目標支撐強度1.工程知識1.2掌握工程基礎理論知識，能針對焊接專業(yè)相關復雜工程問題建立合適的數(shù)學模型并進行求解。課程目標1：了解數(shù)值模擬技術基礎知識；熟練掌握相關數(shù)值模擬軟件的使用方法；掌握軟件的常用建模技巧和工程設計的基本流程；掌握焊接數(shù)值模擬過程中的理論知識；掌握焊接過程數(shù)值模擬流程。M5.使用現(xiàn)代工具5.2能夠開發(fā)、選擇與使用現(xiàn)代工程工具和信息技術工具對焊接專業(yè)相關復雜工程問題進行輔助設計、預測和模擬，并理解其局限性。課程目標2：增強學生的軟件使用能力；增強學生的自主學習能力；培養(yǎng)學生的知識綜合運用能力；培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設計意識；提高學生的綜合分析能力。H12.終身學習12.1能夠在社會發(fā)展的大背景下，認識到終身學習的必要性，掌握自主學習的方法。課程目標3：培養(yǎng)學生具有良好的職業(yè)道德、較強的社會責任感和團隊合作精神；具有一定的解決實際工程問題的專業(yè)素質；具有自主學習的個人素質；具有較強的創(chuàng)新觀念和勞動意識。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關畢業(yè)要求的關聯(lián)度。四、教學內容、基本要求與學時分配1.理論部分理論部分的教學內容、基本要求與學時分配見表2。表2教學內容、基本要求與學時分配教學內容教學要求，教學重點難點理論學時上機學時對應的課程目標緒論1.1數(shù)值模擬技術在焊接中的應用及其發(fā)展1.2數(shù)學模型的概念及常用數(shù)值分析方法1.3焊接數(shù)值模擬的前景與展望教學要求：了解焊接數(shù)值模擬的發(fā)展歷程，掌握數(shù)學模型的概念，掌握常用的數(shù)值分析方法。重點：數(shù)學模型的概念，常用數(shù)值分析方法。難點：數(shù)學模型的概念。21、22.焊接熱傳導分析2.1焊接熱傳導分析的研究現(xiàn)狀及發(fā)展2.2焊接熱源類型2.3有限元模型和求解方法教學要求：了解焊接熱傳導分析現(xiàn)狀及其發(fā)展，掌握有限元模型建立的方法和其求解方法，掌握熱源模型的分類。重點：有限元模型的建立和其求解方法，熱源模型的選擇。難點：熱源模型。21、23.焊接熔池中的流體動力學和傳熱分析3.1焊接熔池流體動力學和傳熱分析現(xiàn)狀及其發(fā)展3.2數(shù)學模型的建立及其求解方法教學要求：了解焊接熔池流體動力學和傳熱現(xiàn)狀及發(fā)展，掌握模型建立的方法，掌握體積力公式的應用，掌握邊界條件的公式表述及其施加方法，掌握熱源模型的選擇方法，掌握數(shù)值分析求解過程。重點：數(shù)學模型的建立及其求解方法，體積力、邊界條件的公式及其的施加方法。難點：體積力、邊界條件的公式表述。481、2、34.焊接電弧的傳熱傳質過程4.1焊接電弧傳熱傳質過程分析現(xiàn)狀及其發(fā)展4.2數(shù)學模型的建立及其求解方法教學要求：了解焊接電弧傳熱傳熱過程數(shù)值分析現(xiàn)狀及其發(fā)展，掌握電弧模型的建立方法，掌握模型所涉及的基本方程組，掌握源項及邊界條件的公式表示及其施加方法，掌握模型求解過程。重點：數(shù)學模型的建立，數(shù)值求解基本方程，邊界條件的施加，體積力的施加，模型求解過程。難點：數(shù)值求解基本方程。481、2、35.焊接變形與殘余應力的預測5.1焊接變形與殘余應力數(shù)值分析現(xiàn)狀及其發(fā)展5.2焊接變形的殘余塑性解析計算方法5.3固有應變有限元方法焊接變形分析5.4熱塑性有限元法焊接變形分析教學要求：了解焊接變形的數(shù)值分析現(xiàn)狀及其發(fā)展，理解焊接變形的殘余塑性解析計算方法，掌握固有應變有限元方法并進行焊接變形數(shù)值分析，掌握熱塑性有限元法并進行焊接變形數(shù)值分析。重點：焊接變形殘余塑性解析計算方法，固有應變有限元計算方法，熱塑性有限元計算方法。難點：固有應變法，熱塑性法。21、2、36.特種焊接過程的數(shù)值模擬6.1電阻電焊6.2激光焊接6.3摩擦焊接6.4攪拌摩擦焊接教學要求：了解不同焊接方法所需采用的數(shù)學模型，掌握各模型的特點及其適用范圍。重點：針對不同焊接過程建立不同數(shù)學模型的方法。難點：不同數(shù)學模型的建立。21、2、3合計16162.上機部分上機部分的教學內容、基本要求與學時分配見表3。表3上機項目、上機內容與學時上機項目上機內容和要求上機學時對應的課程目標1.焊接熔池中的流體動力學和傳熱分析上機內容：應用FLUENT軟件對焊接熔池傳熱及內部流動過程進行數(shù)值分析。上機要求：理解焊接熔池數(shù)值模擬流程，掌握焊接熔池建模方法，掌握焊接熔池后處理分析技巧。81、2、32.焊接電弧的傳熱傳質過程上機內容：應用FLUENT軟件對焊接電弧的傳熱傳質過程進行數(shù)值分析。上機要求：理解焊接電弧數(shù)值模擬流程，掌握焊接熔池建模方法，掌握焊接熔池后處理分析技巧。81、2、3合計16五、教學方法及手段本課程以課堂指導為主，結合案例分析、視頻資源共享、課堂討論、資料查詢等教學手段完成課程教學任務和相關能力的培養(yǎng)。學生比較全面地理解焊接過程數(shù)值模擬的方法，掌握FLUENT軟件的使用方法，掌握焊接熔池和焊接電弧的數(shù)值模擬流程及分析方法，培養(yǎng)學生自主學習能力、實際動手能力，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。六、課程資源1.推薦教材：金成.焊接過程的數(shù)值模擬[M].北京：科學出版社.2020.08.2.參考書：（1）黃健康.焊接物理基礎[M].北京：化學工業(yè)出版社.2020.09.（2）汪建華.焊接數(shù)值模擬技術及其應用[M].上海：上海交通大學出版社.2003.07.（3）武傳松.焊接熱過程與熔池形態(tài)[M].北京：機械工業(yè)出版社.2021.19.3.期刊：（1）于雙洋,鐘明,余健等.齒輪表面缺陷等離子焊接溫度場有限元分析[J].機械研究與應用,2021,34(06):11-14.（2）馬佳良,唐勇,曾澤群等.鋁合金枕梁攪拌摩擦焊殘余應力和變形仿真與試驗研究[J].焊接技術,2021,50(12):27-32+130.（3）梅麗芳,謝順,嚴東兵等.活性激光焊接不銹鋼厚板熔池流場動態(tài)行為研究[J].應用激光,2021,41(06):1155-1161.（4）宋坤林,展旭和,徐良等.基于固有應變法的激光復合焊車體側墻焊接變形數(shù)值模擬[J].焊接,2021,(12):42-47+52+65-66.（5）葛華,黃海濱,蔣毅等.X80管道環(huán)縫焊接殘余應力數(shù)值模擬[J].焊接,2021,(12):17-23+64.（6）Singh,Bharat,Singhal,Piyush,Saxena,KuldeepK.,Saxena,RavindraK..InfluencesofLatentHeatonTemperatureField,WeldBeadDimensionsandMeltingEfficiencyDuringWeldingSimulation[J].MetalsandMaterialsInternational,2021,27(8):2848-2866.4.網絡資源：（1）技術鄰,（2）機械設計論壇,（3）中國焊接網論壇,/bbs/index.asp七、課程考核對課程目標的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構成，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關系見表4。表4課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細則課程目標123過程性考核課堂任務20（1）根據(jù)課堂任務完成情況、完成時間及完成質量進行考核，滿分100分。（2）以課堂任務考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?510階段測驗10（1）根據(jù)階段測驗的完成情況、完成時間及完成質量進行考核，滿分100分。（2）以階段測驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√√253平時作業(yè)20（1）主要考核學生對各章節(jié)知識點的復習、理解和掌握程度，滿分100分；（2）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?510期末考核50（1）大作業(yè)成績100分，以成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核FLUENT軟件的使用方法，對焊接熔池和電弧內部流場、溫度場、電磁場的分析能力?！獭獭?02010合計：100分323533八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以作業(yè)評價、階段測驗、課堂任務、期末大作業(yè)等方式對學生進行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┐笞鳂I(yè)成績和階段測驗、作業(yè)評價等過程性評價成績組成，其中過程性評價成績權重占50%、期末大作業(yè)成績權重占50%。分值分配應與教學大綱各章節(jié)的學時基本成比例。2.過程性考核成績的標準過程性考核方式重點考核內容、評價標準、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價標準考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂任務40積極參與并按時、按質完成課堂任務，能夠獨立分析問題，解決問題。認真參與并按時、按質完成課堂任務，能夠分析問題，解決問題。參與并完成課堂任務，基本能夠分析問題，解決問題。能夠課堂任務，不能自主分析問