《焊接过程模拟技术》教学大纲.docx
焊接过程模拟技术教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：03152631课程性质：专业选修课学分：2学分学时：32学时（理论16学时，上机16学时）先修课程：焊接结构学、焊接冶金学、熔焊方法及设备后续课程：毕业实习、毕业设计等适用专业：焊接技术与工程开课单位：材料科学与工程学院一、课程说明焊接过程模拟技术是焊接技术与工程专业本科学生的专业选修课。本课程使学生了解数值模拟技术在焊接过程中的应用。其内容包括焊接热传导、焊接熔池中的流体动力学、焊接电弧的传热传质过程等内容。使学生初步掌握焊接数值模拟过程中的理论知识，同时通过理论与实践相结合的方式，使学生掌握数值模拟分析方法，具备独立进行焊接过程进行数值模拟的能力。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：了解数值模拟技术基础知识；熟练掌握相关数值模拟软件的使用方法；掌握软件的常用建模技巧和工程设计的基本流程；掌握焊接数值模拟过程中的理论知识；掌握焊接过程数值模拟流程。课程目标2：增强学生的软件使用能力；增强学生的自主学习能力；培养学生的知识综合运用能力；培养学生的创新设计意识；提高学生的综合分析能力。课程目标3：培养学生具有良好的职业道德、较强的社会责任感和团队合作精神；具有一定的解决实际工程问题的专业素质；具有自主学习的个人素质；具有较强的创新观念和劳动意识。三、课程目标与毕业要求焊接过程模拟技术课程教学目标对焊接技术与工程专业毕业要求的支撑见表Io表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度L工程知识1.2掌握工程基础理论知识，能针对焊接专业相关复杂工程问题建立合适的数学模型并进行求解。课程目标1：了解数值模拟技术基础知识；熟练掌握相关数值模拟软件的使用方法；掌握软件的常用建模技巧和工程设计的基本流程；掌握焊接数值模拟过程中的理论知M识；掌握焊接过程数值模拟流程。5.使用现代工具5.2能够开发、选择与使用现代工程工具和信息技术工具对焊接专业相关复杂工程问题进行辅助设计、预测和模拟，并理解其局限性。课程目标2：增强学生的软件使用能力；增强学生的自主学习能力；培养学生的知识综合运用能力；培养学生的创新设计意识；提高学生的综合分析能力。H12.终身学习12.1能够在社会发展的大背景下，认识到终身学习的必要性，掌握自主学习的方法。课程目标3：培养学生具有良好的职业道德、较强的社会责任感和团队合作精神；具有一定的解决实际工程问题的专业素质；具有自主学习的个人素质；具有较强的创新观念和劳动意识。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时机时上判对应的课程目标1 .绪论1.1 数值模拟技术在焊接中的应用及其发展1.2 数学模型的概念及常用数值分析方法1.3 焊接数值模拟的前景与展望教学要求：了解焊接数值模拟的发展历程，掌握数学模型的概念，掌握常用的数值分析方法。重点：数学模型的概念，常用数值分析方法。难点：数学模型的概念。21、22.焊接热传导分析2.1 焊接热传导分析的研究现状及发展2.2 焊接热源类型2.3 有限元模型和求解方法教学要求：了解焊接热传导分析现状及其发展，掌握有限元模型建立的方法和其求解方法，掌握热源模型的分类。重点：有限元模型的建立和其求解方法，热源模型的选择。难点：热源模型。21、23.焊接熔池中的流体动力学和传热分析3.1 焊接熔池流体动力学和传热分析现状及其发展3.2 数学模型的建立及其求解方法教学要求：了解焊接熔池流体动力学和传热现状及发展，掌握模型建立的方法，掌握体积力公式的应用，掌握边界条件的公式表述及其施加方法，掌握热源模型的选择方法，掌握数值分析求解过程。重点：数学模型的建立及其求解方法，体积力、边界条件的公式及其的施加方法。难点：体积力、边界条件的公式表述。481、2、34.焊接电弧的传热传质过程4.1 焊接电弧传热传质教学要求：了解焊接电弧传热传热过程数值分析现状及其发展，掌握电弧模型的建立方法，掌握模型所涉及的基本方481、2、3过程分析现状及其发展4.2数学模型的建立及其求解方法程组，掌握源项及边界条件的公式表示及其施加方法，掌握模型求解过程。重点：数学模型的建立，数值求解基本方程，边界条件的施加，体积力的施加，模型求解过程。难点：数值求解基本方程。5.焊接变形与残余应力的预测5.1 焊接变形与残余应力数值分析现状及其发展5.2 焊接变形的残余塑性解析计算方法5.3 固有应变有限元方法焊接变形分析5.4 热塑性有限元法焊接变形分析教学要求：了解焊接变形的数值分析现状及其发展，理解焊接变形的残余塑性解析计算方法，掌握固有应变有限元方法并进行焊接变形数值分析，掌握热塑性有限元法并进行焊接变形数值分析。重点：焊接变形残余塑性解析计算方法，固有应变有限元计算方法，热塑性有限元计算方法。难点：固有应变法，热塑性法。21、2、36.特种焊接过程的数值模拟6.1 电阻电焊6.2 激光焊接6.3 摩擦焊接6.4 搅拌摩擦焊接教学要求：了解不同焊接方法所需采用的数学模型，掌握各模型的特点及其适用范围。重点：针对不同焊接过程建立不同数学模型的方法。难点：不同数学模型的建立。21、2、3合计16162.上机部分上机部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3上机项目、上机内容与学时上机项目上机内容和要求上机学时对应的课程目标1.焊接熔池中的流体动力学和传热分析上机内容:应用FLUENT软件对焊接熔池传热及内部流动过程进行数值分析。上机要求：理解焊接熔池数值模拟流程，掌握焊接熔池建模方法，掌握焊接熔池后处理分析技巧。81、2、32.焊接电弧的传热传质过程上机内容:应用FLUENT软件对焊接电弧的传热传质过程进行数值分析。上机要求：理解焊接电弧数值模拟流程，掌握焊接熔池建模方法，掌握焊接熔池后处理分析技巧。81、2、3合计16五、教学方法及手段本课程以课堂指导为主，结合案例分析、视频资源共享、课堂讨论、资料查询等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。学生比较全面地理解焊接过程数值模拟的方法，掌握FLUENT软件的使用方法，掌握焊接熔池和焊接电弧的数值模拟流程及分析方法，培养学生自主学习能力、实际动手能力，激发学生的创新思维。六、课程资源1 .推荐教材：金成.焊接过程的数值模拟M.北京：科学出版社.2020.08.2 .参考书：(1)黄健康.焊接物理基础M.北京：化学工业出版社.2020.09.(2)汪建华.焊接数值模拟技术及其应用M.上海：上海交通大学出版社.2003.07.(3)武传松.焊接热过程与熔池形态M.北京：机械工业出版社.2021.19.3 .期刊:(1)于双洋,钟明,余健等.齿轮表面缺陷等离子焊接温度场有限元分析J.机械研究与应用，2021,34(06):11-14.(2)马佳良,唐勇,曾泽群等.铝合金枕梁搅拌摩擦焊残余应力和变形仿真与试验研究J.焊接技术,2021,50(12):27-32+130.(3)梅丽芳,谢顺,严东兵等.活性激光焊接不锈钢厚板熔池流场动态行为研究J.应用激光,2021,41(06):1155-1161.(4)宋坤林,展旭和徐良等.基于固有应变法的激光复合焊车体侧墙焊接变形数值模拟J.焊接，2021,(12):42-47+52+65-66.(5)葛华,黄海滨,蒋毅等.X80管道环缝焊接残余应力数值模拟J.焊接，2021,(12):17-23+64.(6) Singh,Bharat9Singhal,Piyush9Saxena,KuldeepK.,Saxena,RavindraK.InfluencesofLatentHeatonTemperatureField,WeldBeadDimensionsandMeltingEfficiencyDuringWeldingSimulationJ.MetalsandMaterialsInternational,2021,27(8):2848-2866.4 .网络资源：(1) 技术邻，(2) 机械设计论坛，http:WWW(3)中国焊接网feig,七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂任务20(I)根据课堂任务完成情况、完成时间及完成质量进行考核，满分100分。(2)以课堂任务考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。5510阶10(1)根据阶段测验的完成情况、完成时间及完成质段测验量进行考核，满分100分。(2)以阶段测验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。253平时作业20(1)主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；(2)以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。5510期末考核50(1)大作业成绩100分，以成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。(2)主要考核FLUENT软件的使用方法，对焊接熔池和电弧内部流场、温度场、电磁场的分析能力。202010合计：100分323533八、考核与成绩评定L考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以作业评价、阶段测验、课堂任务、期末大作业等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末大作业成绩和阶段测验、作业评价等过程性评价成绩组成，其中过程性评价成绩权重占50%、期末大作业成绩权重占50%。分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x9090>x8080>x7070>x60x<60课堂任务40积极参与并按时、按质完成课堂任务，能够独立分析问题，解决问题。认真参与并按时、按质完成课堂任务，能够分析问题，解决问题。参与并完成课堂任务，基本能够分析问题，解决问题。能够课堂任务,不能自主分析问题,解决问题。不能够完成课堂任务，不能分析问题，解决问题。阶段测验20按时完成阶段测验，正确率大于90%o按时完成阶段测验，正确率大于80%o完成阶段测验，正确率大于70%。完成阶段测验，正确率大于60%。不能完成阶段测验，正确率小于60%。平时作业40作业完整，思路清晰，准确率大于90%,字迹工整。作业完整，准确率
