《焊接過程數(shù)值模擬》課程教學(xué)大綱（本科）

1、焊接過程數(shù)值模擬(Simulation of welding process)課程代碼：07410105學(xué)分：1.5學(xué)時：24 （其中：講課學(xué)時20： 上機(jī)學(xué)時：4）先修課程：高等數(shù)學(xué)、材料成型原理、C語言等適用專業(yè)與培養(yǎng)計劃：材料成型及控制工程，2016版培養(yǎng)計劃教材：焊接熱過程與熔池形態(tài)、武傳松主編、機(jī)械工業(yè)出版社、第1版一、課程性質(zhì)與教學(xué)目標(biāo)（一）課程性質(zhì)與任務(wù)（需說明課程對人才培養(yǎng)方面的貢獻(xiàn)）本課程是材料成型及控制工程專業(yè)的重要專業(yè)課。主要任務(wù)是使學(xué)生初步掌握焊接 過程的傳熱學(xué)原理及實際問題模型化；了解物理模擬的基本概念、作用等；基本掌握焊 接過程中物理模擬技術(shù)的應(yīng)用；了解并初步掌握焊

2、接過程中有關(guān)的物理模型及其數(shù)值模 擬技術(shù)的應(yīng)用；為學(xué)生從事焊接過程數(shù)值分析打下基礎(chǔ)。通過該課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生了解焊接過程數(shù)值模擬的基本方法，焊接過程數(shù)值模擬的 基本概念，開展現(xiàn)狀；掌握焊接過程控制方程，邊界條件，焊接熱過程的有限差分計算; 理解焊接過程數(shù)值模擬中的關(guān)鍵問題，熱源模型，邊界處理；掌握TIG焊接過程的有限 差分計算；學(xué)會分析焊接過程數(shù)值計算數(shù)據(jù)，討論計算結(jié)果。（二）課程目標(biāo)（需包括知識、能力與素質(zhì)方面的內(nèi)容，可以分項寫，也可以合并 寫）. 了解焊接過程數(shù)值模擬的基本方法，掌握焊接過程數(shù)值模擬的基本概念，開展 現(xiàn)狀；.掌握焊接過程控制方程，邊界條件，焊接熱過程的有限差分計算，理解如何模

3、 擬焊接過程；.學(xué)會分析焊接過程數(shù)值計算數(shù)據(jù)，討論計算結(jié)果；（三）課程目標(biāo)與專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點的對應(yīng)關(guān)系本課程支撐專業(yè)培養(yǎng)計劃中畢業(yè)要求2-4 4-4和5-3：.指標(biāo)點2-4,能夠通過文獻(xiàn)研究分析、優(yōu)化復(fù)雜工程問題的解決方案，并形成合理有效的結(jié)論。.指標(biāo)點4-4.獲取有效實驗參數(shù)或數(shù)據(jù)，對實驗數(shù)據(jù)或結(jié)果進(jìn)行正確的分析和解 釋，并通過信息綜合歸納總結(jié)，獲得有效的結(jié)論。.指標(biāo)點5-3.能夠運用技術(shù)、資源和信息技術(shù)工具對鑄造/焊接/鍛壓工程領(lǐng)域的復(fù) 雜工程問題進(jìn)行預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性。畢業(yè)要求 指標(biāo)點課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3畢業(yè)要求 2-4畢業(yè)要求 4-4畢業(yè)要求 5-3二、課程內(nèi)容

4、與教學(xué)要求第一章緒論（一）課程內(nèi)容焊接熱過程的特點，焊接過程數(shù)值模擬的基本概念，焊接數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀。（二）教學(xué)要求理解焊接熱過程的特點，掌握焊接過程數(shù)值模擬的基本概念，了解焊接數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀（三）重點與難點（假設(shè)不單獨列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）.重點焊接熱過程的特點，焊接過程數(shù)值模擬的基本概念.難點焊接熱過程的特點第二章焊接熱過程的解析法（一）課程內(nèi)容熱傳導(dǎo)問題的數(shù)學(xué)描述，熱傳導(dǎo)方程的推導(dǎo)，Rosenthal-Rykalin公式，邊界條件（二）教學(xué)要求理解熱傳導(dǎo)問題的數(shù)學(xué)描述，理解邊界條件，掌握熱傳導(dǎo)方程的推導(dǎo)，理解Rosenthal-Rykalin 公式的局限性，并能夠應(yīng)用Ros

5、enthal-Rykalin公式進(jìn)行焊接熱過程計算分析。（三）重點與難點（假設(shè)不單獨列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）.重點熱傳導(dǎo)問題的數(shù)學(xué)描述，熱傳導(dǎo)方程的推導(dǎo)，Rosenthal-Rykalin公式.難點熱傳導(dǎo)方程的推導(dǎo)第三章焊接熱傳導(dǎo)的有限差分計算（一）課程內(nèi)容均勻網(wǎng)格中函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，非均勻網(wǎng)格中函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問題的有限差分，瞬態(tài)熱傳導(dǎo) 問題的有限差分，差分方程的計算機(jī)算法（二）教學(xué)要求掌握均勻網(wǎng)格中函數(shù)的導(dǎo)數(shù)和非均勻網(wǎng)格中函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，理解穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問題的有限差分和瞬 態(tài)熱傳導(dǎo)問題的有限差分，了解差分方程的計算機(jī)算法。（三）重點與難點（假設(shè)不單獨列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）.重點均勻

6、網(wǎng)格中函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，非均勻網(wǎng)格中函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問題的有限差分，瞬態(tài) 熱傳導(dǎo)問題的有限差分。.難點差分方程的計算機(jī)算法第四章瞬態(tài)TIG焊熔池流場和熱場的數(shù)值分析（一）課程內(nèi)容焊接熔池形態(tài)的數(shù)學(xué)描述，數(shù)值模擬的方法，程序編譯，計算模擬結(jié)果的分析（二）教學(xué)要求了解焊接熔池形態(tài)的數(shù)學(xué)描述，掌握數(shù)值模擬的方法，程序編譯，掌握計算模擬結(jié)果的分析（三）重點與難點（假設(shè)不單獨列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）.重點焊接熔池形態(tài)的數(shù)學(xué)描述，數(shù)值模擬的方法，程序編譯，計算模擬結(jié)果的分析.難點程序編譯第五章 焊接過程的有限元分析及SYSWELD應(yīng)用（一）課程內(nèi)容有限單元的基本概念，SYSWELD的基本功能，焊接應(yīng)

7、力變形的計算（二）教學(xué)要求了解有限單元的基本概念，掌握SYSWELD的基本功能，掌握焊接應(yīng)力變形的計算（三）重點與難點（假設(shè)不單獨列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）.重點有限單元的基本概念，SYSWELD的基本功能，焊接應(yīng)力變形的計算.難點焊接應(yīng)力變形的計算三 本課程開設(shè)的實驗工程（如課程不含實驗，請將該項刪除）注：1.類型指驗證性、綜合性、設(shè)計性等。編號實驗工程名稱學(xué)時類型要求支撐課程目標(biāo)1瞬態(tài)TIG焊熔池流場和熱場的數(shù) 值分析2演示性（上 機(jī)）必做2、31SYSWELD焊接應(yīng)力變形計算2演示性（上 機(jī)）必做2、3.要求指必做、選做。實驗1.瞬態(tài)TIG焊熔池流場和熱場的數(shù)值分析1實驗?zāi)康?）、理

8、解有限差分。2）、了解和掌握瞬態(tài)TIG焊熔池流場和熱場的數(shù)值分析的基本流程。3）、掌握模擬結(jié)果的分析方法。實驗內(nèi)容1） Fortran軟件介紹。2）、瞬態(tài)TIG焊熔池流場和熱場的數(shù)值分析的考前須知。實驗設(shè)備計算機(jī)實驗步驟.建立幾何模型，劃分網(wǎng)格；.設(shè)置相關(guān)焊接參數(shù)；.計算模擬；.分析結(jié)果。實驗2. SYSWELD焊接應(yīng)力變形計算1實驗?zāi)康?)、了解SYSWELD模擬軟件。2)、了解和掌握SYSWELD模擬應(yīng)力應(yīng)變的基本流程。3)、掌握模擬結(jié)果的分析方法。實驗內(nèi)容1)、SYSWELD軟件介紹。2)、SYSWELD模擬應(yīng)力應(yīng)變時的考前須知。實驗設(shè)備單機(jī)版SYSWELD模擬系統(tǒng)實驗步驟.建立幾何模型

9、，劃分網(wǎng)格；.設(shè)置相關(guān)焊接參數(shù)；.計算模擬；.分析結(jié)果。四、學(xué)時分配及教學(xué)方法章節(jié)內(nèi)容教學(xué)方式與學(xué)時支撐課程目 標(biāo)課 堂 教 學(xué)實驗上 機(jī)課 程 實 踐作 業(yè)討論第1 章緒論21、2第2 章焊接熱過程的解析法41、2第3 章焊接熱傳導(dǎo)的有限差分計算41、2第4 幸瞬態(tài)TIG焊熔池流場和熱場的數(shù)值 分析521、2、3第5 章焊接過程的有限元分析及SYSWELD 應(yīng)用521、2、3合 計204五、考核方式.課程考核方式包括期末成績、平時及作業(yè)情況考核和實驗情況考核，期末考試采 用開卷筆試或者大論文。.課程成績=平時成績x20%+上機(jī)實驗成績xlO%+期末成績x70%。成績的具體構(gòu)成如下:成績組成考核/評價環(huán)節(jié)分值考核/評價細(xì)那么對應(yīng)的課程 目標(biāo)平時成績20%點名及課堂小 練習(xí)20以隨機(jī)的形式進(jìn)行提問，主要考核學(xué)生課堂的 聽課效果和課后及時復(fù)習(xí)消化本章知識的能 力，結(jié)合平時的隨機(jī)點名，最后按20%計入課 程總成績。1、2、3實驗成績10%上機(jī)實驗10完成4個學(xué)時的演示實驗，主要考核學(xué)生對計 算機(jī)模擬的理解，并對實驗結(jié)果進(jìn)行分析的能 力，并結(jié)合演示實驗時的表現(xiàn)評分，最后按10% 計入課程總成績。2, 3期末成績70%期末成績70通過寫期末大論文或者