《焊接过程数值模拟》课程教学大纲（本科）.docx

焊接过程数值模拟(Simulation of welding process)课程代码：07410105学分：1.5学时：24 （其中：讲课学时20： 上机学时：4）先修课程：高等数学、材料成型原理、C语言等适用专业与培养计划：材料成型及控制工程，2016版培养计划教材：焊接热过程与熔池形态、武传松主编、机械工业出版社、第1版一、课程性质与教学目标（一）课程性质与任务（需说明课程对人才培养方面的贡献）本课程是材料成型及控制工程专业的重要专业课。主要任务是使学生初步掌握焊接 过程的传热学原理及实际问题模型化；了解物理模拟的基本概念、作用等；基本掌握焊 接过程中物理模拟技术的应用；了解并初步掌握焊接过程中有关的物理模型及其数值模 拟技术的应用；为学生从事焊接过程数值分析打下基础。通过该课程的学习使学生了解焊接过程数值模拟的基本方法，焊接过程数值模拟的 基本概念，开展现状；掌握焊接过程控制方程，边界条件，焊接热过程的有限差分计算; 理解焊接过程数值模拟中的关键问题，热源模型，边界处理；掌握TIG焊接过程的有限 差分计算；学会分析焊接过程数值计算数据，讨论计算结果。（二）课程目标（需包括知识、能力与素质方面的内容，可以分项写，也可以合并 写）1 . 了解焊接过程数值模拟的基本方法，掌握焊接过程数值模拟的基本概念，开展 现状；2 .掌握焊接过程控制方程，边界条件，焊接热过程的有限差分计算，理解如何模 拟焊接过程；3 .学会分析焊接过程数值计算数据，讨论计算结果；（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求2-4> 4-4和5-3：1 .指标点2-4,能够通过文献研究分析、优化复杂工程问题的解决方案，并形成合理有效的结论。2 .指标点4-4.获取有效实验参数或数据，对实验数据或结果进行正确的分析和解 释，并通过信息综合归纳总结，获得有效的结论。3 .指标点5-3.能够运用技术、资源和信息技术工具对铸造/焊接/锻压工程领域的复 杂工程问题进行预测与模拟，并能够理解其局限性。毕业要求 指标点课程目标1课程目标2课程目标3毕业要求 2-4毕业要求 4-4毕业要求 5-3二、课程内容与教学要求第一章绪论（一）课程内容焊接热过程的特点，焊接过程数值模拟的基本概念，焊接数值模拟的研究现状。（二）教学要求理解焊接热过程的特点，掌握焊接过程数值模拟的基本概念，了解焊接数值模拟的研究现状（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）.重点焊接热过程的特点，焊接过程数值模拟的基本概念.难点焊接热过程的特点第二章焊接热过程的解析法（一）课程内容热传导问题的数学描述，热传导方程的推导，Rosenthal-Rykalin公式，边界条件（二）教学要求理解热传导问题的数学描述，理解边界条件，掌握热传导方程的推导，理解Rosenthal-Rykalin 公式的局限性，并能够应用Rosenthal-Rykalin公式进行焊接热过程计算分析。（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）.重点热传导问题的数学描述，热传导方程的推导，Rosenthal-Rykalin公式.难点热传导方程的推导第三章焊接热传导的有限差分计算（一）课程内容均匀网格中函数的导数，非均匀网格中函数的导数，稳态热传导问题的有限差分，瞬态热传导 问题的有限差分，差分方程的计算机算法（二）教学要求掌握均匀网格中函数的导数和非均匀网格中函数的导数，理解稳态热传导问题的有限差分和瞬 态热传导问题的有限差分，了解差分方程的计算机算法。（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）.重点均匀网格中函数的导数，非均匀网格中函数的导数，稳态热传导问题的有限差分，瞬态 热传导问题的有限差分。1 .难点差分方程的计算机算法第四章瞬态TIG焊熔池流场和热场的数值分析（一）课程内容焊接熔池形态的数学描述，数值模拟的方法，程序编译，计算模拟结果的分析（二）教学要求了解焊接熔池形态的数学描述，掌握数值模拟的方法，程序编译，掌握计算模拟结果的分析（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）.重点焊接熔池形态的数学描述，数值模拟的方法，程序编译，计算模拟结果的分析.难点程序编译第五章 焊接过程的有限元分析及SYSWELD应用（一）课程内容有限单元的基本概念，SYSWELD的基本功能，焊接应力变形的计算（二）教学要求了解有限单元的基本概念，掌握SYSWELD的基本功能，掌握焊接应力变形的计算（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）.重点有限单元的基本概念，SYSWELD的基本功能，焊接应力变形的计算1 .难点焊接应力变形的计算三' 本课程开设的实验工程（如课程不含实验，请将该项删除）注：1.类型指验证性、综合性、设计性等。编号实验工程名称学时类型要求支撑课程目标1瞬态TIG焊熔池流场和热场的数 值分析2演示性（上 机）必做2、31SYSWELD焊接应力变形计算2演示性（上 机）必做2、3.要求指必做、选做。实验1.瞬态TIG焊熔池流场和热场的数值分析1实验目的1）、理解有限差分。2）、了解和掌握瞬态TIG焊熔池流场和热场的数值分析的基本流程。3）、掌握模拟结果的分析方法。2.2、 实验内容1） Fortran软件介绍。2）、瞬态TIG焊熔池流场和热场的数值分析的考前须知。2.3、 实验设备计算机2.4、 实验步骤.建立几何模型，划分网格；1) .设置相关焊接参数；.计算模拟；2) .分析结果。实验2. SYSWELD焊接应力变形计算1实验目的1)、了解SYSWELD模拟软件。2)、了解和掌握SYSWELD模拟应力应变的基本流程。3)、掌握模拟结果的分析方法。2.5、 实验内容1)、SYSWELD软件介绍。2)、SYSWELD模拟应力应变时的考前须知。2.6、 实验设备单机版SYSWELD模拟系统2.7、 实验步骤.建立几何模型，划分网格；1) .设置相关焊接参数；.计算模拟；2) .分析结果。四、学时分配及教学方法章节内容教学方式与学时支撑课程目 标课 堂 教 学实验上 机课 程 实 践作 业讨论第1 章绪论21、2第2 章焊接热过程的解析法41、2第3 章焊接热传导的有限差分计算41、2第4 幸瞬态TIG焊熔池流场和热场的数值 分析521、2、3第5 章焊接过程的有限元分析及SYSWELD 应用521、2、3合 计204五、考核方式1 .课程考核方式包括期末成绩、平时及作业情况考核和实验情况考核，期末考试采 用开卷笔试或者大论文。2 .课程成绩=平时成绩x20%+上机实验成绩xlO%+期末成绩x70%。成绩的具体构成如下:成绩组成考核/评价环节分值考核/评价细那么对应的课程 目标平时成绩20%点名及课堂小 练习20以随机的形式进行提问，主要考核学生课堂的 听课效果和课后及时复习消化本章知识的能 力，结合平时的随机点名，最后按20%计入课 程总成绩。1、2、3实验成绩10%上机实验10完成4个学时的演示实验，主要考核学生对计 算机模拟的理解，并对实验结果进行分析的能 力，并结合演示实验时的表现评分，最后按10% 计入课程总成绩。2, 3期末成绩70%期末成绩70通过写期末大论文或者考试的方式；考试时填 空题占10分，选择题占20分，简答题占30 分，分析题占20分，综合题占20分；根据评 分标准计算得分并以期末成绩的70%计入课程 总成绩。1、2、3六、参考书目及学习资料（书名，主编，出版社，出版时间及版次）1.计算机辅助焊接技术，陈柄森主编，机械工业出版社，1999年10月第一版.