數(shù)值模擬在焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中的應(yīng)用

李美艷, 韓 濤, 韓 彬, 雷 毅

(中國(guó)石油大學(xué)(華東) 機(jī)電工程學(xué)院， 山東 青島 266580)

數(shù)值模擬在焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中的應(yīng)用

李美艷, 韓 濤, 韓 彬, 雷 毅

(中國(guó)石油大學(xué)(華東) 機(jī)電工程學(xué)院， 山東 青島 266580)

探討了焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中的局限性,介紹了數(shù)值模擬的基本原理和方法,采用SYSWELD軟件模擬輔助金屬焊接實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)。經(jīng)過(guò)2年的教學(xué)嘗試,數(shù)值模擬技術(shù)克服了傳統(tǒng)焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)課的弊端,取得了較明顯的教學(xué)效果,可視化教學(xué)效果明顯，獲得了多點(diǎn)熱循環(huán)曲線，實(shí)現(xiàn)了焊接應(yīng)力場(chǎng)分析，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)材料和成本，提高了實(shí)驗(yàn)安全性。

焊接技術(shù)； 實(shí)驗(yàn)教學(xué)； 數(shù)值模擬； 教學(xué)改革

為適應(yīng)通才教育的需要,1998年全國(guó)近百所高校把焊接專業(yè)與鑄造、鍛壓合并為材料成型及控制(簡(jiǎn)稱“材控”)專業(yè)[1]。自專業(yè)合并改革后,各高校材控專業(yè)的建設(shè)方向存在明顯的區(qū)別,中國(guó)石油大學(xué)(華東)材控專業(yè)主要偏重于焊接方向,立足于焊接工程領(lǐng)域相關(guān)知識(shí)和實(shí)踐技能的培養(yǎng),使本專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后能在石油、石化以及航空航天、船舶、汽車、機(jī)械等相關(guān)行業(yè)從事焊接工藝設(shè)計(jì)及評(píng)定、焊接質(zhì)量檢測(cè)、生產(chǎn)技術(shù)管理及科研等方面的工作,更加強(qiáng)調(diào)焊接專業(yè)理論與實(shí)踐能力的雙重培養(yǎng)。

隨著高校教學(xué)改革的推進(jìn),先進(jìn)教學(xué)手段和教學(xué)方法逐漸受到重視以提高教學(xué)質(zhì)量。尤其是利用計(jì)算機(jī)軟件模擬焊接過(guò)程,不僅通用性和可重復(fù)性強(qiáng),而且能夠通過(guò)數(shù)值模擬完成常規(guī)實(shí)驗(yàn)中難以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程,成為焊接實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的重要補(bǔ)充[2-3]。為了能夠適應(yīng)高校專業(yè)發(fā)展的要求,針對(duì)我校焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過(guò)程中的問(wèn)題,我們提出基于大型有限元軟件SYSWELD,將數(shù)值模擬技術(shù)引進(jìn)到焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中,利用生動(dòng)形象的模擬結(jié)果來(lái)提高教學(xué)質(zhì)量具有重要意義。

1 材料成型及控制專業(yè)的焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)課設(shè)置

2010年我校材控專業(yè)被授予“山東省特色專業(yè)”,同年成為國(guó)家首批實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的專業(yè)之一,受到學(xué)校的高度重視和大力支持。2013年,學(xué)院對(duì)該專業(yè)進(jìn)行了培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱修訂及改革,課程體系設(shè)置主要分為三部分:專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課和實(shí)踐課程。為了適應(yīng)學(xué)生工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求,在實(shí)踐課程中專門(mén)設(shè)置了“焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)課”,分為焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)課一和焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)課二。

焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)課分兩學(xué)期完成,具體課程內(nèi)容設(shè)置見(jiàn)圖1。焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)一是使學(xué)生在學(xué)習(xí)焊接電源、方法和設(shè)備理論課程的基礎(chǔ)上,通過(guò)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化課堂教學(xué)效果,讓學(xué)生掌握測(cè)定電弧靜特性、焊接電源外特性和調(diào)節(jié)特性的方法,了解電源輸出特性的形成機(jī)理,熟悉常用焊接設(shè)備的操作方法,使學(xué)生具備一定的實(shí)驗(yàn)基本技能。焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)二需要在學(xué)習(xí)完“材料冶金學(xué)與成型工藝”、“焊接結(jié)構(gòu)”、“無(wú)損檢測(cè)技術(shù)”等理論課程的前提下,通過(guò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)掌握影響焊接質(zhì)量的冶金和工藝因素、力學(xué)因素等,學(xué)習(xí)焊接裂紋的敏感性評(píng)價(jià)和焊接質(zhì)量的無(wú)損檢測(cè)方法,熟悉焊條壓涂機(jī)、擴(kuò)散氫測(cè)定儀、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、超聲波探傷儀等的操作方法和基本實(shí)驗(yàn)技能。

圖1 焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)課具體設(shè)置

2 焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中的問(wèn)題

焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)課是一門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課程,是材控專業(yè)課程教學(xué)的重要組成部分,是對(duì)高校學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)而全面的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法訓(xùn)練、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰凸こ趟仞B(yǎng)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。經(jīng)過(guò)兩年的專業(yè)建設(shè),發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)課程仍然存在問(wèn)題:

(1) 焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)偏重于宏觀現(xiàn)象觀察。首先,金屬焊接過(guò)程中將產(chǎn)生強(qiáng)烈的弧光輻射,無(wú)法通過(guò)肉眼直接觀察焊接熔池的變化及接頭的變形過(guò)程,學(xué)生看到的更多的是實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的觀察及理解甚是缺乏。其次,受到實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)和現(xiàn)有儀器設(shè)備的限制,焊接實(shí)驗(yàn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)現(xiàn)象的記錄與觀測(cè)缺乏,不利于學(xué)生深刻理解實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析。

(2) 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限,大、精、貴構(gòu)件的焊接無(wú)法實(shí)現(xiàn)。由于對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的資金投入有限,基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)多數(shù)以分組形式進(jìn)行,尤其是有些高精度設(shè)備或高難度實(shí)驗(yàn)甚至是由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師演示完成。

(3) 焊接熱循環(huán)測(cè)定數(shù)據(jù)較少。在焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)課二中采用熱電偶進(jìn)行焊接熱循環(huán)測(cè)定,一次只能檢測(cè)1個(gè)點(diǎn)(見(jiàn)圖2)的熱循環(huán)曲線。為了獲得焊接接頭不同位置熱循環(huán)的變化趨勢(shì)需要進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),操作復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)過(guò)程長(zhǎng)且成本高。在具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,多數(shù)情況下只檢測(cè)1～2個(gè)點(diǎn),不利于學(xué)生對(duì)焊接過(guò)程的理解。

圖2 熱電偶測(cè)焊接熱循環(huán)

(4) 焊接應(yīng)力分布難于檢測(cè)。在“焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與變形”的實(shí)驗(yàn)課中,實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菫榱俗C明焊接結(jié)構(gòu)中焊接應(yīng)力的存在以及應(yīng)力對(duì)變形的影響。但是,實(shí)驗(yàn)中學(xué)生只能直觀地看到焊接結(jié)構(gòu)的變形及進(jìn)行變形量的測(cè)量,焊接瞬時(shí)應(yīng)力和殘余應(yīng)力很難通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段檢測(cè),因此無(wú)法驗(yàn)證應(yīng)力與變形之間的相互關(guān)系,達(dá)不到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

曾經(jīng)在地球上最富有、最發(fā)達(dá)、最頤指氣使的白國(guó)，在22世紀(jì)衰落了，成為地球上最貧困、最落后、最低聲下氣的弱國(guó)。根據(jù)地震專家預(yù)測(cè)，位于地震帶上的白國(guó)西海岸將在三天之內(nèi)發(fā)生一場(chǎng)摧毀力極強(qiáng)的地震。如果不采取措施，白國(guó)西部的五千萬(wàn)人將全部遭殃。白國(guó)不得不向離他們最近的帕帕國(guó)求援。帕帕國(guó)總統(tǒng)楊歌馬上派卡爾松執(zhí)行“?？ā毙袆?dòng)，就是用原子彈引發(fā)遠(yuǎn)離大陸的寶瓶島附近的海底火山，使將要爆發(fā)的大地震提前被人工引爆，并將地震的震心由西部城市轉(zhuǎn)移到無(wú)人的海上，從而減少損失。

(5) 對(duì)焊接裂紋的產(chǎn)生機(jī)理理解不深刻。焊接裂紋是材料冶金學(xué)與成型工藝課程中非常重要的內(nèi)容,按照教學(xué)大綱要求,通過(guò)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生了解各類裂紋的形態(tài)、產(chǎn)生位置,理解裂紋的產(chǎn)生機(jī)理。裂紋的產(chǎn)生都是存在應(yīng)力作用下的結(jié)果，而焊接過(guò)程中的瞬時(shí)應(yīng)力和殘余應(yīng)力很難通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段檢測(cè),因此在向?qū)W生闡述焊接裂紋的產(chǎn)生機(jī)理時(shí)理論依據(jù)不充分。數(shù)值模擬技術(shù)為焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)提供了一種新的教學(xué)思路。

3 數(shù)值模擬方法及應(yīng)用

3.1 數(shù)值模擬原理

“數(shù)值模擬”是利用數(shù)學(xué)計(jì)算和數(shù)學(xué)分析的方法再現(xiàn)某一物理過(guò)程,從而加深對(duì)該過(guò)程發(fā)展規(guī)律的認(rèn)識(shí)進(jìn)而加以控制。在科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域,數(shù)值模擬方法是繼理論解析方法、實(shí)驗(yàn)觀測(cè)方法之后的又一最有力的研究、求解和設(shè)計(jì)的工具。隨著焊接熱傳導(dǎo)過(guò)程、焊接力學(xué)、金屬相變熱力學(xué)/動(dòng)力學(xué)及傳質(zhì)過(guò)程研究的發(fā)展,焊接物理過(guò)程可以采用簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型加以描述[4]。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的不斷完善,計(jì)算能力、計(jì)算速度以及計(jì)算精度不斷提高,借助計(jì)算機(jī)軟硬件開(kāi)發(fā)成果對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬得到越來(lái)越多的重視[5]。

3.2 數(shù)值模擬在焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用

目前廣泛使用的數(shù)值模擬軟件有ANSYS[6-7]和SYSWELD[8-10],分析過(guò)程基本上都遵循焊接物理模型的建立、熱源模型的建立及校正、網(wǎng)格劃分及后處理等過(guò)程進(jìn)行。SYSWELD軟件是完全實(shí)現(xiàn)了機(jī)械、熱傳導(dǎo)和金屬冶金的耦合計(jì)算的計(jì)算機(jī)模擬開(kāi)發(fā)系統(tǒng)軟件。我校材料科學(xué)與工程系自2006年引進(jìn)該軟件并開(kāi)展大量有關(guān)焊接過(guò)程的數(shù)值模擬分析,取得了一定的研究進(jìn)展[7-9]。根據(jù)需要建立了不同的熱源模型、參數(shù)校正、物理模型的建立及網(wǎng)格劃分,并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行深入后處理分析,積累了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。

3.2.1 可視化教學(xué)效果明顯。

SYSWELD軟件自帶的visualmesh軟件能夠根據(jù)需要建立相應(yīng)的物理模型,并完成網(wǎng)格劃分功能,見(jiàn)圖3。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師可根據(jù)實(shí)際焊接接頭進(jìn)行熱源的建立及校核,獲得與實(shí)際接頭符合較好的熱源模型(見(jiàn)圖4),以保證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外,軟件能通過(guò)彩色等值、矢量圖等形式形象地將焊接過(guò)程還原,形象地展示焊接熔池的形態(tài)及界面形貌,并以不同色彩顯示區(qū)分焊接接頭的不同位置,直觀顯示出焊接熱源對(duì)工件的熱作用。

圖3 多道焊物理模型圖

圖4 數(shù)值模擬接頭和實(shí)際接頭對(duì)比

3.2.2 獲得多點(diǎn)焊接熱循環(huán)曲線

采用SYSWELD軟件引入數(shù)值模擬分析,對(duì)熱源模型及參數(shù)進(jìn)行修正,獲得與實(shí)際熱源符合較好的熱源模型(見(jiàn)圖4),從而獲取任意時(shí)刻任意點(diǎn)的熱循環(huán)曲線(見(jiàn)圖5),既驗(yàn)證了模型和參數(shù)的準(zhǔn)確性,同時(shí)也避免了實(shí)測(cè)熱循環(huán)的麻煩。另外,通過(guò)熱循環(huán)曲線數(shù)據(jù)分析,能夠準(zhǔn)確獲得加熱速度、峰值溫度、冷卻速度及高溫停留時(shí)間等參數(shù),這對(duì)于理解焊接熱影響區(qū)的組織和性能是至關(guān)重要的。

圖5 焊接熱循環(huán)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2.3 實(shí)現(xiàn)焊接應(yīng)力場(chǎng)分析

目前焊后的殘余應(yīng)力的測(cè)量廣泛采用的是盲孔法,實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜,實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性無(wú)法保證。更重要的是,目前國(guó)內(nèi)能夠開(kāi)展焊接應(yīng)力測(cè)量的高校實(shí)驗(yàn)室很少,嚴(yán)重限制了焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展以及學(xué)生對(duì)焊接應(yīng)力這部分知識(shí)點(diǎn)的理解。引入數(shù)值模擬技術(shù),能夠獲得焊接過(guò)程中瞬時(shí)應(yīng)力和應(yīng)變,數(shù)據(jù)提取簡(jiǎn)單且信息量大,不僅包含應(yīng)力分布曲線而且還能夠提取任意時(shí)刻的應(yīng)力分布云圖(見(jiàn)圖6)。云圖相對(duì)于曲線更加形象直觀,而且通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)是無(wú)法獲取的。同時(shí),數(shù)值模擬能夠獲得焊接過(guò)程中的變形、燒穿過(guò)程(見(jiàn)圖7),結(jié)合熱循環(huán)曲線及應(yīng)力云圖,有助于加深學(xué)生對(duì)整個(gè)焊接過(guò)程的理解。

圖6 焊接接頭應(yīng)力

圖7 在役焊接變形、燒穿過(guò)程示意圖

3.2.4 節(jié)省實(shí)驗(yàn)材料及成本

與其他工科實(shí)驗(yàn)相比,焊接實(shí)驗(yàn)實(shí)踐性更強(qiáng),需要學(xué)生獨(dú)自或是以小組形式實(shí)際操作完成焊接過(guò)程,并對(duì)焊接工藝或焊接接頭進(jìn)行分析。這樣,每節(jié)實(shí)驗(yàn)課需要準(zhǔn)備大量的實(shí)驗(yàn)材料,包括焊材(焊條、焊絲等)、母材(不同材質(zhì)鋼板)及其他耗材(酒精、丙酮)等。但是,從高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本預(yù)算來(lái)看,無(wú)法滿足實(shí)際實(shí)驗(yàn)的成本需要,很多實(shí)驗(yàn)都是以班級(jí)為單位進(jìn)行單一材料、單一參數(shù)的實(shí)際操作,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中很難發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律。以焊條電弧焊為例,單一參數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很難向?qū)W生解釋清楚焊接電流、焊接電壓、焊接速度以及焊條直徑等參數(shù)對(duì)焊縫成型的影響。

采用SYSWELD軟件很容易實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)要求,母材物理模型以及焊接熱源模型不需要更換,只需要在焊接向?qū)е小霸O(shè)置”不同的焊接參數(shù),即可完成各種工藝參數(shù)的焊接過(guò)程,獲得焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接成型及焊接質(zhì)量的影響規(guī)律。還可以通過(guò)調(diào)用不同材質(zhì),對(duì)比分析不同母材的焊接應(yīng)力,既節(jié)省了成本又很好地達(dá)到了教學(xué)目的。

3.2.5 提高實(shí)驗(yàn)安全系數(shù)

實(shí)驗(yàn)安全是高校順利開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)的前提。焊接實(shí)驗(yàn)以實(shí)際操作為主,在操作過(guò)程中安全性是個(gè)不可忽視的問(wèn)題。一些帶有危險(xiǎn)性的焊接實(shí)驗(yàn)都未被列入實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃中。而這些帶有一定危險(xiǎn)性的焊接(比如在役管線焊接修復(fù))都是現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中亟需解決的科學(xué)問(wèn)題。為此,采用數(shù)值模擬方法建立輸油輸氣管道模型,修正換熱系數(shù)及邊界條件,建立在役管線焊接修復(fù)燒穿判據(jù)[11-13],在保證實(shí)驗(yàn)安全的前提下,讓學(xué)生了解前沿課題,并掌握了不同條件下的焊接過(guò)程。

4 面臨的挑戰(zhàn)

根據(jù)教育部“卓越計(jì)劃”的實(shí)施方案,加強(qiáng)高校大學(xué)生工程技術(shù)能力的培養(yǎng),建設(shè)完善的實(shí)踐教學(xué)基地和平臺(tái)是項(xiàng)目實(shí)施的重要保障。而將數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)中也是形勢(shì)所趨。但是,高校在組織實(shí)施過(guò)程中也面臨很大的困難和挑戰(zhàn)。

(1) 要求實(shí)驗(yàn)教師掌握數(shù)值模擬方法并能夠靈活運(yùn)用。傳統(tǒng)的焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容主要是幾種簡(jiǎn)單的焊接方法的操作,只需要實(shí)驗(yàn)教師具有簡(jiǎn)單操作技術(shù)。多數(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師不具備任何焊接資格認(rèn)證。要將數(shù)值模擬技術(shù)引入到焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師需要掌握數(shù)值模擬方法并能夠靈活運(yùn)用,這樣才能夠獲得豐富的模擬數(shù)據(jù)從而指導(dǎo)學(xué)生。同時(shí),還要求實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師進(jìn)行軟件二次開(kāi)發(fā),這樣才能夠根據(jù)本校教學(xué)大綱的要求并結(jié)合我校石油石化行業(yè)特色,開(kāi)展有行業(yè)代表性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程。

(2) 硬件和軟件保障。隨著不斷的應(yīng)用及開(kāi)發(fā),SYSWELD軟件也在不斷地更新,學(xué)校應(yīng)及時(shí)關(guān)注軟件開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài),及時(shí)對(duì)在校實(shí)驗(yàn)室教學(xué)用軟件進(jìn)行更新,以便獲得更加真實(shí)有效的模擬結(jié)果。另一方面,軟件的更新伴隨著計(jì)算機(jī)設(shè)備的不斷換代,性能更加優(yōu)良的計(jì)算機(jī)設(shè)備或工作站是實(shí)現(xiàn)數(shù)值模擬教學(xué)的硬件保障。

(3) 焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)教材的修訂。傳統(tǒng)的焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)教材中以實(shí)際操作為主,為了保證數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用效果,需要對(duì)指導(dǎo)教材進(jìn)行相應(yīng)的修訂。修訂內(nèi)容需要綜合考慮學(xué)生理論基礎(chǔ)、知識(shí)結(jié)構(gòu)以及材控專業(yè)課程體系,將課堂理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái),才能夠達(dá)到較好的輔助教學(xué)目的。

5 結(jié)束語(yǔ)

材料成型及控制工程專業(yè)作為我校重點(diǎn)建設(shè)的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”專業(yè)之一,對(duì)其實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有較高的要求。焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)課是本專業(yè)實(shí)踐教學(xué)課程中非常重要的環(huán)節(jié),采用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)于建立全方位、多層次焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系是不可或缺的。但應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到具體實(shí)施時(shí)的困難與挑戰(zhàn),確保師資、軟硬件以及指導(dǎo)教材的完善。

References)

[1] 常維亞,邢鵬,趙莉. 探索建立研究型大學(xué)本科實(shí)踐教學(xué)模式[J]. 中國(guó)高等教育,2004(9):26-27.

[2] 王述紅,唐春安,朱萬(wàn)成,等. 數(shù)值試驗(yàn)在巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2003,20(6):140-143.

[3] 張先鋒,黃正祥. 數(shù)值模擬應(yīng)用于彈丸實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2007,26(2):97-99.

[4] 張顯輝,譚長(zhǎng)英. 氫致裂紋試驗(yàn)及數(shù)值模擬技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀[J]. 焊接,1999(8):5-9.

[5] 宮大猛,雷毅. 數(shù)值模擬在焊接中的應(yīng)用分析[J]. 電焊機(jī),2012,42(6):58-63.

[6] 吳祥興,胡倫驥,杜漢斌,等. ANSYS在激光焊接溫度場(chǎng)數(shù)值模擬中的應(yīng)用[J]. 電焊機(jī),2002,32(9):1-3.

[7] 楊艷,劉金合,賈中振,等. 6mm厚AZ31B鎂合金板電子束焊接實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬[J]. 熱加工工藝,2011,40(11):155-157.

[8] 康惠,凌澤民,齊喜岑. 基于SYSWELD對(duì)低合金鋼焊接接頭的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)分析[J]. 熱加工工藝,2010,39(23):200-202.

[9] 宋立新，王勇，韓濤，等. 管道在役焊接接頭殘余應(yīng)力的研究[J].焊管,2008,31(2):31-34.

[10] 李美艷,王勇,宋立新,等. 管線鋼在役焊接接頭殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬[J].焊管,2011,34(7):18-22.

[11] 宋立新，王勇，韓濤，等. 管道鋼在役焊接多道焊的數(shù)值模擬[J]. 壓力容器,2007,24(11):18-21.

[12] 陳玉華,王勇. 基于SYS WELD的運(yùn)行管道在役焊接熱循環(huán)數(shù)值模擬[J]. 焊接學(xué)報(bào),2007,28(1):85-89.

[13] 黎超文,王勇,李立英,等. T形接頭的焊接溫度場(chǎng)三維動(dòng)態(tài)有限元模擬[J]. 焊接學(xué)報(bào),2011,32(8);33-36.

Application of numerical simulation technology in teaching of welding technology experimental course

Li Meiyan, Han Tao, Han Bin, Lei Yi

(College of Electromechanical Engineering,China University of Petroleum, Qingdao 266580, China)

Limitations in teaching of welding technology experimental course are discussed and the basic principle and method of numerical simulation technology are introduced. Numerical simulation technology is applied to analyze the process of metal welding,and experimental teaching is carried out assisted by the software SYSWELD. The obvious teaching effect is gained after teaching trying for many years, reflecting in obvious visual teaching, such as the temperature field and stress field analysis, which can save the experimental materials and cost and improve the experimental safety coefficient.

welding technology; experimental teaching; numerical simulation; teaching reform

2015- 02- 19

山東省教學(xué)改革重點(diǎn)項(xiàng)目(2012018)；中國(guó)石油大學(xué)(華東)青年教師教學(xué)改革項(xiàng)目(QN201318); 中國(guó)石油大學(xué)(華東)教學(xué)研究與改革項(xiàng)目(JY-B201418)；中國(guó)石油大學(xué)(華東)重點(diǎn)教改項(xiàng)目(SY-A201404,YJ-A1406)

李美艷(1982—)，女，山東龍口，博士，講師，研究方向?yàn)橄冗M(jìn)材料焊接機(jī)表面改性處理

E-mail：limeiyan@upc.edu.cn

T40；G642.0

B

1002-4956(2015)10- 0052- 04