ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«Математическое моделирования сварочных процессов»

(наименование по рабочему учебному плану)

Направление: 150700 «Машиностроение»

Профиль: «Оборудование и технология сварочного производства»,

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: заочная

Составитель: доцент

Санкт-Петербург

2012

Составитель: доцент

Научный редактор: профессор

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ,

ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

1.1 Цель изучения дисциплины

- заключается в изложение методики математического моделирования сварочных процессов и численных методов решения задач на компьютере, призванное привить студентам навыки численного анализа изучаемых процессов при решении практических задач проектирования технологии сварки.

1.2 Задачи изучения дисциплины

Изучение дисциплины должно обеспечить знание:

- методики разработки математических моделей сварочных процессов;

- численных методов решения задач на персональном компьютере;

- алгоритмов и методик проведения процессов вычислительных экспериментов при решении задач исследования процессов и проектирования технологии сварки.

1.3 Место дисциплины в учебном процессе

Дисциплина базируется на ранее изученных дисциплинах: «Высшая математика», «Сопротивление материалов», «Материаловедение», «Теория сварочных процессов», «Проектирование сварных конструкций», «Сварочные деформации и напряжения», «Прочность сварных конструкций». Дисциплина связана с дисциплиной «САПР в сварке», читаемой в последнем семестре.

2. КВАЛИФИКАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате изучения дисциплины студент должен

Знать:

- виды математических моделей;

- методики разработки математических моделей сварочных процессов;

- алгоритмов и методик проведения процессов вычислительных экспериментов при решении задач исследования процессов и проектирования технологии сварки.

- принципы построения таблиц данных и диаграмм при помощи программ электронных таблиц.

Иметь представление:

- о возможностях программных продуктов SPOTSIM, BUTTSIM, MAGSIM, LASIM, CUTSIM, ARMSW, ANSYS;

- о реализации численных методов и технологических расчетов с помощью электронных таблиц.

Уметь:

- осуществлять постановку задачи и построение математической модели для исследования основных сварочных процессов;

- решать задачи математического моделирования численными методами с использованием современных компьютеров;

- использовать результаты анализа компьютерного моделирования для совершенствования технологии сварки;

- работать в свободно распространяемых программах: «РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ ПОД ФЛЮСОМ», «РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА СВАРКИ В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ», «РАСЧЕТ РЕЖИМОВ СВАРКИ И РАЗМЕРОВ ОДНОПРОХОДНЫХ ШВОВ ПРИ СВАРКЕ В УГЛЕКИСЛОМ ГАЗЕ

- уметь применять математические модели в профессиональной деятельности.

3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Объем часов учебной работы по формам обучения, видам занятий, и самостоятельной работе представлен в табл. 1.

Таблица 1

Объем часов учебной работы по формам обучения, видам занятий

4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1. Обязательный минимум содержания дисциплины по ГОС ВПО

ЕН. В.01 - Математическое моделирование сварочных процессов

Введение. Методология расчета сварочных процессов. Методика моделирования сварочных процессов. Численные методы решения. Построение математических моделей в свободно распространяемых программах для расчета сварочных режимов «РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ ПОД ФЛЮСОМ», «РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА СВАРКИ В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ», «РАСЧЕТ РЕЖИМОВ СВАРКИ И РАЗМЕРОВ ОДНОПРОХОДНЫХ ШВОВ ПРИ СВАРКЕ В УГЛЕКИСЛОМ ГАЗЕ». Построение математических моделей на компьютере. Имитационное моделирование и теория графов. Заключение.

4.2. Содержание разделов и тем учебной дисциплины

Введение (4 часа)

[1], с.700...706

Математическое моделирование сварочных процессов как задача оптимизации. Физическое и математическое моделирование. Сферы применения вычислительного эксперименты. Основные направления математического моделирования и использования компьютерных технологий в области сварки.

Раздел 1. Методология расчета сварочных процессов (20 часов)

[1],с. 706...715; [2], с. 70…83

Процессы при сварке как объекты расчета. Математические формы описания задач при расчете. Типовые задачи исследования, проектирования и управления, ориентированные на применение компьютеров. Расчетные методы решения задач.

Раздел 2. Методика моделирования сварочных процессов (28 часов)

[1], с. 715...718; [2], с. 103…128

Этапы математического моделирования. Феноменологический анализ моделируемого процесса. Математическая постановка задач. Классификация математических моделей. Типичные математические модели процессов сварки. Примеры математических моделей процессов сварки. Математическая модель процесса точечной контактной сварки. Математическая модель формирования шва при сварке плавлением.

Раздел 3. Численные методы решения (32 часа)

[1], с. 705...731

Решение уравнений математической физики. Коэффициенты уравнений математической физики. Примеры численного моделирования сварочных процессов. Точность математических моделей и их упрощение. Примеры оценки точности и адекватности математической модели сварки. Математические модели сварки плавлением и точечной контактной сварки.

Раздел 4. Построение математических моделей в свободно распространяемых программах для расчета сварочных режимов «РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ ПОД ФЛЮСОМ», «РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА СВАРКИ В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ», «РАСЧЕТ РЕЖИМОВ СВАРКИ И РАЗМЕРОВ ОДНОПРОХОДНЫХ ШВОВ ПРИ СВАРКЕ В УГЛЕКИСЛОМ ГАЗЕ» (20 часов)

[2], с. 129…146; [5]

Функциональные возможности программ «РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ ПОД ФЛЮСОМ», «РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА СВАРКИ В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ», «РАСЧЕТ РЕЖИМОВ СВАРКИ И РАЗМЕРОВ ОДНОПРОХОДНЫХ ШВОВ ПРИ СВАРКЕ В УГЛЕКИСЛОМ ГАЗЕ». Установка программ. Интерфейс программ. Сравнительный анализ программных продуктов.

Раздел 5. Построение математических моделей

на компьютере (32 часа)

[1], с. 705...733; [2], с. 184…193; [5, 6]

Сравнительный анализ пакетов MS Excel, Gnuplot и OpenOffice. org Calc. Двумерная и трехмерная графика.

Основы построения статистических моделей в MS Excel и OpenOffice. org Calc. Нормальное распределение и описательная статистика. Равномерное распределение. Дискретное распределение. Сравнение средних. Дисперсионный анализ данных. Корреляция и регрессионный анализ.

Раздел 6. Имитационное моделирование и теория графов (20 часов)

[2], с. 194…204; [5, 6]

Программное обеспечение и протоколы. Сравнение имитационного моделирования с другими видами математического моделирования. Виды имитационного моделирования. Этапы построения имитационных моделей. Границы применения имитационного моделирования.

Теория графов. Этапы построения моделей. Границы применения моделирования.

Заключение (4 часа)

[1], с. 700…705

Рассмотрены вопросы методологии разработки математических моделей сварочных процессов для исследований с помощью компьютеров, проектирования технологии и управления процессами. Представленный сравнительный анализ программных продуктов позволяет оценить их границы и перспективы применения.

4.3 Тематический план лекций

для студентов очно-заочной формы обучения

(20 часов)

1. Методика моделирования сварочных процессов - 4 часа

2.Этапы построения моделей. Границы применения

моделирования - 4 часа

3. Построение математических моделей на компьютере - 4 часа

4. Теория графов. Имитационное моделирование - 4 часа

5. Основы построения статистических моделей в MS Excel и OpenOffice. org Calc - 4 часа

4.4. Перечень тем практических занятий

(очно-заочной и заочной форм обучения)

4.5 Перечень тем лабораторных работ

(очно-заочная форма обучения)

(заочная форма обучения)

5. ВИДЫ КОНТРОЛЯ

5. 1. Виды текущего контроля

Тесты по разделам дисциплины.

Контрольная работа.

5. 2 Вид итоговой аттестации

Экзамен

6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

6. 1 Рекомендуемая литература

6. 1. 1 Основная литература

1. Теория сварочных процессов: Учебник для вузов / , , Э. Л Макаров, , ; Под ред. . – М.: Изд-во МГТУ им. , 2007. – 752 с. (Глава «Методы компьютерного моделирования сварочных процессов»).

2. Компьютерное проектирование и подготовка производства сварных конструкций: Учеб. пособие для вузов / , , и др.; Под ред. , . – М.: Изд-во МГТУ им. , 2002. – 464 с.

6. 1. 2 Дополнительная литература

3. , Олифер операционные системы. – Спб.: Питер, 2003. – 593 с.

4. Эффективная работа: Office XP– Спб.: Питер, 2004. – 1072 с.

6.1.3 Интернет-ресурсы

5. http://cae. *****/cont/soft/magsim. htm

6. http://www. /

7. Средства обеспечения освоения дисциплины

7.1. Учебно-методический комплекс по дисциплине, содержащий темы практических занятий и указания по их проведению, тренировочные тесты по разделам дисциплины, вопросы для подготовки к экзаменам по всем разделам и темам дисциплины. В УМК содержатся указания по использованию информационных технологий при изучении дисциплины.

7.2. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Учебные аудитории, оборудованные 6 компьютерами типа Pentium 4, мультимедиапроектором.