《塑性成形数值模拟B》教学大纲

《塑性成形数值模拟B》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：03151271课程性质：专业选修课学分：2学分学时：32学时（理论32学时）先修课程：高等数学、工程力学、材料科学基础、材料成形原理、冲压工艺及模具设计等后续课程：精密成形技术、材料成型装备及自动化、材料成型技术综合创新适用专业：材料成型及控制工程开课单位：材料科学与工程学院一、课程说明《塑性成形数值模拟B》是材料成型及控制工程专业本科学生的专业选修课。本课程主要讲解有限元法的基本概念和理论基础，使学生掌握有限元分析的基础知识，了解塑性成形数值模拟技术的发展现状及其工程化应用，特别是在金属塑性成形问题研究方面的应用。通过学习，使学生掌握金属塑性成形有限元软件的使用方法，并进行塑性成形工艺模拟仿真和参数优化分析的能力。本课程注重基本理论知识与软件应用的交互学习，强调培养运用数值模拟解决生产实际问题的能力，兼顾新技术、新工艺及其发展方向的认知，培养“厚基础、宽口径、高素质、强能力”的人才。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：了解有限元方法的概念和理论基础，了解塑性成形数值模拟技术的发展现状及其工程化应用，掌握有限元分析的基础知识。课程目标2：理解塑性成形数值模拟的基本思路，掌握使用有限元软件建模的基本方法和基本步骤，以及应用软件进行数据分析和结果处理的方法。能够针对冲压、锻造、挤压等塑性成形工艺进行模拟仿真，并对关键工艺参数进行合理的分析优化。课程目标3：能够就塑性成形工艺制定和优化过程中的问题进行分析总结，清晰表达模拟优化的具体思路、方案、所采取的措施及效果等，同时培养学生积极向上的劳动观念、精益求精的工匠精神和绿色制造的理念与意识。三、课程目标与毕业要求《塑性成形数值模拟B》课程教学目标对材料成型及控制工程专业毕业要求的支撑见表1。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4.研究4.3能够分析和解释实验数据，并通过信息综合得到合理有效的结论。课程目标1：了解有限元方法的概念和理论基础，了解塑性成形数值模拟技术的发展现状及其工程化应用，掌握有限元分析的基础知识。M5.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材料成型专业复杂问题进行辅助设计、预测和模拟，并理解其局限性。课程目标2：理解塑性成形数值模拟的基本思路，掌握使用有限元软件建模的基本方法和基本步骤，以及应用软件进行数据分析和结果处理的方法。能够针对冲压、锻造、挤压等塑性成形工艺进行模拟仿真，并对关键工艺参数进行合理的分析优化。H10.沟通10.1了解材料成型及控制工程领域的国际发展趋势、研究热点，能够就材料成型专业复杂工程问题，以口头、文稿、图表等方式与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流。课程目标3：能够就塑性成形工艺制定和优化过程中的问题进行分析总结，清晰表达模拟优化的具体思路、方案、所采取的措施及效果等，同时培养学生积极向上的劳动观念、精益求精的工匠精神和绿色制造的理念与意识。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对应的课程目标1.概述及基础知识1.1数值模拟概述；1.2有限元法的基本概念与基本思路；1.3平面问题有限元法；1.4轴对称问题有限元法；1.5有限元软件的认知。教学要求：掌握单元有限元法的基本思路，平面问题、轴对称问题的概念及应用，掌握节点受力分析的方法，了解塑性成形有限元软件的功能及操作界面。重点：有限元法的基本思路，平面问题、轴对称问题的概念及应用，有限元软件的认知。难点：节点受力分析，平面问题、轴对称问题的应用。612.钣金成形数值模拟2.1钣金成形数值模拟的意义；2.2钣金成形数值模拟软件认知与建模基础；2.3钣金成形数值模拟后处理技术。教学要求：理解钣金成形数值模拟的意义，掌握使用有限元软件进行钣金成形建模的基本方法，掌握使用有限元软件对计算结果进行处理分析的方法。重点：钣金成形数值模拟软件的认知、有限元模型建立的基本方法及后处理分析方法。难点：钣金成形数值模拟后处理技术。423.钣金成形数值模拟的实例分析3.1钣金成形工艺流程数值模拟；3.2钣金成形模拟结果的处理与主要成形缺陷的分析。教学要求：掌握钣金成形过程的有限元分析方法；掌握钣金成形有限元软件的前处理建模方法及关键工艺参数的制定；掌握使用有限元软件进行加载和求解，并使用后处理模块对模拟结果的分析和处理。重点：钣金成形工艺过程的分析、建模及结果处理。难点：钣金成形模拟结果的处理与主要成形缺陷的分析。82、34.金属体积成形数值模拟4.1金属体积成形数值模拟的意义；4.2金属体积成形数值模拟软件认知与建模基础；4.3金属体积成形数值模拟后处理技术。教学要求：理解钣金成形数值模拟的意义；掌握使用有限元软件进行2D刚塑性有限元建模分析的基本方法；掌握使用有限元软件对计算结果进行处理分析的方法。重点：金属体积成形有限元法软件的认知、有限元模型建立的基本方法及后处理分析方法。难点：金属体积成形数值模拟后处理技术。625.金属体积成形数值模拟的实例分析5.1典型零部件体积成形工艺流程分析；5.2典型零部件体积成形数值模拟实例分析。教学要求：掌握典型零部件成形过程的有限元分析方法；掌握塑性成形有限元软件的前处理建模方法及关键工艺参数的制定；掌握使用有限元软件进行加载和求解，并使用后处理模块对模拟结果的分析和处理。重点：金属体积成形工艺流程的制定与分析。难点：工艺全过程数值模拟及结果分析。82、3合计32五、教学方法及手段本课程通过理实一体化的教学模式，采用启发式、讨论式教学和案例教学等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。通过引入生产案例的数值模拟，化抽象为具体，化感性认识为理性认识，加深对理论知识的理解、消化、吸收及应用；结合塑性成形数值模拟技术的本质、优势，帮助学生培养积极向上的劳动观念、精益求精的工匠精神和绿色制造的理念与意识。六、课程资源1.推荐教材：（1）孔凡新.金属塑性成形CAE技术-DYNAFORM及DEFORM[M].电子工业出版社,2018.1.（2）傅建,肖兵.材料成形过程数值模拟[M].化学工业出版社,2019.1.2.参考书：（1）何敏,石端虎.材料成形过程数值模拟基础与应用[M].化学工业出版社,2021.3.（2）胡建军.DEFORM-3D塑性成形CAE应用教程[M].北京大学出版社，2020.1．（2）尹飞鸿.有限元法基本原理及应用[M].高等教育出版社,2018.8．（3）洪慧平.金属塑性成形数值模拟[M].高等教育出版社,2015.1．（4）刘建生.塑性成形数值模拟[M].机械工业出版社,2014.11.3.期刊：（1）张健,闫巍,王刚等.铝合金车门外板冷冲压成形工艺及数值模拟[J].塑性工程学报,2022,29(05):45-52.（2）赵辉,胡红军,干松林等.Al/Mg复合板材挤压剪切成形的数值模拟及试验研究[J].特种铸造及有色合金,2022,42(09):1114-1118.（3）王冬良,陈南.基于数值模拟的汽车转向节精密成形工艺[J].锻压技术,2021,46(11):38-43.（4）王磊,杨启正,张如华.基于DeForm的板条冲压扭曲成形数值模拟[J].模具工业,2021,47(06):10-15.（5）孙世仁,刘虹,陈文琳等.基于有限元软件的锻造工艺参数对牵引拉杆成形的影响分析[J].热加工工艺,2020,49(15):68-72.（6）YangZ,CaiZY,CheCJ,etal.Numericalsimulationresearchontheloadingtrajectoryinstretchformingprocessbasedondistributeddisplacementloading[J].InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology,2016,82(5-8):1353-1362．4.网络资源：（1）周志敏.计算机在材料科学应用./course/NEU-1466001174?from=searchPage&outVendor=zw_mooc_pcssjg.（2）吴俊峰.有限元分析与ANSYS工程应用./course/HHSTU-1206718803?from=searchPage&outVendor=zw_mooc_pcssjg.（3）徐春.《塑性成形理论》国家级精品课.2018./course/SIT-1206453817?from=searchPage．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大作业成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现10（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时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。√√√244平时作业10（1）主要考核学生对各章节知识点的理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）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。√√√262课程任务30（1）主要考核学生对各部分知识点的理解和综合应用能力，满分100分；（2）每次课程任务单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以课程任务成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√02010期末大作业50（1）通过期末大作业，考核学生对数值模拟知识的融会贯通和综合应用能力，满分100分；（2）以期末大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。（3）期末大作业的内容可以是生产实例的钣金成形模拟分析、体积成形模拟分析或其它形式的塑性成形数值模拟相关内容。√√√102020合计：100分145036八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、平时作业、课程任务、期末大作业等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末考核成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末大作业成绩为100分（权重50%）；课堂表现、平时作业、课程任务等过程性考核成绩为100分（权重50%）；过程性考核和期末大作业分值分配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4。表4过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现20积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。上课不认真，偶尔参与教学活动。上课不认真，不参与教学活动。平时作业20作业完整，思路清晰，准确率大于90%。作业完整，准确率大于80%。不交作业1次以内，准确率大