焊接结构教学大纲

PAGEPAGE13《焊接结构学》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称焊接结构学课程编号310040047课程性质专业选修课课程类别专业课开课单位材料成型教研室授课学期第六学期学分/学时2/32课内学时32理论授课30上机学时0课内实践2实验学时0课外学时0适用专业材料成型是否双语否先修课程工程力学、金属学与热处理、焊接冶金学后续课程电弧焊基础、焊接质量检测、综合实验等二、课程简介《焊接结构学》课程是焊接工艺与设备类专业的一门专业必修课，为理论性较强的一门课程。本课程对焊接结构的力学特征、应力与变形的原因及防止措施、脆性断裂性能、疲劳性能、高温蠕变性能等知识进行理论讲授及实验验证，阐明其原理、规律及控制途径，全面考核学生对知识的掌握和运用，培养学生运用焊接结构力学计算的基本概念、基本理论讨论问题，设计和分析焊接结构的能力，分析解决材料成型实际工程问题。提升学生的学习、分析问题和解决问题能力，引导学生树立和践行高度责任心与职业素质、良好安全生产意识的核心价值观和行为规范。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标通过本课程的学习，使学生达到以下目标：课程目标1（知识传授）1、阐释焊接应力与残余变形的产生、焊接结构的力学特征、静载力学计算方法以及不同工况下的断裂、疲劳、应力腐蚀、蠕变性能与焊接结构之间的联系。（1）描述焊接接头静载力学强度方法、焊缝代号规定和含义；理解焊接接头的不均匀性及其力学行为，推断焊接接头的工作应力分布与工作性能；（2）归纳焊接应力与变形的产生、分布特点以及焊前、焊中、焊后防止措施，评估焊接应力与变形和焊接结构力学性能、焊接过程之间的关系，比较不同焊接结构力学特征；（3）分析焊接结构的断裂性能、疲劳性能、应力腐蚀性能、高温蠕变性能原理、特点、影响因素与评价方法，建立焊接结构与不同性能之间的有机联系2、应用焊接结构基础知识，通过计算焊接接头静载力学强度设计焊缝布置与尺寸，探讨焊接结构力学性能与使用性能的影响因素与设计方法。3、将焊接结构力学特征、工艺特征、使用性能等知识结合实际工程结构。课程目标2（能力培养）1、综合运用学科基础知识正确理解焊接应力与变形的本质和规律，根据接头类型与载荷，开展焊接结构选材、焊缝布置、尺寸设计等，初步具备设计常用焊接结构的基本能力，培养设计开发意识。2、评价焊接结构使用性能，对比材料使用性能，结合实际工程特点，具备分析和解决焊接结构损伤与失效问题的基本能力，培养工程意识。课程目标3（素质培养）1、解析焊接结构设计重要性，辩证理解实用性、安全性、工艺性与艺术性之间关系，传承高度责任心和职业素质的工程师精神；2、领会焊接结构力学性能，使用性能与焊接结构设计关联，树立良好的安全生产意识，能够自觉按规章操作，领会精益求精的大国工匠精神。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标1指标点1-4：综合应用所学知识进行复杂工程问题解决方案的设计与改进。指标点2-2：能够将相关基础理论和基本原理综合应用于复杂工程问题的表述，对复杂工程问题的解决途径进行分析、对比并试图改进。2-问题分析课程目标2指标点1-4：综合应用所学知识进行复杂工程问题解决方案的设计与改进。指标点2-2：能够将相关基础理论和基本原理综合应用于复杂工程问题的表述，对复杂工程问题的解决途径进行分析、对比并试图改进。1-工程知识2-问题分析课程目标3指标点3-1：学习工程设计和产品开发全周期、全流程的基本设计方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的各种因素。3-设计/开发解决方案四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一单元焊接结构静载力学行为（学时数：8学时）1.课程主要内容（1））记忆“接头组成”、“焊接接头的非均匀性”和“应力集中”等重要概念。（2）理解焊接接头的工作应力分布特征。（3）应用典型接头承受静载时的强度校核方法和焊缝尺寸设计方法。（4）计算焊缝许用应力（5）运用各类焊缝及其施工要求的标注和识别方法。2.重点和难点（1）焊接接头的非均匀性与工作应力（2）焊接接头静载强度及焊缝尺寸计算（3）焊缝及其施工要求的标注与识别3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明课程与教学基本原理，丰富学生课程与教学的基本知识结构，培养学生的工程知识；（2）让学生运用课堂学习到的理论与公式，以习题为案例，根据不同的焊接接头形式，计算实际工程问题中的接头受力状况并进行安全性分析，加深对课程内容的理解。通过案例分析，强调理论与实践相结合，促进学生知识整合，培养学生能够运用所学知识解决结构及工艺设计问题；（3）通过不同接头应力比较，融合实际焊接工程中对不同接头的需求，引入具体情况具体分析的思政教学内容，提高学生的辨别能力、分析能力、思考决策能力、解决复杂工程的问题，培养学生职业规范，树立安全生产责任心，精益求精。4.学生学习预期成果完成本章学习后，学生能够理解焊接应力集中的概念与危害，识别工程符号，判断焊接接头的“危险点”，根据工程实际要求进行，运用所学知识解决进行选材、许用应力计算及焊接接头设计。对于实际问题，学会具体情况具体分析，培养学生严谨的治学态度，对焊接工程师的职业素养有一定认知。5.支撑课程目标（1））讲授接头组成、焊接接头的非均匀性、工作应力分布特征、焊缝标注等内容，从工程角度阐释焊接工艺的地位（知识传授）。（2）以典型接头为主线，讲授焊接接头许用应力计算，探究焊缝位置布置与尺寸设计，培养学生设计开发意识、工程意识（能力培养）。（3）分享焊接结构设计相关标准、文献、思政案例，拓宽学生专业视野，树立学生焊接结构设计的责任心与工程安全意识、精益求精的大国工匠精神（素质培养）。本单元知识、教学方式支撑的课程目标1、课程目标2和课程目标3。第二单元焊接应力与变形（学时数：6学时）1.课程主要内容（1）焊接结构残余变形的基本概念、产生原因、分布特征、影响因素。（2）焊接结构残余应力的基本概念、产生原因、分布特征、影响后果。（3）焊接结构应力与变形的焊前预防和矫正措施、焊中调控措施以及焊后调节和消除措施。2.重点和难点（1）焊接残余变形的分布特征、影响因素、预防和矫正措施。（2）焊接残余应力的分布特征、影响后果、调节和消除措施。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明课程与教学基本原理，丰富学生课程与教学的基本知识结构，培养学生的工程知识；（2）采用模型建立、由简到繁、演绎推理的方法，以图像形式建立焊接冷热循环过程中不同结构件的变化模型，使学生逐步推理出焊接结束后焊接件的残余变形与残余应力的分布，理解焊接过程对构件残余应力与残余变形的影响；（3）通过课堂讨论的方法，以焊接热循环后的残余应力与残余变形为例，引导学生在面对复杂问题时，抓住关键，化繁为简，将复杂的工程问题简化成可以解决的模型，再逐个攻破的解题思路，培养学生工程意识，抓住事物的主要矛盾的能力，体现责任心与安全性。4.学生学习预期成果完成本章学习后，学生能够基本理解应力与变形的产生机理，区别自由变形、外观变形、内部变形，区别焊接应力的种类与焊接热应变循环，理解焊接残余变形特点与焊接残余应力分布。对于实际工程问题，能够判断应力与变形的基本情况，制定合理的焊前预防、焊中调控和焊后矫正措施，具备一定的工程能力。培养学生面对复杂问题时，抓住关键，化繁为简，抓住主要矛盾的能力，体现责任心与安全性。5.支撑课程目标（1）讲授焊接结构残余应力与变形的基本概念、产生原因、分布特征、影响因素，从工程角度阐释焊接应力与变形的现象（知识传授）。（2）讲授焊接结构应力与变形的焊前预防和矫正措施、焊中调控措施以及焊后调节，培养学生焊接工艺设计的基本能力，培养设计开发意识与工程意识（能力培养）。（3）讲授焊接应力与变形的危害，拓展新工艺新方法，传承高度责任心和树立良好的安全生产意识（素质培养）。本单元知识、教学方式支撑的课程目标1、课程目标2和课程目标3。第三单元焊接结构断裂性能（学时数：4学时）1.课程主要内容（1）焊接结构脆性断裂的形态特征、产生原因、影响因素、试验评价方法。（2）实际构件产生脆断的结构设计因素和焊接工艺因素的综合分析方法。（3）预防脆断的工艺措施与设计方法。2.重点和难点（1）焊接结构的脆断及其影响因素。（2）不同材料焊接结构脆断的评价分析方法。（3）预防焊接结构脆性断裂的措施。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明课程与教学基本原理，丰富学生课程与教学的基本知识结构，培养学生的工程知识；（2）采用融合问题分析的创新方法，结合历史上发生的脆断事故案例，培养学生快速确认问题，总结问题发生的共性，发现问题根本矛盾所在的能力；（3）通过课堂讨论的方法，结合焊接接头静载强度设计实例，引入工程设计领域的安全性理论，提高学生在未来工程设计中的安全理念以及负责任态度，培养学生的安全思维。4.学生学习预期成果完成本章学习后，学生能够判定金属脆性断裂特征、影响因素与机制；分析焊接结构开裂性能与止裂性能，选择焊接结构防止脆断措施与评定方法。对于实际工程问题，能够判断断裂类型，对焊接结构件能够进行断裂失效分析，对结构设计和焊接工艺的合理性进行判断。培养学生焊接工程师的安全思维。5.支撑课程目标（1）讲授焊接结构脆性断裂的形态特征、产生原因、影响因素、试验评价方法（知识传授）。（2）讲授实际构件产生脆断的结构设计因素和焊接工艺因素的综合分析方法，分享焊接结构脆断典型案例，培养防脆性断裂预防措施设计能力，树立学生工程意识（能力培养）。（3）讲授预防脆断的工艺措施与设计方法，在过程中探索工程中的应用案例，传承高度责任心和树立良好的安全生产意识（素质培养）。本单元知识、教学方式支撑的课程目标1、课程目标2和课程目标3。第四单元焊接结构疲劳性能（学时数：4学时）1.课程主要内容（1）焊接结构的疲劳断裂形态特征、产生原因及疲劳强度（2）疲劳断裂的影响因素及预防措施。（3）抗动载结构设计与疲劳寿命计算。2.重点和难点（1）焊接结构的疲劳断裂及影响因素。（2）提高焊接接头疲劳强度的措施。（3）焊接结构疲劳强度的计算与疲劳寿命的估算。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明课程与教学基本原理，丰富学生课程与教学的基本知识结构，培养学生的工程知识；（2）采用对比分析的方法，结合历史上发生的疲劳断裂事故案例，以及前一章脆断内容，培养学生快速确认问题，总结两种低应力脆断发生的异同点，发现问题根本矛盾所在的能力；（3）通过案例分析的方法，结合工程手册、国家标准等进行焊接接头抗动载结构设计与疲劳寿命计算，通过合理的结构设计，以较低的成本达到构件的使用寿命，引入工程设计领域的可持续发展的工程师理念和安全意识。4.学生学习预期成果完成本章学习后，学生能够判别金属材料疲劳表征和疲劳类型，分析疲劳强度的常用表示法、影响因素与类型；判定金属材料疲劳断裂的过程和断口特征；理解影响疲劳强度的因素及措施以及焊接接头疲劳强度设计与评价方法。对于实际工程问题，能够利用疲劳图，对结构设计和焊接工艺的合理性进行判断。培养学生焊接工程师的可持续理念。5.支撑课程目标（1）讲授焊接结构的疲劳断裂形态特征、产生原因及疲劳强度，辩证理解材料断裂和焊接结构断裂，从工程角度理解疲劳断裂（知识传授）。（2）讲授疲劳断裂的影响因素及预防措施，探究结构设计与安全，具备防疲劳断裂预防措施设计能力，树立学生工程意识（能力培养）。（3）结合工程实例讲授抗动载结构设计与疲劳寿命计算，感受“安全设计”力量，树立良好的安全生产意识（素质培养）。本单元知识、教学方式支撑的课程目标1、课程目标2和课程目标3。第五单元焊接结构应力腐蚀破坏（学时数：2学时）1.课程主要内容（1）应力腐蚀发生条件。（2）应力腐蚀开裂机制及断口特征。（3）断裂力学在应力腐蚀中的应用。（4）焊接结构应力腐蚀的预防措施。2.重点和难点（1）应力腐蚀开裂机制及断口特征。（2）焊接结构应力腐蚀的预防措施。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明课程与教学基本原理，丰富学生课程与教学的基本知识结构，培养学生的工程知识；（2）采用问题分析的方法，结合实际工程中的典型结构事故案例，以及前两章断裂方式内容，分析应力腐蚀中应力与腐蚀两种不同作用的影响，设计合理的防止措施，培养学生分析问题的能力；（3）通过案例分析的方法，以阿尔贝特运河桥梁、泰坦尼克等满足强度、刚度校核前提下仍发生灾难事故的案例，培养学生从应力和腐蚀两个角度制定合理的高温耐蚀环境下焊接结构的接头工艺，引入科学思维方法与安全意识。4.学生学习预期成果完成本章学习后，学生能够理解应力腐蚀发生条件与焊接结构的应力腐蚀；判定应力腐蚀开裂机制及断口特征；分析焊接结构应力腐蚀的预防措施与评定方法。对于实际工程问题，能够利用判定断裂类型，制定合理预防措施。培养学生焊接工程师的科学思维方法与安全意识。5.支撑课程目标（1）讲授应力腐蚀发生条件，断裂力学在应力腐蚀中的应用，理解应力与腐蚀在焊接结构中的作用与联系（知识传授）。（2）讲授应力腐蚀开裂机制及断口特征，了解应力腐蚀危害，探究应力、腐蚀、应力腐蚀的区别与联系，培养分析工程问题的能力（能力培养）。（3）讲授焊接结构应力腐蚀的预防措施，制定合理预防措施，引入科学思维方法与安全意识（素质培养）。本单元知识、教学方式支撑的课程目标1、课程目标2和课程目标3。第六单元焊接结构高温力学性能（学时数：2学时）1.课程主要内容（1）材料高温力学性能表示方法。（2）蠕变损伤和蠕变裂纹扩展。（3）焊接接头的蠕变性能。（4）焊接接头的高温性能与实验方法。2.重点和难点（1）材料高温力学性能表示方法。（2）焊接接头的蠕变性能。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明课程与教学基本原理，丰富学生课程与教学的基本知识结构，培养学生的工程知识；（2）采用问题分析的方法，结合实际工程中的典型结构事故案例，分析不同温度下高温蠕变和低温蠕变的裂纹扩展方式，制定合理的结构安全措施，培养学生分析问题的能力；（3）通过对比分析的方法，以锅炉、LNG运输船、常温压力容器等结构焊接接头设计关键对比，培养学生发散思维，根据实际工况科学制定合理的不同环境下焊接结构的接头工艺，引入科学思维方法与工程意识。4.学生学习预期成果完成本章学习后，学生能够掌握材料高温力学性能，蠕变机理；掌握蠕变损伤和蠕变裂纹扩展；掌握焊接接头的蠕变性能，了解焊接接头高温性能的研究与实验方法。对于实际工程问题，能够利用判定断裂类型，制定合理预防措施。培养学生焊接工程师的科学思维方法与工程意识。5.支撑课程目标（1）讲授材料高温力学性能表示方法，从工程角度理解蠕变损伤（知识传授）。（2）讲授焊接接头的高温性能与实验方法，探究结构设计考察性能，确定试验方法，具备分析问题、解决问题的基本工程能力。（3）讲授蠕变裂纹扩展与安全的关系，引入安全设计思维（素质培养）。本单元知识、教学方式支撑的课程目标1、课程目标2和课程目标3。第七单元焊接结构力学特征及结构设计（学时数：4学时）1.课程主要内容（1）焊接结构类型、特点及其制造工艺对服役性能、环境、社会可持续发展的影响。（2）焊接结构的合理性和焊接制造工艺的可行性。（3）典型焊接结构的设计和焊接制造工艺特点。2.重点和难点（1）焊接结构类型、特点。（2）焊接结构的合理性和焊接制造工艺的可行性。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，以学生已掌握的焊接知识点以及了解到的焊接结构件入手阐明课程与教学基本原理，丰富学生课程与教学的基本知识结构，培养学生的工程知识；（2）融入组合创新方法，结合压力容器、起重机主梁、机车车身等多种不同装备焊接结构案例，使学生掌握焊接结构不同类型的接头类型、性能要求、应用场合，开阔思路、提升创造能力与工程意识。（3）结合现阶段我国焊接行业的发展、大型装备的制造以及先进材料的应用方面，引入工匠精神。4.学生学习预期成果完成本章学习后，学生能够掌握桁架结构、板壳结构、实体结构及力学特征；掌握焊接结构设计方法、焊接结构设计的和合理性分析及焊接结构设计应注意问题；了解常用焊接结构设计，如压力容器与起重机桥梁的实例分析。对于实际工程问题，能够利用判定结构类型，掌握基本设计方法。培养学生焊接工程师的大国工匠方法。5.支撑课程目标（1）讲授焊接结构类型、特点及其制造工艺对服役性能、环境、社会可持续发展的影响，从工程角度理解焊接结构的类型与受力（知识传授）。（2）讲授焊接结构的合理性和焊接制造工艺的可行性，探究焊接结构设计的途径与实施方式，培养学生焊接结构设计能力，树立工程意识（能力培养）。（3）讲授典型焊接结构的设计和焊接制造工艺特点，利用实例理解焊接工程的结构组成、受力特点以及安全设计方法，传承职业素质的工程师精神，领会精益求精的大国工匠精神（素质培养）。本单元知识、教学方式支撑的课程目标1、课程目标2和课程目标3。第八单元分组讨论（学时数：2学时）1.课程主要内容以“大国焊将”为主题，综合运用集中讲解与小组讨论方式进行。通过讨论教学使学生加深对焊接结构脆性断裂和疲劳断裂等缺陷的产生原因、影响因素及预防措施等相关基础知识的理解，扩宽知识面，初步具备查阅文献、阅读相关技术资料和调查研究的能力，提高学生综合运用本课程知识，分析和解决焊接结构工程问题的能力，并引导学生积极思考、主动学习，锻炼和提高学生的交流、沟通和表达能力以及团队合作能力，培养学生的责任感、职业道德和终身学习意识2.实施方法（1）分组汇报。学生5~6人一组，学生在课外查找、阅读和分析相关的知识内容，总结、整理并做成PPT。由每组的一个学生上台陈述自己的研究内容，陈述时间为5~8分钟。（2）课堂互动。陈述完后，汇报的学生回答台下学生和评委老师提出的问题，并针对所汇报的问题进行讨论，讨论时间为5分钟，最后由老师点评（依据需要讨论的具体内容，总结存在的主要问题，在课堂上由老师引导下进行讨论）。（3）所有同学必须参加，否则讨论成绩为零。课后提交报告PPT电子版至学习通，并完成自评、组内互评、组件互评、老师评价。（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排课内课外学时比例第一单元焊接结构静载力学行为讲授法、案例教学、比较课程目标1、2、37第二单元焊接应力与变形讲授法、模型推理、随堂研讨课程目标1、2、37第三单元焊接结构断裂性能讲授法、融合总结、随堂讨论课程目标1、2、34第四单元焊接结构疲劳性能讲授法、案例教学、对比课程目标1、2、34第五单元焊接结构应力腐蚀讲授法、案例教学课程目标1、2、32第六单元焊接结构高温力学性能讲授法、案例教学课程目标1、2、32第七单元焊接结构力学特征及结构设计讲授法、案例教学课程目标1、2、34第八单元分组讨论讨论课程目标1、2、32合计32五、课程考核及对课程目标的支撑（一）课程考核课程的考核以考核学生能力及培养目标的达成与否为主要目的，以检查学生对各知识点的掌握程度和应用能力为重要内容，形成性考核评价体系包括平时成绩、实践成绩和期末考试成绩三个部分，占比分别为30%、10%、60%。其中平时成绩包括作业（70%）、随堂小测试（20%）、课堂表现（10%）3个环节，而课堂表现囊括学习通随堂练习、课堂互动等环节；期末考试包括提现工程知识的基础掌握试题（40%）、体现分析设计能力的综合运用试题（50%）和拓展创新试题（10%）三种多元化试题类型。课程总评成绩由三个考核模块中各个环节成绩加权而成，成绩均为百分制。考核模块中各个环节所占分值比例可根据具体情况进行调整，建议值及考核细则如下。课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节目标分值考核/评价细则平时成绩30%作业（百分制）70静载强度计算、应力原理与控制，断裂、疲劳、应力腐蚀、高温蠕变、焊接结构设计等基础知识。本门课程4-6次作业，主要考核学生对各单元知识点的理解和掌握程度；每次测试按100分制单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节最终成绩。作业评分的具体标准为作业正确率。目标分值=0.7*作业平均成绩随堂小测试（百分制）20本门课程课堂随机4-6次测试，每次1-3个选择或者填空类小题。主要加强学生对各单元知识点的理解和掌握程度；每次测试按100分制单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节最终成绩。测试评分的具体标准为测试正确率。目标分值=0.2*作业平均成绩课堂表现（百分制）10参与学习通主题讨论、随堂练习、课堂互动等课程活动获得相应分数，主要考核学生对基础知识的提升和拓展能力，掌握和应用知识的程度。出勤不单独计分，1次无故未出勤扣2分，3次无故未出勤，本门课程不及格。目标分值=0.1*作业平均成绩实践成绩10%讨论（百分制）100分组讨论。参加讨论并完成PPT以及评分。讨论成绩100分。未参加讨论，此环节0分。评分标准按照实例采集准确性、PPT美观、讲述流畅程度，回答问题准确性进行评分。目标分值=1*PPT平均成绩期末考试60%知识4