Рабочая программа дисциплины математическое моделирование термических циклов и металлургических процессов при различных способах сварки

Министерство образования и науки Российской Федерации

РГУ нефти и газа (НИУ) имени

«УТВЕРЖДАЮ» Проректор по учебной работе ______________________ «____» _______________ 2016 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ СВАРКИ

Направление подготовки

15.06.01 «Машиностроение»

Специальность

05.02.10 «Сварка, родственные процессы и  технологии»

Квалификация выпускника

Исследователь. Преподаватель-исследователь

Форма обучения

Очная. Заочная

Москва, 2016 г.

1. Цели освоения дисциплины Целью изучения дисциплины «Математическое моделирование термических циклов и металлургических процессов при различных способах сварки» является обучение исследователей математическому моделированию термоциклов и современным подходам к оценке процессов структурообразования при сварке, прогнозированию свойств сварных соединений для различных теплофизических условий процессов и их изменений в процессе эксплуатации. Основными задачами дисциплины являются: изучение оборудования для имитации термических циклов сварки и программ для математического моделирования; изучение методик и современного оборудования для оценки химического состава сталей и сплавов нефтегазового комплекса; изучение компьютерных методов оценки структурно-фазовых характеристик сталей и сварных соединений; изучение методов и оборудования для моделирования тепловых процессов при сварке; изучение методов оценки взаимосвязи структуры и свойств сварных соединений; изучение методов и оборудования по оценки изменения свойств сталей и сварных соединений в процессе эксплуатации.
2. Место дисциплины в структуре ООП ВО
Дисциплина «Математическое моделирование термических циклов и металлургических процессов при различных способах сварки»  представляет собой дисциплину по выбору вариативной части цикла Б.1. Дисциплина базируется на курсах цикла естественнонаучных и профессиональных дисциплин, изучаемых в программе бакалавриата и магистратуры.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
В процессе освоения данной дисциплины аспирант формирует и демонстрирует следующие универсальные, общекультурные и общепрофессиональные компетенции при освоении ООП ВО, реализующей ФГОС ВО: Коды компетенций Название компетенции УК УНИВЕРСАЛЬНЫЕ КОМПЕТЕНЦИИ УК-1 Способность к критическому анализу и оценке современных научных достижений, генерированию новых идей при решении исследовательских и практических задач, в том числе в междисциплинарных областях УК-2 Способность проектировать и осуществлять комплексные исследования, в том числе междисциплинарные, на основе целостного системного научного мировоззрения с использованием знаний в области истории и философии науки ОПК ОБЩЕПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ КОМПЕТЕНЦИИ ОПК-1 Способность научно-обоснованно оценивать новые решения в области построения и моделирования машин, приводов, оборудования, технологических систем и специализированного машиностроительного оборудования, а также средств технологического оснащения производства ОПК-2 Способность формулировать и решать нетиповые задачи математического, физического, конструкторского, технологического и электротехнического характера при проектировании, изготовлении и эксплуатации новой техники ОПК-6 Способность профессионально излагать результаты своих исследований и представлять их в виде научных публикаций, информационно-аналитических материалов и презентаций ПК ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ КОМПЕТЕНЦИИ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 05.02.10 «СВАРКА, РОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И  ТЕХНОЛОГИИ» ПК-1 Владение систематизированными профессиональными знаниями и навыками их применения в научных исследованиях в рамках своей специальности и смежных областей знания ПК-2 Владение методами математического и физического моделирования сварочных процессов, комплексов и систем ПК-4 Способность к системной оценке взаимного влияния процессов в технологических системах сварочного производства, системах управления и защиты
В результате освоения дисциплины, обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования:
Аспирант знает (УК-1,2; ОПК-1,5;ПК - 1,2,4): основные технологические этапы изготовления оболочковых сварных конструкций нефтегазового комплекса, а также функциональное назначение и состав отдельных узлов испытательной установки (оснастки) и принципы ее работы (УК-1, УК-2, ОПК-1; ПК-1, ПК-2, ПК-4, ОПК-2); структуру и основные приемы выполнения испытаний (УК-1, ОПК-2, ОПК-6, ПК-2); основные условия работы сварных конструкций и их комплексных воздействий на швы (ПК-2, 4).
Аспирант умеет (УК-1; ПК-1,2,4; ОПК-1,5): анализировать технологические особенности процесса дуговой сварки с учетом изменения исходных свойств металла (ОПК-1, ОПК-2, ОПК-5, УК-1; ПК - 2, ПК - 4); подобрать (рассчитать) режимы сварки (скорость сварки) (ПК-2, ПК-4); использовать полученные теоретические знания при дальнейшем освоении отдельных специальных дисциплин указанного направления (ПК-1); обосновать выбор методов механических и коррозионно-механических испытаний с учетом  их функционального назначения (ПК-2,  ПК-4).
Аспирант владеет (УК-1; ПК-1,2,4): знаниями по классификационным признакам сварных конструкций и основам выбора сварных образцов для испытаний (УК – 1, ПК - 2, ПК - 4); знаниями по основным способам сварки и типам сварочной аппаратуры (установок) для изготовления сварных образцов (технологических проб) (УК – 1,2, ПК – 2, ПК - 4); знаниями по основным видам и номенклатуре сварных образцов  (ПК – 1, ПК - 2, ПК - 4); навыками подбора испытательной оснастки (установки) из оборудования российского и зарубежного производства (ПК-2,  ПК - 4).
4. Структура и содержание дисциплины
Общая трудоёмкость дисциплины составляет 3 зачётных единицы, что составляет 108 акад. час. Структура и содержание дисциплины по семестрам представлены в виде таблицы ниже:
№ п/п	Разделы дисциплины	Семестр	Неделя семестра	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)	Коды компетенций	Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам)
Л	ЛР	ПЗ (С)	СР
1	Математическое моделирование и расчет параметров термических циклов при сварке	31 42	*	41 62	УК-2, ПК-2,  4, ОПК-1, 2
2	Математическое моделирование процессов структурообразования в сталях при сварке и термической обработке	31 42	*	41 62	УК-2; ОПК-1,2, 6, ПК-1,2
3	Инженерный программный комплекс «Свариваемость легированных сталей» -расчет химического состава металла шва -склонность к образованию холодных трещин -склонность к образованию горячих трещин -механические свойства сварных соединений при одно - и многопроходной сварке	31 42	*	41 62	УК-2; ОПК-1,2, ПК-1,2	ПЗ 1
4	Инженерный программный комплекс «Ресурс сварных соединений»	31 42	*	41 62	УК-2, ПК-2,  4, ОПК-1,2, 6	ПЗ 2
5	Расчет и анализ термических циклов различных способов сварки (РДС, АДСЗГ, АДСФ)	31 42	*	31 22	41 62	УК-1,2, ПК-2,  4, ОПК-1,2	ПЗ 2
6	Расчет структурно-фазового состава сварных соединений сталей при различных способах сварки	31 42	–	31 22	51 62	УК-1,2, ОПК-1,2, ПК-2	ПЗ 3
7	Расчет химического состава металла швов сварных соединений низколегированных сталей	31 42	21 22	51 62	УК-2, ПК-2,  4, ОПК-1,2, 6	ПЗ 4
8	Расчет склонности к образованию холодных трещин при сварке сталей нефтегазового сортамента	31 42	31 22	51 62	УК-1,2, ОПК-1,2, ПК-2	ПЗ 5
9	Расчет склонности к образованию горячих трещин при сварке сталей нефтегазового сортамента	31 42	21 22	51 62	УК-1,2, ПК-2,  4, ОПК-1,2	ПЗ 6,7
10	Расчет ресурса сварных соединений газонефтепроводов	31 42	21 22	51 62	УК-2, ПК-2,  4, ОПК-1,2, 6	КР 1,2
11	Экзамен	31, 42	-	361,2	УК-1,2, ПК-2,  4, ОПК-1,2
ИТОГО	31 42	*	151 122	811 962	Экзамен
В соответствии с Типовым положением о вузе к видам учебной работы отнесены: лекции (Л), консультации, семинары (С), практические занятия (ПЗ), лабораторные работы (ЛР), контрольные работы, коллоквиумы, самостоятельные работы (СР), научно-исследовательская работа, практики, курсовое проектирование (курсовая работа). Примечания: 1 для аспирантов очной формы обучения с нормативным сроком подготовки 4 года; 2 для аспирантов заочной формы обучения со сроком подготовки 5 лет; * дисциплина читается модулем (блоком) в течение семестра.
4.1. Содержание разделов дисциплины
1. Математическое моделирование и расчет параметров термических циклов при сварке. Современные методики моделирования тепловых процессов при сварке. Оборудование для моделирования тепловых процессов при сварке. УК-2; ОПК-1,2, 3, ПК-1,2 2. Математическое моделирование процессов структурообразования в сталях при сварке и термической обработке. Современные методики моделирования тепловых процессов при сварке. Оборудование для моделирования тепловых процессов при сварке. Роль методов электронной микроскопии в оценке морфологии структуры сварных соединений. Методология оценки структурно-фазового состава. УК-2; ОПК-1,2, 3, ПК-1,2 3. Инженерный программный комплекс «Свариваемость легированных сталей». Современные методики оценки химического состава конструкционных сталей. Стационарное и переносное оборудование для оценки химического состава конструкционных сталей. Оборудование. Классификация методов испытаний. УК-2; ОПК-1,2, 3, ПК-1,2
4.2. Основные темы лабораторных занятий
Лабораторные занятия по дисциплине не предусмотрены учебным планом
4.3. Темы практических занятий (семинаров)
1. Инженерный программный комплекс «Ресурс сварных соединений» (УК-2, ПК-2, 3, 4, ОПК-1,2, 3). 2. Расчет и анализ термических циклов различных способов сварки (РДС, АДСЗГ, АДСФ) (УК-2, ПК-1,2, 4, ОПК-1,2, 6). 3. Расчет структурно-фазового состава сварных соединений сталей при различных способах сварки (УК-2, ПК-1,2, 4, ОПК-1,2, 6). 4. Расчет химического состава металла швов сварных соединений низколегированных сталей (УК-2, ПК-1,2, 4, ОПК-1,2, 6). 5. Расчет склонности к образованию холодных трещин при сварке сталей нефтегазового сортамента (УК-2, ПК-1,2, 4, ОПК-1,2, 6). 6. Расчет склонности к образованию горячих трещин при сварке сталей нефтегазового сортамента (УК-2, ПК-1,2, 4, ОПК-1,2, 6). 7. Расчет ресурса сварных соединений газонефтепроводов (УК-2, ПК-1,2, 4, ОПК-1,2, 6).
5. Образовательные технологии
При реализации программы дисциплины «Математическое моделирование термических циклов и металлургических процессов при различных способах сварки» используются различные образовательные технологии.  Аудиторные занятия  (15 часов) проводятся в виде семинаров. Занятия проводятся в лабораториях кафедры «Сварка и мониторинг нефтегазовых сооружений» с использованием специализированного исследовательского оборудования, такого как: установка токов высокой частоты, прибора для записи параметров термических циклов, микротвердомер, металлургический инвертированный микроскоп, стереомикроскоп с анализаторами изображений и компьютерной обработкой результатов. Самостоятельная работа исследователей в объеме 81 часа включает подготовку к семинарским занятиям (16час.), самостоятельное изучение отдельных тем (6 час.), подбор и конспектирование рекомендованной литературы (5 час.), написание двух домашних контрольных работ (18час.), подготовку к экзамену (36 час.).
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Текущий контроль успеваемости в течение семестра обеспечивается проведением контрольных работ. По итогам обучения проводится экзамен. 6.1. Темы домашних контрольных работ: 1. Произвести расчет и анализ термических циклов различных способов сварки (РДС, АДСЗГ, АДСФ) (УК-1,2, ПК-1,2, 4, ОПК-1,2, 5). 2. Произвести расчет склонности к образованию холодных и горячих трещин при сварке сталей нефтегазового сортамента (УК-1,2, ПК-1,2, 4, ОПК-1,2, 5). 6.2. Перечень примерных вопросов для самостоятельной работы студентов и подготовке к защите домашних контрольных работ (УК-1,2, ОПК-1,2,6, ПК-1,2,4): 1. Структурно-фазовые характеристики стали. 2. Особенности химического состава перспективных трубных сталей по сравнению с традиционными. 3. Методика и стационарное оборудование для определения химического состава. 4. Методика и переносное оборудование для определения химического состава. 5. Понятие размера зерна аустенита, феррита, перлитной колонии, пакета бейнита. 6. Методика определения среднего размера зерна с использованием автоматического анализа изображения. 7. Методика определения размера перлитный колоний. 8. Методика определения процентного соотношения сорбитообразного перлита к пластинчатому. 9. Влияние параметров термического цикла сварки на соотношение сорбитообразного перлита к пластинчатому. 10. Виды неметаллический включений в сталях и сварных соединениях. 11. Методика и оборудование для определения загрязненности сталей неметаллическими включениями. 12. Методика оценки влияния структурно-фазового состава на изменение прочностных характеристик сталей и сварных соединений. 13. Методика оценки влияния структурно-фазового состава на изменение пластических характеристик сталей и сварных соединений. 14. Методика оценки влияния структурно-фазового состава на сопротивление сталей и сварных соединений хрупкому разрушению. 15. Оборудование для оценки механических характеристик сталей и сварных соединений. 16. Понятие критической температуры хрупкости и методика ее определения. 17. Методика и оборудование для моделирования теплового процесса сварки  и записи термических циклов. 18. Методика выбора параметров термического цикла сварки, обеспечивающих заданные структуру и свойства сварных соединений. 19. Понятие свариваемости, методы ее оценки. 20. Расчетные методы оценки свариваемости традиционных и перспективных трубопроводных сталей. 21.  Методика оценки структурных превращений в ЗТВ при сварке низколегированных Si-Mn сталей. 22.  Использование диаграммы анизотермического образования аустенита для определения рациональных скоростей охлаждения при сварке.  23. Стандартная методика определения содержания включений или второй фазовой составляющей в металлах посредством автоматического анализа изображений. 24. Понятие деформационного старения. Его влияние на изменение прочностных характеристик сталей и сварных соединений. 25. Понятие деформационного старения. Его влияние на изменение характеристик пластичности сталей и сварных соединений. 26. Понятие деформационного старения. Его влияние на изменение ударной вязкости пластичности сталей и сварных соединений. 27. Понятие деформационного старения. Его влияние на изменение критической температуры хрупкости сталей и сварных соединений. 28. Методика и оборудование для измерения твердости сталей и сварных соединений. 29. Фрактографические характеристики поверхности изломов образцов.  30. Определение процентной вязкой составляющей излома с использованием стереомикроскопа.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература
1. 1. Макаров, свариваемости сталей и сплавов / под ред. . — M. : Изд-во МГТУ им. , 2014. – 487 с. 2. Традиционные и перспективные стали для строительства магистральных газопроводов / , , .- М.: Логос, 2011.-316 с.
б) дополнительная литература
1. , Ефименко стали для нефтяной и газовой промышленности: справ. пособие РГУ нефти и газа им. Каф. трибологии и технологий ремонта нефтегазового оборудования [Электронный ресурс] . М.: ИЦ РГУ нефти и газа, 2014. - 229 с., http://elib. gubkin. ru/content/20951 2. Металловедение и термическая обработка сварных соединений: учеб. пособие. , , - М.: Логос, 2007.-456с. 63 экз. 3. Коновалов, А. В., Куркин, А. С., Макаров, сварочных процессов /  под ред. – М.: Изд-во МГТУ им. , 2007.– 752с. 4. Стали и сплавы. Марочник: справ. изд./ и др.; - М.: Интермет Инжиниринг, 2003. – 608 с. 5. Горицкий, металлов: науч. издание. - М.: Металлургиздат, 2004.-402с. Периодические и сериальные издания Известия вузов. Машиностроение, 2002 - 2016 Нефтяное хозяйство, 2002 - 2016 Труды РГУ нефти и газа им. , 2008 - 2016
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
Программное обеспечение Специальные вычислительные и контролирующие компьютерные программы, используемые в курсе: - Стандартная методика определения  среднего размера зерна с использованием полуавтоматического и автоматического анализа изображения (ASTM E1382 – 97, E112). - Стандартная методика определения содержания включений или второй фазовой составляющей в металлах посредством автоматического анализа изображений (ASTM Е 1245-03). - Автоматизированная методика определения обезуглероженного слоя. - Эталоны микроструктуры. - Методика количественной оценки структурной полосчатости низколегированных трубных сталей с помощью автоматического анализа изображений - Определение размера перлитных колоний - Определение процентного соотношения сорбитообразного перлита к пластинчатому Интернет-ресурсы Издательство «Машиностроение». Журнал «Сварочное производство». www. ic-tm. ru Издательство «Территория НЕФТЕГАЗ». Журнал «Территория НЕФТЕГАЗ». www. neftegas. info Издательство «ГАЗОЙЛПРЕСС». Журнал «Газовая промышленность». www. gasoilpress. ru Информационное агентство «Neftegaz. RU». Деловой журнал «Neftegaz. RU». www. neftegaz. ru
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Для проведения занятий имеется специализированная аудитория, оснащённая мультимедийным проектором и широкоформатным плазменным телевизором (монитором). Занятия обеспечены слайдами, копиями нормативных документов и компьютерными презентациями по отдельным разделам дисциплины.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО по направлению: 15.06.01 «Машиностроение»
Автор:	профессор, д. т.н.
Заведующий кафедрой «Сварка и мониторинг нефтегазовых сооружений»	доктор технических наук
Председатель учебно-методической комиссии факультета инженерной механики	доцент, к. т.н.
Начальник УМУ:	профессор, к. ф.н.