1. Цели освоения дисциплины
В результате освоения данной дисциплины магистрант приобретает знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение целей основной образовательной программы «Машиностроение».
В соответствии с общими целями непосредственной целью изучения дисциплины «Физические основы нанотехнологий и их применение в сварке»является получение обучающимися фундаментальных знаний в области физики, химии сварочных процессов и нанотехнологий.
В соответствии с задачами подготовки магистранта к профессиональной деятельности непосредственными задачами изучения физических основ нанотехнологий и их применение в сварке:
- изучить классификацию, строение и структуру наноматериалов;
- изучить физические основы и методы получения наноматериалов
- усвоить основные процессы, способствующие получению наноструктурного состояния в сварных соединениях;
- изучить методы исследования наноматериалов;
- усвоить физические свойства наноматериалов и влияние наноструктуры и поврежденности на закономерности развития трещин;
- научиться применять полученные знания для оценки состояния сварных соединений.
2. Место дисциплины в структуре ООП магистратуры
Дисциплина физические основы нанотехнологий и их применение в сварке является вариативной дисциплиной Б1.В.04.
Физические основы нанотехнологий и их применение в сварке – дисциплина, изучение которой способствует формированию у обучающихся воспитанию научного и практического подхода к постановке и решению прикладных задач по оценке качества сварных соединений потенциально-опасного оборудования и различных металлоконструкций, формированию общей технической культуры будущего магистра (образ мышления, язык).
Изложение дисциплины физические основы нанотехнологий и их применение в сварке базируется на общей физике, физике конденсированного состояния (физике металлов), химии, математике, металловедении, сопротивлении материалов и технологии металлов, технологии сварочного производства, изучаемых в рамках общего и высшего профессионального образования.
Для успешного изучения курса дисциплины физические основы нанотехнологий и их применение в сварке, помимо знаний элементарной физики и математики, обучающий должен обладать следующими знаниями:
- из курса общей физики иметь понятия о физической акустике, ядерной физике, электромагнетизме, полях напряжений, радиолокации;
- из курса химии процессы, протекающие в металлах при температурах выше Тпл.;
- из векторной алгебры иметь понятия о векторах и математических операциях с векторами, понятия скалярного и векторного произведений;
- из курса металловедения иметь понятия о структурах, сталях, их марках, свойствах сталей и химическом составе, основных видах дефектов металлургического производства и дефектах в сварных соединениях;
- из курса технологии сварочного производства иметь знания о методах и способах сварки, о строении сварного соединения трещиностойкости сварных соединений.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Физические основы нанотехнологий и их применение в сварке»
В соответствии с ФГОСом выпускник должен обладать следующими компетенциями:
1. способностью обеспечивать управление программами освоения новой продукции и технологий, проводить оценку производственных и непроизводственных затрат на обеспечение требуемого качества продукции, анализировать результаты деятельности производственных подразделений (ОПК-9).
2. способностью разрабатывать физические и математические модели исследуемых машин, приводов, систем, процессов, явлений и объектов, относящихся к профессиональной сфере, разрабатывать методики и организовывать проведение экспериментов с анализом их результатов(ПК-9).
Знать:способы оценки производственных и непроизводственных затрат на обеспечение требуемого качества продукции;современные физико-математические методы, применяемые в инженерии (2);
Уметь:применять новые конструкционные материалы и использовать компьютерные технологии при разработке технологических процессов в машиностроительном производстве;выполнять работы в области научно-технической деятельности по информационному обслуживанию и организации производства.
Владеть:способамиуправления программами освоения новой продукции и технологий; навыками разработки элементов новых технологических процессов в машиностроительном производстве.
4. Структура и содержание дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет - 2 зачетных единицы, 72 ч.
4.1. Лабораторные занятия
Неделя семестра | Наименование работы | Объем в часах/ЗЕ | |
Очн. | Очн.-заочн. | ||
1-4 | Исследование топографии поверхности методом сканирующей туннельной микроскопии | 6/0,17 | 6/0,17 |
5-11 | Применение программного комплекса ANSYS для моделирования наноэлементной микроструктуры | 4/0,11 | 4/0,11 |
12-17 | Конечно-элементное моделирование тепловых процессов при сварке | 4/0,11 | 4/0,11 |
Итого | 14/0,39 | 14/0,39 |
4.2. Самостоятельная работа студента
Неделя семестра | Вид СРС | Объем в часах/ЗЕ | |
Очн. | Очн.-заочн. | ||
1-4 | Изучить основные области применения наноматериалов и возможные ограничения [2,4] | 16/0,44 | 16/0,44 |
5-8 | Изучить основные методы получения объёмныхнаноматериалов [2-7] | 14/0,39 | 14/0,39 |
9-12 | Изучить неразрушающие методы диагностирования наноматериалов[1] | 14/0,39 | 14/0,39 |
13-17 | Изучить применение наноструктурированных изделий в машиностроении[1, 4] | 14/0,39 | 14/0,39 |
Итого | 58/1,61 | 58/1,61 |
5. Образовательные технологии.
В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по достижению главной цели ООП о готовности выпускника к области и объектам профессиональной деятельности и овладению отмеченными в разделе 3 компетенциями при изучении дисциплины предполагается проведение не менее 40% учебных занятий.
Применяются следующие активные и интерактивные формы проведения аудиторных занятий:
- лекции с применением мультимедийных презентаций; практические и лабораторные занятия с применением групповых дискуссий и обсуждением результатов.
Применяются следующие активные и интерактивные формы внеаудиторной работы:
- коллоквиумы с применением мультимедийных презентаций; устные опросы – отчеты по лабораторным работам; групповые дискуссии и обсуждение результатов научно-исследовательских работ с применением мультимедийных презентаций; вузовские и межвузовские телеконференции и Веб-семинары.
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины иучебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
6.1. Перечень вопросов для устного опроса (УО1-УО4)
Классификация наноматериалов. Определения нанонуки, нанотехнологии, наноматериалов. Основные типы структур наноматериалов. Влияние величины зерна на объемные доли границ зерен, границ раздела и тройных стыков. Кластеры в наноматериалах. Основные области применения наноматериалов. Наноматериалы и инструменты. Наноматериалы в электронике. Наноматериалы в военной технике. Наноматериалы в триботехнике. Наноматериалы в медицине и в биологии. Наноматериалы в композитах. Основные методы получения наноматериалов. Методы получения нанопорошков. Законы физики и классические законы гидродинамики в наномире. Применение фуллеренов для снижения поражающего действия радиоактивного излучения на живые организмы. Получение наноструктур в сварных соединениях. Методы получения наноматериалов с использованием интенсивной пластической деформации. Лазерная группа методов получения наноматериалов. Нанотрубки из графена. Сверхпрочные нанокомпозиты. Магнитные наноструктуры. Диагностика наноструктур. Новые сверхточные микроскопы. Методы получения наноматериалов с использованием технологий обработки поверхности. Квантовые точки, нанопроволоки, нановолокна. Методы исследования наноматериалов. Электронная микроскопия. Просвечивающая и растровая микроскопия. Сканирующие зондовые методы исследования. Наноматериалы в сварных швах Влияние нанопорошков на структурно-фазовое состояние сварного соединения. Нанопопрошки при сварке трением.
6.2. Требования к отчету по лабораторным работам
Отчет о выполненной работе оформляется в виде протокола, содержащего следующие разделы:
Титульный лист с указанием необходимых выходных данных. Цель и задачи лабораторной работы. Основные теоретические положения. Общая методика выполнения лабораторной работы. Перечень средств используемого технического оснащения. Результаты выполнения лабораторной работы Общие выводы по работе.Текст, эскизы, схемы, таблицы, расчетные данные, графики зависимостей и др. должны соответствовать требованиям, предъявляемым государственными стандартами. Целесообразно выполнение графических зависимостей с использованием стандартных программных продуктов типа Excel, Statistica и др.
6.3. Вопросы по курсу «Физические основы нанотехнологий и их применение в сварке»
Определения нанонауки, нанотехнологии, наноматериалов. Классификация наноматериалов. Основные типы структур наноматериалов. Физические причины специфики наноматериалов. Влияние величины зерна на объемные доли границ зерен, границ раздела и тройных стыков. Кластеры в наноматериалах. Основные области применения наноматериаловю Области ограническия применения наноматериалов. Наноматериалы и инструменты. Наноматериалы в композитах. Наноматериалы в электронике. Наноматериалы в военной технике. Наоматериалы в триботехнике. Наноматериалы в медицине и в биологии. Основные методы получения наноматериалов. Методы получения нанопорошков. Технологии высокоэнергетического синтеза получения нанопорошков. Плазмохимический синтез получения нанопорошков. Методы физического осаждения из паровой фазы получения нанопорошков. Взрывное испарение для получения нанопорошков. Контактное охлаждение с помощью водоохлаждаемого диска или барабана для получения наноматериалов. Механическое размельчение для получения наноматериалов. Методы форматирования изделий из нанопорошков. Методы получения наноматериалов с использованием аморфизации. Методы получения наноматериалов с использованием интенсивной пластической деформации. Методы получения наноматериалов с использованием технологий обработки поверхности. Методы получения наноматериалов, основанных на физических процессах. Методы получения наноматериалов, основанных на технологиях ионно-лучевого распыления и ионной имплантации. Лазерная группа методов получения наноматериалов. Методы получения наноматериалов. основанных на химических процессах. Фуллерены, нанотрубки. Графены. Квантовые точки, нанопроволоки, нановолокна. Методы исследования наноматериалов. Электронная микроскопия. Просвечивающая и растровая микроскопия. Спектральные методы исследования. Сканирующие зондовые методы исследования. Атомно-силовая микроскопия. Магнито-силовая зондовая микроскопия. Сканирующая микроскопия ближней сканирующей зоны. Сканирующая туннельная микроскопия. Наноматериалы в сварных швах Наноструктура наплавки. Влияние нанопорошков на структурно-фазовое состояние сварного соединения. Нанопорошки при сварке трением Нанопорошки при плазменной наплавке.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
d90e5b6628b4291225cba0bdc643c295
7.1. Основная литература
1. Смирнов, основы нанотехнологий [Электронный ресурс] : учебное пособие для бакалавров и магистров направления подготовки 150700.62 «Машиностроение», профиль «Оборудование и технология сварочного производства», 151900.62 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» профиль «Технология машиностроения» / , ,
; ФГБОУ ВПО «Кузбас. гос. техн. ун-т им. », каф. технологии машиностроения. – Кемерово, 2012. – 123 c. – Доступна электронная версия: http://library. kuzstu. ru/meto. php? n=90855&type=utchposob:common
7.2. Дополнительная литература
2. Витязь, нанотехнологий и наноматериалов: учебное пособие. – Минск :Вышэйшая школа, 2010. – 304 c. – Режим доступа: http://biblioclub. ru/index. php? page=book_red&id=109924. – Загл. с экрана. (06.06.2016)
3. Фостер, Л. Нанотехнологии. Наука, инновации и возможности. – Москва : РИЦ «Техносфера», 2008. – 337 c. – Режим доступа:
http://biblioclub. ru/index. php? page=book_red&id=135424. – Загл. с экрана. (06.06.2016)
4. Суздалев, : физико-химиянанокластеров, наноструктур и наноматериалов / . – Москва : ЛИБРИКОМ, 2009. – 592 c.
7.3. Методические издания
5. Пимонов, основы нанотехнологий и их применение в сварке [Электронный ресурс] : методические указания к лабораторным занятиям для студентов направления подготовки 150700.68 «Машиностроение» / ; ФГБОУ ВПО «Кузбас. гос. техн. ун-т им. », каф. технологии машиностроения. – Кемерово, 2013. – 49 c. – Режим доступа: http://library. kuzstu. ru/meto. php? n=6802. – Загл. с экрана. (22.08.2016)
6. Пимонов, основы нанотехнологий и их применение в сварке [Электронный ресурс] : методические указания к самостоятельной работе для студентов направления подготовки 150700.68 «Машиностроение» / ; ФГБОУ ВПО «Кузбас. гос. техн. ун-т им. », каф. технологии машиностроения. – Кемерово, 2013. – 9 c. – Режим доступа: http://library. kuzstu. ru/meto. php? n=6803. – Загл. с экрана. (22.08.2016)
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины.
Комплекты плакатов, карточек и слайдов к аудиовизуальным средствам.
9. Методические указания для студентов.
Основной учебной работой студента является самостоятельная работа в течение всего срока обучения. Начинать изучение дисциплины необходимо с ознакомления с целями и задачами дисциплины и знаниями и умениями, приобретаемыми в процессе изучения. Далее следует проработать конспекты лекций, рассмотрев отдельные вопросы по предложенным источникам литературы. Все неясные вопросы по дисциплине студент может разрешить на консультациях, проводимых по расписанию. При подготовке к лабораторным занятиям студент в обязательном порядке изучает теоретический материал в соответствии с методическими указаниями к лабораторным занятиям.
10. Аннотация рабочей программы
Код программы
15.04.01. Б1.В.04-16-02РП– рабочая программа дисциплины «Оборудование и технология специальных методов сварки» для профилей 15.04.01«Машиностроение».
Дисциплина «Оборудование и технология специальных методов сварки» является вариативной дисциплиной подготовки магистров по направлению 15.04.01 «Машиностроение».
Дисциплина нацелена на формирование профессиональных (ПК-1, ПК-2) компетенций выпускника.
Содержание дисциплины охватывает круг вопросов, связанных с решением научных и инженерно-технических задач. Непосредственной целью изучения оборудования и технологии специальных методов сваркиявляется получение обучающимися фундаментальных знаний в области сварки изделий машиностроения специальными методами, а также современного оборудования, применяемого при этом.
Преподавание дисциплины предусматривает следующие формы организации учебного процесса: лекционные, лабораторныеработы, самостоятельную работу студента.
Программой дисциплины предусмотрены следующие виды контроля: текущий контроль успеваемости по контрольным вопросам и типовым заданиям для лабораторных, защита отчетов по лабораторным работам и итоговый контроль в форме зачета.
Общая трудоемкость освоения дисциплины составляет 2зачетных единицы (72 час.). Программой дисциплины предусмотрены лабораторные занятия(14 час.) и самостоятельная работа студента (58 час.).
11. Внесение изменений
