摘 要
探讨了数值模拟技术引入高职轧钢专业教学实践的必要性，结合近年来的教学经验，建立了数值模拟与传统试验相结合的教学体系。实践证明，将数值模拟引入到高职轧钢专业的教学实践，在解决理论与实践相结合的问题上，找到了新的途径，教学效果明显。
【关键词】工程技术 轧钢专业 数值模拟
轧钢专业的一个重要研究方向是材料塑性成形，而材料塑性成形是包含材料学、塑性力学、轧制理论和机械学等的交叉学科，主要的研究分析方法有上限法，主应力法和有限元法等。作为工程技术类的学科，在教学中既要系统的学习专业知识，还要将职业教育和工业实践相结合，培养学生能够在以后的工作当中发现问题、分析问题的能力，培养学生能在生产现场理论和实践相结合，解决现场具体问题的能力。
然而，目前高职的学生在入学之前，没有任何工业实践经验，仅通过开学时的专业认识学习，只能了解一些简单的理论知识，很难了解到实际现场的一些知识：从事高职类轧钢专业教学的教师，大部分从大学或研究院进修后，直接从事教学工作，也没有长期在生产一线从事工业实践的经历。此外，由于培养时间和经费的限制及相关专业人才的稀缺，使得针对工业实践的教学，无法系统充分地实施。
随着计算机数值模拟技术在工程技术领域的应用日渐普及，有限元技术已成为塑性成形领域教学与研究中的关键性技术。通过使用商业化有限元仿真软件，进行成形数值模拟，对金属成形工艺设计、模具设计以及成形品质的控制等，具有很大现实指导意义，可以部分解决实践经验不足所带来的问题。在实验方面，不再受到过多的时间及经费的限制，使学生在学习专业知识时，能够理论联系实践，形成很好的衔接。
1 数值模拟引入教学体系
数值模拟技术已经流行于国内外的大企业当中，已成为其新产品开发，新工艺开发的重要一环，并且有向生产一线发展的趋势。例如对高速线材吐丝温度的预测，板材轧制中对产品厚度的预测等。企业有了对于掌握一定数值模拟技术理论知识和实践能力的学生的需求。
为了能更好地满足企业的需求，让学生更好的理解数值模拟技术解决问题的基本思想，近年来，河北工业职业技术学院宣钢分院逐步建立和开设了数值模拟类相关课程，形成了初步的教学体系，并取得了一定的教学成果。
2 数值模拟技术在教学中的应用
轧钢专业涉及到对于轧制力的计算。对应于不同的公式，可以计算出给定条件的轧制力。在过去，课堂上只能给学生计算几个例子，让学生自己联系并理解和记忆影响轧制力的因数。学生不能够直观的感受到各种因数对轧制力的影响方式。采用三维弹塑性有限元法在大型有限元软件平台开发了轧制过程模拟系统DEFORM，并且为了验证有限元计算的可靠性，在二辊轧机上进行了轧制试验，实验得到的规律和计算结果一致，并且计算结果精度更高，由此证明了有限元软件分析轧制过程的可行性。
现在，在教学中使用DEFORM软件进行相应的数值模拟计算，让学生可以更直观的感受到各种因数对轧制力的影响。
在讲授轧制速度对轧制力的影响时，演示在只改变轧制速度而不改变其它条件时轧制力的变化，让学生更形象深刻地理解轧制速度对轧制力的影响，即热轧时随着轧制速度增加，变形抗力有所增加，平均单位压力有所增加，故轧制压力增加
3 数值模拟技术在基础实验教学中的应用
塑性成形原理是轧钢专业重要的专业基础课，挤压、圆柱体的镦粗实验，是金属塑性成形原理专业课程中的重要实验。传统的实验教学是具有一定的局限性的，学生无法直接观察到塑性变形过程中材料在模具型腔内的变形过程和金属质点的流动状况，只能通过观察变形结束后网格的变化情况，来推断金属的流动情况，对于变形过程中的其他信息也无法直观了解，如金属应力状态的分布及变形区变形的难易程度很难直观了解。
（1）DEFORM软件可以模拟挤压，镦粗实验，这样可以在一定程度减少对实验设备的依赖。让学生可以更大量的做模拟，加强对于实验现象的理解。
（2）在实验教学中使用DEFORM软件进行相应的数值模拟实验，不仅可以动态的观察到变形的全部过程，利用软件的后处理能力，还能对变形过程中的应力场，应变场和温度场等进行分析。
（3）在现实中不存在的一些理论状态也可以用DEFORM软件进行模拟。例如：在“镦粗变形中摩擦系数的影响”的实验教学中，摩擦系数为0（即理想的光滑无摩擦）或1这样的理论值是无法演示的。采取有限元与实验相结合的方法，则变形过程一目了然，并且可以很好的看到摩擦系数对镦粗的影响及金属质点的流动状态和变形区的难易程度。
4 结束语
河北工业职业技术学院宣钢分院轧钢专业，近年来以企业需求为导向，及时调整课程设置、优化传统的教学体系、拓宽专业口径，培养更多的专业合格人才。针对工程类人才的培养特点并结合我校学生的实际特点，在解决理论和实践相结合的问题上找到了新的途径，向企业和社会输送更多的专业人才。从有限元模拟技术与教学实践整合的运行情况看，历年的轧钢专业的教学实践表明，取得了良好的教学效果，具体体现在：
（1） 帮助学生更好地理解和掌握轧钢的基本理论知识。
（2） 提高了学生的分析问题、解决问题的能力和创新精神。
（3） 进一步提高了用人单位对我校学生的欢迎程度。
参考文献
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作者单位
河北工业职业技术学院宣钢分院 河北省张家口市 075100