吉林大学材料加工博士培养的方案1.docx
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吉林大学材料加工博士培养的方案1
材料加工工程专业博士研究生培养方案
一、培养目标
1、掌握马克思主义的基本原理，坚持四项基本原则，热爱祖国，遵纪守法，品德优良，学风严谨，具有实事求是、不断追求新知、勇于创造的科学精神，积极为社会主义建设服务。
2、掌握本学科坚实宽广的基础理论，系统深入的专门知识。
具有能独立从事科学研究和教学工作、组织解决重大实际问题的能力，并在科学领域专门技术上作出创造性成果。
3、至少掌握一门外国语，能熟练阅读外文资料，具有撰写学术论文和进行国际学术交流的能力。
4、有健康的体魄。
二、研究方向：
本专业共设研究方向4个。
各研究方向的主要内容及带头人见附表一。
三、学习年限及时间分配
博士研究生的课程学习实行学分制，博士研究生在其学习过程中至少应修满16学分，其中必修课12学分。
1、中国马克思主义与当代；36学时，2学分；第一学期开课；考试。
2、外国语：
博士外语不安排课堂教学，通过博士学位外语水平考试获得4个学分。
3、专业基础课与专业课，6学分。
变分理论与数值分析方法；40学时，2学分；第一学期开课；授课教师：
蔡中义。
力学冶金；40学时，2学分；第二学期开课；授课教师：
连建设；
最优控制及算法；40学时，2学分；第一学期开课；授课教师：
刘纯国；
以上两科中任选一科。
材料制备过程中的计算机模拟；40学时，2学分；第一学期开课；授课教师：
周宏。
4、选修课修满4学分以上
焊接冶金及金属焊接研究进展；20学时，1学分；第二学期开课；授课教师：
孙大千。
金属材料设计与制备；20学时，1学分；第二学期开课；授课教师：
姜启川。
材料表面与界面；20学时，1学分；第二学期开课；授课教师：
刘耀辉。
界面物理与化学；20学时，1学分；第二学期开课；授课教师：
于思荣。
超塑变形解析理论；20学时，1学分；第二学期开课；授课教师：
宋玉泉。
柔性成形基础理论与研究方法；20学时，1学分；第二学期开课；授课教师：
李明哲。
金属精密塑性成形理论与应用；20学时，1学分；第二学期开课；授课教师：
杨慎华。
金属塑性成形过程模拟；20学时，1学分；第二学期开课；授课教师：
寇淑清。
塑性大变形理论与有限元方法20学时，1学分，第二学期开课；授课教师：
蔡中义。
五、文献阅读
要求每位博士研究生必须阅读与研究课题相关文献多于100篇，其中外文资料不少于50篇。
并于第二学期进行考核。
考核方式：
专业组成考核小组，学生进行答辩。
六、开题报告
在第二学期学生应提交开题报告。
内容包括：
课题名称，研究内容，技术路线，初步的实验方案。
专业组成考核小组，学生进行答辩，考核小组进行评定。
如果开题报告未达到要求，3个月后重新进行。
七、中期考核
在入学第三学期末，专业将对每位学生进行论文工作期中检查。
主要考核学生论文的进行情况，包括是否按照开题报告的内容进行以及进行的情况。
八、论文工作
论文工作应与课程学习交叉进行，博士从第二学期开始进入课题。
要全面掌握博士研究生的论文工作进度，根据实际需要对论文工作计划进行及时和必要的调整。
硕士论文的具体要求按学校学位管理条例规定执行。
附表一：
材料加工工程专业研究方向及主要研究内容介绍
一级学科名称
材料科学与工程
代码
0805
二级学科名称
材料加工工程
代码
080503
序号
研究方向
主要内容介绍
带头人
01
超塑性与塑性精密加工
超塑性变形宏观规律和微观机理的衔接的研究，以及超塑性成型在现代工业生产中的应用和开发。
宋玉泉
02
新型合金、复合材料的液态成型理论技术值模拟
新型铸造变型合金的开发及传统合金的改性；金属基复合材料的制备及组织性能控制；液态成型过程的计算机模拟。
姜启川
03
塑性加工与模具CAD/CAM
从事塑性成型理论与工艺设计及成形用模具计算机辅助设计、辅助制造、辅助分析方法的研究。
李明哲
04
现代焊接成型与控制
现代焊接方法与智能控制，焊接机电一体化，材料的焊接连接及表面冶金强化。
孙大千
附表二：
博士生课程设置表
课程
类别
课程
编号
课程名称
任课
教师
教师
代码
学
时
学
分
开课
学期
授课
方式
考核
方式
1
2
必修课
公共课
0511801001
0511801002
0511801003
0111802001
博士英语一外
博士日语一外
博士俄语一外（任选其一）
中国马克思主义与当代
36
4
4
4
2
√
√
√
√
讲授
讲授
讲授
讲授
考试
考试
考试
考试
专业基础课
0812403001
0812403002
0812403003
变分理论与数值分析方法
（以下两门中任选一科）
力学冶金
最优控制理论及算法
蔡中义
连建设
刘纯国
228033
223464
298002
40
40
40
2
2
2
√
√
√
讲授
讲授
讲授
考试
考试
考试
专业课
0812403301
材料制备过程中的计算机模拟
周宏
223347
40
2
√
讲授
考试
选
修
课
必修环节
文献阅读报告
开题报告
选修环节
0812403302
0812403303
0812403304
0812403305
0812403306
0812403307
0812403308
0812403309
0812403310
焊接冶金及金属焊接研究进展
金属材料设计与制备
材料表面与界面
界面物理与化学
超塑变形解析理论
柔性成形基础理论与研究方法
金属精密塑性成形理论与应用
金属塑性成形过程模拟
塑性大变形理论与有限元方法
孙大千
姜启川
刘耀辉
于思荣
宋玉泉
李明哲
杨慎华
寇淑清
蔡中义
223423
223338
223339
223517
223360
228009
228014
228046
228033
20
20
20
20
20
20
20
20
20
1
1
1
1
1
1
1
1
1
√
√
√
√√
√
√
√
√
讲授
讲授
讲授
讲授
讲授
讲授
讲授
讲授
讲授
考查
考查
考查
考查
考查
考查
考查
考查
考查
补
修
课
08224033010822403001
材料加工过程数值模拟
材料物理
周宏
朱永福
223347
602570
40
40
√
√
讲授
讲授
考查
考查
《变分理论与数值分析方法》学位课程教学大纲
课程编号：
0812403001课程名称：
变分理论与数值分析方法
学时：
40 学分：
2 开课学期：
1
开课单位：
材料科学与工程学院
任课教师：
蔡中义 教师代码：
228033 教师职称：
教授
教师梯队：
1、课程目的、任务及对象
本课程是材料加工工程专业博士研究生学位课程，主要介绍材料成型过程数值模拟技术的基本原理和数值方法，目的是为材料加工类研究生打下一个坚实宽厚的有限单元法（FEM）、有限差分法（FDM）的数学基础。
在课程内容安排上注重知识的系统性和完整性，从数学基础入手，强调有限元与有限差分建模的一般性方法，力求使学生能够深刻理解和掌握其基本思想和求解原理。
同时，结合铸造、塑性加工和焊接专业领域的特点，介绍数值分析方法在应力应变场、温度场与流场中的实际应用，培养学生运用数学方法解决实际问题的能力。
本课程对其涉及到的数学理论，将不作详细推导与严格论证，而采用直观易懂的举例说明的形式，以达到深入浅出的效果。
2、授课的具体内容
第一章 绪论
§1.1 材料热加工数值模拟中的基本问题与基本方法
§1.2 材料加工过程的基本方程
§1.3 本课程的特点与主要内容
第二章 泛函与变分
§2.1 泛函与泛函极值
§2.2 变分与欧拉（Euler）方程
§2.3 线性自伴随微分方程的变分原理
§2.4 不同类型温度场的泛函与变分原理
§2.5 弹塑性问题的变分法原理
§2.6 变分问题的直接解法——里兹（Ritz）方法
第三章 加权余量法
§3.1 微分方程的等效积分形式
§3.2 最小二乘法、伽辽金（Galerkin）方法
§3.3 微分与偏微分方程的有限元解法
§3.4 有限元方法解题分析
第四章 变分法在材料热成型数值模拟中的应用
§4.1 温度场问题的有限元方法
§4.2 弹塑性问题的有限元方法
§4.3 流场典型问题的有限元方法
第五章 有限差分法及其应用
§5.1 差分方法
§5.2 微分方程的差分求解
§5.3 材料加工温度场问题的差分法
§5.4 金属热成型过程流场的差分法
3、实践性环节
在课程学习过程中安排适当的上机操作，应用Ansys等商业软件，进行简单温度场、应力应变场、流场等数值分析，使学生在实践中加深对FDM、FEM的理解。
4、本课学习的基本要求
通过本课程的学习，使学生熟悉数值模拟的基本概念，掌握有限单元法与有限差分法的基本原理与求解方法，具备材料成型过程数值模拟的基础知识。
5、预备知识
数值方法、材料成型原理
6、教材及主要参考书
（1）《工程数学——变分法》，祝同江，谈天民编，北京理工大学出版社
（2）《变分法》，吴迪光编，高等教育出版社
（3）《材料热加工过程的数值模拟》，张凯锋，魏艳红,魏尊杰等编，哈尔滨工业大学出版社
（4）《有限元的基本原理与数值方法》，王勖成，邵敏编，清华大学出版社
（5）《温度场问题的数值模拟》，刘高典编，重庆大学出版社
（6）《流体力学数值方法》，章本照，印建安，张宏基编，机械工业出版社
7、教学方式及考试方式
本课程的内容以课堂授课为主，安排少量的上机环节，课程结束将进行综合考试。
《力学冶金》学位课程教学大纲
课程编号：
0812403002课程名称：
变分理论与数值分析方法
学时：
40 学分：
2 开课学期：
2
开课单位：
材料科学与工程学院
任课教师：
连建设 教师代码：
223464 教师职称：
教授
教师梯队：
1、课程目的、任务及对象
本课程是材料加工工程专业博士研究生学位课程，材料的力学冶金是材料科学与工程学科的主要理论基础课程.主要介绍材料的宏观力学行为以及和微观组织结构之间的关系.从宏观力学性能的角度,详细介绍主要的力学性能研究方法,包括拉伸,疲劳,断裂.蠕变等.从微观组织角度介绍微观变形的位错理论,晶体学滑移变形理论,晶界滑移变形理论.并对最新进展的纳米材料的力学行为给予必要的介绍和分析.本课程涉及材料的基础理论和固体和塑性力学的基本知识。
2、授课的具体内容
第一章 绪论
1.1 材料力学冶金的基本研究方法
1.2 本课程的特点与主要内容
第二章 材料拉伸力学性能
2.1 强度和塑性及加工硬化
2.2塑性失稳与断裂
2.3 超塑形
第三章 材料力学行为的位错理论
3.1 位错的基本知识
3.2 位错源和位错增值
3.3 晶界的影响，Hall-Petch关系式，
3.4 各种强化机制
第四章 材料变形的晶体学滑移理论
4.1 临界剪切应力
4.2 滑移面和滑移方向
4.3 泰劳理论和Bishop-Hill理论
4.4晶体学织构及材料各向异性
第五章 各种性能实验方法
5.1 疲劳
5.2 断裂
5.3 蠕变及高温变形
5.4 超塑性
第六章纳米材料力学性能
6.1纳米材料强度和塑性
6.2反Hall-Petch关系
6.3晶界及位错的作用
6.4性能改善的潜力
3、实践性环节
4、本课学习的基本要求
通过本课程的学习，使学生熟悉材料力学冶金的基本知识，能够对材微观组织和力学性能之间的关系有详细的了解,并应用于工程材料的实验和理论研究及性能分析。
5、预备知识
材料科学基础,塑性力学。
6、教材及主要参考书
7、教学方式及考试方式
本课程的内容以课堂授课为主，课程结束将进行综合考试。
《最优控制理论与算法》课程教学大纲
课程编号：
0812403003课程名称：
最优控制理论与算法
学时：
40 学分：
2 开课学期：
1
开课单位：
材料科学与工程学院
任课教师：
刘纯国 教师代码：
298002 教师职称：
副教授
教师梯队：
付文智、苏世忠、孙刚
1、课程目的、任务及对象
作为现代控制理论的重要组成部分，最优控制理论已经被广泛地应用于理论研究与工程实践，发挥了重要的作用。
本课程的目的是使学生掌握最优控制理论的研究对象、基本研究方法、主要研究领域和结果；领略到最优控制的基本任务、基本思想和若干标准结果；了解最优控制理论与方法在现代材料加工过程控制中的应用状况，为今后的研究提供基础。
同时拓宽学生思路，增强应用最优控制思想解决科学研究与工程应用问题的能力。
本课程着重讲解最优控制基本问题，变分法，极大值原理，动态规划，线性二次型问题和最优控制问题的数值算法。
主要面向材料加工工程专业博士研究生，也可以作为相关专业研究生的选修课。
2、授课的具体内容
第一章 绪论
§1-1 最优控制的发展及现状
§1-2 最优控制的典型实例
§1-3 最优控制问题的数学描述
第二章 变分法及其在最优控制中的应用
§2-1 变分法的基本概念
§2-2 无约束条件的泛函极值问题
§2-3 有约束条件的泛函极值问题
§2-4 用变分法求解最优控制问题
第三章 极大值原理
§3-1 自由末端的极大值原理
§3-2 极大值原理的证明
§3-3 极大值原理的几种具体形式
§3-4 约束条件处理
§3-5 应用极大值原理求解时间、燃料最优控制问题
第四章 动态规划
§4-1 多级决策问题
§4-2 最优原理与递推方法
§4-3 动态规划算法
§4-4 连续动态规划、哈密顿—雅可比方程
§4-5 极大值原理和动态规划的关系
第五章 线性二次型最优控制问题
§5-1有广泛工业背景的线性二次型最优控制问题
§5-2 线性连续系统有限时间LQR问题
§5-3 无限时间LQR问题
§5-4 输出调节器问题
§5-5 跟踪器问题
§5-6 线性离散系统状态调节器问题
第六章 最优控制问题的数值算法
§6-1梯度法
§6-2 极值曲线变分法
§6-3 拟线性法求解最优控制问题
3、实践性环节
讲述过程中布置最优控制问题，应用MATLAB中的最优控制工具箱上机求解，使学生在实践中加深理解。
4、本课学习的基本要求
本课程的学习除了具备必要的数学基础外，要求了解自动控制原理的相关知识。
通过学习掌握最优控制理论思想与计算方法，增强解决科学研究与工程实践问题的能力，尤其是现代材料加工工程中的问题，开拓思路，为今后的研究提供基础。
5、预备知识
高等数学、数值方法
6、教材及主要参考书
解学书最优控制理论与应用清华大学出版社北京1986
刘培玉应用最优控制大连理工大学出版社大连1990
王子才、赵长安应用最优控制哈尔滨工业大学出版社哈尔滨1989
吴沧浦最优控制的理论与方法（第二版）国防工业出版社北京2000
顾立均最优控制系统水利电力出版社北京1993
7、教学方式及考试方式
专题报告（30%）+上机作业（20%）+考试（50%）。
《材料制备过程中的计算机模拟》课程教学大纲
课程编号：
0812403301课程名称：
材料制备过程中的计算机模拟
学时：
40学分：
2开课学期：
1
开课学院：
材料科学与工程学院
任课教师：
周宏教师代码：
223347教师职称：
教授
教师梯队：
王春生寇淑清
1、课程目的、任务及对象
对象：
材料加工工程专业博士研究生
目的、任务：
主要讲述材料制备过程中数值分析方法、实施计算机数值模拟对算建立的模型初始条件与边界条件处理方法和进一步提高计算结果的可靠性的技术手段。
在此基础上，培养博士研究生运用数值模拟技术方法解决材料制备过程中处理大型科学计算问题能力，同时根据材料加工学科铸造、塑性加工、焊接等专业领域的材料制备过程中加工方法的特点，重点讲授材料制备过程中数值模拟中关键问题的处理方法和对使用大型商业化软件技术处理方法。
2、授课的具体内容
第一章材料制备数值分析基础理论
§1.1描述材料制备过程数学模型的建立；
§1.2构建材料制备过程中的场问题；
§1.3材料制备过程中应力/应变问题；
§1.4材料制备过程中三传问题及耦合计算基础热过程。
第二章材料制备过程数值模拟方法
§2.1弹性问题有限单元法及数值计算若干问题
§2.2应力/应变问题有限元解法；
§2.3温度场计算过程中应力/应变问题；
§2.4离散化处理方法；
§2.5控制求解过程稳定性和数值收敛的条件；
§2.6非稳态三传方程的离散化处理；
§2.7紊流传热数值分析及方程离散化
第三章材料制备过程中关键问题的处理方法
§3.1确定数学模型的关键问题；
§3.2不规则材料制备过程中数学模型的边界条件；
§3.3数值计算的初始条件；
§3.4高温条件下材料热物理参数处理方法；
§3.5相变过程对传热过程数值模拟的影响；
§3.6移动界面的处理；
§3.7对流传热与对流传质问题；
第四章材料制备过程中典型问题
§4.1小变形弹塑性有限元法
§4.2刚（/粘）塑性变形有限元法
§4.3大变形弹塑性有限元法
§4.4焊接热过程中电磁场问题的数值分析
§4.5熔滴过渡形式对温度场数值模拟的影响
§4.6充填过程模拟
§4.7结晶过程模拟
3、实践环节
应用ANSYS等商业软件，进行简单应力应变场数值分析。
4、本课学习的基本要求
通过本课程的学习，掌握建立数学模型和处理数学模型的方法，具备材料制备过程中数值分析能力，并利用相应的商业化软件模拟计算。
5、预备知识
有限单元法基础、材料成型原理、材料加工过程中数值模拟、塑性力学
6、教材及主要参考书
《材料热加工过程的数值模拟》张凯锋等，哈尔滨工业大学出版社
《塑性加工数值模拟》肖景荣、李尚键，华中理工大学出版社
《传热与流体流动数值计算》S.V.帕坦卡，科学技术出版社
《焊接热过程数值模拟》武传松哈尔滨工业大学出版社
7、教学方式及考试方式
以课堂授课、讨论和自学为主，课程结束提交研究报告。
《焊接方法机电一体化研究进展》课程内容简介
课程编号：
43013054课程名称：
焊接方法与焊接机电一体化研究进展
学时：
40学分:
2开课学期：
2
开课单位：
材料科学与工程学院
教师姓名：
赵熹华教师代码：
223538教师职称：
教授
教师梯队：
元哲石、吴执中
课程简介：
使材料加工工程学科博士研究生能较系统、深入掌握现代焊接方法（尤其是搅拌摩擦焊、复合焊接方法等）和现代焊接生产技术中的机械化、自动化、柔性化等国内外现状和发展趋势。
本课程重点介绍压焊领域中最新焊接方法——搅拌摩擦焊（FrictionStirWelding,FSW）原理、工艺、设备及接头质量控制等技术；同时，重点介绍熔焊领域中最新焊接方法——复合焊接（HybridWelding）种类（LB-TIG、LB-MAG/MIG、LB-PAW、LB-FSW……）、原理、工艺、设备及接头质量控制等技术；重点介绍焊接机电一体化中有关焊接机器人智能化技术，包括机器人焊接任务自主规划、机器人焊接的焊缝跟踪与导引、熔池动态过程的视觉传感与控制、机器人焊接柔性制造单元/系统、柔性焊装生产线应用实例等。
《焊接冶金及金属焊接研究进展》课程简介
课程编号：
0812403302课程名称：
焊接冶金及金属焊接研究进展
学时：
20学分：
1开课学期：
2
开课单位：
材料科学与工程学院
任课教师：
孙大千教师代码：
223423教师职称：
教授
课程简介：
焊接冶金及金属焊接性研究进展是材料加工工程专业博士研究生专业选修课。
本课程主要介绍金属材料，特别是先进金属材料焊接冶金及焊接性最新研究进展，其中包括：
焊缝凝固过程中的冶金行为；焊接过程的力学行为；焊缝金属强韧性优化设计；焊接热影响区物理冶金；焊接冷裂纹的微观本质、控制因子及判据；焊接热裂纹形成机理；焊接再热裂纹的微观机理及产生条件；焊接应力腐蚀裂纹产生机理及控制等。
通过本课程的学习，对焊接成型过程的微观本质有更深入的理解，为焊接成型理论与技术的研究奠定必要的基础。
《金属材料设计与制备》课程内容简介
课程编号：
0812403303课程名称：
金属材料设计与制备
学时：
20 学分：
1 开课学期：
2
开课单位：
材料科学与工程学院
任课教师：
姜启川 教师代码：
223338 教师职称：
教授
教师梯队:
赵宇光、王慧远、王金国
课程简介：
本课程主要介绍获得高性能与特殊功能金属材料的设计和制备技术的状况与最新进展。
其中包括：
元素的固有性质、金属的结构、金属的特性；具有特殊性能与功能金属材料的优化设计思想、原理和制备原理与技术及制备过程中的关键科学问题。
内容包括：
元素性质，相图，液态金属结构，相变热力学（相形成条件等）与动力学（形核、生长、组织演变等），晶体学，合金设计计算，材料结构─组织─性能之间的关系，金属材料的制备原理、方法、工艺与技术；其材料主要包括：
亚稳材料（非晶、纳米材料）、金属陶瓷材料、金属间化合物、颗粒与纤维局部、梯度、整体增强金属基复合材料、高性能钢铁材料与铝合金、镁合金、钛合金等轻量化材料、表面强化材料等。
《材料表面与界面》课程内容简介
课程编号：
0812403304课程名称：
材料的表面与界面
学 时：
20 学 分：
1 开课学期：
2
任课教师：
刘耀辉 教师代码：
223339 教师职称：
教授
教师梯队：
于思荣
课程简介：
由于材料的所有问题都可以归结为表面和界面问题。
因此对表面和界面的学习与研究是很重要的。
本课程以复合材料为代表材料，介绍材料的表面与界面结构和特征，表面张力及其影响因素，界面润湿性及其改善措施；金属材料晶界结构及性质；复合材料的界面结构及表征、界面反应、界面相容性与界面相互作用、界面接合、界面性能；材料表面改性工艺方法、理论及表面性能等。
本课程采用课堂讲授、自学讨论及课程论文等形式完成教学考核过程。
《
升级会员 