学科分类
高速/重载铁路撒叉材料制备与服役性能表征虚拟仿真实验
1）下载并安装虚拟仿真软件。 2）下载bat文件并复制到虚拟仿真软件安装目录下，然后在bat文件上单击右键，然后选择“以管理员身份运行”，弹出的提示对话框请选择“是”或"允许"。 3）点击web页面上的“启动虚拟仿真软件”或“预览”按钮，即启动虚拟仿真软件并开始实验。 提示：如果点击web页面上的“启动虚拟仿真软件”或“预览”按钮后，没有启动虚拟仿真软件，可能是因为您的系统只支持Ansi编码格式的，请修改bat文件的编码格式： 1）用记事本打开bat文件； 2）选择“文件”→“另存为”，在“另存为”对话框底部的编码格式由UTF8修改为“ANSI”； 3）单击“保存”按钮。
名称
金属材料熔炼浇注及组织性能检测虚拟仿真实验
实验目的
基于“新工科”教育理念，本项目以材料科学与工程专业的《材料制备及工艺综合实验》、材料成型及控制工程专业的《材料成型虚拟仿真（VR)综合实践》等课程实践教学为建设对象，按照“专业急需、省内一流”的要求，开发制作基于虚拟仿真实验训练技术的网络可视化教学平台，搭建虚拟仿真与实验场景，实现相关课程的虚拟仿真实验教学，探索理工类专业实践培养新模式，培养具有“工匠”与“创新”精神的材料科学及工程领域专业人才，为校、省甚至国内相同（相近）专业的教学改革和教学实施提供范例和优质资源。
本项目实施预期达到以下目的：
（1）采用数字化虚拟现实技术，构建计算机仿真与可视化实践的虚拟教学平台，实现“虚实结合”的虚拟化教学平台。提高实验安全性，在上课前，通过虚拟仿真教学实验，先熟悉实验流程，了解实验安全注意事项，避免高温金属液态飞溅，大负荷机械传动带来的安全隐患。
（2）通过“金属材料熔炼浇注及组织性能检测”虚拟仿真实验平台，促使学生通过多次反复练习虚拟实验的实际操作，通过模拟对中频感应炉的实践操作，熟悉中频感应炉的结构组成及生产工艺工程、炉前光谱测定、热处理工艺设定、力学性能测定、X射线探伤等内容，掌握作为工程实训的基本职业素养与操作要求，培养学生铸造行业安全素养，为今后的工作打下坚持的学科实践基础。
（3）通过本项目平台的应用学习，强化学生的理论知识，调动学生进行实验的积极性和主动性，在掌握基础知识的同时，自主设计实验和操作，解决实际操作中的问题，增加学生创新创造能力。
（4）实现金属材料熔炼浇注及性能检测虚拟实验室的初步建设，为后期同类专业课程虚拟仿真实验与实践教学提供有益的探索。
实验原理
知识点可以归纳为8个方面要求（包括认知、实践能力及综合分析）：
（1）中频感应炉结构组成
感应炉主要部件包括以下4 部分。
炉体部分：感应器、炉盖、炉架、倾斜机构等；
电气部分：电源、变压器、电抗器、电容和控制系统等。
冷却水系统：包括电容器冷却，感应器冷却和软电缆冷却。冷却用水系统是由水泵、循环水池或冷却塔及管道阀门等组成。
液压系统：包括油箱、油泵、油泵电机、液压系统管道与阀门和液压操作台等。
（2）中频感应炉工作原理
感应电炉是利用电磁感应现象将电能转变为热能来熔炼金属的。感应炉主要由电源、感应圈及感应圈内用耐火材料筑成的坩埚组成。感应圈接通交流电源时，在感应圈内产生交变磁场，其磁力线切割坩埚中的金属炉料，在料中产生感应电动势，由于炉料本身形成一闭合回路，在炉料中同时产生了感应电流。感应电流通过炉料时，按Q＝0.24I2Rt的关系转变为焦尔热，使炉料加热和熔化。
（3）熔炼工艺过程控制
包括炉料配比、装料、送电、熔化期、还原精炼期、金属液成分调整与合金化、出炉等环节。炉料配比经计算后，按一定原则进行装料；熔化期是重要阶段，熔化先小功率后大功率，直到熔清。熔化过程中要捅料防止“搭桥”，熔清后可取样分析，并进行相应成分调整、炉前处理、成分分析及温度测定。
（4）炉前材料组份分析
根据熔炼金属类型不同，感应炉炉前分析操作有所区别，通常炉前分析包括：炉前处理、炉前取样、化学成分检验、气体含量检验、测温（出炉温度）等。
（5）样品成分测定与质量检验
直读光谱仪广泛应用于熔炼浇注试样化学成分快速分析。元素在受到热或电激发时，由基态跃迁到激发态返回到基态时，发射出特征光谱，依据特征光谱进行定性、定量分析方法。
光谱测定操作除光谱设备使用外，最重要的环节就是取样及样品制备，感应炉熔炼金属后，进行取样进行化学成份分析，试样表面需加工平整，边沿无毛刺，不能有砂眼、气孔、缩孔缩松等缺陷，试样分析表面要保持清洁。
（6）热处理工艺与金相观察
要求学生熟悉热处理原理及工艺，能根据所学的热处理理论知识制定相关的热处理工艺参数，了解金属材料牌号、加热温度、冷却速度、回火温度对热处理后钢性能(硬度)的影响，熟悉和掌握热处理操作方法（淬火、正火、回火等），并能进行金相试样制作及金相组织观察及判断。
（7）力学性能试验及测定分析
对熔炼浇注试样进行加工后，进行相应的抗拉强度、冲击韧性测定，并根据测定结果判断熔炼工艺方案是否正确，是否实现实验目的。
（8）X射线探伤与缺陷分析
用射线检测铸件缺陷的方法称为射线检测。X射线灵敏度高，能穿透金属，使底片感光。射线穿透物体时，与物体中的原子相互作用，射线的能量不断地被吸收和散射而逐渐衰减。物体的密度越大，能量衰减越快，铸件中孔洞、夹杂等的密度远低于金属密度，射线与这些缺陷作用时，衰减较小，在底片上的能量比无缺陷部位大，因而，能在底片上显示出缺陷的形状。
实验仪器设备
1）软件：金属材料熔炼浇注及组织性能检测虚拟仿真实验
2）硬件：计算机
3）虚拟场景与设备：通过三维建模构建与真实铸造车间一致的虚拟实训车间场景，虚拟设备包括中频感应炉、热处理设备、光电直读光谱仪等相关辅助工具、设备。
4）场景： 只要拥有能上网的环境，即可实现场景不限的3A式（anywhere、anytime、anyone）学习，有利于调动学生学习的积极性和主动性；同样适合线下集中式教学。
实验材料
实验对象及材料：铸铁，铸钢，纯铝等。常见金属材料的流动性数值见下表。
实验教学方法
1）推行“教、演、练、评”相结合的教学模式
将课堂与实验一体化，结合课程内容，推行“教、演、练、评”相结合的教学模式，将“讲”融合到实训教学中，即在演练之前学习理论基础知识、原理、协议、流程等，学生实训后进行点评和测评，从而全面训练学生的专业技能和创新能力。
2）任务式教学设计
将课程教学任务拆分为小单元，并在每个单元布置任务，驱动学生完成任务，要求学生在理论储备的基础上掌握实际操作技能。此外，学生将会被分为不同小组，既有组内合作，又有组间竞争，充分调动学生的积极性和主观能动性。
实验方法与步骤要求
实验方法描述：
采用三维建模技术构建虚拟三维场景，构建各个设备的三维模型，学生可在虚拟场景中进行漫游，对车间进行认知学习。设备认知采用引出线、3D查看、透明、信息面板介绍等方法进行展示，使用户可以快速了解相关设备的参数、用途以及适用方法。在虚拟环境中，择优选择图文、三维动画、语音文字、变形动画、粒子特效等手段，展示实验过程，加深学生对基础知识的理解和工程实践的感性认识。在虚拟环境中，将重要因素进行高亮标记，弹出相应的信息面板，提示学生完成操作。
学生交互性操作步骤说明：
第一步：用户在虚拟场景中可自主漫游。包含前、后、左、右、跳跃、蹲下、加速和视角转向八个基本控制组成，按住“W”键向前运动，按住“A” 键向左运动，按住“S” 键向后运动，按住“D” 键向右运动，按住“SPACE”键跳跃，按住“Ctrl”键蹲下，按住“Shift”键移动速度加速，按住“鼠标左键”可调整视角。
第二步：学生在漫游过程中对中频感应电炉的水箱，风机，炉体，除尘管路，各个控制箱等设备结构进行认知。采用引出线的方式介绍各个设备名称，包含位置标记知点、指引线和文字名称。
第三步：软件左侧具有包含设备名称的导航条，点击导航条名称，快速定位到该物体最佳视角，物体高亮，点击物体，出现信息面板介绍相关知识。
第四步：点击透明按钮，可以将零部件外壳透明掉，查看其内部结构。
第五步：鼠标移入不同的设备显示对应的名称，点击该部位出现对应的信息面板介绍。包含该设备的参数、用途以及使用方法等。
第六步：在信息面板介绍弹出后，用户阅读完毕，可以弹出对应的习题进行测试。选择题面板采用简约设计风格进行设计，包含答题反馈、题目类别、题目、四个备选答案和答题解析五个模块，依次按照由上向下次序排列。用户阅读题目后，根据题目类别在选答区进行单选或多选，如果选择错误，会提示“再想想！”，同时可以点击提示按钮进行答题解析的查看，如果选择正确，会提示“答对了！”。
第七步：水冷设备的控制箱操作。开启控制箱空开，调节延时开关，开启风机组，开启自动喷淋，开启电源主水泵，开启炉体主水泵，开启延时。
第八步：风机组设备控制箱操作。开启控制箱空开，开启控制电源，开启除尘风机，开启反吹，开启蝶阀，开启野风阀。
第九步：炉体设备控制箱操作。开启主电源，开启各个炉体电源，调节各个炉体功率。
第十步：操控炉体倒出铁水，完成一次融铁操作。
第十一步：进行炉前成分分析，用户按照提示进行操作，并且将分析结果记录下来。分析方法采用知识拓展的形式展现，用户点击知识拓展按钮，即可查看相关知识点。
第十二步：熔炼浇注后，进行直读光谱测定，记录测定结果。
第十三步：增加热处理模块，观察热处理前后金相，用户点击参数，出现所有选项，选择合适选项完成实验环境的参数设定，也可通过输入框输入相关参数。
第十四步：增加拉伸，冲击等模块，进行力学性能测定，端口分析，记录分析结果。
第十五步：增加X射线探伤，测定缩松缩孔缺陷，记录测定结果。
第十六步：系统自动记录用户操作痕迹，根据实验测定与分析结果，自动生成实验报告。
实验结果与结论要求
（1） 是否记录每步实验结果：R是 £否
（2） 实验结果与结论要求：R实验报告 £心得体会 其他
（3） 其他描述：暂无内容
考核要求
（1）考核方式
切换到考试功能时，根据用户的当前操作对其进行过程记录和评价，考核范围包括理论知识测试和虚拟仿真操作的效果考核（主要是准确性情况）；最终以实训报告的形式完成实验考核。
（2）考核指标：
1）中频感应炉主要结构及工作原理认知；
2）中频感应炉熔炼工艺过程控制；
3）热处理操作与金相组织分析；
4）力学性能检测及分析；
5）直读光谱仪操作与元素分析；
6）X射线探伤与铸件缺陷分析；
面向学生要求
- 专业与年级要求
- 基本知识和能力要求等：熟悉材料科学基础、材料工程基础、金属液态成型工程等课程内容，尤其对于熔炼浇注、材料性能测试与分析等有扎实的理论基础，具有主动思考、动手解决问题的能力。
预计实验项目应用情况
- 上线时间 ：2020.11
- 开放时间 ：2020.12
- 是否面向社会提供服务：是