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通常達(dá)到機(jī)械輕量化的主要途徑有兩種：一是改進(jìn)機(jī)械本身使用的材料，二是采用先進(jìn)設(shè)計手段，使機(jī)械結(jié)構(gòu)更加合理。采用新型材料由于制造成本、加工工藝、環(huán)保等方面的問題，新材料很難用于一般機(jī)械上，而通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化在保證滿足性能要求的前提下，實現(xiàn)輕量化卻更具有實際意義。

纖維纏繞復(fù)合材料壓力容器（COPVs）由于其具備輕質(zhì)高強(qiáng)和先漏后爆（LBB）等特性，在航空航天、石油化工以及移動汽車等領(lǐng)域已經(jīng)得到了應(yīng)用，但由于現(xiàn)有制備工藝復(fù)雜、成本高，特別是承壓能力不足的特點，限制了其大規(guī)模推廣應(yīng)用。

進(jìn)入“十四五”以來，我國軍費穩(wěn)定增長及加強(qiáng)實戰(zhàn)化訓(xùn)練大背景下，航空航天軍工產(chǎn)業(yè)必將放量增長，軍工各產(chǎn)業(yè)鏈迎來了紅利期，行業(yè)景氣度持續(xù)上升，行業(yè)將迎來需求放量的黃金發(fā)展期，金屬蜂窩及其制品的應(yīng)用場合多為航空航天軍工等國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，關(guān)系到國家安全和高科技發(fā)展的大局，產(chǎn)品屬于多屬于高精尖特產(chǎn)品，附加值高，在軍民領(lǐng)域有較大的應(yīng)用前景，市場處于爆發(fā)的前夜。金屬蜂窩產(chǎn)品具有最優(yōu)的結(jié)構(gòu)重量比，具有超輕、高強(qiáng)、隔音、隔熱、耐疲勞等優(yōu)異特性。在航空發(fā)動機(jī)蜂窩封嚴(yán)、飛機(jī)機(jī)翼、導(dǎo)彈舵翼、衛(wèi)星、裝甲車輛電磁屏蔽等軍用領(lǐng)域擁有重要應(yīng)用，且在民用領(lǐng)域，如汽車、核電、高鐵、建筑、家居等領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景。本項目成果為金屬焊接蜂窩輕量化制備技術(shù)及其應(yīng)用。 本項目核心技術(shù)包括蜂窩芯體制備方法與工藝、蜂窩芯體空間曲面自適應(yīng)加工、飛行器空間曲面蒙皮熱成型、復(fù)雜空間曲面結(jié)構(gòu)真空釬焊、蜂窩封嚴(yán)自動化裝備、電磁屏蔽蒙皮設(shè)計和制備、無損檢測與可靠性評估等。核心產(chǎn)品包括航空發(fā)動機(jī)蜂窩封嚴(yán)（市場容量大、穩(wěn)定增長）、航空飛機(jī)機(jī)翼等大部件（單品價值大且技術(shù)難度極高）、導(dǎo)彈舵翼類（市場容量大且技術(shù)難度大）、隔音降噪蜂窩結(jié)構(gòu)、電磁蜂窩屏蔽結(jié)構(gòu)等，以及高鐵、核電、汽車、建筑等民用蜂窩產(chǎn)品。

納米粘土是聚合物和涂料的理想填料，通常采用濕法介質(zhì)攪拌磨研磨的方法制備。作為填料使用前，需要對納米粘土漿料進(jìn)行干燥處理。由于納米粘土顆粒具有極高的表面積、表面能和表面活性，在干燥過程中易發(fā)生團(tuán)聚，團(tuán)聚體尺寸往往達(dá)數(shù)微米以上， 影響納米粘土的使用性能。該技術(shù)通過對納米粘土漿料干燥前脹化處理來解決上述問題，并與新型工業(yè)化干燥技術(shù)集成，緩解納米粘土在干燥過程中的團(tuán)聚現(xiàn)象，配合干燥后改性處理技術(shù)，對納米粘土進(jìn)一步解聚改性，還原干燥后粘土的納米顆粒特性，生產(chǎn)的產(chǎn)品可作為高端填料使用。 

1.痛點問題 在食品、醫(yī)藥、新能源、物流及3C等諸多行業(yè)，需要大量對產(chǎn)品進(jìn)行高速揀選、理料和包裝的機(jī)器人。高速機(jī)器人已成為分揀和包裝領(lǐng)域中提高效率、降低成本和提升質(zhì)量的核心裝備。國際機(jī)器人巨頭ABB和FANUC等引入并聯(lián)構(gòu)型，憑借基礎(chǔ)零部件優(yōu)勢，開發(fā)的Delta高速并聯(lián)機(jī)器人一直處于市場壟斷地位。國產(chǎn)機(jī)器人的高性能伺服驅(qū)動和減速器等依賴進(jìn)口，面臨中低端鎖定的困局。 面向輕量化和智能化的發(fā)展趨勢、及日益復(fù)雜多樣的生產(chǎn)需求，剛性機(jī)器人在性能方面存在效率低、成本高、功耗高等亟待突破的瓶頸。 2.解決方案 本項目引入高性能索驅(qū)動技術(shù)，建立了剛?cè)崛诤蠘?gòu)型創(chuàng)新設(shè)計方法，發(fā)明了一類具有高效率、低成本、低功耗和高精度特性的高速索驅(qū)動并聯(lián)機(jī)器人，實現(xiàn)了索驅(qū)動與剛性支鏈的并聯(lián)融合；建立了運動學(xué)和動力學(xué)性能評價指標(biāo)體系，形成了從構(gòu)型設(shè)計到性能匹配的一體化優(yōu)化設(shè)計理論和方法，保證了機(jī)器人本體的優(yōu)異性能；突破了軌跡規(guī)劃和精度保證等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)了基于開放構(gòu)架的高性能控制軟硬件平臺，形成系列化機(jī)器人裝備。 基于本項目技術(shù)可以建立系列化索驅(qū)動并聯(lián)機(jī)器人產(chǎn)品，突破剛性機(jī)器人面臨的瓶頸問題，極大降低裝備成本，推動國產(chǎn)機(jī)器人性能和市場占有率提升。 合作需求 1）市場對接：自動化系統(tǒng)集成公司、分揀碼垛需求迫切的大型企業(yè)集團(tuán)； 2）資本對接：具有高端裝備和智能制造背景的投資機(jī)構(gòu)，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈整合； 3）技術(shù)合作：具備輕量化高速、超大空間重載、接觸力控制等工況需求的企業(yè)，可與本團(tuán)隊合作攻關(guān)或共同申報、承接國家和省部級項目。

一、項目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、技術(shù)分析 關(guān)鍵技術(shù)1：基于能源大數(shù)據(jù)的電網(wǎng)源流路徑電氣剖分技術(shù) 電力網(wǎng)絡(luò)源流路徑電氣剖分技術(shù)是一種基于系統(tǒng)確定運行方式下源流計算結(jié)果的網(wǎng)絡(luò)分析方法。利用電氣剖分方法，可以定量地求出任一線路上的源流具體是從系統(tǒng)中的何處、以何路徑傳輸而來。基于電氣剖分理論可以分析出實際電網(wǎng)源流耦合信息，并以此為依據(jù)制定相應(yīng)的控制策略。 基于不同發(fā)電類型的發(fā)電廠碳排模型和不同時間斷面下的電網(wǎng)潮流分析數(shù)據(jù)，通過電力網(wǎng)絡(luò)源流路徑電氣剖分方法，可面向不同電壓等級區(qū)域電網(wǎng)，支持包含源網(wǎng)荷儲的配網(wǎng)模型導(dǎo)入，實現(xiàn)對電網(wǎng)中源荷資源碳流足跡的實時追蹤，基于電網(wǎng)的碳流追蹤技術(shù)可掌握電網(wǎng)碳流動態(tài)分布情況，通過對電網(wǎng)碳分布-電分布時空耦合影響機(jī)理的研究，可實現(xiàn)電網(wǎng)碳分布與電分布間交互影響的有效分析，最終掌握電網(wǎng)電碳分布情況、碳排流動情況以及碳排分?jǐn)偙壤瑥亩嵘龑Σ煌瑓^(qū)域電網(wǎng)內(nèi)碳流的態(tài)勢感知能力，助力區(qū)域電網(wǎng)實現(xiàn)雙碳目標(biāo)。 關(guān)鍵技術(shù)2：基于用戶側(cè)能碳因子的電力基因技術(shù) 電力基因技術(shù)，是對各種不同的電力特征數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析，獲取系統(tǒng)基因組的準(zhǔn)確畫像，利用人工智能、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)手段進(jìn)行電力基因檢測和診斷，通過控制手段進(jìn)行電力基因調(diào)控，從而挖掘出深度應(yīng)用價值的技術(shù)。電力基因數(shù)據(jù)包含時間特征（天-時級、分-秒級、毫-微秒級）、空間特征（線路拓?fù)洹⒐?jié)點分布及設(shè)備位置）和能量特征（電壓、電流、功率、頻率）信息，可以對一個研究對象進(jìn)行電力基因數(shù)據(jù)提取，并建立基于電力基因數(shù)據(jù)的電路模型，開展多樣化定制化的電碳協(xié)同服務(wù)應(yīng)用。 用戶的電碳因子可能受到多種因素的影響，包括用戶對用能設(shè)備的控制，如開關(guān)動作、調(diào)節(jié)指令等；用戶對系統(tǒng)和設(shè)備的運行方式的改變，如運行模式、調(diào)控策略等；用戶受到研究對象自然條件的影響，如溫度、濕度、臺風(fēng)等；用戶受到電網(wǎng)或社會環(huán)境的影響，如政治、經(jīng)濟(jì)、文化、科技、心理等因素。對供電大樓內(nèi)不同部門不同班組的用戶進(jìn)行精細(xì)的能碳畫像，有助于加強(qiáng)用能科學(xué)管理，強(qiáng)化用能監(jiān)督，制定和實施低碳節(jié)能措施，為供電公司開展低碳節(jié)能技術(shù)改造和節(jié)能減排工作提供強(qiáng)有力的決策支持。

本項目基于薈萃分析的光源顏色品質(zhì)量化方法研究（國家自然科學(xué)基金面上項目），團(tuán)隊所提出的MCPI, CDM指標(biāo)在量化光照顏色喜好與光照顏色分辨效果方面，經(jīng)百余組國內(nèi)外視覺實驗案例（本領(lǐng)域最大視覺樣本集）驗證，優(yōu)于領(lǐng)域現(xiàn)有全部30余種光品質(zhì)指標(biāo)，相關(guān)技術(shù)處于國際領(lǐng)先水準(zhǔn)且技術(shù)壁壘堅固。 一、項目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、技術(shù)分析 截至目前，我國LED照明產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值已逾萬億。在白光照明領(lǐng)域，長期以來國際業(yè)界均將顯色指數(shù)作為行業(yè)衡量光源光色品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。然而，由于顯色指數(shù)的提出遠(yuǎn)早于LED照明技術(shù)普及，導(dǎo)致此項陳舊指標(biāo)在評價LED光源顯色效果時，存在著嚴(yán)重的與視覺不匹配的問題。為此，2015年，國際照明委員會發(fā)表官方聲明，對于顯色指數(shù)在衡量LED光源顯色效果方面存在的缺陷進(jìn)行強(qiáng)調(diào)。隨后，2019年，該組織將“LED光源顯色性量化問題”設(shè)定為國際照明委員會全球戰(zhàn)略研究熱點問題，號召全球?qū)W者共同深入，共同推進(jìn)白光LED光色效果量化技術(shù)發(fā)展。 本研究團(tuán)隊長期致力于本領(lǐng)域的研究工作，目前承擔(dān)LED光色品質(zhì)研究領(lǐng)域唯一國家級研究課題：基于薈萃分析的光源顏色品質(zhì)量化方法研究（國家自然科學(xué)基金面上項目），團(tuán)隊所提出的MCPI, CDM指標(biāo)在量化光照顏色喜好與光照顏色分辨效果方面，經(jīng)百余組國內(nèi)外視覺實驗案例（本領(lǐng)域最大視覺樣本集）驗證，優(yōu)于領(lǐng)域現(xiàn)有全部30余種光品質(zhì)指標(biāo)，相關(guān)技術(shù)處于國際領(lǐng)先水準(zhǔn)且技術(shù)壁壘堅固。 團(tuán)隊負(fù)責(zé)人劉強(qiáng)副教授為武漢大學(xué)圖像傳播與印刷包裝研究中心副主任，顏色與圖像研究所所長、兼任國際照明委員會CIE-JTC 16 (D1/D8)技術(shù)工作組委員，國際照明委員會CIE-RF03技術(shù)工作組委員（該技術(shù)委員會為國際照明委員會針對LED光色問題專門設(shè)立的國際聯(lián)合研究組織），中國照明學(xué)會室內(nèi)照明專業(yè)委員會委員，湖北省照明學(xué)會副秘書長等職，擁有豐富的光品質(zhì)開發(fā)經(jīng)驗。

針對垃圾滲濾液中的COD、BOD5及氨氮濃度較高，水質(zhì)水量變化大，污染物種類繁多，可生化性差的問題，研究開發(fā)的垃圾滲濾液全量化處理工藝實現(xiàn)了零濃縮液排放，出水水質(zhì)達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889-2008)，該工藝基本不受水質(zhì)水量變化的影響，自動化程度高，投資成本和運行成本為目前普遍采用的膜處理工藝的1/3。該工藝已經(jīng)在渭南垃圾滲濾液處理場進(jìn)行中試，取得良好效果。該工藝技術(shù)申請國家專利2項，已授權(quán)1項。

列車高速運行狀態(tài)下鋼軌磨損和病害容易加劇，鋼軌病害修復(fù)是保證列車安全穩(wěn)定運行重要內(nèi)容。打磨車用于城市軌道修復(fù)存在以下問題：①需要多遍打磨，作業(yè)效率低；②產(chǎn)生大量火花，存在火災(zāi)隱患；③產(chǎn)生大量粉塵，對運行設(shè)施及環(huán)境產(chǎn)生較大影響。鋼軌銑磨車是一種清潔、高效、高精度的新型鋼軌修復(fù)設(shè)備，采用銑刀盤以成型銑削方式去除鋼軌表面材料，消除鋼軌缺陷，改善平順性。一次銑削深度可達(dá)3mm，軌距角處可達(dá)5mm，一遍即可完成作業(yè)，作業(yè)速度可達(dá)2km/h。工作清潔，無火花、粉塵，鐵屑可收集，環(huán)境友好。修復(fù)精度高、維護(hù)成本低、線路適應(yīng)性好，無須拆除護(hù)軌及信號裝置，適應(yīng)地鐵小限界要求。應(yīng)用：項目將形成鋼軌高效輕量化智能銑磨作業(yè)系統(tǒng)年產(chǎn)5臺（套）的生產(chǎn)能力，新增年產(chǎn)值4億元，技術(shù)性能達(dá)到或超過國外同類型產(chǎn)品水平，全面替代進(jìn)口。

雙碳目標(biāo)下，我國正逐步構(gòu)建起以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。風(fēng)電是其中關(guān)鍵一環(huán)，發(fā)揮著愈加重要的作用。隨著風(fēng)電機(jī)組的高度變高，以節(jié)省成本為目的進(jìn)行結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計是當(dāng)前風(fēng)電發(fā)展的必然方向。其中海工基礎(chǔ)與風(fēng)電機(jī)組由于設(shè)計分工不同，國內(nèi)一直沿用傳統(tǒng)的分離式設(shè)計，在塔架底部進(jìn)行數(shù)據(jù)交互與迭代設(shè)計，導(dǎo)致投資占比增高，設(shè)計方法冗余度大，建設(shè)階段成本浪費。如何解決分離式設(shè)計的弊端，開發(fā)更高效的一體化輕量化設(shè)計方法是破局痛點的關(guān)鍵所在。 針對鋼制塔筒結(jié)構(gòu)，開展失效型式分析，考察不同參數(shù)對鋼筒性能的影響；針對海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)成本高、材料浪費嚴(yán)重的問題，以NREL 5MW海上風(fēng)電機(jī)組的三腳架和導(dǎo)管架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為例開展拓?fù)鋬?yōu)化輕量化設(shè)計研究，最終實現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計，得到性能更優(yōu)，質(zhì)量更輕的海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。 創(chuàng)新點 針對鋼制塔筒結(jié)構(gòu)，開展了各類失效型式分析，并考察了設(shè)計參數(shù)對結(jié)果的影響，形成一套鋼制塔筒輕量化設(shè)計方法。 以5MW海上風(fēng)電機(jī)組模型作為參考模型，將拓?fù)鋬?yōu)化方法引入海上風(fēng)電機(jī)組三腳架和導(dǎo)管架支撐結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計，并進(jìn)行模態(tài)分析、剛強(qiáng)度計算，得到一套在概念設(shè)計階段、考慮結(jié)構(gòu)－載荷耦合效應(yīng)下海上風(fēng)電機(jī)組三腳架和多導(dǎo)管架的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計及仿真流程。 市場前景 在目前陸上、海上風(fēng)電機(jī)組大型化的趨勢下，結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計、輕量化設(shè)計將會成為制約行業(yè)發(fā)展的一個重要難題，而將拓?fù)鋬?yōu)化及有限元仿真引入風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計中可有效解決此類問題。 應(yīng)用案例 航天萬源2MW直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組塔筒，減重10tons； 5MW海上風(fēng)電機(jī)組三腳架支撐結(jié)構(gòu)，減重276.54tons; NREL 5MW海上風(fēng)電機(jī)組導(dǎo)管架支撐結(jié)構(gòu)，最大位移減少14.89%、最大等效應(yīng)力減小26.66%。 獲獎情況 張承婉、楊曉宇、陳卓；指導(dǎo)教師：龍凱，一帶一路暨金磚國家技能發(fā)展與創(chuàng)新技術(shù)大賽－工程仿真創(chuàng)新設(shè)計賽項（研究生組），團(tuán)體優(yōu)秀獎 張承婉；指導(dǎo)教師：龍凱，第三屆中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大賽二等獎 丁文杰，本科生，2020年畢業(yè)，論文題目“塔筒法蘭螺栓疲勞失效機(jī)理和法蘭輕量化設(shè)計”，校級優(yōu)秀論文 丁文杰、李澤陽、季元、張承婉；指導(dǎo)老師：廖海濤、龍凱，兆瓦級海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組三腳架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計與強(qiáng)度校核分析APP，第三屆中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大賽，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)字仿真專業(yè)賽二等獎 張承婉、陸飛宇、張錦華；指導(dǎo)老師：龍凱，中國國際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽北京賽區(qū)一等獎 張錦華，指導(dǎo)老師：龍凱，海上風(fēng)電機(jī)組多導(dǎo)管架的拓?fù)鋬?yōu)化方法研究.2020年北京市普通高校優(yōu)秀本科畢業(yè)設(shè)計（論文）