机械设计制造及自动化专业模块化教学改革与实践

为了解决在机械设计制造及自动化专业学生培养过程中,过分强调学科完整性,轻视工程应用能力的弊端,借鉴德国应用科学大学的模块化教学成功经验,对课程"模块"内在属性及实现方法进行了理论研究;对机械设计制造及自动化专业的课程体系进行了模块化教学改革;以能力为导向,优化整合了教学内容;探索了项目驱动法、现场教学等教学方法,大大提高学生工程实践应用能力.     

不同充水状态下隧道植绒排水管防除结晶的效果研究

为了研究不同充水状态下隧道植绒排水管防除结晶的效果,通过在普通PVC管内壁,采用热处理,将植绒膜光滑一侧紧贴PVC管内壁,选取绒毛长度分别为0.4 mm和0.8 mm;在两种不同充水条件下,对比分析普通PVC管、0.4 mm植绒PVC管以及0.8 mm植绒PVC管结晶物变化规律。利用电镜扫描绒毛上的结晶物,分析结晶物与绒毛的粘结形态。结果表明:在半管流条件下,随着时间的增长,植绒PVC管结晶量有先增大后逐渐稳定或者减小的趋势;普通PVC管基本上呈缓慢增加的趋势,且到某一阶段结晶量显著增加而到另外一阶段又显著减小,满管流条件下变化规律相似;对于普通PVC管而言,满管流情况下管道内壁越不容易附着结晶物;对于植绒PVC管而言,结晶物附着的难易程度与绒毛长度有着密切关系。可见植绒PVC管对隧道排水管除结晶有一定的作用,绒毛长度应根据排水管充水状态选取,以充分发挥绒毛除结晶的效果。     

基于异质传感器信息融合的移动机器人SLAM研究

针对采用单一传感器在移动机器人同步定位与构图(SLAM)中存在定位精度低、构图不完整等问题,提出一种基于Kinect视觉传感器和激光传感器信息融合的SLAM算法。首先将Kinect传感器获取的深度图像经过坐标系转换得到三维点云、通过限制垂直方向滤波器过滤三维点云的高度信息、再将剩余三维点云投影到水平面并提取边界点云信息转化为激光扫描数据;然后与激光传感器的扫描数据进行数据级的信息融合;最后输出统一数据实现移动机器人的构图及自主导航。实验结果表明,该方法能够准确的检测小的及特征复杂的障碍物,能够构建更精确、更完整的环境地图,且更好地完成移动机器人自主导航任务。     

山西宁武-静乐盆地侏罗系砂岩碎屑组分及物源分析

通过沉积相特征识别、砂体宏观特征观察、古流向分析、砂岩镜下骨架颗粒统计,并结合沉积速率法、镜质组反射率法、Dickinson图解等方法探讨宁武—静乐盆地物源区的位置、母岩组合及其构造背景。研究结果表明:宁武—静乐盆地侏罗系砂岩类型主要为石英砂岩、长石砂岩和岩屑长石砂岩;砂岩骨架颗粒类型及其量比关系表明其物源区主要为大面积的花岗质侵入岩(细粒花岗岩、闪长花岗岩等)广泛出露,并有一定量的变质岩(云母片岩、千枚岩、石英岩等)和沉积岩(砂岩、富含燧石结核或条带的碳酸盐)分布;砂体中古流向数据均值介于158°~204°,反映了物源区是位于该盆地以北的阴山—燕山一带;Dickinson三角图解结果表明物源区总体上处于华北板块北缘陆内隆升的构造背景,且中侏罗世晚期可能伴随有火山作用;天池河组地层原始沉积厚度为269.4~308.0 m,155 Ma左右,区域地层抬升遭受剥蚀,其剥蚀厚度为148.1~207.0 m,剥蚀速率为1.8~2.1 m/Ma,结合镜质组反射率法,侏罗系地层最大埋深时该地区古地温梯度明显偏高,反映了宁武—静乐一带受到燕山运动构造热事件的显著影响。     

面-面接触铝合金紧固件微动疲劳寿命预测方法研究

针对具有面-面接触特征的铝合金紧固件,根据其接触特点,建立有限元模型计算了其应力场分布。考虑接触面高轴应力梯度的力学响应,用接触面应力三维度的概念来反映微动疲劳多轴应力状态。考虑损伤和弹塑性势能的耦合,从热力学第二定律出发,基于损伤力学本构方程,推导出基于热力学耗散势函数的耦合损伤演化模型。结合实验参数,得到预测铝合金紧固件微动疲劳寿命的方法。寿命预测结果与实验值进行对比,误差分散在25%范围内。     

区域创新产出的空间特征及其影响因素

利用Moran’s I指数对30个省、直辖市、自治区进行创新产出的空间自相关分析,并采用地理加权回归（GWR）模型探索不同因素对区域创新产出的影响。结果表明：区域创新产出具有明显的空间正相关特征,江苏、浙江、上海3个省级行政区已成为典型的区域创新“热点”,并对周边区域形成辐射效应;R&D人员全时当量、R&D投入强度、每十万人中高校在校人数以及移动互联网用户数在不同区域对创新产出的影响程度存在显著差异。     

镁基固态储氢材料研究进展

 镁基储氢材料具有储氢量高、镁资源丰富以及成本低廉等优点,被认为是极具应用前景的一类固态储氢材料。利用镁基储氢材料供氢主要有热分解放氢和水解产氢2种途径。MgH₂的热分解放氢焓值高（75 kJ/mol H₂）,造成其放氢温度较高、动力学差; MgH₂的水解过程中,由于常温水解产物Mg（OH）₂逐渐包裹在MgH₂表面,阻隔了MgH₂与水的接触,从而导致水解产氢效率较低。近年来,大量研究工作聚焦于改善MgH₂的热解/水解供氢性能及实际应用,已经取得了大量成果。针对目前国内外镁基固态储氢材料的研发,总结了材料/结构改性、反应条件对镁基储氢材料的热解/水解性能的影响,重点阐述了固态镁基储氢材料组成成分-微观结构-储放氢性能之间的关系,并对镁基储氢系统及实际应用场景进行了归纳。未来通过镁基固态储运氢技术的发展,将实现氢气的高安全、高效及大规模储运,助力中国氢能产业的发展。     

中国稀土镨元素的供需失衡问题——基于镨的物质流分析

 基于动态物质流分析方法,以1990—2018年为时间边界,以中国大陆为空间边界,对镨的全生命周期流动情况和供需失衡问题进行了分析。结果表明：（1）1990—2018年中国累计开采超10万t的镨供下游产业应用,其中钕铁硼领域用镨量（6.9万t）占镨总用量的70%;（2）2009年以前,中国的镨供应充足（未登记消费3.1万t）,2009年之后镨供应缺口逐年增大（未登记生产2.4万t）;（3）镨的进口量和出口量均在增长,其中进口以稀土矿和镨的中间产品为主,出口以镨的中间产品和最终产品为主;（4）截至2018年镨的在用存量超过了3.7万t,其中有23%在空调、电声耳机和磁选机中,但回收不足。研究建议：（1）提升镨的回收能力,重点关注即将迎来报废高峰期的空调、电声耳机、磁选机、电机和消费电子;（2）优化镨贸易结构,提升镨贸易价值,加大镨原矿及初级产品进口,并适当控制其出口,以缓解镨供应压力来解决供需失衡问题;（3）合理布局低碳产业发展并通过探索钕铁硼永磁体替代产品推动去镨钕技术发展。     

基于滑套位置角的无同步器变速器换挡过程非线性动力学特性研究

为了分析无同步器电驱动两挡机械自动变速器系统中,滑套和接合齿圈的动力学特性对换挡过程的影响,定义了滑套位置角来判定滑套与齿圈具体的碰撞情况.建立了滑套和齿圈的非线性动力学模型,通过考虑啮合刚度、啮合阻尼、齿侧间隙以及静态误差等非线性因素,建立了换挡过程的动力学模型.通过与有同步器模型的仿真对比,证明了无同步器AMT系统的优势.最后,通过仿真分析不同大小轴向推动力对换挡过程的影响,得到150 N为较为合适的轴向推动力.此分析方法可为选取合适的轴向推动力和AMT系统在工程中的应用提供参考.      

基于多尺度光流融合特征点视觉-惯性SLAM方法

为提高视觉-惯性导航系统在弱纹理环境下的鲁棒性和精度, 结合特征点法精度高和光流法速度快的特点以及惯性信息, 提出一种多尺度均匀化光流融合特征点法的视觉-惯性同时定位与地图(simultaneous localization and mapping, SLAM)构建方法。首先, 改进快速特征点提取和描述(oriented fast and rotated brief, ORB)特征提取过程, 采用多尺度网格化的方法提取ORB特征点并利用四叉树均匀分配特征点, 提高特征分布离散性。其次, 在帧间采用LK(Lucas and Kanade)光流法追踪特征点进行帧间的数据关联, 在关键帧对特征点进行描述子的计算和匹配从而实现关键帧间的数据关联, 保证算法速度的同时提高定位精度和鲁棒性。最后, 基于光流法建立的数据关联得到的初始位姿为后端优化提供初始值, 整合ORB特征点重投影误差、惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)预积分误差以及滑动窗口先验误差构建最小化目标函数采用滑动窗口非线性优化进行求解。实验表明, 所提方法相比单目视觉惯性系统具有更高的定位精度和鲁棒性, 定位精度平均提升16.7%。