《学报》创刊30周年系列报道(十八) 优秀审稿专家代表林鹏教授在庆典大会上的讲话

尊敬的钱院士、各位院士、各位在座前辈、专家、同仁，同学们： 下午好! 作为《学报》创刊30周年评选出的110名优秀审稿专家的代表，在潇潇湘江，橘子洲畔与大家分享见证《学报》30周年的生日喜悦，我感到非常荣幸。下面我从一个普通审稿人的角度谈三点感想，望大家批评指正。

心怀现实 放眼历史——林鹏先生访谈录

林鹏先生是一个率性之人,像魏晋时期的名士嵇康。率性是一个好词,但是如果忽略了它背后的苦难和纷乱,就显得有些轻薄。

基础设施工程安全智能化管控变革、挑战与思考

为实现我国未来基础设施工程安全优质高效绿色建设,研究基础设施工程安全智能化管控的共性问题与特征。首先,梳理其发展脉络,将其变革历程划分为风险源智能识别与管控、数据驱动隐患排查治理、安全智能化管控体系完善以及全面智能化管控4个阶段,总结不同阶段的成功经验;其次,以统筹兼顾、协同管控的视角分析基础设施工程安全智能化管控所面临的挑战,从“人、物、环、管”的角度剖析其特点;然后,在揭示基础设施工程安全智能化管控发展特征和面临挑战的基础上,从安全管理流程、工程建设全生命周期和发展层次3个维度出发,提出敬安、智安、本安、数智、数能和数值的智能化管控思考;最后,展望未来智能安全发展路径。结果表明:我国基础设施工程安全智能化管控由经验式向数据驱动式拓展,并加快融合新技术、新装备和新工艺。安全智能化管控是基础设施工程智能建造与管理的重要延伸,主要体现为对安全管理理念、方法、系统的重塑以及数据资产的价值挖掘。未来,基础设施工程安全智能化管控将朝着全面数据化融合、知识驱动、虚实结合、人机协同和全生命周期管控等方向发展,同时,数据隐私保护与规范治理的重要性也将日益突出。

弹簧钢60Si2Mn轻压下工艺调试及质量改进

分析了弹簧钢60Si2Mn(/%:0.58~0.62 C,1.65~1.85 Si,0.80~0.90 Mn,≤0.020 P,≤0.015 S)的210 mm×210 mm连铸方坯中心区域碳偏析和残余缩孔的原因,认为高碳钢在凝固过程中选分结晶和两相区铸坯长度较长,钢水无法补缩导致。利用现有连铸机7组拉矫机的轻压下功能,在不改变连铸工艺参数,保证弹簧钢60Si2Mn铸坯表面质量的前提下,通过模拟计算对铸坯凝固终点进行了理论研究。在此基础上,对不同拉矫机及不同压下量方案进行了优化试验,并分析了连铸方坯的低倍质量,找出了最优的轻压下工艺方案。结果表明:现有工艺装备条件下,采用5#拉矫机3 mm压下量、6#拉矫机5 mm压下量和7#拉矫机2 mm压下量的压下工艺,铸坯内部没有压下裂纹,能够控制残余缩孔在0.5级以下,中心碳偏析指数在1.04~1.10之间的比例达95%左右,实现了改善铸坯残余缩孔和中心碳偏析的目的,同时弹簧钢60Si2Mn采用轻压下工艺时单组拉矫机压下量不超过6 mm。

隧道不良地质识别:方法、现状及智能化发展方向

随着隧道施工对于不良地质识别精度要求的不断提高以及人工智能技术的发展,融合多源信息的不良地质智能化识别已成为发展趋势。本文首先阐述了常见的6种隧道不良地质类型及其地质成因,回顾分析了隧道主要的不良地质识别方法及现状,详细介绍了笔者在不良地质智能化识别方面的探索性研究:基于机器学习利用图像识别技术对隧道围岩岩性与裂隙特征进行智能识别;融合图像和光谱特征进行不良地质识别;将地化分析融入到传统的超前钻探中,融合随钻参数和地化信息进行不良地质随钻识别,既可以发挥超前钻探在感知岩体质量和地层信息变化方面的优势,又可以发挥地化分析在岩性和不良地质异常识别方面的优势;基于地质与物探联合反演进行不良地质识别,旨在实现掌子面前方不良地质体“形”(位置、形态、规模)和“性”(性质和类型)的精确识别。最后,对隧道不良地质智能化识别的发展趋势进行了展望。

基于新能源汽车教学交互系统在创新实践课程中的探索与实践

本文探讨了新能源汽车教学交互系统的设计与开发,以及其与创新实践课程的融合。该系统的设计包括需求分析、系统架构设计、开发与测试、教材整合、用户培训与支持等关键步骤。系统与创新实践课程的融合主要通过虚拟实验模拟、实时互动学习、实际案例分析和学习进度跟踪来实现。这种深度融合为学生提供了丰富的实际操作和互动学习机会,有助于他们在新能源汽车领域获得成功。评估与改进是系统与课程融合的持续过程,通过不断收集反馈并进行相应调整,系统和课程能够不断提高教育质量和学生的学习体验。

“电气工程创新实践课”教学体系构建研究

本文基于产教融合背景,探讨了“电气工程创新实践课”教学体系的构建与实施。通过课程内容的综合设计、实践性与创新教育的融合、师资力量的强化、实验设施和技术支持的提升以及与产业界的深度合作等五个关键步骤,构建了一门符合电气工程教育需求的课程。通过案例分析,本文展示了该教学体系在实际应用中的成功,并强调了产教融合模式在培养电气工程专业人才中的重要性。未来,这一模式有望进一步拓展,推动电气工程领域的创新和发展。

双并列转子永磁电机非对称负载运行特性

双并列转子电机在驱动两侧非对称负载时,轻载侧电机的功角较低,产生了电机材料浪费,效率低等问题。为提升电机整体输出功率,基于双并列转子电机基本理论采用解析法求得电机驱动转矩平均值的表达式,进而提出轻载侧绕组提前的结构设计。而后以一台12极72槽双并列转子电机为例,建立其磁网络模型,通过麦克斯韦应力张量法得出驱动转矩的解析计算式,分析转子偏差角对电机基本转矩脉动的影响,得出最佳绕组提前槽数。最后,针对电机转矩脉动较大的问题,使用响应曲面法,以基本转矩脉动为目标函数,以永磁体偏心距、永磁体极弧系数、并接区高度作为自变量对电机进行优化,有效降低电机转矩脉动,验证了绕组前置的结构改进对提升电机非对称状态下的输出转矩具有显著效果。

螺杆机用并轴双转子永磁电机齿槽力矩机理分析与抑制

针对并轴双转子永磁电机过大的齿槽力矩以及转矩脉动大等电磁问题,采用传统单个槽齿槽转矩理论以及双转子电机边端力矩波动理论进行分析,计算了并轴双转子电机齿槽力矩的特殊组成成分以及其各部分转矩的谐波阶次。分析改变磁极偏心距和转子斜极对电机齿槽力矩和转矩特性的影响。采用响应面法构建电机的多目标优化模型,通过改变永磁体偏心距和斜极块数来约束电机的优化变量,并采取约束关系以及优化目标求解出最优转子结构参数。构建有限元模型,验证齿槽力矩理论的正确性。对比采用最优转子结构参数下电机的电磁性能与优化前电机的电磁性能,优化后电机的齿槽力矩、转矩脉动等电磁性能进一步提升,验证了采用磁极偏心和转子斜极复合结构的有效性。

复合过水围堰高效填筑技术

针对非洲的朱利叶斯·尼雷尔(Julius Nyerere)水电站大坝成功截流后,上游过水围堰建造期短、工程量大、施工要求高等难题,提出了一种复合过水围堰新型高效填筑技术,重点介绍了底部赶水混凝土浇筑、左岸堆石混凝土浇筑、下游预制挡块模板施工、上游黏土防渗层平起施工、主体胶凝砂砾石变态碾压施工5种高效填筑施工流程及关键技术。工程实践表明,该新型高效填筑技术大幅优化了施工组织与效率,最终在汛期来临之前安全、高效、优质地完成了过水围堰的修筑工作。

TA2/Q235B复合板不同作用面成形极限及界面损伤行为

采用Nakazima实验法对不同尺寸的退火态TA2/Q235B复合板样品进行胀形实验,研究不同作用面对TA2/Q235B复合板的成形极限和界面损伤行为的影响。结果表明,当凹模与碳钢侧接触时,由于接触材料、界面变形协调能力和应变状态的不同,复合板的胀形高度和成形极限增加,其中R140试样的极限拱高达到最大值(46.17 mm),R60和R180试样在3个方向上的厚度减薄量和界面裂纹更大。此外,由于硬度和拉应力不同,两组样品中所有的水平和斜向孔都向纯钛侧延伸。

轻质高熵合金微观组织及力学性能研究进展

高熵合金是由五种或更多种金属元素等原子比例或者非等原子比例构成的新型合金,具有优异的物理化学性能。近年来,高熵合金已成为材料界的研究热点,各种高性能高熵合金的研究取得了重大进展。轻质高熵合金作为一种特殊的类别,具有优良的综合性能和低密度的特点,因此受到越来越多的关注。在航空航天、交通运输及核电工业领域,通常需要密度低、强度高、塑性好、室温高温力学性能优异的材料,使得此类轻质高熵合金的研究显得尤为重要。本文综述了轻质高熵合金的微观组织及力学性能的研究进展,并列举了两种典型轻质高熵合金体系的组织性能特点,最后对轻质高强高熵合金的发展趋势进行了展望。

Ti−6Al−4V合金板材在电脉冲辅助弯曲过程中的显微组织演变及成形性能

在有效电流密度为0~3.2 A/mm^(2)、占空比为10%~70%条件下对Ti−6Al−4V合金板材进行电脉冲辅助弯曲实验。结果表明:当有效电流密度从0增加到2.4 A/mm^(2)时,弯曲成形位移从9.15 mm增加到15.60 mm;同时,裂纹的尺寸和宽度减小。此外,当弯曲位移为8 mm时,回弹角随着有效电流密度的增加而减小。占空比同样影响弯曲角,在30%占空比条件下能获得最小的弯曲角135.0°。板材的热稳定温度随着有效电流密度的增加而增加,但是与占空比呈非线性关系。此外,在电脉冲辅助弯曲过程中出现了晶粒粗化、{0001}织构强度增加和亚晶粒发展。电脉冲使位错密度降低且加速位错的重排,促进α晶粒内亚晶粒的形成,从而改善合金的成形性。电脉冲的非热效应提高了Ti−6Al−4V合金板材的低温成形性,使其与高温下的成形效果类似。

热压制备Ni/Al微叠层复合板的协调变形行为和气压胀形成形性

为了制造NiAl合金复杂薄壁构件,采用真空热压法制备一种新型Ni/Al微叠层复合板(NAMCS)。基于不同温度的单向拉伸试验,研究Ni/Al微叠层复合板的力学性能。为了阐明Ni/Al微叠层复合板的单向拉伸协调变形机制,通过扫描电子显微镜对不同拉伸应变下的变形组织进行表征。结果表明,在5%应变、室温和300℃条件下,NiAl_(3)层和Ni_(2)Al_(3)层中形成了一些裂纹。在600℃和20%应变条件下,在NiAl3层观察到一些微孔。样品在78.7%的拉伸应变断裂时,Ni_(2)Al_(3)层也未出现裂纹,表现出良好的协调变形能力。Ni/Al微叠层复合板的高温自由气压胀形试验表明,600℃时其极限胀形比(极限胀形高度与凹模直径之比)达到33.3%,表现出良好的成形性。

基于钻进参数和岩性的钻爆法隧道围岩智能分级模型

为进一步提高基于钻进参数的围岩智能分级模型判识准确率,引入围岩岩性作为已知条件,对不同岩性分别建立基于钻进参数的围岩智能分级模型。首先,依托宜兴高铁、郑万高铁隧道工程中凿岩台车采集到的钻进参数,将其根据围岩岩性划分为白云岩、花岗闪长岩、灰岩、砂岩、页岩5类子数据集;然后,进行数据清洗、特征提取,对各子数据集及原始数据集按照4∶1的比例拆分为训练集和测试集,分别以提取的特征和原始特征均值2类特征集合作为输入;最后,使用机器学习随机森林算法建立5个基于钻进参数和岩性的围岩智能分级模型以及基于钻进参数的围岩智能分级模型,评估每个模型的泛化性能。结果显示:1)以提取特征集合为输入的白云岩、花岗闪长岩、灰岩、砂岩、页岩5种围岩智能分级模型在测试集上的准确率分别为85.48%、92.16%、88.62%、85.00%、89.47%,不考虑岩性的围岩智能分级模型的测试集准确率为84.91%。2)相比不考虑岩性的围岩智能分级模型,基于钻进参数和岩性的围岩智能分级模型测试集准确率提高0.09%~7.25%;相比不进行钻进参数特征提取,围岩智能分级模型准确率提升1.61%~13.82%。由此表明:进行钻进参数特征提取能够有效提升围岩智能分级模型的准确率;相比不考虑岩性的围岩智能分级模型,考虑岩性的围岩智能分级模型稳定性提高,模型的泛化能力提升。

轻合金矩形管件充液压制成形缺陷及横截面尺寸控制

管材充液压制是一种先进的低载荷液压成形工艺,可用于整体成形复杂薄壁管状构件。与内高压成形不同,充液压制过程中内压只起支撑作用避免失稳屈曲,主要通过模具压制获得管件外形轮廓。压制过程管坯厚向存在拉-压应力梯度,导致卸载后管件截面易产生回弹,影响尺寸精度。本研究通过对5052、AZ31B和TA1三种管材进行充液压制成形实验,分析了支撑内压和环向压缩率对矩形管件横截面尺寸的影响规律。结果表明:当支撑内压为0.6p_(s)~0.8p_(s)时,管件截面的回弹最小,此时最大回弹量小于1.5 mm,对应回弹率小于5.2%,上、下圆角半径相差小于0.1 mm。通过控制环向压缩率可减小管件回弹,截面尺寸与设计尺寸相差小于0.2 mm,尺寸偏差小于0.7%。对于5052-H、5052-O、AZ31B-M和TA1-Y矩形管件,其控制尺寸精度所需的环向临界压缩率分别为1.8%、1.7%、1.9%和1.8%。

Ni 3Al/NiAl/Ni复合板组织性能及其薄壁构件反应成形一体化工艺研究

针对Ni-Al金属间化合物材料成形困难问题,对Ni 3Al/NiAl/Ni复合板进行了组织性能与反应成形一体化工艺的研究。以Ni/Al箔材为试验材料,对1200℃,热压时长0.5、1、2和4 h条件下热压复合法得到的Ni 3Al/NiAl/Ni板进行微观组织表征与室温及高温(1000℃)条件下的单向拉伸试验。根据试验结果确定了在1200℃、1 h条件下热压反应的复合板具有较佳综合力学性能,室温条件下抗拉强度与伸长率分别为527.6 MPa和4.4%,1000℃高温条件下抗拉强度与伸长率分别为165.7 MPa、21.2%。进一步在该参数下进行反应成形一体化工艺的研究,制备得到了具有良好表面质量与尺寸精度的薄壁锥筒壳件。在薄壁锥筒壳件上取样进行微观组织与力学性能表征,发现其组织和力学性能与相同工艺条件下制备的复合板相近。

水泥石微结构电子显微镜虚拟仿真观测实验教学研究

水泥混凝土材料微结构与宏观性能的关联是土木工程材料课程教学的重点和难点。当前,材料微结构观测实验存在设备昂贵、线下教学资源有限、样品制备难等问题,难以面向本科教学开展线下实验教学,导致学生对材料微结构及微结构-宏观性能关系理解不深入。基于此,开发电子显微镜虚拟仿真微观结构实验平台,设计巩固理论知识与训练实践能力相结合的虚拟观测实验项目,通过材料宏观性能与微观结构的对比,帮助学生更加深入理解水泥基材料的特性,建立知识体系,提高本科人才培养质量和实践创新能力。

桥梁大体积混凝土智能温控系统研究与应用

为提高大型桥梁墩、台等大体积混凝土结构在浇筑施工阶段的温控防裂水平,基于智能闭环控制理念,提出一种以气温年较差和日较差为大体积混凝土温控气候分区主要指标的智能温控方法;以该方法为基础,构建智能温控系统(包括一体集成式桥梁智能温控装备和多端远程智能温控平台),完成桥梁大体积混凝土温度场的感知、分析、控制与反馈闭环。将该智能温控系统应用于内蒙古西拉沐沦河特大桥桥墩大体积混凝土施工,并提出个性化智能通水冷却措施,通过监测温度、裂缝等验证其应用效果。监测结果表明:大桥20个C50混凝土浇筑仓的混凝土浇筑块最高温度符合率为100%,内表温差符合率为90%,施工期浇筑块表面未出现温度裂缝,混凝土结构浇筑施工阶段质量较好,该智能温控系统及智能通水冷却措施能有效实现对大体积混凝土浇筑施工阶段的温控防裂。

高海拔长大水工隧洞群挡烟垂壁控烟机制

针对长大水工隧洞群施工期火灾疏散救援难和挡烟垂壁作用机制不清晰的挑战,采用数值模拟方法对大型棋盘状隧洞群通风网络火灾烟气蔓延特征及控烟机制开展系统研究,包括烟气扩散路径及能见度分布,设置挡烟垂壁对烟气扩散速度、能见度及温度的影响及控烟效果。结果表明:火灾后烟气首先沿单一隧洞轴线双向传播,扩散至施工支洞时部分支路产生烟气逆转、逆退现象,500 s计算时长内烟气几乎充满整个通风网络,烟气层与下层空气的分层界面不稳定,网络交汇处烟气层高度明显降低。设置挡烟垂壁对烟气沿隧洞轴向传播具有促进作用,效果随传播距离增长而减弱;对烟气沿施工支洞轴线传播具有累积阻滞作用;挡烟垂壁对烟气温度的影响随扩散距离增加不断减弱;挡烟垂壁前方形成储烟池,增强烟气逆流程度,后方为烟气减速增压区,烟气层升高。