本硕(博)贯通及联合培养过程质量监控研究——以中北大学安全工程为例

结合高层次人才资源需求多元化的时代背景,以中北大学安全工程的培养过程为例,就本硕(博)贯通培养和研究生联合培养过程进行探索与研究,分析现阶段培养过程中面临的问题,以OBE教育理念为指导,结合课程思政建设构建培养机制,建立健全安全工程高层次人才考评机制和质量监控体系,为高层次安全工程人才培养质量提升及可持续发展打下良好基础。

基于多维一体的安全系统工程课程构筑与教学实践

针对国家要求,安全专业人才需具有创新精神、创新能力、工程思维和责任感等,开展安全系统工程课程构筑与教学改革,分别从教学内容的整合、教学方法的改革、思政元素的融合和评价机制的重构四个方面进行。在教学内容整合方面,融合多个版本教材内容,从而使知识体系更完整;在教学方法上采用聚焦问题、激活旧知、论证新知、应用新知和融会贯通进行教学设计,鼓励探索创新;将事故案例引入课堂,注重理论与工程实践相结合,注重学生对所学内容的综合应用;作业形式,即通过实例和思维导图结合的形式,学生能将所学知识构筑在一张网上。在思政元素融合方面将课程内容与“爱国精神”“责任感”“创新精神”“终身学习”相契合。评价机制更能体现学生的工程素养能力以及运用知识解决工程中实际问题的综合能力。通过教学实践,学生学习主动性、对安全事故的关注及工程实践问题解决能力明显提高,教学效果大大提高。

工科研究生专业基础课“防护工程学”课程思政教学探索与实践

课程思政是深入贯彻落实习近平总书记关于教育的重要论述和全国教育大会精神的体现,是落实立德树人根本任务的新思路、新方法、新要求。专业基础课教学是研究生培养教育的重要环节,也是课程思政建设的主渠道和主阵地。中北大学建筑与土木工程专业紧密结合教育部高校课程思政建设指导纲要,建立了专业学位硕士研究生专业基础课“防护工程学”的课程思政目标,完成了课程思政教学的总体设计,从国家安全、爱国主义、科学精神和科研素质、大国工匠、团队合作精神等方面,进行了课程思政与教学内容的深度有效融合,加强了研究生思想品德教育,提高了课程教学质量,使专业基础课与思政课程形成了协同育人效应。

污酸石膏渣的环境稳定性与金属释放特性研究

为探究火法炼铜过程产生的污酸石膏渣的环境风险,通过解析污酸石膏渣性质,采用模拟堆存、静态侵蚀、半动态侵蚀的方法研究污酸石膏渣的长期稳定性与重金属释放特性。结果表明,污酸石膏渣中As、Cd浸出浓度超标,分别为1488.66、22.98 mg/L。其中,As的酸可提取态达87.55%,Cd的有效态超90%,存在严重环境风险。模拟堆存结果表明,污酸石膏渣为严重生态风险等级,应做好防淋失、防扬尘等措施。在静态与半动态侵蚀下,污酸石膏渣表面附着的As、Cd在化学反应、扩散等作用下大量浸出,使浓度均处于较高水平。其中,模拟填埋场环境各元素浸出浓度远高于其他模拟环境,需重点关注。

改性双基推进剂压伸成型工艺安全的数值模拟

为了深入研究压伸工艺参数对改性双基推进剂成型过程安全性能的影响,对压缩熔融段、熔体输送段和口模成型段进行整体建模,对改性双基推进剂物料的密度、流变特性等物料参数进行了测定;基于Polyflow软件,对流体域网格无关性进行了验证,研究了改性双基推进剂物料在非等温条件下压伸过程的安全特性。结果表明,螺杆转速的增加会使物料温度、压力、剪切速率升高,存在燃爆风险,为保证安全性,压伸成型过程中适宜的螺杆转速为10 r/min;螺杆温度增加,剪切速率降低,物料的塑化程度会变差,温度升高易使物料分解,结合改性双基推进剂敏感物料成分特性考虑,螺杆温度为85℃时相对安全;相较于螺杆温度,套筒温度的变化对物料流场的影响较小,结合改性双基推进剂实际生产条件考虑,70℃套筒保温温度适合改性双基推进剂生产。结合模拟结果,得出在推进剂生产过程中需注意压力和温度快速变化带来的影响。

传爆药装药不同过载环境的力学响应规律研究

由于传爆药在使用过程中所处的力学环境复杂,且对传爆药进行相关的力学性能测试试验成本高,环境条件难以控制,很难进行相关的规律性试验研究,因此通过ANSYS/LS-DYNA大型有限元软件进行仿真模拟计算,直接将加速度-时间曲线施加在药柱套所对应的节点上,药柱套内部装有传爆药药柱。药柱选用二次开发的粘弹塑性本构模型,通过给药柱套施加不同的加速度脉冲,开展传爆药药柱不同过载环境的力学响应规律研究。结果发现,传爆药药柱的直径和高度对其力学响应有影响,在相同的过载条件下,传爆药的直径越小,高度越高,其轴向长度变化率和密度变化率越大;在不同的过载环境下加速度脉冲的峰值和脉宽也对药柱的力学响应有直接影响。

微纳核壳结构DAP-4@TATB的制备及安全性能研究

为了改善三元晶体钙钛矿结构DAP-4{(H_(2) dabco)[NH 4(ClO_(4))_(3)],dabco=三乙烯二胺,triethylenediamine}的机械刺激安全,利用溶剂蒸发法,研究了修饰剂氟橡胶F2602质量分数对DAP-4表面包覆影响规律;在此基础上,通过包覆不同质量分数的纳米1,3,5三氨基2,4,6三硝基苯(1,3,5-triamine-2,4,6-trinitrobenzene,TATB),制备了微纳核壳结构DAP-4@TATB。利用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、X射线衍射仪(X-Ray Diffraction,XRD)及差示扫描热分析(Differential Scanning Calorimetry,DSC)对制备的微纳核壳结构DAP-4@TATB的晶体形貌、结构及热性能进行了表征。此外,对微纳核壳结构DAP-4@TATB感度进行了测试分析,并进行了燃烧性能测试。结果表明,氟橡胶质量分数对DAP-4表面修饰效果影响较大,当选用质量分数为5%的F2602氟橡胶时,橡胶可完全、均匀地修饰在DAP-4表面,且DAP-4晶体结构不变。当纳米TATB质量分数为15%时,TATB颗粒可以将DAP-4/F2602复合物颗粒完全包覆且包覆均匀,相较于DAP-4原料,微纳核壳结构DAP-4@TATB热分解温度提高了5.3℃,撞击感度H 50从8.75 cm增至33.50 cm,摩擦感度百分数从100%下降到40%,静电火花感度最小点燃能量由260.19 mJ增至3262.61 mJ。此外,随着纳米TATB质量分数从5%增至20%,微纳核壳结构DAP-4@TATB热安全性提高,撞击感度、静电火花感度和摩擦感度均呈降低趋势。

环境中微塑料检测和降解研究进展

为了更好地识别和量化微塑料,根据不同分析手段的特点对微塑料检测和分析方法进行了分类和汇总;对当前微塑料的降解方法特别是对微生物降解这一环境友好方法进行了归纳总结,以期为微塑料的降解寻求更加有效的途径。

强电磁环境下火箭发动机直列式安全点火系统

针对目前国内火箭发动机常用点火系统对于闪电及高空强电磁脉冲防御能力不足的问题,提出了强电磁环境下火箭发动机直列式安全点火系统。该系统采用电子安全系统和冲击片点火管相结合的方式,对两大部件严格按照相关标准、准则进行设计,并根据其所处的强电磁环境进行了抗电磁干扰设计。直列式安全点火系统在火箭发动机上的应用验证试验和电磁兼容性试验结果表明,该点火系统在强电磁环境下既能有效防止误发火,又能在收到点火指令后使发动机可靠点火,具有一定的工程应用价值。

《环境工程原理》课程教学体系的改革与优化

《环境工程原理》课程是环境工程重要的专业基础课,是学生跨入专业技术领域的桥梁。本文结合目前《环境工程原理》课程存在的问题以及自身的授课经验,通过优化课程设置结构以及开设时间,强化学生对所学专业的认识;采用导向教学模式转变学生学习观念,提高学习的主动性;将科研和教学有机结合,在提高教师自身水平的同时,培养学生运用知识解决实际问题的能力。

硫化砷渣的环境稳定性与金属释放风险研究

以湖南某铜冶炼企业硫化砷渣为研究对象,基于对其物理、化学及工艺矿物学基本特性进行分析,研究模拟堆存、静态侵蚀及半动态侵蚀环境下硫化砷渣的长期稳定性及潜在环境风险。研究结果表明:模拟堆存前后硫化砷渣中As浸出质量浓度由1 712 mg/L上升至9 956 mg/L,Cd质量浓度由12.38 mg/L上升至56.90 mg/L,而Cu,Pb和Zn浸出质量浓度始终低于标准限值;模拟堆存前后硫化砷渣的潜在生态风险等级均为严重风险,且各金属元素中对于潜在生态风险贡献最大的金属为As;在静态侵蚀环境中,硫化砷渣中各元素呈现两段式浸出特征,前期释放速率较快,之后释放速率逐渐减缓并最终趋于平缓;静态侵蚀过程金属释放主要是通过表面吸附物质的解吸、溶解实现;As在中性地下水环境、模拟强酸雨环境中的浸出行为符合双常数模型,在模拟弱酸雨、填埋场环境中符合Elovich方程,说明硫化砷渣在环境中发生了较复杂的表面反应;半动态侵蚀过程中As2O3逐渐溶解,且硫化砷中硫被氧化产生了单质硫;渣表面的絮状团聚减少,但仍附有大量细颗粒,表明有新产物生成;硫化砷渣中As浸出在中性地下水环境中受扩散及界面化学反应过程的混合控制,在模拟酸雨及填埋场环境中主要受内扩散控制。研究结果可为铜冶炼硫化砷渣的环境污染防治及环境风险防控提供参考。

铜冶炼脱硫石膏渣的环境稳定性与重金属释放机制

以铜冶炼脱硫石膏渣为对象,分析其矿物学性质,研究其中重金属的浸出毒性、赋存形态,评价其环境活性;并基于模拟堆存、静态侵蚀、半动态侵蚀等实验阐明脱硫石膏渣的环境稳定性、重金属释放特性、释放过程动力学及机制。研究结果表明:脱硫石膏渣中As、Cd的浸出毒性分别为687.33 mg/L和3.8 mg/L,As、Cd的酸可提取态分别占73.76%和96.06%,存在高浸出危险性,环境风险较大,不能直接堆存、填埋。模拟堆存实验末期潜在生态风险指数较初期仅下降了5.92%,综合潜在生态风险等级仍为严重风险,因此在堆存过程中应切实做好防扬尘、防淋失等措施。脱硫石膏渣中各金属元素在模拟填埋场环境中的浸出量明显高于其他模拟环境中的浸出量,需特别关注填埋过程的环境风险。金属释放主要是通过表面吸附物质的解吸、溶解实现,主要风险元素As、Cd的释放均为两段式,其环境风险在堆存初期更为明显,应重点关注。研究结果为铜冶炼脱硫石膏渣的环境污染防治及环境风险防控策略提供了理论支撑。

RDX含量对改性双基推进剂热安全特性的影响

为探究改性双基推进剂的热安全特性,采用差示扫描量热法(DSC)对黑索今(RDX)含量分别为0,18%,46%和54.6%的改性双基推进剂的热分解行为进行了研究,得到了升温速率2,5,10℃·min^(-1)和20℃·min^(-1)下的热分解温度。通过热反应动力学分析计算了其表观活化能、指前因子、反应速率、吉布斯自由能、活化焓及活化熵,分析了RDX含量对双基组分及表观活化能的影响规律。通过慢速烤燃和5s爆发点试验得到不同RDX含量改性双基推进剂的响应特性。结果表明,配方中RDX含量为18%时,表观活化能最大,慢速烤燃和5s爆发点响应温度和响应剧烈程度最低;随着RDX含量的增加,DSC第一分解峰温后移,表观活化能降低,双基推进剂的慢速烤燃响应温度向高温方向移动,体系热敏感性降低,但响应等级随之提升;当RDX含量在46%及以上时,响应等级为爆炸,不能通过慢速烤燃试验考核;5s爆发点温度随着RDX含量的增加向高温方向移动,且上升趋势较为明显,改性双基推进剂的热安定性有所提升。

高钝感半导体桥安全性能研究

为使半导体桥(SCB)火工品满足2A4W 5min不发火的钝感要求,通过在SCB上集成负温度系数(NTC)热敏电阻,设计制作了一种高钝感半导体桥火工品(NTC-SCB)。采用仿真与试验相结合的方式,对其恒流激励下的安全性能进行研究,并验证其在不同电容激励下的发火性能。结果表明:恒流输入2A 4W时,通电50 s后NTC-SCB达到热平衡状态,此时NTC热敏电阻的分流为65%,桥区温度为208℃,较未集成热敏电阻的SCB降低68%;5 min试验结束后,NTC-SCB未出现意外发火、桥区熔断现象;经安全电流测试的NTC-SCB在47μF 30 V、47μF 50 V电容激励下均可靠发火。

火炸药安全与环保专刊序言

火炸药是含有爆炸性基团或含有氧化剂和可燃物、能独立进行化学反应并输出能量的化合物或混合物,包括炸药、火药和烟火药剂。火炸药在武器系统点火、起爆、发射、推进和毁伤过程中具有不可替代的作用,是实现武器系统远程精确打击、高效毁伤的重要能源保障。火炸药的本质特征表明其具有易燃易爆的特性,在生产加工、使用、贮存和运输等过程中易发生分解、燃烧、爆炸、殉爆或从热分解到燃爆的链式反应,因此火炸药的安全性始终是火炸药需要解决的首要问题。

改性双基推进剂RDX-CMDB的热安全性研究

为了研究含黑索金的改性双基推进剂(RDX-CMDB)的热分解和热安全特性,采用微热量热仪开展了线性升温实验,结合Kissinger法、Friedman法和热平衡方程进行动力学计算,得到了RDX-CMDB的绝热诱导期(TMRad)及自加速分解温度(SADT)。结果表明:RDX-CMDB的初始分解温度、最高分解温度、分解完成温度均随升温速率的增加向高温方向移动,平均分解热为3 463.8 J·g^(-1)。随着升温速率的增加,解耦后的初始分解温度提前,分解焓分别为468.3 J·g^(-1)和1 348.7 J·g^(-1)。动力学分析表明,RDX-CMDB在不同反应阶段中具有不同反应,当绝热诱导期为2.0、4.0、8.0、24.0 h时,对应的绝热温度分别为132.4、122.9、113.9、100.6℃。当包装质量分别取5.0、15.0、25.0、50.0、100.0 kg时,自加速分解温度分别为91.0、88.0、87.0、84.0和82.0℃,随着包装质量的增加,RDX-CMDB热分解放出的热量难以释放,安全性降低。

奥克托今(HMX)的环境行为及微生物降解

为了深入探究奥克托今(HMX)生产、使用、销毁过程的环境污染与治理问题,分析了HMX在土壤中、地下水中和植物中的迁移转化行为,论述了双电子还原、单电子脱硝和直接环裂解3种HMX微生物降解途径,介绍了HMX胁迫下微生物生理响应机制的研究进展。分析表明利用微生物对HMX污染的土壤和水体进行生物修复是非常有效的,HMX的降解路径及中间代谢产物已较为清楚,目前对HMX有降解能力的菌株以厌氧为主。基于此,指出未来关于微生物降解HMX的3个研究方向:筛选在好氧条件下能高效降解HMX的菌株;使用微生物固定化或添加表面活性剂等生物强化手段增加菌株对HMX的降解效率;从基因组学方面进行微生物降解HMX的机理研究。

温升作用下CRTSⅡ型板宽窄接缝受力及损伤分析

为研究宽窄接缝在温升作用下的受力和损伤,根据混凝土塑性损伤理论和内聚力理论,建立考虑新旧混凝土界面的宽窄接缝细部的有限元模型;计算不同温升条件下的宽窄接缝应力和损伤因子,并分析宽窄接缝强度和窄接缝宽度的影响.研究结果表明:窄接缝挤碎是一种渐变受压损伤,宽、窄接缝交界处断裂是一种脆性受拉损伤;与宽、窄接缝交界处断裂相比,窄接缝挤碎对结构受力影响更大;宽窄接缝尺寸不均匀导致宽、窄接缝交界处垂向受拉,这是宽窄接缝产生损伤的主要原因;提高宽窄接缝的混凝土强度可有效降低垂向拉应力和受拉损伤,但对纵向应力和受压损伤影响较小;为改善受力并降低损伤,建议宽窄接缝混凝土与轨道板等强,并且宽窄接缝上下等宽.

黄金尾矿掺量对冻融循环和硫酸盐侵蚀作用下混凝土抗劣化性能的影响

为探究黄金尾矿掺量对混凝土力学性能及在冻融循环和硫酸盐侵蚀联合作用下的抗劣化性,利用电液伺服压力机对细黄金尾矿机制砂掺量为0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%的试件静态力学性能进行了测试分析,并研究了素混凝土及细黄金尾矿机制砂混凝土在冻融循环及硫酸盐侵蚀联合作用下的抗压强度劣化规律。试验结果表明:①黄金尾矿机制砂的掺入能够极大改善混凝土材料的延展性,对提升建筑物的安全性具有重要意义;②相较于未掺尾矿机制砂试件,掺量为5%、10%、15%、20%、25%、30%时试件抗压强度增幅为8.04%、10.87%、21.04%、17.73%、3.31%、-9.22%,抗拉强度增幅为15.04%、20.70%、31.25%、36.72%、29.10%、14.06%,适量黄金尾矿的掺入能够有效提高混凝土材料的力学性能,且最佳掺为20%;③冻融循环及硫酸盐侵蚀联合作用对2种混凝土试件均存在劣化作用,且随着冻融循环次数增加及硫酸盐浓度增大试件劣化程度不断增加;④黄金尾矿机制砂混凝土试件在浓度为0%的硫酸盐溶液下冻融循环50、100、150、200、250次时,试件抗压强度降幅仅为素混凝土的43%、44%、47%、45%、47%,尾矿在试件内部与骨料间良好的黏结作用提高了试件抗外荷载能力以及抗盐侵蚀、抗冻融能力。

Al-Sn复合材料的制备及其水反应产氢效率

为提高Al和水的反应活性,采用高能球磨法制备了Al-Sn复合材料,通过SEM、激光粒径分析、XRD等方法表征了Al-Sn复合物的微观结构,研究了Al-Sn复合材料的水反应活性,考察了颗粒粒径、水介质、起始温度、球磨参数变化对Al-Sn复合物水反应活性的影响。实验结果表明,高能球磨法及金属Sn的加入能够大幅提高Al与水反应的活性,制备的Al-Sn复合材料与水反应的氢气产率达83.92%,快速期最大产氢速率为359mL/(min·g)。