土木工程新工科课程思政——传承大学和行业红色创新文化

针对新工科课程思政面临的主要问题,以核电站建设作为土木工程新工科的研究对象,结合哈尔滨工程大学建校背景,探索将哈军工大学文化和核工业军工文化的创新历史和红色基因融入土木工程课程思政。从多角度阐明满足国家发展需求是我国新工科创新发展动力源,为新工科思政教育提供新思路、新方法和新载体。

锂原电池的研究与发展

近年来,随着新能源汽车的蓬勃发展和逐步部署,锂离子电池(LIB)引起了研究者越来越多的关注。与蓬勃发展的锂电池相比,锂原电池在比能量和贮存性能方面具有优势,通常应用于医疗植入、航空航天和军事等特殊领域。鉴于此,综述了锂原电池的分类和基本原理。同时,基于现有锂原电池各类体系,综述了通过材料纳米化、表面处理及工艺优化设计等多种手段提升其电池性能的研究进展。最后,对后续发展进行了展望,现有电池体系的深入研究有助于挖掘出电池高功率特性潜力,并推动该领域的进一步发展。

铬氧化物材料在锂电池中的应用与研究进展

铬氧化物既能够作为正极材料,也可作为负极材料应用于锂离子电池中。多电子反应的铬氧化物作为正极材料时具有较高的理论质量比容量和工作电压,其中Cr_(8)O_(21)和Cr_(2)O_(5)是当前研究中关注度最高的多电子反应的铬氧化物,也是非常有前景的锂电池正极材料。铬氧化物中能够用作锂电池负极材料的主要是Cr_(2)O_(3),它不仅有较大的理论比容量,又有较低的放电平台,成本也相对较低。介绍了Cr_(8)O_(21)和Cr_(2)O_(5)正极材料的最新研究成果,并介绍了放电机理、制备方法、改性手段及应用,同时,比较分析了不同制备工艺下制得的样品结晶度、形貌和电化学性能。负极方面介绍了Cr_(2)O_(3)的电化学特性及其在电池方面的应用,综述了一些改性方法以解决材料的导电性和循环性能问题,如包覆、掺杂、纳米结构化等,这些研究成果为未来锂离子电池负极材料的选择提供了新的研究方向。

小水深下浮式风机系泊系统配件特性研究

海上风能资源远超陆地,而我国海域随着离岸距离增加,大陆架水深增加幅度减缓,针对此特点,如何优化设计适应我国海域水深条件的系泊系统是目前发展浮式风机遇到的重大难题之一。本文以5MW-OC4半潜式浮式风机作为研究对象,浮式风机采用悬链线式系泊方式,使用SESAM软件在渤海某海域40 m水深下对浮式风机进行频域和时域计算。系泊配件在单独和组合使用时分别进行参数敏感性分析,再将浮筒和配重块组合使用对系泊系统进行优化。研究结果表明:浅水条件下,系泊配件组合使用和单独使用时改变相同系泊参数对浮式风机整体响应影响规律相同,但组合使用时改变系泊参数对系泊系统性能优化的效果要更明显,组合使用时更改配重块位置参数时均值的优化差值能达到15.7%,而纵荡、纵摇以及张力响应的优化差值基本都在10%以内,因此选择合理的配件组合方式可以显著改变浮式系统的整体特性并影响系统的安全性和成本。

案例教学法在材料与化工安全工程教学中的应用探索

案例教学是以学生为主体,以实际事件为依据,把理论和实际相结合,以增强学生的创造能力和实践能力的一种教学方式。专业学位研究生课程材料与化工安全工程采用案例教学的意义:理论教学融入实践教学、新的案例丰富教学内容、提高学生的实践创新能力和提高教师的工程实践能力。通过教学过程中案例教学的实践,发现真实案例融入课堂有助于课程思政教育、提升课堂互动、促进安全工程知识吸收、促进产教融合和提升专业学位研究生的人才培养质量。

氟化碳(CF_(x))材料在锂原电池中的研究进展与应用

CF_(x)作为一种重要的正极材料,在锂原电池中具有高能量密度、长贮存寿命和优异的安全性等优点。近年来,研究人员通过研究Li/CF_(x)的工作机理,揭示了CF_(x)材料目前存在的问题,并针对这些问题进行了一系列的改性处理,如等离子体处理、表面包覆、原子掺杂等。此外,研究人员还通过表面脱氟、纳米尺度工程等手段,改变表面结构从而提升导电性和锂离子传输速率,进一步提高了其能量密度。这些研究成果为CF_(x)在锂原电池中的应用提供了新的思路和途径。主要介绍了Li/CF_(x)电池的工作机理及CF_(x)材料目前存在的问题,针对CF_(x)材料的改性方法做了总结分析,并对Li/CF_(x)电池在航空航天、国防军事等领域的应用做了详细介绍和展望。

基于MTF变换的拉曼光谱和卷积神经网络的海水微塑料识别方法研究

微塑料作为一种新型污染物,引起的污染问题在当今越发受到研究人员的关注。拉曼光谱有着无损样品,光谱特征峰位有代表性,便于识别样品种类的优点,一直以来是生物化学分析领域热门的检测方法之一。深度学习近年在特征提取、目标检测等领域的发展成就引人瞩目。针对准确高效的微塑料检测方法问题,探索了基于马尔可夫变迁场(MTF)变换的拉曼光谱和卷积神经网络的微塑料识别可行性。采集了11种微塑料样品的拉曼光谱,每种样品采集100条光谱,并通过光谱平移、添加噪声、光谱叠加等方式数据强化扩充了光谱数据集,利用MTF将一维拉曼光谱数据转换为彩色二维图像,获得二维图像形式的光谱数据集。设计一种主体为多个小尺寸卷积核的卷积神经网络(SSMKB-CNN)模型,包括1个输入层、6个卷积层、2个池化层、1个平坦层、2个全连接层与1个输出层。选择Dropout与带权重衰减的自适应矩估计优化器以避免过拟合现象,采用阶梯式学习速率保证模型充分习得数据深层特征。分类性能的评价标准采用混淆矩阵、精确率、召回率、F1分数与整体准确率。模型的分类结果与基于二维图像光谱数据集的AlexNet、VGG16和ResNet50三个深度卷积神经网络模型和基于一维光谱数据集的随机森林(RF)、K-最邻近(KNN)和三种核函数(rbf、Linear、Poly)的支持向量机(SVM)机器学习分类器的分类结果进行对比。通过分析训练曲线及混淆矩阵的分类结果,四种CNN模型的损失与准确曲线走势平稳,均能达到良好的训练效果,其中提出的SSMKB-CNN模型准确率达到了97.04%,综合精确率、召回率和F1分数分别为97.05%、95.06%和97.02%,均明显优于用于比较的另外三种经典神经网络模型以及三种机器学习分类器。一轮训练时长为9s,训练时间少于三种CNN模型,综合分类性能最佳。实验结果表明,基于结合MTF变换的拉曼光谱的SSMKB-CNN模型能够准确高效地提取光谱特征并作出种类预测,利用拉曼光谱实现微塑料样品的定性识别,可以为海水中微塑料实际样品的准确客观的识别技术提供方法新思路参考。

基于自适应扰动鲸鱼优化算法的混合动力能量管理策略研究

为了使船舶混合动力系统动力性和经济性双向平衡与提升,本文提出一种基于改进鲸鱼优化算法用于解决混合动力系统最佳功率分配的能量管理策略。针对天然气发动机动力响应和转速跟踪差的问题,利用等效燃料极小值算法中的最小化燃料原理扩充了性能指标函数,增加了抑制天然气发动机频繁波动工作和功率及时跟踪的加权项。针对鲸鱼优化算法易陷入局部最优问题,引入粒子群优化算法,开发了自适应扰动鲸鱼优化算法。仿真试验结果表明:基于自适应扰动鲸鱼优化算法的能量管理策略可以实现5%~8%的燃料节省且可大幅度提升动力跟踪性能,具有较好的鲁棒性。

实验室规模熔盐氧化装置处理废混合离子交换树脂的研究

为给熔盐氧化法处理废树脂的工程化应用提供理论指导,本文采用处理能力为1.25 kg/批次的实验室规模处理装置对与核电厂使用的同类型废混合离子交换树脂进行处理。结果表明,该方法处理废树脂的优越性主要体现在对酸性尾气的吸收作用(将N、S元素以硝酸盐和硫酸盐的形式截留)和对废树脂体积的高效减容。针对核电厂常用的混合离子交换树脂(由强碱性阴离子交换树脂和强酸性阳离子交换树脂组成),熔盐氧化装置处理结果表明,酸性气体产物(NO、NO_(2)、SO_(2)、H_(2)S)在反应开始0.5 h后即能降低至10 mg/m^(3),0.5 h后气体产物主要为CO_(2)。SEM图像表明,树脂结构在熔盐氧化后由完整的球状变为破碎的颗粒,氧化后废盐中仍剩余62.1%的碳酸盐,树脂中的S、N元素在废盐中的截留率分别为22.77%和59.6%。XRD结果表明,碳酸熔盐能吸收SO_(2)并将其转化为硫酸盐。对Li_(2)CO_(3)、Na_(2)CO_(3)、K_(2)CO_(3)在不同温度下与SO_(2)生成硫酸盐的反应吉布斯自由能(ΔG)进行了热力学计算,结果表明在200~800℃范围内3种碳酸盐均能与SO_(2)自发反应,ΔG随着温度的升高而降低,800℃时Li_(2)CO_(3)、Na_(2)CO_(3)、K_(2)CO_(3)的ΔG分别为-2.800、-41.626、-69.590 KJ/mol,K_(2)CO_(3)是SO_(2)主要的吸收剂。经熔盐氧化后,树脂降解率达98.36%,减容比(氧化前树脂体积/氧化后废盐体积)达6.9。以上结果表明,熔盐氧化是一种理想的处理废混合离子交换树脂方法,有较大的工程应用潜力。

全钒液流电池隔膜Nafion与SPEEK改性研究进展

Nafion是全钒液流电池(VRFB)中应用最为广泛的隔膜,其具有较高的质子电导率,但对金属钒离子的选择性较差且价格较高。作为Nafion隔膜的有力替代品,磺化聚醚醚酮膜(SPEEK)对金属钒离子的选择性较强,但其稳定性与质子电导率仍需改善,目前常通过改性的方式来提升电池隔膜的性能。Nafion隔膜改性方法主要包括有机物改性、无机物改性和表面改性,SPEEK隔膜改性方法主要包括有机物改性、无机物改性和交联改性。对各种改性方法的研究进展进行了综述,并对其他常见的非氟类隔膜如磺化聚酰亚胺(SPI)、磺化聚醚砜(SPES)、磺化聚芳醚酮(SPAEK)等的改性研究现状进行了总结。未来,隔膜研究可从成本、性能、技术可行性3个方面寻求突破,为我国全钒液流电池的大规模应用奠定基础。

铬基金属氧化物电池宽温域电解液研究

锂铬基金属氧化物电池选用了具有强氧化性的Cr8O21作为正极和强还原性的金属锂作为负极,所以该体系电池对使用的电解液要求很高。通过溶剂与金属锂的高温稳定性试验和电解液的高温稳定性试验,总结出宽温域电解液应尽量减少醚类和羧酸脂类溶剂的使用,并且需在电解液中添加成膜剂来改善界面稳定性;除此之外,通过引入高DN值(donor number)溶剂二甲基亚砜(DMSO)和小分子结构乙醚也可进一步改善电解液的低温性能。

大尺度异形镂空浮体疲劳强度分析方法研究

海洋环境复杂多变,海上结构物需长期承受随机波浪引起的交变载荷,极易产生疲劳破坏。本文以某海上大尺度异型镂空浮体为研究对象,通过计算分析找出了异形浮体结构容易产生疲劳破坏的位置。为使结构疲劳谱分析计算结果更加准确,本文提出一种数值规则波模拟法,用来计算浮体结构在工作时应力的传递函数。在此基础上,分别采用基于热点应力与名义应力的谱分析方法计算了浮体的疲劳寿命。结果显示,基于热点应力法得到的结构疲劳寿命略低于基于名义应力法得到的疲劳分析结果,更偏保守。以上研究结果可为大型海上浮式结构的设计提供参考。

大尺度异形镂空浮体疲劳强度分析方法研究

海洋环境复杂多变,海上结构物需要长期承受随机波浪引起的交变载荷,极易产生疲劳破坏。本文以某海上大尺度异型镂空浮体为研究对象,通过计算分析找出异形浮体结构容易产生疲劳破坏的位置。为使结构疲劳谱分析计算结果更加准确,本文提出一种数值规则波模拟法,用来计算浮体结构在工作时应力的传递函数。在此基础上,分别采用基于热点应力与名义应力的谱分析方法计算浮体的疲劳寿命。结果显示,基于热点应力法得到的结构疲劳寿命略低于基于名义应力法得到的疲劳分析结果,更偏保守。研究结果可以为大型海上浮式结构的设计提供参考。

超高速激光熔覆技术研究现状及发展展望

作为电镀和热喷涂的替代技术,超高速激光熔覆技术自问世以来备受瞩目。通过与常规激光熔覆技术对比,阐明超高速激光熔覆的技术原理;与电镀、热喷涂、常规激光熔覆等技术对比,分析其技术特点和优势。从设备、材料、工艺、组织和应用等方面综述超高速激光熔覆技术的研究现状,分析该技术的不足,并对其研究及应用发展提出建议。

空心球及其复合材料制备与性能研究进展

空心球复合材料是一种采用粉末冶金、铸造等方式将空心球与基体材料复合而成的轻质多孔材料,均匀的孔隙结构使该材料具有较常规多孔材料更高的比强度、吸能、阻尼、隔热和隔声等多种特性,在航天航空、装甲防护、交通运输、核电站屏蔽防护等多个领域呈现出广阔的发展空间与应用前景,备受人们关注。围绕空心球及其复合材料,综述了空心球及其复合材料的性能与制备工艺的国内外研究现状,并分析了不同材质的空心球复合材料在性能上的异同。在此基础上,提出了空心球复合材料研究领域有待深入研究的难点与热点,并对空心球复合材料未来的发展方向进行了展望。

大功率柴油机运转工况下活塞组摩擦力测量研究

开发了一种基于连杆力无线测量的活塞组摩擦力在线测量方法,给出了摩擦力测量原理和连杆力无线测量方案。在对测量系统进行标定和验证基础上,实现了某大功率柴油机运转工况下活塞组摩擦力的在线测量。结果表明,所开发的测量方法具有较高的精度,可以捕捉发动机工作过程中活塞组摩擦力的变化规律,并具有很好的一致性,能够为发动机活塞组的低摩擦设计提供试验支持。

多孔金属材料阻尼性能的研究进展

阻尼技术一直以来在工业生产、科技开发及应用中备受关注,且随着技术的不断发展,工业领域对阻尼材料性能的要求也越发苛刻。因此,阻尼材料研究领域聚焦在结构功能一体化材料上,以提高材料的阻尼性能,满足技术发展提出的需求。近年来迅速发展的多孔金属材料是具有广阔应用前景的结构功能一体化材料之一。多孔金属材料的阻尼作用来源于材料阻尼和结构阻尼,但金属材料的固有阻尼性能有限,传统的造孔方法又存在孔隙分布不均匀、大小和数量不可控等不足,因此,需要通过材料的选择与组合、孔隙结构的优化、多种结构的复合等方法,提升多孔金属材料的阻尼性能。目前关于多孔金属材料的阻尼性能研究大都集中在优化材料成分、控制孔隙结构等方面,如将NiTi等高阻尼合金作为多孔金属材料基体,或根据需求加入颗粒或碳纳米管等预制空心结构的增强相,或采用蚀刻、选区激光熔化等新工艺,改善孔隙结构尺寸和分布的均匀性、可控性。这些方法都有效提升了多孔金属材料的阻尼性能,例如碳纳米管增强多孔铝合金材料在25~200℃以及升至390℃后的损耗因子分别为0.26和0.36,分别是多孔铝合金的1.77倍和2.71倍。本文主要从多孔金属材料中基体和增强相材料的种类、孔隙结构的作用出发,对多孔金属材料的阻尼作用机理和阻尼性能研究现状进行阐述和归纳,希望为多孔金属材料结构功能一体化的发展提供更多的思路。

专业学位研究生课程案例库建设实践——以“水处理与膜功能材料”课程为例

为了提高专业学位研究生混合式教学的质量,开展案例教学是有效的途径之一。面向材料化工专业硕士学位研究生的培养目标和教学要求,分析企业实际需求,将案例教学与理论知识紧密结合,以案例库系统化、生动化、前沿化为目标,构建开放式的案例库,同时增强学生的主观能动性和专业综合素质,提高了授课质量,助推材料与化工专业学位研究生教育的发展。

材料与化工硕士研究生“专班”创新型人才培养模式研究

产教融合是创新型专业学位硕士研究生培养的重要途径。烟台研究院材料与化工专业硕士研究生的创新性培养是通过与烟台当地企业合作,建立企业“专班”,校企双方共同制订“专班”的培养方案,研究生入企做课题研究的方式。文章分析了专业学位研究生校企合作的要素:政策与激励、导师团队之间的协作关系,该要素对于提升专硕培养质量缺一不可。

DBC铜线键合工艺参数研究

铜线作为最有发展潜力的新一代键合材料,与铝线相比,具有优异的导电及导热能力。因绝缘栅双极型晶体管(IGBT)需承载大电流,采用铜线可在键合线数量不变的基础上提高电流传输能力和散热能力。采用铜线超声楔形键合对覆铜陶瓷基板(DBC)第一键合点和第二键合点的键合工艺参数进行研究,以剪切力作为衡量键合质量的标准,采用单因素分析法研究各参数对键合点强度的影响,采用正交试验确定最佳工艺参数,为铜线键合工艺的参数设定提供参考及指导方法。