基于工程教育理念的数字电子技术课程教学改革与实践

基于新工科人才培养目标,在工程教育理念下针对目前数字电子技术课程存在的问题,从教育理念、教学模式、课程思政元素及考核方式等方面进行了改革与探索。采用线上线下一体化融合式教学,融入工程思维理念,着重培养学生解决工程问题的能力,强化工程应用和综合设计能力的培养,并融入思政元素,让学生在知识学习层面上体会科学精神、探索精神、爱国精神和创新意识。实践表明:学生的综合能力和教师的教学水平均得到提高,取得良好的教学效果。

工程陶瓷材料的声透射特性研究

针对工程陶瓷材料对声波的传播过程中声透射系数问题,从波动方程入手,利用传递矩阵法及声波气-固边界条件建立了声波在工程陶瓷材料的声透射系数特性数学模型,研究了垂直入射条件下不同频率声波在工程陶瓷材料中的声透射系数规律。仿真结果表明,当工程陶瓷材料的厚度为半波长整数倍时,此时声透射系数最大;当声波的频厚积是陶瓷厚度与其声速乘积一半的整数倍时,此时声透射系数最大。为工程陶瓷材料的隔声性能分析及声学检测提供了一定的理论基础。

基于工程教育认证的大学物理学课程教学及考核改革

大学物理学是理、工、农类本科专业的一门十分重要的通识性必修基础课。该课程在培养学生的科学素质、科学思维、科学研究能力,以及指导物理实验及科学实践方面都有很重要的作用。本文基于《工程教育认证》要求,针对传统物理教学中存在的过程考核模糊、教学方式单一等问题,从教学方式、教学观念以及过程考核方式等,对大学物理教学及考核改革进行论述,从而对教学方法、教学内容和课程考核方面提出一些改革措施。

基于深度学习与信息融合技术的陶瓷辊道窑温度智能检测方法

目前,陶瓷辊道窑烧制温度主要通过热电偶检测。由于热电偶容易老化,造成温度检测精度逐渐变低,以致影响陶瓷制品烧成质量。针对此问题,提出将基于深度学习火焰图像特征识别与热电偶点检测数据融合代替热电偶的辊道窑温度智能检测方法。该方法是针对陶瓷辊道窑火焰图像采用一种基于移位窗口视觉自注意力机制的多尺度特征提取网络,利用卷积神经网络和Transformer分支的局部和远程特征来保留更多图像信息,获得较准确的火焰图像特征,并与热电偶点检测数据融合,从而实现对陶瓷辊道窑温度的精确检测。该多尺度特征提取网络模型首先是采用一种基于多层Transformer的自编码器网络提取出其中的浅层和多尺度深层特征,其次将多个特征融合到Transformer和卷积神经网络中使其获得足够的能力去捕捉特征信息,最后将热电偶点检测获得的数据输入前面的网络中,利用特征级信息融合来是实现火焰图像特征与关键点检测温度数据的融合。实验结果表明,本文提出的融合网路模型比基于卷积神经网络融合方法特征识别平均准确率提高了1.75%,平均误差产生的减少了2.67%,其大多数指标上优于卷积神经网络分支或Transformer分支图像融合,因而本文的方法有效可行。

陶瓷练泥机机头非光滑凹坑的结构仿生及其减黏降阻

陶瓷练泥机是陶瓷塑性成形的关键设备,对挤出致密度高、可塑性强、组分均匀的泥料具有重要意义。由于泥料在陶瓷练泥机中会与机器内部接触面间产生黏附阻力,导致挤出的泥料出现速度分布不均匀、分层、开裂等缺陷,严重影响泥料表面质量与成形性能。针对以上问题,借鉴蜣螂体表的减黏脱附功能结构,本文分析练泥机机头中泥料的运动状态,研究了陶瓷练泥机机头非光滑凹坑结构的仿生设计方法,利用表面改形方法在练泥机挤出机头内壁面设置凹坑形仿生结构,打乱泥料原本的分层秩序,使水膜状态发生变化,建立机头的蜣螂仿生凹坑结构表面模型,通过COMSOL多物理场数值计算与正交试验设计对其结构进行优化,最后通过试验验证提出方法的有效性。结果表明:影响仿生机头综合性能的几何因素由主到次依序为非光滑体排列方式、相邻非光滑体间距、非光滑体截面半径;在机头内壁表面均匀设置平行排列的半径r为1.5mm、相邻中心距b为4.5mm的凹坑λ_(s)^(2)结构,与光滑表面机头相比,其泥料挤出减阻率λ_(f)达到21.83%,相对角速度方差下降率为3.44%,泥料挤出效率提高11.95%,挤出泥料表面光滑,无明显表面和内部质量缺陷,从而证明了仿生非光滑凹坑结构在保证泥料具备一定挤出效率的同时,可实现减黏降阻。提出的方法对练泥机泥料的高质、高效挤出具有重要理论意义与工程价值。

一种变角度摆动数控陶瓷滚压成型机的设计与试验

陶瓷滚压成型通过陶瓷滚压成型机对泥料实施旋滚与压制复合运动,是日用陶瓷成型的重要环节,对成瓷质量具有重要影响。针对传统陶瓷滚压成型机存在的滚头角度固定、成型坯体颗粒排列不均的问题,通过对滚压成型工作原理及其过程中泥料可能出现的质量问题分析,提出一种变角度数控陶瓷滚压成型机的设计方法,将传统陶瓷滚压成型机滚头轴固定角度滚压改进为滚头先垂直下压,然后以滚头末端为中心点、产生滚头轴随形变角度摆动压制的滚压过程,用以克服传统滚压成型机滚压后坯体密度不均等问题,使其排泥流畅、坯体各处受力均匀,减少烧成变形。以典型盖碗瓷坯为研究对象,开展变角度摆动与固定角度的滚压成型试验,通过烧成后的质量对比分析验证提出方法有效性。结果表明,相对于传统固定角度滚压,变角度摆动滚压成型机滚压成坯的A型盖碗烧成后的高度、口径烧结收缩率分别增加1.12%、0.73%,B型盖碗烧成后的高度、口径烧结收缩率分别增加0.11%、0.06%,说明变角度滚压机滚压后泥料底面和侧面受压力均匀,泥料致密性和均匀性更好;A型、B型坯体成品率分别提高44%、40%,成型产品质量提高,成品率大大增加。因此,提出方法对于提升陶瓷滚压成型工艺质量、减少产品变形,以及自动化和柔性化方面具有重要理论意义与工程价值。

基于改进DQN算法的陶瓷梭式窑温度智能控制

针对陶瓷梭式窑大延迟、非线性、慢时变及强耦合等特点,提出了基于改进DQN算法的陶瓷梭式窑温度智能控制方法。首先,建立了基于BP神经网络的陶瓷梭式窑模型。然后,提出了基于改进DQN算法的智能控制方法。最后,对所提出的方法进行了仿真研究。仿真结果表明,改进的PRDQN算法的温度控制相对误差为0℃~5℃,温度控制效果相对较好。因此,所提出的方法是有效且可行的。

基于轴向超声振动的陶瓷练泥机泥料挤出减粘降阻研究

针对陶瓷练泥机挤出的泥料表面和内部存在问题,在陶瓷练泥机的挤出螺旋铰刀轴上添加由压电陶瓷产生的轴向超声振动,实现练泥机挤泥过程中减粘降阻的效果。通过分析泥料运动机理,使用SolidWorks软件建立泥料三维模型,最后将建好的三维模型导入COMSOL有限元分析软件进行仿真分析。结果表明:对陶瓷练泥机的挤出螺旋铰刀轴施加轴向超声振动能够降低陶瓷泥料与铰刀及轴面之间的黏附阻力,减小泥料的平均速度梯度,提高平均速度。在振频为24 kHz、振幅为0.6 mm时,挤出泥料平均速度梯度降低37.42%,平均速度提高至0.0161 m/s,减粘降阻效果较为明显。

陶瓷壳体零件制作工艺的研究

陶瓷材料可以被用来制作壳体类零件。由于陶瓷坯体在干燥和烧结过程中的收缩率较大,约5%-20%,并且受到多种因素影响,导致壳体零件尺寸精度较低,限制了陶瓷壳体的应用。为了提高陶瓷壳体零件的尺寸精度,本文首先利用注浆成型的方法制作了一个圆柱形陶瓷壳体试件,测量尺寸,计算材料收缩率。然后设计了一个电器仪表外壳,根据收缩率数据将模型放大,采用3D打印的方法制作模芯,并利用此模芯制作石膏模具。最后采用相同的注浆成形工艺参数,制作出陶瓷壳体零件。实验结果表明,这种二次注浆成形工艺能够抵消陶瓷材料收缩,并避免影响因素,使壳体零件尺寸的相对误差小于1%。

地方高校工程训练的实践教学体系构建与特色定位

针对工程训练趋同的现象,以本科工科教育分类理论为依据,在分析行业背景地方本科院校人才培养定位的基础上,以景德镇陶瓷大学为例,探讨了具有行业背景地方高校工程训练的实践教学体系的构建与特色定位。针对实践教学体系的顶层设计,阐述了如何融合陶瓷行业特色,强化工程训练中心建设,包括创新实习、实践教学内容;开展以陶瓷装备实训为内容要求的第二课堂小组活动;引导学生参加教师科研与创新、创业项目;选拔优秀学生参加学科竞赛等多种措施。打造具有陶瓷行业特色的工程训练实践教学平台,从而显著提高学校为行业与地方经济发展服务的有效度。

陶瓷墙地砖干法制粉造粒过程湿含量数值分析

针对陶瓷墙地砖干法制粉过程粉体颗粒湿含量分布不均匀性问题。采用有限体积法建立干法制粉造粒过程欧拉-欧拉多相流模型,模拟干法造粒过程雾化液滴的分布情况,分析干法造粒过程中粉体颗粒的湿含量均匀性;同时搭建试验平台测试干法造粒粉体颗粒湿含量。数值仿真结果表明：当干法造粒时间为10 s、20 s、30 s时,粉体颗粒分布区域雾化液滴的质量比分布分别在0.08-0.09、0.09-0.1、0.11-0.12区域,且20 s时造粒室内雾化液滴分布均匀性均最佳。同时实验与仿真对比表明：当干法造粒时间为10 s、20 s、30 s时,造粒室内雾化液滴最大质量比实验测得值为0.086、0.112、0.123,数值模拟值为0.09、0.1、0.12;造粒室内雾化液滴平均质量比实验测得值为0.081、0.102、0.109,数值模拟结果为0.082、0.096、0.118。从局部与整体角度表明数值模拟与实验结果基于吻合,说明数值模拟结果的真实性,为陶瓷墙地砖干法制粉粉体颗粒湿含量均匀性分析提供了可靠的理论依据。

陶瓷干法造粒过程坯料颗粒成形与雾化液含量的影响

为研究陶瓷干法造粒制粉过程坯料颗粒成形与雾化液含量的关系,基于欧拉-欧拉双流体模型模拟干法造粒制粉过程坯料颗粒与雾化液混合过程,同时对坯料颗粒流动性、颗粒级配及粗糙度进行实验分析,验证数值模拟结果正确性。仿真结果表明:当雾化液含量分别为100 m L、200 m L、300 m L时,坯料颗粒在造粒室内的分散性无明显差异,团聚现象不明显;当雾化液含量分别为400 m L、500 m L时,坯料颗粒在造粒室内的分散性有明显变化,团聚现象显著。实验结果表明:当雾化液含量分别为100 m L、200 m L、300 m L、400 m L、500 m L时,坯料颗粒的流动性指数依次为63.5%、83.0%、90.0%、77.0%、61.0%,有效坯料颗粒百分比依次为72%、83%、90%、82%、65%,粗糙度系数平均值依次为1.38、1.43、1.26、1.49、1.57。综合分析说明:数值仿真与实验结果基本相吻合,造粒过程中雾化液含量为300 m L时,干法造粒制粉过程造粒室内坯料颗粒的分散性较好,且基本无团聚现象;坯料颗粒的流动性最佳、颗粒级配最均匀、粗糙度整体最优,即造粒效果最好。

基于CFD的建筑陶瓷干法制备过程温度场分析

为了建立干法制粉过程温度场与有效坯体颗粒之间的关系。基于欧拉双流体理论建立干法制粉过程数理模型,模拟干法制粉过程温度随造粒时间的变化规律,同时结合坯料颗粒的流动性指数与有效颗粒数,阐明干法制粉过程温度场与有效坯体颗粒之间的关系。数值模拟与实验结果表明:当造粒时间为4 min、5 min、6 min时,造粒室内部最大温度值分别约为70℃、85℃、95℃,且造粒室内温度值均衡性依次减弱,坯料颗粒的流动性指数分别为59.5、91.5、85.5,有效坯料颗粒分别为85.33%、90.66%、87.76%。研究结果说明:造粒时间为5 min时造粒效果最佳,且当造粒室内温度值大于85℃时,坯料颗粒的流动性指数及有效颗粒数量在一定程度上均减少。

基于CFD的建筑陶瓷干法制粉造粒室倾斜率的分析

针对造粒室倾斜率对干法制粉造粒效果的影响。基于欧拉-欧拉双流体模型建立干法造粒数学模型,简化干法造粒装置建立物理模型,模拟不同造粒室倾斜率对造粒室内坯料颗粒的分布情况,优化造粒室倾斜率,结合实验分析坯料颗粒的流动性指数验证数值仿真的正确性。数值分析表明:当造粒室倾斜角分别为5°、15°、25°、35°、45°时,坯料颗粒在造粒室内的体积分布依次为1/3、2/5、1/2、1/2、1/2,造粒室内坯料颗粒的最大堆积度依次为0.6、0.45、0.42、0.42、0.6,且造粒室倾斜角为25°时坯料颗粒在造粒室内分布均匀性最好。实验分析表明:当造粒室倾斜角分别为5°、15°、25°、35°、45°时,坯料颗粒的流动性指数分别为61.11、78.45、93.06、88.23、72.11,造粒室倾斜角为25°时坯料颗粒的流动性最佳。综上分析可知:造粒室最佳倾斜角为25°,此时造粒室内坯料颗粒的体积分布最大,堆积密度最小,分布均匀性最好,且坯料颗粒的流动性最佳。

陶瓷涂层-金属基体物理参量对声波传播特性的影响研究

为了研究陶瓷涂层-金属基体物理参量对声波的传播特性影响,结合声波控制方程并采用全局矩阵法,通过层状介质中气-固界面及固-固界面处应力和位移连续性的边界条件,建立了声波在固体双层层状介质中的声传播数学模型,得到了声波在陶瓷涂层-金属基体双层层状介质中的声传播频散曲线,研究了不同的物理参数变化对声波频散曲线影响。结果表明,陶瓷涂层-金属基体双层层状介质中,当陶瓷涂层厚度从1 mm增加到3 mm,频散曲线整体往左移动,金属基体为钢铁的频散曲线较基体为铝的频散曲线整体上往右移动,声波对金属基体的密度变化敏感性较低;当基体的厚度从1 mm增加到3 mm时,频散曲线整体上往左移动,A_0模态和S_0模态较为敏感。为超声在陶瓷涂层-金属基体层状介质无损检测及性能检测提供理论依据。

建筑陶瓷干法造粒过程坯料颗粒含水率的研究

为改善建筑陶瓷干法造粒过程坯料颗粒含水率不均匀性问题,采用CFD方法分析建筑陶瓷干法造粒过程坯料颗粒的含水率分布情况,建立干法造粒过程坯料颗粒含水率的CFD模型,改善坯料颗粒的含水率均匀性,同时实验测量坯料颗粒的含水率验证模拟结果的可靠性。数值仿真结果表明:当干法造粒时间分别为5.5 min、6 min、6.5 min时,造粒室内雾化水的质量百分比最大值分别约为9%、11%、12%,平均值分别约为6%、8%、9%,且雾化水的质量百分比云图均含三区间分布,坯料颗粒含水率分布均匀性较差。同时实验测试结果与数值仿真结果基本相吻合,验证了数值模拟模型的正确性,为干法造粒过程坯料颗粒的含水率研究提供了新的方法。

基于多智能体技术日用陶瓷质量等级分类方法研究

由于生产过程中环境和材料等因素影响,陶瓷产品会出现不同程度和不同种类的缺陷比如裂纹、落渣、变形、烤花粘釉等,人工辨别和分类会导致生产效率低下。为了提高陶瓷产品质量等级分类效率和智能化程度,本文提出了将多智能体技术应用于日用瓷质量等级分类的方法,给出了基于多智能体技术的陶瓷分类系统结构和功能实现方案。同时,智能体将卡尔曼滤波算法和C4.5分类算法进行了有效的结合来处理数据。最后,给出了一个日用瓷分类应用实例,通过对抽样产品缺陷进行数据分析,结果表明该方法在日用瓷分类中是有效的和可行的。这为多智能体技术在陶瓷领域的应用提供了一种新途径和新思路。

陶瓷墙地砖干法造粒机主轴偏心率对造粒效果的研究

针对陶瓷墙地砖干法造粒制粉存在的颗粒级配分布不均匀的现象,搭建试验平台研究主轴偏心率对造粒过程中颗粒级配的影响,同时基于欧拉-欧拉模型模拟造粒过程颗粒的分散性及验证实验结果的可靠性,优化主轴偏心率。实验结果表明:当偏心率为0.15、0.25、0.35时,颗粒的有效质量百分比依次为79.5%、85.5%、79.4%,且当偏心率为0.25时,颗粒级配均匀性最佳。同时数值模拟结果表明:当偏心率为0.15、0.25、0.35时,颗粒在造粒室形成的堆积度依次分别为7%、3%、11%,说明实验结果与数值模拟基本相吻合,验证了实验的可靠性,表明主轴偏心率为0.25时造粒效果颗粒的级配均匀性最佳。

陶瓷涂层-金属基-陶瓷涂层的金属基体超声波无损检测研究

针对陶瓷涂层-金属基-陶瓷涂层三明治结构的金属基体超声波无损检测的问题,根据超声在层状介质中的传播机理和声波控制方程,采用全局传递法并结合气-固界面与固-固界面处的应力和位移连续性的边界条件,建立了声波在陶瓷涂层-金属基体-陶瓷涂层三层介质中声传播频散特性的数学模型,研究了金属基体不同的物理性能参数对声波频散曲线影响。结果表明:在陶瓷涂层-金属基-陶瓷涂层三层层状介质中,当金属基体密度减小时,声波频散曲线整体上往右移动,且S0模态在整个频域内对金属基体密度变化较为敏感;当金属基体的厚度减小时,频散曲线整体上往右移动且整个频域内A0模态和S0模态对金属基体厚度变化较为敏感。另外,S0模态声波在介质中的水平应力在厚度方向上呈对称形式;而垂直应力在厚度方向上呈反对称形式;声波在介质中的水平位移和垂直位移在厚度方向上均呈对称形式。为选择合适模态的超声波和通过计算出某一厚度上的位移和应力检测陶瓷涂层-金属基-陶瓷涂层的金属基体物理性能及结构健康监测提供一定的理论基础。

陶瓷墙地砖干法造粒过程坯料粉体成形与造粒室转速的影响

为分析陶瓷墙地砖干法造粒过程坯料粉体成形与造粒室转速的关系。基于欧拉-欧拉双流体模型模拟陶瓷干法造粒混料过程数理模型,同时对坯料粉体粗糙度、粉体级配及粉体流动性指数进行实验分析,验证数值模拟的正确性。当造粒室转速分别为120 RPM、140 RPM、160 RPM时,坯料粉体体积分布大小基本保持不变,坯料粉体均匀性和分散性逐渐变好,团聚现象逐渐消失;当造粒室转速分别为180 RPM、200 RPM时,坯料粉体体积分布大小仍基本保持不变,坯料粉体均匀性和分散性逐渐变差,团聚现象逐渐明显。实验结果表明:当造粒室转速分别为120 RPM、140 RPM、160 RPM、180 RPM、200 RPM时,坯料粉体粗糙度系数平均值依次为1.79、1.77、1.68、1.74、1.78;粉体级配百分比依次为73%、77%、89%、80%、72%;流动性指数依次为63.54、66.95、69.75、68.32、67.21。综合分析说明:造粒室转速为160 RPM时,坯料粉体均匀性和分散性良好,且无明显团聚现象,此时坯料粉体粗糙度系数平均值最小、粉体级配百分比最高、流动性指数最大,即造粒效果最好。