面向“新工科”的“一核两翼、双轮驱动”实践教学模式构建——以华东理工大学过程装备与控制工程专业为例

"新工科"建设是我国高等教育面对第四次工业革命的主动谋划,在工程教育改革背景下,现阶段本科教育教学过程普遍存在内容陈旧、培养单一、创新不足、跨界融合少等问题。本文以华东理工大学过程装备与控制工程专业为例,提出"一核两翼、双轮驱动"的实践教学模式,以双创为主体(一核),通过教务处统筹兼顾与各学院的纵深拓展(两翼),打造"教学科研—创新实践"一体化优质科创平台。设计"理论授课"与"双创实践"交叉螺旋推进的双轮驱动课程体系,做到"学与做"有机结合、相辅相成,不断提高学生的综合素质和工程实践水平,培养创新引领型精英人才。

基于MOOC和虚拟现实的工程制图教学创新

为了应对因为卓越工程师教育培养计划和新工科建设的实施,对工程制图教学提出的更高要求,在传统工程制图教学方法的基础上,构建了工程制图课程的大型开放式网络课程(MOOC)和虚拟现实项目。学生可以通过线上视频随时预习与复习,将虚拟现实引入装配图教学,使学生更容易理解装拆顺序,增强学生的参与感。创新的教学方法以课程理论为基础,启发学生进行创新活动,增强学生的工程能力和创新能力,从而培养出适应工业发展的创新型人才。

面向智能制造的工程测试与信号处理研究生课程教学改革与实践

工程测试与信号处理研究生课程的教学改革旨在提升学生的实践能力和创新思维,以适应智能制造发展的需要。教学改革中强调理论与实践并重,根据科技的发展不断更新教学内容,注重跨学科知识的融合和应用,引入先进的教学技术,拓宽学生的知识面,培养解决实际问题的能力。实践教学改革强调实验设计和实际操作的重要性,引入先进的实验设备和虚拟实验,提供更多实践机会,加深学生对实验原理和流程的理解。通过产学研合作和实践项目,促进团队协作和跨学科交流,提高实践能力。同时,教学改革注重培养学生的创新意识,引入前沿技术和研究方向,鼓励学生参与科研项目,培养对人工智能等新技术的敏感性。积极进行师资队伍建设,提升教学水平。这一系列改革帮助学生更好地适应工程实践的需求,提高他们在智能制造领域的综合素质,为未来职业发展奠定坚实基础。

3D打印点阵夹芯结构冲击损伤的近场动力学模拟

为了有效模拟3D打印点阵材料夹芯结构在弹丸冲击下的损伤破坏行为,在近场动力学微极模型中引入塑性键,构建了适用于点阵材料夹芯结构的模型和建模方法,在验证模型准确性的基础上,模拟分析了低速和高速弹丸冲击下点阵材料夹芯结构的损伤模式与破坏机理。结果表明:低速冲击下3D打印点阵夹芯结构的破坏模式以局部塑性变形为主;高速冲击下,破坏模式表现为溃裂、孔洞贯穿和碎片喷射,并伴随着大范围的塑性变形。低速冲击下塑性变形范围随冲击速度升高而增大,而高速冲击下则相反。高速冲击下,点阵夹芯结构的贯穿过程分为面板接触、局部屈服、芯材压溃、穿透4个阶段,弹丸经历了急-缓-急3段减速过程,并对应2个加速度高峰,第2个加速度峰值低于第1个加速度峰值的50%;低速冲击过程中,弹丸仅有1次减速过程,加速度峰值随冲击速度的升高而增大,最终弹丸反弹。

“双碳”背景下过程流体机械课程案例教学探索

随着我国碳达峰碳中和目标的提出,将过程流体机械课程与“双碳”理念主动结合成为高校关注的命题之一。以华东理工大学过程流体机械课程为例,深入挖掘压缩机在合成氨等大型化工行业的支撑作用,增加压缩机在绿色氢能及空气储能方面的节能降耗案例,结合新时期对创新人才培养的工程需求,开展案例式教学探索,为全国同类课程的改革实践提供借鉴。

过程设备机械设计基础与制图集中教学改革探索

过程设备基础、制图、课程设计通常以分散教学模式面向工科学生,存在学生难以发现知识之间的内在联系、知识体系受限、学习兴趣不高等问题,而集中教学模式可以提高教学知识的丰富度和关联度。依托华东理工大学机械与动力工程学院教学优势,开展了过程设备基础、制图、课程设计三合一集中教学,实现了由简入繁的课程衔接,形成了紧密配合的教学进度,改革教学效果评价方式,提高了学生的学习兴趣,加深了专业知识的教学深度,为全国同类课程的改革实践提供了借鉴。

机械工程领域中的纳米技术及其应用

纳米材料在机械工程领域被广泛使用,它的应用将改变传统的机械操作模式,对机械工程具有重要的影响。为进一步推动纳米技术在机械工程领域的发展与应用,首先阐述了纳米技术的概念,然后从微型纳米轴承、纳米技术马达、纳米燃油装置、纳米刀具以及纳米磁性液体在旋转轴中的应用等方面,对纳米技术在机械工程中的应用进行了探讨,最后分析了纳米技术在机械工程领域中的发展前景。

农业机械故障诊断中数字孪生技术的融合应用研究

针对我国农业机械的故障诊断和维修尚未实现完全数字化、智能化,大多情况为损坏后进行人工检修的现状,将数字孪生技术应用到农业机械设备的故障诊断及状态检测。通过调查农业机械常用的故障类别,模拟其在工作时产生的振动,并采用时频特征分析振动信号。基于此搭建了一个小型农业机械,并利用SolidWorks建立了孪生体模型,利用Unity 3D建立孪生体场景。使用C#将传感器收集的参数传输给数字孪生体,调用MySQL数据库中已有的轴承、齿轮等传动件的训练模型,并比较BP神经网络、卷积神经网络(CNN)等多种神经网络的优缺点。基于开源数据集,采用深度卷积神经网络(DCNN)进行故障诊断,对断裂、磨损的故障诊断率准确率达到96.7%。

美国纽约大学图学课程对工程图学教学改革的启示

本文介绍了纽约大学机械专业和航空专业图学课程的主要教学内容、教学特点及课程的优缺点。笔者将其优点应用在工程图学教学过程中,对工程图学的教学内容和教学方式进行调整,将先进成图技术和图学比赛融入课程,从而为教学改革提供了新的思路。此举可以培养学生的创新能力,提高学生的学习兴趣,改进学生的学习体验。

机械工程专业概论课程的教学实践与思考

专业概论是近年来兴起的一门新课程,其教学方法正在探索之中。笔者根据多年的教学实践,对机械工程专业概论课程的教学方法进行了研究,构建了课程教学内容框架,并从机械工程专业的内涵及发展历史、机械工程的三大主流方向、机械工程专业的学习特点、树立专业思想、热爱所学专业等若干方面,对如何做好教学工作进行了分析与思考,提出了教学观点。本文所提出的教学观点不仅仅针对机械工程专业概论的教学,对其他专业概论课程的教学也具有一定的借鉴意义。

2022年度机械设计与制造学科国家自然科学基金管理工作综述

介绍了2022年度国家自然科学基金委员会工程与材料科学部机械设计与制造学科(工程科学二处)科学基金项目的申请、评审和资助情况以及科学基金项目的进展与结题情况,阐述了学科在落实科学基金改革、加强人才培养和研讨未来发展方向等方面的具体举措,展望了2023年的主要工作。

基于干扰观测器的机械臂分数阶非奇异终端滑模控制

针对串联式工业机械臂在实际控制中内部存在建模误差,外部存在多种干扰的轨迹追踪问题,提出了一种结合干扰观测器和滑模控制的复合控制方法。采用拉格朗日方法建立了机械臂的动力学模型以分析其动力学特性;设计了一种有限时间干扰观测器来补偿机械臂受到外界干扰的可观测部分,主动减小干扰对于控制系统的影响;对于不可观测部分,提出了一种改进的分数阶非奇异终端滑模控制策略,并设计了趋近律以保证逼近阶段的控制性能;采用Lyapunov定理分析控制系统的闭环稳定性。通过MATLAB/Simulink控制仿真验证,结果表明该控制方法能够克服扰动以及建模误差带来的不确定性,有效提高机械臂轨迹跟踪的精度,并实现对于期望运动轨迹的迅速追踪。

推力空气箔片轴承新型结构构建及其动力学性能

提出一种新型推力箔片轴承,该轴承的优点是通过波箔和平箔的组合来改变箔片轴承的轴向刚度等动态特性。以新型推力箔片轴承为对象,运用弹性力学理论分析推力箔片轴承顶箔和波箔的变形,联立黏温方程、气膜三维能量方程和等温Reynolds方程得到非等温Reynolds方程。利用小扰动法处理非等温Reynolds方程得到气膜压力的定常控制方程和微分控制方程。运用有限差分法和逐点松弛迭代法对其进行数值求解得到推力箔片轴承的气膜压力分布、气膜厚度分布、箔片变形量分布、气膜温度分布、轴向刚度、轴向阻尼等特性参数。结果表明,箔片轴承的轴向刚度和轴向阻尼随着波拱半长、楔形间隙高度差、波拱半径的增加而减小;轴向刚度和轴向阻尼随着涡动频率比、转速、波箔厚度、顶箔厚度、轴承外径的增加而增大。

小麦淀粉的燃烧过程和热分析动力学分析

为了分析小麦淀粉的燃烧特性,对小麦淀粉进行热重实验,绘制TG-DTG曲线,对其燃烧过程进行划分,计算小麦淀粉燃烧特性参数,比较其燃烧性能。通过等转化率方法进行热分析动力学研究,并分析小麦淀粉粉尘燃烧反应机理。结果表明:小麦淀粉燃烧过程分为脱水阶段、过渡阶段、快速燃烧阶段和焦炭燃烧阶段,质量损失主要发生在快速燃烧阶段,并在这一阶段质量损失速率达到最大值;在高温升速率下,小麦淀粉粉尘的可燃特性指数和综合燃烧特性指数都较高,可燃性能和燃烧性能都提高,易发生燃烧反应;运用Starink、FWO和Kissinger 3种方法得到的平均活化能值分别为94.777,98.892,94.142 kJ/mol,活化能较小,容易发生燃烧化学反应;在较大的加热速率下,小麦淀粉更易发生表面着火,符合表面非均相点火机理。

基于频繁模式挖掘算法的中医问诊策略研究

目的研究中医问诊策略,实现快速捕捉患者的关键病情信息,推进中医问诊客观化的发展。方法采用基于关联分析中频繁模式挖掘算法的症状提问模型,并使用交叉合并的方法建立中医单系统症状提问与多系统综合症状提问的中医症状问诊策略,达到通过最短的时间、最高的效率来获取到患者关键病情信息。结果实现了从单系统问诊到五系统综合问诊的突破,通过单系统与五系统两种症状提问模式实现了高效获取患者病情信息的过程,且对比传统量表提问方式,系统减少了65%的提问次数就可获取到患者92%的症状信息,大大提高了对患者症状信息获取的效率。结论在两种不同的症状提问模式下,打破了中医基于量表来询问患者的传统问诊模式,缩短了对患者症状获取的时间,简化了问诊流程,减少了由于经验不足或人为主观造成的差异,能够用于中医临床辅助诊断中。

考虑地层横观各向同性的地铁临近环境减隔振超结构

基于能带理论的减隔振超结构由于其禁带特性而受到了广泛的关注,其中局域共振禁带对小尺寸结构实现低频减隔振具有重要意义,并被应用于地层土体表面波和体波减隔振。然而目前绝大多数研究集中于各向同性土体。考虑地层土体横观各向同性,研究二维橡胶-混凝土超结构对地铁振动的减隔振特性,对比分析了混凝土半径、橡胶厚度和土体各向异性对超结构全向禁带的影响。在此基础上建立不同方向透射和全尺寸透射模型,验证了弹性波在超结构禁带频率内能够有效衰减。探索了土体各向异性对减隔振超结构性能的影响,能够为地铁临近环境减隔振设计和分析提供参考及指导。

表面织构对高速插针机构导轨的表面摩擦性能影响

以插针机中具有表面织构的导轨摩擦副为研究对象,考虑表面粗糙度、载荷波动、速度变化、时变油膜挤压效应等因素,分析表面织构对其摩擦性能的影响。应用计算机模拟生成具有自相关函数的粗糙表面,将Greenwood和Tipp建立的粗糙度接触模型以及Patir和Cheng修正后的平均油膜流体润滑模型耦合构建混合摩擦模型,通过MATLAB软件计算出凸轮的1个转动周期内的每个时刻的油膜压力、微凸体压力、油膜厚度。分析了混合润滑阶段摩擦副的油膜压力分布特点,以及织构数量、表面粗糙度、表面织构尺寸参数对摩擦副润滑特性的影响。结果表明:当底座摩擦副粗糙度方差增大时,油膜压力随之减小;微型凹坑半径取60μm,面积占有比取40%,微型凹坑深度取5μm时摩擦副取得最优润滑效果。

结构参数对固体氧化物电解槽性能的影响

SOEC(固体氧化物电解槽)的流道结构及电极厚度等结构参数对其性能具有重要影响。基于SOEC三维计算流体力学模型建立预测电流密度与温差的ANN(人工神经网络)模型,研究结构参数对SOEC电化学性能和温度场的影响规律。结果表明:ANN代理模型具有较高的精度和低的计算成本;温度分布均匀性与电解性能负相关;减小节距、肋宽和电极厚度会引起欧姆损耗的降低,电解槽的电流密度提高。与阳极肋宽相比,阴极肋宽对电流密度的影响更为显著,导致两者对温差的影响规律有所不同。当阳极厚度<40μm,阳极厚度减小导致反应活性面积急剧减小,电流密度因此降低。在参数研究范围内,当节距为1.8 mm,电解质厚度为8μm,阳极肋宽为0.6 mm,阴极肋宽为1.2 mm,阴极厚度为600μm时,能够保持高电流密度(>3700 A/m^(2))的同时获得最佳的温度均匀度。研究结果为固体氧化物电解槽的结构优化设计提供一种便捷可行的方法,具有重要指导意义。

超高压爆破片设计爆破压力的半经验计算公式

针对超高压正拱型爆破片提出设计爆破压力的半经验计算公式,开展超高压爆破片预拱变形后非均匀减薄壁厚的测量试验,借助试验数据对爆破片变形后非均匀减薄壁厚的理论计算公式进行修正,同时,为进一步简化半经验公式及过程,选取不同材料、爆破压力和挠曲高度的试验数据,建立爆破片挠曲高度和材料应变硬化指数之间的关联关系,对设计爆破压力半经验公式化繁为简,利用试验方法,对爆破片的爆破压力进行试验验证,试验结果与理论计算结果吻合较好,其误差分别为3.72%和6.59%,对实际工程应用具有指导意义。

化学机械系统的微小化与节能

简述了化学机械系统小型化的趋势,提出微小型化学机械系统的概念。分析了小型换热装置、微型换热装置、微型反应装置的结构、性能及应用情况,并分别结合具体的工程应用案例,通过与传统装置的比较,综合说明了微小型化学机械系统具有极大的开发潜力和广泛的应用前景。文中还简要介绍了微小化制造技术的进展。