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科研領(lǐng)域

    圍繞環(huán)保、高效加工制造理論方法及其應(yīng)用,注重以交叉研究和綜合研究為研究特色,結(jié)合相關(guān)基礎(chǔ)理論、方法及其產(chǎn)品應(yīng)用等方面的研究,建立高效、潔凈、節(jié)能、精密、可持續(xù)、復(fù)合創(chuàng)新設(shè)計和加工制造理論方法及其技術(shù)應(yīng)用體系,以本領(lǐng)域的重要理論、方法和技術(shù)問題、科技前沿問題和國家重大工程需求為主要研究內(nèi)容,以獲取原始創(chuàng)新成果和自主知識產(chǎn)權(quán)為主要目標,更好的為國家及山東省的制造業(yè)發(fā)展服務(wù)。將機械工程學(xué)院建成在學(xué)校創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系和科技創(chuàng)新體系框架下的、國內(nèi)領(lǐng)先的、在國際上有一定影響的高級專業(yè)人才培養(yǎng)基地、科學(xué)創(chuàng)新研究基地和高技術(shù)成果轉(zhuǎn)化基地。

    學(xué)院圍繞長期以來的工作基礎(chǔ)和研究特色,凝練高效潔凈加工理論與方法、綠色設(shè)計與制造、節(jié)能機械裝備設(shè)計、機電設(shè)備與控制等4個主要研究方向,其主要研究內(nèi)容如下:

1.高效潔凈加工理論與方法

    隨著新材料和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn),對于制造業(yè)和制造技術(shù)就提出了新的、高水平的要求,特別是作為制造技術(shù)基礎(chǔ)工藝的高效潔凈切(磨)削技術(shù)和特種復(fù)合加工技術(shù)發(fā)展進入了以高速切(磨)削和高效復(fù)合加工工藝與加工方法、提供成套高效加工技術(shù)為特征的新階段。這是在制造技術(shù)全面進步和創(chuàng)新的基礎(chǔ)上所產(chǎn)生的綜合效果,推動了高效精密加工技術(shù)的全面進步,使總體水平達到了一個新的高度。高效精密制造技術(shù)的發(fā)展方向主要是高速切削、高速磨削和高效特種復(fù)合加工技術(shù)。其中高速切削技術(shù)是切削加工發(fā)展的主流方向。在工業(yè)發(fā)達國家,高速切削加工技術(shù)已廣泛的應(yīng)用于航空、航天、汽車、模具、高速機車工業(yè)等,并取得巨大經(jīng)濟效益。

    本方向的主要研究內(nèi)容:(1)高效干(準)切削和硬切削加工基礎(chǔ)理論及加工新技術(shù):主要研究航空和汽車零件難加工材料(鎳基和鐵基合金、鈦合金、鋁合金等)的高效干(準)切削和硬切削加工基礎(chǔ)理論及加工機理、高效低溫切削(冷風(fēng)、氮化等)加工技術(shù)、高速切削加工系統(tǒng)的跨尺度理論、基于應(yīng)變梯度塑性理論的高效硬切削加工技術(shù)、高速干(準)銑削的穩(wěn)定性、高速切削摩擦學(xué)、適于高效干(準)切削和硬切削要求的新型陶瓷刀具和涂層刀具、氧化鋁-碳化鎢鈦納米復(fù)合陶瓷刀具、自潤滑陶瓷刀具等。(2)高效潔凈特種加工技術(shù)及裝備:主要研究超聲振動輔助氣體介質(zhì)電火花加工理論及應(yīng)用、智能控制超聲振動輔助磨削-脈沖放電復(fù)合加工技術(shù)研究及設(shè)備開發(fā)等。(3)精密磨料水射流微加工技術(shù)及裝備:主要研究精密微磨料水射流加工技術(shù)與系統(tǒng)、磨料水射流噴嘴內(nèi)外多相流流場的模擬仿真、工件材料脆塑轉(zhuǎn)變沖蝕動能臨界條件、硬脆材料高效高精度曲面加工技術(shù)與裝備等。

    本方向近年來,承擔(dān)國家973計劃課題2項,國家自然科學(xué)基金重點項目1項,國家杰出青年科學(xué)基金1項,國家杰出青年科學(xué)基金海外青年合作基金2項,面上項目20多項,國家“十一五”科技支撐計劃1項,國家863計劃1項,霍英東基金1項,教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃5項,全國優(yōu)秀博士學(xué)位論文專項基金1項,國防攻關(guān)項目2項,省部級科研項目約37項,以及多項橫向協(xié)作項目。曾獲教育部科技進步一等獎1項,山東省科技進步一等獎1項,教育部自然科學(xué)二等獎3項,山東省自然科學(xué)二等獎1項,山東省科學(xué)技術(shù)發(fā)明二等獎1項,山東省科技進步二等獎2項,全國優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎2篇,全國優(yōu)秀博士學(xué)位論文提名獎1篇,山東省優(yōu)秀博士學(xué)位論文1篇,山東省優(yōu)秀碩士學(xué)位論文1篇,授權(quán)國家發(fā)明專利10余項。發(fā)表論文530余篇,被SCI和EI收錄370余篇。

   

(a) 切入階段            (b) 中間切削階段            (c) 切出階段

圖 斷續(xù)切削刀具損傷當(dāng)量應(yīng)力演變

  

   圖 研制的超細晶粒硬質(zhì)合金銑刀    圖 納米復(fù)合陶瓷刀具高速硬切削實驗

      

2.綠色設(shè)計與制造

    近年來,綠色制造和可持續(xù)制造在國內(nèi)外也開始受到高度關(guān)注和重視?!熬G色制造”被明確列為《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》(以下簡稱《綱要》)中制造業(yè)領(lǐng)域發(fā)展三大思路之一;同時也是《國務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的若干意見》(國發(fā)[2005]22號)、《國務(wù)院關(guān)于做好建設(shè)節(jié)約型社會近期重點工作的通知》(國發(fā)[2005]21號)等文件中明確指出和強調(diào)的國家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和建設(shè)節(jié)約型社會等重大工程的關(guān)鍵配套技術(shù)之一。綠色設(shè)計及制造技術(shù)的實施涉及到產(chǎn)品全生命周期的設(shè)計評價技術(shù)、制造技術(shù)、環(huán)境技術(shù)及管理技術(shù)等多個領(lǐng)域,由于其自身技術(shù)內(nèi)涵復(fù)雜,因而技術(shù)研究和組織實施難度較大。因此發(fā)展綠色設(shè)計和制造技術(shù)對于我國實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟有著極其重要的地位和意義。綠色設(shè)計和制造技術(shù)的研究既要注意綠色制造技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)還要注重基礎(chǔ)共性關(guān)鍵技術(shù)的深入研究。目前可持續(xù)制造科技發(fā)展趨勢可歸納為以下三個方面:1)產(chǎn)品全壽命周期設(shè)計和管理;2)與高新技術(shù)相互融合的先進回收、再制造科學(xué)技術(shù);3)長壽命、高質(zhì)量和可靠性促進可持續(xù)制造發(fā)展。

    本方向的主要研究內(nèi)容包括:(1)綠色制造和再制造:主要研究機電產(chǎn)品全生命周期設(shè)計理論和評價方法,全降解材料制品及其成套設(shè)備研究開發(fā),低碳、節(jié)約型制造共性技術(shù)研究及應(yīng)用,再制造技術(shù)及其制造過程質(zhì)量控制與評價技術(shù)研究。(3)三維數(shù)字化設(shè)計制造:主要研究復(fù)雜機械與微機械系統(tǒng)數(shù)值模擬方法,大批量定制的產(chǎn)品研發(fā)模式,面向?qū)ο蟮姆植际教摂M設(shè)計協(xié)同工作仿真引擎及快速虛擬環(huán)境建模理論與方法,生產(chǎn)過程模擬與評價平臺,機電產(chǎn)品CAE設(shè)計。

    本方向近年來,承擔(dān)國家十一五科技支撐計劃重大項目課題和子課題2項,國家973課題1項,863項目4項,國防項目5項,國家自然科學(xué)基金12項,省部級科研項目18項,及多項橫向協(xié)作項目。獲山東省科技進步一等獎1項,二等獎2項,山東省教學(xué)成果一等獎1項,其他省部級獎勵10項,發(fā)表論文300余篇,被SCI和EI收錄150余篇。

 

圖 基于中國多環(huán)境空間特性的LCA評價模型

 

圖 生物質(zhì)全降解餐飲具制品關(guān)鍵技術(shù)和成套裝備

超聲波清洗聲場分析

發(fā)動機機體冷焊層縱向殘余應(yīng)力分布

3.節(jié)能機械裝備設(shè)計

    長期以來我國的經(jīng)濟高速發(fā)展依賴于傳統(tǒng)的的高消耗、高排放、低效率的粗放型增長方式,資源利用率低,環(huán)境污染嚴重。隨著我國進入工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的高速發(fā)展階段,我們面臨著的是日益嚴重的資源和環(huán)境問題。因此我國必須大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟,按照按照“減量化、再利用、資源化”原則,采取各種有效措施,以盡可能少的資源消耗和盡可能小的環(huán)境代價,取得最大的經(jīng)濟產(chǎn)出和最少的廢物排放,實現(xiàn)經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益相統(tǒng)一,建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會。本方向特點是將裝備設(shè)計理論與摩擦學(xué)設(shè)計、熱力機械的能量轉(zhuǎn)換理論及技術(shù)、可靠性理論及節(jié)能理論等相結(jié)合,完善節(jié)能機械裝備設(shè)計體系,形成新的、多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域。

    本方向的主要研究內(nèi)容包括:(1)機械裝備節(jié)能設(shè)計:主要研究無源強化機械振動傳熱、機械振動強化傳熱機理與裝備設(shè)計、節(jié)能降耗技術(shù)計算流體動力學(xué)仿真、換熱機械的動態(tài)特性與控制、換熱元件節(jié)能設(shè)計理論與方法等。(2)生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化理論及其裝備設(shè)計制造:主要研究生物質(zhì)固化成型理論與方法、生物質(zhì)氣化發(fā)電和制氫理論與方法、焦油強制裂解和燃氣高效凈化理論與方法、高熱值氣化技術(shù) 及裝備等。(3)新型陶瓷噴嘴設(shè)計制造:主要研究高性能長壽命水煤漿陶瓷噴嘴設(shè)計制造理論與方法、陶瓷噴嘴結(jié)構(gòu)優(yōu)化及水煤漿霧化機理、陶瓷噴嘴熱沖蝕機理等。

    近年來,承擔(dān)國家973計劃課題1項,863計劃項目3項,國家自然科學(xué)基金2項,山東省重大攻關(guān)項目2項,省部級科研項目10項,以及多項橫向協(xié)作項目。曾獲教育部科技進步一等獎1項,教育部科技進步二等獎2項,教育部自然科學(xué)二等獎1項,山東省科技進步一等獎1項。發(fā)表論文240余篇,被SCI和EI收錄100余篇。

 

   

    布風(fēng)管速度矢量分布規(guī)律     床層壓力分布規(guī)律     垂直截面料層速度分布規(guī)律

4.機電設(shè)備與控制

    在機電伺服控制研究中,高速大進給精密定位控制和低速微進給精密定位是重要的研究內(nèi)容之一。這其中包括機電運動系統(tǒng)的動態(tài)檢測與動力學(xué)建模技術(shù)、非線性摩擦的精密測量與補償控制技術(shù)等方面的研究。在數(shù)控技術(shù)方面,開放式控制器作為工業(yè)自動化的一項共性技術(shù),對于制造業(yè)的信息化、智能化具有重要意義,有關(guān)開放控制器的研究主要圍繞標準化、模塊化的軟硬件體系結(jié)構(gòu)、軟件化數(shù)控系統(tǒng)、現(xiàn)場總線、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)、基于STEP-NC標準的軟件化開放式控制器、自治智能化CNC系統(tǒng)等。

    本方向的主要研究內(nèi)容包括:(1)機電系統(tǒng)單元技術(shù):主要研究高速精密軸承及主軸單元,高速轉(zhuǎn)子軸心軌跡檢測與控制、支承系統(tǒng)整體優(yōu)化與穩(wěn)定性控制,機電伺服控制中的高速大進給與低速微進給精密定位及控制,微位移高頻響致動器機理及應(yīng)用,高頻響電液驅(qū)動器等。(2)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù):主要研究嵌入式控制系統(tǒng)和基于量子框架的開放式汽車電控系統(tǒng),STEP-NC智能化數(shù)控理論與方法,基于實時工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備層通訊的開放式軟件化高檔數(shù)控平臺等。

圖 開放式制造自動化控制平臺

 

 


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