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    围绕环保、高效加工制造理论方法及其应用,注重以交叉研究和综合研究为研究特色,结合相关基础理论、方法及其产品应用等方面的研究,建立高效、洁净、节能、精密、可持续、复合创新设计和加工制造理论方法及其技术应用体系,以本领域的重要理论、方法和技术问题、科技前沿问题和国家重大工程需求为主要研究内容,以获取原始创新成果和自主知识产权为主要目标,更好的为国家及山东省的制造业发展服务。将机械工程学院建成在学校创新人才培养体系和科技创新体系框架下的、国内领先的、在国际上有一定影响的高级专业人才培养基地、科学创新研究基地和高技术成果转化基地。

    学院围绕长期以来的工作基础和研究特色,凝练高效洁净加工理论与方法绿色设计与制造节能机械装备设计机电设备与控制等4个主要研究方向,其主要研究内容如下:

1.高效洁净加工理论与方法

    随着新材料和新技术的不断涌现,对于制造业和制造技术就提出了新的、高水平的要求,特别是作为制造技术基础工艺的高效洁净切(磨)削技术和特种复合加工技术发展进入了以高速切(磨)削和高效复合加工工艺与加工方法、提供成套高效加工技术为特征的新阶段。这是在制造技术全面进步和创新的基础上所产生的综合效果,推动了高效精密加工技术的全面进步,使总体水平达到了一个新的高度。高效精密制造技术的发展方向主要是高速切削、高速磨削和高效特种复合加工技术。其中高速切削技术是切削加工发展的主流方向。在工业发达国家,高速切削加工技术已广泛的应用于航空、航天、汽车、模具、高速机车工业等,并取得巨大经济效益。

    本方向的主要研究内容:(1)高效干(准)切削和硬切削加工基础理论及加工新技术:主要研究航空和汽车零件难加工材料(镍基和铁基合金、钛合金、铝合金等)的高效干(准)切削和硬切削加工基础理论及加工机理、高效低温切削(冷风、氮化等)加工技术、高速切削加工系统的跨尺度理论、基于应变梯度塑性理论的高效硬切削加工技术、高速干(准)铣削的稳定性、高速切削摩擦学、适于高效干(准)切削和硬切削要求的新型陶瓷刀具和涂层刀具、氧化铝-碳化钨钛纳米复合陶瓷刀具、自润滑陶瓷刀具等。(2)高效洁净特种加工技术及装备:主要研究超声振动辅助气体介质电火花加工理论及应用、智能控制超声振动辅助磨削-脉冲放电复合加工技术研究及设备开发等。(3)精密磨料水射流微加工技术及装备:主要研究精密微磨料水射流加工技术与系统、磨料水射流喷嘴内外多相流流场的模拟仿真、工件材料脆塑转变冲蚀动能临界条件、硬脆材料高效高精度曲面加工技术与装备等。

    本方向近年来,承担国家973计划课题2项,国家自然科学基金重点项目1项,国家杰出青年科学基金1项,国家杰出青年科学基金海外青年合作基金2项,面上项目20多项,国家“十一五”科技支撑计划1项,国家863计划1项,霍英东基金1项,教育部新世纪优秀人才支持计划5项,全国优秀博士学位论文专项基金1项,国防攻关项目2项,省部级科研项目约37项,以及多项横向协作项目。曾获教育部科技进步一等奖1项,山东省科技进步一等奖1项,教育部自然科学二等奖3项,山东省自然科学二等奖1项,山东省科学技术发明二等奖1项,山东省科技进步二等奖2项,全国优秀博士学位论文奖2篇,全国优秀博士学位论文提名奖1篇,山东省优秀博士学位论文1篇,山东省优秀硕士学位论文1篇,授权国家发明专利10余项。发表论文530余篇,被SCI和EI收录370余篇。

   

(a) 切入阶段            (b) 中间切削阶段            (c) 切出阶段

图 断续切削刀具损伤当量应力演变

  

   图 研制的超细晶粒硬质合金铣刀    图 纳米复合陶瓷刀具高速硬切削实验

      

2.绿色设计与制造

    近年来,绿色制造和可持续制造在国内外也开始受到高度关注和重视。“绿色制造”被明确列为《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》(以下简称《纲要》)中制造业领域发展三大思路之一;同时也是《国务院关于加快发展循环经济的若干意见》(国发[2005]22号)、《国务院关于做好建设节约型社会近期重点工作的通知》(国发[2005]21号)等文件中明确指出和强调的国家发展循环经济和建设节约型社会等重大工程的关键配套技术之一。绿色设计及制造技术的实施涉及到产品全生命周期的设计评价技术、制造技术、环境技术及管理技术等多个领域,由于其自身技术内涵复杂,因而技术研究和组织实施难度较大。因此发展绿色设计和制造技术对于我国实施可持续发展战略和发展循环经济有着极其重要的地位和意义。绿色设计和制造技术的研究既要注意绿色制造技术的应用开发还要注重基础共性关键技术的深入研究。目前可持续制造科技发展趋势可归纳为以下三个方面:1)产品全寿命周期设计和管理;2)与高新技术相互融合的先进回收、再制造科学技术;3)长寿命、高质量和可靠性促进可持续制造发展。

    本方向的主要研究内容包括:(1)绿色制造和再制造:主要研究机电产品全生命周期设计理论和评价方法,全降解材料制品及其成套设备研究开发,低碳、节约型制造共性技术研究及应用,再制造技术及其制造过程质量控制与评价技术研究。(3)三维数字化设计制造:主要研究复杂机械与微机械系统数值模拟方法,大批量定制的产品研发模式,面向对象的分布式虚拟设计协同工作仿真引擎及快速虚拟环境建模理论与方法,生产过程模拟与评价平台,机电产品CAE设计。

    本方向近年来,承担国家十一五科技支撑计划重大项目课题和子课题2项,国家973课题1项,863项目4项,国防项目5项,国家自然科学基金12项,省部级科研项目18项,及多项横向协作项目。获山东省科技进步一等奖1项,二等奖2项,山东省教学成果一等奖1项,其他省部级奖励10项,发表论文300余篇,被SCI和EI收录150余篇。

 

图 基于中国多环境空间特性的LCA评价模型

 

图 生物质全降解餐饮具制品关键技术和成套装备

超声波清洗声场分析

发动机机体冷焊层纵向残余应力分布

3.节能机械装备设计

    长期以来我国的经济高速发展依赖于传统的的高消耗、高排放、低效率的粗放型增长方式,资源利用率低,环境污染严重。随着我国进入工业化、城镇化的高速发展阶段,我们面临着的是日益严重的资源和环境问题。因此我国必须大力发展循环经济,按照按照“减量化、再利用、资源化”原则,采取各种有效措施,以尽可能少的资源消耗和尽可能小的环境代价,取得最大的经济产出和最少的废物排放,实现经济、环境和社会效益相统一,建设资源节约型和环境友好型社会。本方向特点是将装备设计理论与摩擦学设计、热力机械的能量转换理论及技术、可靠性理论及节能理论等相结合,完善节能机械装备设计体系,形成新的、多学科交叉的研究领域。

    本方向的主要研究内容包括:(1)机械装备节能设计:主要研究无源强化机械振动传热、机械振动强化传热机理与装备设计、节能降耗技术计算流体动力学仿真、换热机械的动态特性与控制、换热元件节能设计理论与方法等。(2)生物质能源转化理论及其装备设计制造:主要研究生物质固化成型理论与方法、生物质气化发电和制氢理论与方法、焦油强制裂解和燃气高效净化理论与方法、高热值气化技术 及装备等。(3)新型陶瓷喷嘴设计制造:主要研究高性能长寿命水煤浆陶瓷喷嘴设计制造理论与方法、陶瓷喷嘴结构优化及水煤浆雾化机理、陶瓷喷嘴热冲蚀机理等。

    近年来,承担国家973计划课题1项,863计划项目3项,国家自然科学基金2项,山东省重大攻关项目2项,省部级科研项目10项,以及多项横向协作项目。曾获教育部科技进步一等奖1项,教育部科技进步二等奖2项,教育部自然科学二等奖1项,山东省科技进步一等奖1项。发表论文240余篇,被SCI和EI收录100余篇。

 

   

    布风管速度矢量分布规律     床层压力分布规律     垂直截面料层速度分布规律

4.机电设备与控制

    在机电伺服控制研究中,高速大进给精密定位控制和低速微进给精密定位是重要的研究内容之一。这其中包括机电运动系统的动态检测与动力学建模技术、非线性摩擦的精密测量与补偿控制技术等方面的研究。在数控技术方面,开放式控制器作为工业自动化的一项共性技术,对于制造业的信息化、智能化具有重要意义,有关开放控制器的研究主要围绕标准化、模块化的软硬件体系结构、软件化数控系统、现场总线、网络化数控系统、基于STEP-NC标准的软件化开放式控制器、自治智能化CNC系统等。

    本方向的主要研究内容包括:(1)机电系统单元技术:主要研究高速精密轴承及主轴单元,高速转子轴心轨迹检测与控制、支承系统整体优化与稳定性控制,机电伺服控制中的高速大进给与低速微进给精密定位及控制,微位移高频响致动器机理及应用,高频响电液驱动器等。(2)数控系统技术:主要研究嵌入式控制系统和基于量子框架的开放式汽车电控系统,STEP-NC智能化数控理论与方法,基于实时工业以太网设备层通讯的开放式软件化高档数控平台等。

图 开放式制造自动化控制平台