双碳目标下，我国正逐步构建起以新能源为主体的新型电力系统。风电是其中关键一环，发挥着愈加重要的作用。随着风电机组的高度变高，以节省成本为目的进行结构轻量化设计是当前风电发展的必然方向。其中海工基础与风电机组由于设计分工不同，国内一直沿用传统的分离式设计，在塔架底部进行数据交互与迭代设计，导致投资占比增高，设计方法冗余度大，建设阶段成本浪费。如何解决分离式设计的弊端，开发更高效的一体化轻量化设计方法是破局痛点的关键所在。 针对钢制塔筒结构，开展失效型式分析，考察不同参数对钢筒性能的影响；针对海上风电机组基础结构成本高、材料浪费严重的问题，以NREL 5MW海上风电机组的三脚架和导管架基础结构为例开展拓扑优化轻量化设计研究，最终实现结构轻量化设计，得到性能更优，质量更轻的海上风电机组基础结构。 创新点 针对钢制塔筒结构，开展了各类失效型式分析，并考察了设计参数对结果的影响，形成一套钢制塔筒轻量化设计方法。 以5MW海上风电机组模型作为参考模型，将拓扑优化方法引入海上风电机组三脚架和导管架支撑结构的轻量化设计，并进行模态分析、刚强度计算，得到一套在概念设计阶段、考虑结构－载荷耦合效应下海上风电机组三脚架和多导管架的拓扑优化设计及仿真流程。 市场前景 在目前陆上、海上风电机组大型化的趋势下，结构的安全设计、轻量化设计将会成为制约行业发展的一个重要难题，而将拓扑优化及有限元仿真引入风电机组结构设计中可有效解决此类问题。 应用案例 航天万源2MW直驱风电机组塔筒，减重10tons； 5MW海上风电机组三脚架支撑结构，减重276.54tons; NREL 5MW海上风电机组导管架支撑结构，最大位移减少14.89%、最大等效应力减小26.66%。 获奖情况 张承婉、杨晓宇、陈卓；指导教师：龙凯，一带一路暨金砖国家技能发展与创新技术大赛－工程仿真创新设计赛项（研究生组），团体优秀奖 张承婉；指导教师：龙凯，第三届中国工业互联网大赛二等奖 丁文杰，本科生，2020年毕业，论文题目“塔筒法兰螺栓疲劳失效机理和法兰轻量化设计”，校级优秀论文 丁文杰、李泽阳、季元、张承婉；指导老师：廖海涛、龙凯，兆瓦级海上风力发电机组三脚架基础结构设计与强度校核分析APP，第三届中国工业互联网大赛，工业互联网+数字仿真专业赛二等奖 张承婉、陆飞宇、张锦华；指导老师：龙凯，中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛北京赛区一等奖 张锦华，指导老师：龙凯，海上风电机组多导管架的拓扑优化方法研究.2020年北京市普通高校优秀本科毕业设计（论文）

本发明公开了一种基于轮廓特征的金属零件增材制造方法，包括以下步骤：①建立金属零件 CAD 几何模型，并提取 STL 模型；②根据零件轮廓特征及复杂程度确定其制造方向，并进行零件增材制造的路径规划；③利用分层切片软件对 STL 模型进行合理切片，由计算机根据这些轮廓信息生成控制指令；④板料送料机构在控制指令的控制下送出设定宽度及厚度的板料并剪断；⑤在电阻焊或摩擦搅拌焊产生的热量及辊压作用下完成层与层之间的焊合，同时复合同工位铣削完成轮廓毛刺的去除；重复上述④至⑤过程，直至完成整个零件的成形加工，如未达

聚丙烯/木质素复合材料的制备，通过添加相容剂，使官能团之间进行反应，可以有效地 降低木质素中的亲水基团，增加其与聚丙烯的界面粘结性。通过选择适当种类和比例的增韧 剂，添加钛酸钾晶须以及其他助剂，来提高聚丙烯/木质素复合材料的综合力学性能。其中改 性木质素接枝聚合物是通过用含双键酯化剂与木质素中羟基发生酯化反应并进一步将改性木质 素与取代烯烃单体接枝所得，通过改性木质素接枝聚合物以及增韧剂的加入可以降低复合材料 脆性和提高复合材料的综合力学性能。通过以上方法制备的复合材料合理利用了纸浆和造纸工 业中的废弃副产物木质素，可以有效减少聚丙烯的用量并降低石油资源的消耗。因此，本发明 将具有较强的推广前景。

内衬层采用高密度聚乙烯吹塑成型、增强层采用干纤维缠绕成型、外防护层采用聚氨酯涂敷固化成型。 采用干纤维缠绕工艺可进行高速缠绕作业，生产效率大幅提高；无需树脂作为基体且不需要固化，降低了生产成本；采用凯夫拉纤维替代玻璃纤维，提高了产品强度及韧性。 产品具有质量轻、抗腐蚀、寿命长、耐冲击等特点，是传统钢质LPG气瓶的全新替代品。

镁锂合金及其复合材料具有高的比强度和比刚度、优良的减震性能和电磁屏蔽性能，在航空、航天、武器、单兵装备、3C产品等领域有着广阔的应用前景。 本项目研制了镁锂基合金及其复合材料的设计技术、熔炼技术、成型工艺和表面处理技术，设计开发了具有超轻（密度约为1.5g/cm3）、高强（抗拉强度200-300MPa）、高模量（70-100GPa）、高稳定性的稀土金属间化合物增强Mg-Li基复合材料，建立了镁锂合金及其复合材料全链条中试制备平台，部分产品样品已经在航空航天、单兵装备等领域获得试用。 现已建成材料试制平台包括超细粉体制备中试线→100kg级镁锂合金真空熔炼系统→638T挤压中试线→微弧氧化+电泳中试线→机械加工→产品检测等一套轻合金及其复合材料产品试制所需的专用装备，在镁锂基复合材料制备方面形成了专门的制造技术、检测技术和工艺规范，可以满足小批量镁锂合金及其复合材料制备方面的需求。 镁锂合金及其复合材料是世界上最轻的金属结构材料，具有良好的导热、导电、延展性，在航空航天、国防军工等领域有着广泛的应用。随着当今世界对结构材料轻量化、减重节能、环保以及可持续发展的要求日益提高，镁锂合金在需要轻量化结构材料的交通、电子、医疗产品等领域也展现出广阔的应用前景。

镁锂合金及其复合材料具有高的比强度和比刚度、优良的减震性能和电磁屏蔽性能，在航空、航天、武器、单兵装备、3C产品等领域有着广阔的应用前景。 本项目研制了镁锂基合金及其复合材料的设计技术、熔炼技术、成型工艺和表面处理技术，设计开发了具有超轻（密度约为1.5g/cm3）、高强（抗拉强度200-300MPa）、高模量（70-100GPa）、高稳定性的稀土金属间化合物增强Mg-Li基复合材料，建立了镁锂合金及其复合材料全链条中试制备平台，部分产品样品已经在航空航天、单兵装备等领域获得试用。

利用微层共挤出技术制备导电层和绝缘层交替排列的层状材料，该材料具有以下特点： 层数可以调，最多可达到2000多层； 导电层和绝缘层的厚度比可调； 由于导电层和绝缘层的电阻率差异较大，因此电磁波会在层状界面间发生多次内部反射，起电磁屏蔽作用，并且电磁屏蔽性能与层数和层厚比有关； 导电物质仅分布在导电层中，绝缘层和导电层形成特殊的双层状连续结构，满足双逾渗条件，这将导致逾渗阈值降低，电阻率下降； 层状结构的协同作用导致材料的力学性能优异； 材料具有各向异性，在厚度方向上不导电。 主要技术指标： 与传统方法相比，相同导电物质含量的层状复合材料的电阻率降低50％以上、电磁屏蔽效能(SE)提高50％以上，断裂伸长率提高100％以上。 应用范围： 可用于电视机的屏蔽后盖、屏蔽罩、屏蔽箱体、电磁屏蔽膜、电磁屏蔽墙布的生产

本课题组开发了一种新型高性能纤维隔音隔热复合材料，该复合材料具有密度小，强度高，对声音及热阻隔性好的特点。 主要技术指标： 密度小：可以小于1 隔音性能好：超过45分贝 隔热性好：0.15W/mk项目目前在研制阶段，成果权属为我校独自拥有。

本项目针对冶金、矿山、建材、电力、化工等部门有着广泛存在的各种严酷的磨损工况特点，采用铸造复合工艺，在部件的严重磨损部位制备一层（约3-10mm）具有高硬度陶瓷颗粒（WC、TiC、Al 2 O 3 、SiC等）与各种铸铁、钢复合的局部复合材料部件，可大幅度提高这类易损件的使用寿命，降低由于备件更换所造成的设备停机时间。

本项目针对冶金、矿山、建材、电力、化工等部门有着广泛存在的各种严酷的磨损工况特点，采用铸造复合工艺，在部件的严重磨损部位制备一层（约3-10mm）具有高硬度陶瓷颗粒（WC、TiC、Al2O3、SiC等）与各种铸铁、钢复合的局部复合材料部件，可大幅度提高这类易损件的使用寿命，降低由于备件更换所造成的设备停机时间。