将高性能陶瓷增强体加入到金属的铝基体中，制成铝基复合材料，得到单一材料所不具有的强度、模量、塑性等各种优异性能，且性能可以通过人工设计和复合而进行控制。材料性能达到国际领先水平，建立了国内第一个航天铝基复合材料技术标准，形成了高性能铝基复合材料的批量、多品种研制和生产能力，并成功推广应用。

本团队以廉价生物质木质素为绿色填料替代传统炭黑增强橡胶，通过原位界面改性技术，提高木质素与橡胶的界面相容性，实现木质素对炭黑填料40%以上的替代，显著降低橡胶制品的成本。 该材料的抗老化及高温耐油等性能明显优于纯炭黑填料，且具有自修复功能。 

金属耐磨材料导热性好、耐冲击，在电力、矿山、冶金、建材等行业得到广泛应用。目前常用的高铬铸铁、高锰钢等金属耐磨材料，存在磨损速度快、更换周期短等不足，开发高耐磨铁基复合材料是弥补上述不足的重要途径。 本创新成果采用表面铸渗技术，通过设计开发金属基体组成、增强体结构和性能，在保持铸件整体成份和组织不变的条件下，在高铬铸铁、普通碳钢、球墨铸铁等铸件表面形成厚度可控的复合材料耐磨层，可方便地生产衬板、磨辊等耐磨件。该技术突破了以往复合层厚度只能达3~10mm的限制，实现了复合层厚度的可调可

电子封装用铝基复合材料主要包括SiCp/Al、AlNp/Al和Sip/Al等复合材料。它们采用专利挤压铸造方法制备，该工艺生产成本低、设备投资少、制成的材料致密度高，且对增强体和基体合金几乎没有选择，便于进行材料设计。“金属基复合材料工程技术研究所”在这一工艺上拥有多项发明专利，技术成熟，并具有独立开发新型材料的能力。 本电子封装材料具有低膨胀、高导热、机械强度高等优点，可以与Si、GaAs或陶瓷基片等材料保持热匹配。与目前常用的W/Cu、Mo/Cu复合材料相比，导热性、热膨胀性能相

项目简介金属耐磨材料导热性好、耐冲击，在电力、矿山、冶金、建材等行业得到广泛应用。目前常用的高铬铸铁、高锰钢等金属耐磨材料，存在磨损速度快、更换周期短等不足，开发高耐磨铁基复合材料是弥补上述不足的重要途径。本创新成果采用表面铸渗技术，通过设计开发金属基体组成、增强体结构和性能，在保持铸件整体成份和组织不变的条件下，在高铬铸铁、普通碳钢、球墨铸铁等铸件表面形成厚度可控的复合材料耐磨层，可方便地生产衬板、磨辊等耐磨件。该技术突破了以往复合层厚度只能达 3~10mm 的限制，

我们在国家自然科学基金、上海市青年科技启明星计划和上海市纳米技术专项等资 助下研制开发的纳米石墨相变储能材料具有储能密度高、导热换热效果优异、安全稳定、 阻燃和环境友好等优点。 技术指标：与现有的相变储能材料相比，纳米石墨基相变储能材料的导热系数提高 1～2 个数量级，相变温度在-40～+70°C 之间连续可调，储能密度可达 150～250J/g 左右， 经 1000 次循环后，性能劣化小于 5％。

复合垃圾衍生燃料制造技术是开发低成本、高固硫率和防潮抗水型，适用于工业锅炉燃用的复合垃圾衍生燃料，可以适量加入粘结剂或根据生物质具体性能对其进行生物化学预处理以适当提高其粘结力；可将复合垃圾衍生燃料的灰分、水分、挥发分、发热量、燃料比、粒径大小、焦渣特性、热变形特性等调整到有利于燃烧的最佳值，大幅度降低生产成本，使之发展成先进的高效清洁燃料。 该工艺的关键环节之一，是制备出适合我国现有锅炉燃烧的新型垃圾衍生燃料。RDF制备过程中掺入一定量的煤，不仅有利于提高热值，均匀分配物料，同时还可以起到助粘的作用；同时，压制成型块燃料，使其具有统一形状和规格，易实现成型时添加固硫、脱氯剂及催化剂等，再配套合适的燃烧设备，既有利于高效燃烧又能减少污染。该处理方式，可为国内垃圾提供一条新型资源化解决途径，这样既节省了处理垃圾的处理费和供热燃料费，又减少了固体废弃物。 本研究利用生物质型煤生产工艺来进行了 C-RDF 成型制备研究。复合垃圾衍生燃料炉前成型是指直接使用煤场的动力配煤，在不添加或添加少量粘结剂的条件下，由置于锅炉旁的成型机成型后直接下落到炉排上，供锅炉燃用。 垃圾衍生燃料成型工艺主要分为三个工序，即原料制备、搅拌成型和固结干燥。3个环节中重点在于原料制备环节。 垃圾衍生燃料之所以能在炉内燃烧过程中取得较散煤好的经济和环境效益，是由于燃料个体形状规格，使垃圾衍生燃料层具有均匀分布的空隙率，且其单个空隙容积较大，有利于可燃气体的反应。燃料层的空隙率大则通风阻力小，有助于降低风机电耗和结渣程度。

复合垃圾衍生燃料制造技术是开发低成本、高固硫率和防潮抗水型，适用于工业锅炉燃用的复合垃圾衍生燃料，可以适量加入粘结剂或根据生物质具体性能对其进行生物化学预处理以适当提高其粘结力；可将复合垃圾衍生燃料的灰分、水分、挥发分、发热量、燃料比、粒径大小、焦渣特性、热变形特性等调整到有利于燃烧的最佳值，大幅度降低生产成本，使之发展成先进的高效清洁燃料。 该工艺的关键环节之一，是制备出适合我国现有锅炉燃烧的新型垃圾衍生燃料。RDF制备过程中掺入一定量的煤，不仅有利于提高热值，均匀分配物料，同时还可以起到助粘的作用；同时，压制成型块燃料，使其具有统一形状和规格，易实现成型时添加固硫、脱氯剂及催化剂等，再配套合适的燃烧设备，既有利于高效燃烧又能减少污染。该处理方式，可为国内垃圾提供一条新型资源化解决途径，这样既节省了处理垃圾的处理费和供热燃料费，又减少了固体废弃物。 本研究利用生物质型煤生产工艺来进行了C-RDF成型制备研究。复合垃圾衍生燃料炉前成型是指直接使用煤场的动力配煤，在不添加或添加少量粘结剂的条件下，由置于锅炉旁的成型机成型后直接下落到炉排上，供锅炉燃用。 垃圾衍生燃料成型工艺主要分为三个工序，即原料制备、搅拌成型和固结干燥。3个环节中重点在于原料制备环节。 垃圾衍生燃料之所以能在炉内燃烧过程中取得较散煤好的经济和环境效益，是由于燃料个体形状规格，使垃圾衍生燃料层具有均匀分布的空隙率，且其单个空隙容积较大，有利于可燃气体的反应。燃料层的空隙率大则通风阻力小，有助于降低风机电耗和结渣程度。 应用范围： 适合我国现有锅炉燃烧的新型垃圾衍生燃料。

列车高速运行状态下钢轨磨损和病害容易加剧，钢轨病害修复是保证列车安全稳定运行重要内容。打磨车用于城市轨道修复存在以下问题：①需要多遍打磨，作业效率低；②产生大量火花，存在火灾隐患；③产生大量粉尘，对运行设施及环境产生较大影响。钢轨铣磨车是一种清洁、高效、高精度的新型钢轨修复设备，采用铣刀盘以成型铣削方式去除钢轨表面材料，消除钢轨缺陷，改善平顺性。一次铣削深度可达3mm，轨距角处可达5mm，一遍即可完成作业，作业速度可达2km/h。工作清洁，无火花、粉尘，铁屑可收集，环境友好。修复精度高、维护成本低、线路适应性好，无须拆除护轨及信号装置，适应地铁小限界要求。应用：项目将形成钢轨高效轻量化智能铣磨作业系统年产5台（套）的生产能力，新增年产值4亿元，技术性能达到或超过国外同类型产品水平，全面替代进口。

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）