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）

近十年来，材料科学与工程学院在微波功能材料、有机-无机功能复合材料、高分子材料和金属腐蚀与防护等研究领域，承担了国防重大基础研究（973）项目、重点预研基金和预研项目、民口配套项目等46项，获总经费5000多万元。主要涉及如武器装备专用特种涂料、特种胶粘剂及其制品、特种电子陶瓷材料及器件、特种玻璃及制品、专用电子化工材料及其制品、专用高分子树脂材料及其制品等国防新材料研发，并取得了国防科工委武器装备科研生产许可证。研究成果在航空航天、兵器、舰船等国防领域和电子等民用领域得到应用广泛。通过参与国防**项目研究，学院先后与我省14所、55所、772厂、贵州省4326厂、湖北省航宇救生装备有限公司等数十家单位建立了良好的科研、产品协作关系，在培育了高水平的学术团队、提高了学术水平的基础上，与企业建立了产学研研究基地，使研究成果在国防建设和军品民用等方面得到了推广应用，为提高江苏科技强省地位做出了积极的贡献。

主要涉及如武器装备专用特种涂料、特种胶粘剂及其制品、特种电子陶瓷材料及器件、特种玻璃及制品、专用电子化工材料及其制品、专用高分子树脂材料及其制品等国防新材料研发，并取得了国防科工局武器装备科研生产许可证。研究成果在航空航天、兵器、舰船等国防领域和电子等民用领域得到应用广泛。

基于载荷强化和损伤的载荷谱处理新技术，用于加载谱和耐久性评价规范的制定。通过载荷的强化和损伤、结构抗疲劳设计和载荷谱中强度变化特征等提出了基于强度特征的轻量化设计和可靠性设计，并应用到等速万向传动轴零件的具体设计。

本实用新型公开了一种基于SLM技术的轻量化柱塞及柱塞泵，该柱塞包括柱塞主体和封盖，所述柱塞主体由柱塞头部、连接部和柱塞尾部依次一体成型而成，所述柱塞头部为中空球体，所述中空球体上开有过油孔，所述柱塞尾部为中空圆柱体，所述中空圆柱体的侧壁上至少开有四条均匀分布的通油流道，所述通油流道与所述中空圆柱体的轴线平行，所述通油流道与过油孔在所述连接部交汇相通。本实用新型将SLM快速成型技术应用于柱塞泵柱塞的制造，从而设计出一种封闭的空心薄壁柱塞结构，可以显著减轻柱塞的质量，减小了驱动力和运动中的惯性力，同时减小了无效容积，提高了容积效率，减轻了磨损，显著提高柱塞泵的使用性能和寿命。

压力容器是具有潜在泄漏和爆炸危险的承压类特种设备，广泛用千煤炭、石油化工、天然气等能源工业领域。近年来，伴随能源结构调整，天然气液化储运、油品质量升级等国家战略对我国大型过程工业装置提出了更高要求。为提高效率、降低成本，压力容器不断向重型化方向发展，最大壁厚可达数百毫米、重量可超千吨，常见的有大型加氢反应器、大型换热器、深冷储运容器等。 压力容器重型化不仅导致材料消耗巨大（我国每年耗钢数千万吨）、加工制造困难（甚至超出现有设计制造能力），而且可能产生新的失效模式和机理（存在重大安全事故隐患）。基于以上问题，我国重型压力容器产品在国际上普遍缺乏竞争力，重要设备长期依赖进口。因此，如何在确保本质安全的前提下实现重型压力容器的轻量化，突破现有能力瓶颈、实现节材节能，已成为迫切需求。 围绕这一需求，我校团队开展重型压力容器轻晕化设计制造关键技术研究，建立了重型压力容器轻晕化设计制造共性技术方法，实现了能源工业领域急需的3种重型压力容器轻量化的国产化。研究成果解决了压力容器安全性与经济性相矛盾的突出问题，为轻星化产品长周期安全服役提供了有效途径，改变了千万吨炼油、大型煤化工等国家重大工程建设部分关键装备长期依赖进口的被动局面，实现了大型加饥钢制加氢反应器、超大型换热器等重要压力容器轻量化的国产化。

适用范围：覆盖现有90%以上新旧污水设施，污水处理新时代的驱动芯片。 基本原理 1、自养/异养协同系统构建。利用自养与水中原有碳源的异养协同反硝化作用，在无有机碳源添加下实现硝酸盐高效去除，有效解决长期运行过程中的微生物-电子供体材料界面耦合过程的稳定性，降低运行成本。2、反硝化活性提升。通过微生物活性提升机制，有效提高硝酸盐去除稳定性，能够应对水质水量的冲击。保障传统基于硫的反硝化工艺在不同季节、气候的场地差异性环境下高效稳定运行。自养/异养协同高效硝酸盐去除技术为我国氮污染治理反硝化技术体系的完善及为目前我国迫切需要解决的污水处理厂传统工艺的升级改造提供支撑。 二、核心原理图   三、技术优势 1、综合成本低、污泥产量少、运行维护少； 2、处理效果优异，极限去污，可接轨地表水； 3、零”药剂投加  无任何碳源等药剂投加； 4、使用方式多变  适应不同除氮设施，兼容性强； 5、工艺简洁，维护频率低 省人工工作量和工作频率   申请专利 国家专利15项，其中发明专利 8项，实用新型7项。 1．ZL101792208A 污水脱氮方法、反应装置、反应器、生物膜组件及制法 发明专利2013.06.16 2．ZL201210140647.5高效除磷多孔性颗粒吸附剂的制备方法 发明专利2014.03.26 3．ZL201410346228.6一种铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂及其制备方法 发明专利2017.01.11 4．ZL201610204784.9一种自养微生物反硝化法去除水中硝酸盐用材料 发明专利2018.11.09 5．ZL201821291282.5 一种用于净水器的高效直饮滤芯 实用新型 2019.04.15 6．ZL201821332388.5一种强化电氧化过程的组合式电絮凝污水处理装置 实用新型 2019.04.15 7．ZL201821289657.4 一种主次供氧均匀型微纳米气泡曝气机 实用新型2019.04.26 8．ZL201830401268.5 高效水龙头净水器 外观专利 2018.11.30 9．ZL201510604939.3   一种Fe-石墨烯颗粒高效去除地下水中硝酸盐的方法 发明专利2016.01.06 10．ZL201510604939.3   一种Ti纳米电极高效去除地下水中硝酸盐的方法 发明专利2015.06.25 11．ZL201510358216.X    一种Ti纳米电极高效去除水中硝酸盐的方法 发明专利  2017.04.05 12．ZL201720655743.1 一种城市合流制溢流污水预处理用的旋流装置 实用新型2017.12.22 13．ZL104069831A 一种高效除硝酸盐颗粒吸附剂及其制备方法 发明专利 2016.04.26 14．10-1527348 一种灭菌填料  发明专利  2015.06.03 15．ZL201721184506.8 一种无人船等离子杀藻设备 实用新型 2018.03.20     四、技术示范工程应用概况 目前该材料技术已成功应用到以下污水处理项目： 内蒙古准格尔旗召西社某农村污水处理项目 内蒙古准格尔旗毯房湾社某农村污水处理项目 内蒙古准格尔旗召东社某农村污水处理项目 内蒙古准格尔旗纳林村某农村污水处理项目 内蒙古准格尔旗福路村某农村污水处理项目 内蒙古沙圪堵镇某养老院农村污水处理项目 内蒙古乌兰察布市凉城某农村生活污水处理项目 天津滨海新区某家具厂生活污水处理项目 天津滨海新区某油脂厂“生活污水处理项目 重庆九龙坡区某村农村生活污水处理项目 以上所有污水处理项目标准均执行GB18918- 2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》- -级A标准   实际应用案例 生物滤池应用案例-内蒙古乌拉特后旗水厂（12000 m³/d） 项目情况:1）进水C/N为0.7~1（进水BOD5=70~80 mg/L；TN=70 ~ 100 mg/L），原水碳源无法满足脱氮需求。 2）氧化沟内运行工况复杂且无法调节内回流比。 3）原有曝气生物滤池反冲洗频率高，且脱氮效果差。 改造过程:将原4格生物滤池改造为减氮生物滤池。利用ByeN材料替换原填料，装填高度1.2 m。 改造步骤：清掏填料、清洗滤头、整理滤板、淘洗承托层、装填填料，进水启动。 反冲洗管理:降水反冲洗为主（3d/周期），缓解滤头堵塞，实现驱除氮气；           气水反冲洗（15d/周期）后2~3h可恢复脱氮效果。