针对当前高端机械系统和装备结构复杂、工况极端、成本高、测试数据缺乏、可靠性要求高等特点，研究和开发面向复杂结构和装备的不确定性分析与可靠性设计理论、方法、测试技术及软件平台，有效解决传统可靠性技术在处理复杂系统时遭遇的样本不足、不确定性度量困难、可靠性分析精度与设计效率低等技术瓶颈，工程化地实现产品在服役周期内的保质设计。研究和开发面向复杂结构和装备的可靠性测试技术，例如：焊接结构疲劳失效试验与仿真、全场应变测量与分析、全场温度测量与分析等技术。实验室建设有湖南省省内先进的疲劳试验测试平台，拥有各类先进疲劳试验仪器，如SEM原位疲劳试验机、拉扭组合疲劳试验机及超高周疲劳试验机等，可满足各类疲劳测试及研究的需求。并建有非接触实验测量技术平台，拥有三维全场应变测量系统、红外热像仪、扫描电镜、金相显微镜等先进仪器。

淬火控冷是提高材料性能，实现细晶强化、相变强化，减少有限资源消耗的冶金行业重点发展的技术，国内外都在大力开发和推广。北京科技大学机械工程学院和信息学院与太钢合作，针对国外著名淬火机研制商没法解决的太钢淬火机设计难题，提出射流沸腾冷却强化原理，伴之高位水箱储能和跟踪下水控制技术，设计制造出我国首台节能型淬火机，经受生产考验。它以900m3/h的泵站供水，完成国外著名淬火机研制商坚持必须要4000m3/h供水才能完成的任务，板形平直度达世界先进水平，0Cr18Ni9一次性能合格率达99.9％以上，居国内领先，设备造价仅为进口的1/4左右。鉴定为“国内外首创，居国际领先水平”。获2002年冶金科技一等奖，教育科技二等奖，全国发明展览金奖和专利两项。通过多年研发，已建立了冷却强化、板形平直度控制和组织性能预测的系统技术。包括高密集管流强中弱冷控制、强力喷射与吹扫和气雾、水雾强弱冷技术；强适应横向冷却曲线、横向逆阻尼和均匀分布水、柱状流断流控制、流量调控多输入多输出流量均匀控制；大型钢板金相组织转变与变形平直度控制技术以及淬火控冷过程钢板温度场动态模拟、智能目标温度控制和实验、模拟组织性能预测技术；综合的灰色多目标控制技术。开发完成我国首套强化的高密集管流轧后直接淬火和控冷机械系统，首套常化炉后快冷和淬火装备系统和首套气水冷却与高密集管流组合的炉后强弱冷系统。

本项目为发动机再制造的产业化提供关键支撑技术。亚激光精密补焊接技 术是冷焊技术的一种，该技术利用精确控制的高能电弧使补材与工件熔接在一 起，可广泛应用于各种钢铁、铜、铝及相关合金的修复，特别适用于较大量的 修补，如发动机机体再制造中腐蚀凹坑、拉划伤和磕碰伤的修复。基于亚激光 精密补焊接技术的冷焊修复技术在再制造企业已得到应用，可以在保证修复效 率的前提下保持良好的修复结合力、减少热影响和残余应力，以及达到较好的 硬度特性。

结霜现象广泛存在于各类冷库中，霜层的存在会降低冷库运行效率并增加其能耗。逆循环融霜、电加热融霜等传统融霜手段被应用在冷库除霜中，这些手段一方面会增加冷库能耗，另一方面会导致库温的波动从而影响冷库内产品质量。 本技术将热泵系统与溶液循环耦合，采用低温低浓度溶液为除湿工质，利用热泵冷凝热驱动溶液再生，实现一种在冷库工况下无需额外能耗的深度除湿干燥技术，降低冷库运行能耗。 本技术可将冷库中空气露点降低到-10oC以下，单位能耗除湿量可高达6 (kg/(kW·h))。相比传统融霜手段，无库温波动。

围绕难降解有机工业废水治理与毒性减排的难题，研发出毒害污染物资源化、高效转化与毒性减排技术为核心的难降解有机工业废水“物化-生化-物化”耦合集成技术与装备，有效解决了精细化工、制药、印染等行业难降解有机工业废水稳定达标和毒性减排的技术难题。 基于新型酯基树脂吸附的高水溶性芳香有机污染物资源化及其热水再生技术，实现高盐分、高有机溶剂废水中芳香有机酸的绿色分离与回收。该树脂（国家重点新产品：2007GRC11025）比表面积与吸附容量较国际同类产品XAD-7（美国Dow）及HP2MG（日

多轴超精密车削/磨削加工装备的研发是实现上述零件的高效率、确定性超精密加工的基本途径。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 超精密加工技术作为现代高科技发展而兴起的新技术，它所能达到的精度、表面粗糙度、加工尺寸范围和几何形状已经成为一个国家制造技术水平的重要标志之一。例如，光学透镜、模芯、反射镜和精密机械件等典型零件的超精密加工面型精度 PV 值小于0.2μm，表面粗糙度小于5nm。多轴超精密车削/磨削加工装备的研发是实现上述零件的高效率、确定性超精密加工的基本途径。

本研究针对复杂铸件整体制造难、制模周期长、资源消耗大等难题，构建无模铸造复合成形原理及机制，发明复杂砂型/芯数字化柔性挤压近成形、切削净成形方法，研发出砂型挤压/切削复合成形工艺，省去木模、金属模制造过程。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 铸造是我国装备制造的基础工艺，无论是农业机械、机床、汽车、船舶，还是航空航天以及国防军工等领域的发展都离不开铸件。我国现已成为世界铸件生产大国，2020年我国各类铸件总产量达到5195万吨，较2019年同比增长6.6%，约占世界总产量45%，位居世界第一位。 铸造主要有砂型铸造、金属型铸造和特种铸造等，砂型铸造由于其原材料来源广泛、成本低、铸型制造简便以及应用合金种类多等优点，世界上80%的铸件都是采用砂型铸造。对于砂型铸造工艺来说，模样、芯盒等模具的设计制造是非常复杂并且耗时的过程，该过程首先需要根据铸造方案进行模具的设计，然后通过翻模制作砂型和砂芯，之后再将制作好的砂型和砂芯经过组芯、合箱以及浇铸从而完成金属毛坯的制造。而高性能复杂整体金属结构件又是航空航天、国防军工、轨道交通等领域高端装备的核心组成部分。因此构件的短流程、高精密、高性能制造是实现我国高端装备自主研发及制造的关键环节。 传统的金属成形如模具铸造、模压锻造等需要木模、金属模的成形工艺，存在工序多、流程长、形性精确控制难等世界性难题，无法满足多品种、小批量、短流程、高精度的迫切要求，亟需研发新型精密成形基础前沿机制与方法。本项目将构建数字化精密成形理论体系，涵盖数字化无模铸造复合成形和数字化多材质复合铸型等两方面，突破了复杂整体构件高效率、高性能、高精度无模成形技术，变革了采用模具造型的传统砂型铸造和模压锻造生产模式，推动传统金属成形模式的创新发展。 复杂砂型/芯曲面柔性挤压近成形、切削净成形的数字化无模铸造复合成形技术与装备 本研究针对复杂铸件整体制造难、制模周期长、资源消耗大等难题，构建无模铸造复合成形原理及机制，发明复杂砂型/芯数字化柔性挤压近成形、切削净成形方法，研发出砂型挤压/切削复合成形工艺，省去木模、金属模制造过程。揭示了挤压工艺对砂型透气性、砂型强度等性能的影响规律，发明了梯度紧实的柔性挤压成形方法，实现了砂型/芯梯度紧实柔性挤压近成形。 复杂铸件形性精确调控的数字化多材质复合成形技术与装备 本研究针对传统单一铸型对结构复杂、壁厚差异大、铸件形性调控难、尺寸精度差等难题，提出了多材质复合铸型技术及与铸件相匹配的多材质复合铸型及其坎合组装方法，通过建立多材质复合铸型与高性能铸件一体化精确铸造成形的计算分析模型，构建了多材质复合铸型的调控原理与方法。揭示了多材质复合铸型对铸件温度场、微观组织及力学性能的影响规律，研制出石英砂、宝珠砂、铬铁矿砂等构成的形性可控铸型材料配方，实现了铸型透气性、固化强度、切削性能的协同调控。研究了传统铸型与复合铸型的凝固温度曲线，对比了不同工艺所制铸件的强度，掌握了各铸型单元的热力学参数及型砂种类对铸件性能的影响规律，揭示了金属液与不同铸型间的热力耦合作用机理。 三、创新点及主要技术指标 1.复杂砂型/芯曲面柔性挤压近成形、切削净成形的数字化无模铸造复合成形技术与装备 本研究揭示了砂粒移位、桥连断裂、空穴弥合的砂型/芯切削机理，建立了非均质离散体砂型切削模型，发明了一种切削排砂一体化的无模铸型数字化快速制造方法，实现了高精高效制造，铸件制造周期缩短50%以上，成本降低30%以上。 2.复杂铸件形性精确调控的数字化多材质复合成形技术与装备 本研究实现了对铸件充型凝固过程的精确调控，提高了复杂铸件内在质量与外在精度，实现了铸件性能主动精确调控，使铸件废品率从5%～10%降至2%～4%，减重10%～20%。 四、知识产权及获奖（成果基础） 知识产权情况： 成果获授权发明专利46件，其中美日等国际发明专利18件；软件著作权12件；起草制定国家、行业等标准规范14项；出版专著《无模铸造》（机械工业出版社，2017）。成果入选并被列为国家工信部《机械基础件、基础制造工艺、基础材料产业“十二五”规划》（工信部规[2011]509号）中“50项推广应用的先进绿色制造工艺”的首项技术。 获奖情况： 2020年国家科学技术进步奖二等奖； 2018年中国机械工业科学技术奖特等奖； 2017年国家技术发明二等奖； 2016年中国机械工业科学技术奖特等奖； 2016年中国专利金奖； 2014年国家科学技术进步奖一等奖； 2012年北京市科学技术奖一等奖； 2011年国家科学技术进步奖二等奖。 五、成果图片

蔗糖多酯是世界新一代的酯类化合物，是优良的乳化剂和食品添加剂。蔗糖酯产品，被联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂标准委员会，确定为环保、安全、绿色、优质的食品添加剂产品。我国目前只有蔗糖单酯工业化产品，没有蔗糖多酯产品。经过300多次工艺研究与工业实验，研究开发出---蔗糖多酯制备、精制、环保的工艺与装备技术。为我国生产急需的优质、环保、安全的蔗糖多酯工业化提供了一条先进的技术途径。

本项目在国家973、863和自然科学基金的资助下，围绕电磁波与物质相互作用这一基础科学问题，提出电和磁性能可控的新型电磁复合材料,发展了基于超颖材料和复合双性材料实现电磁波吸收、汇聚、调制、弯曲、放大等功能的新理论和新方法，发现微波和太赫兹波段传输与控制的诸多新现象和新效应。在Phys. Rev.系列, Appl. Phys. Lett., Opt. Express等国际主流期刊上发表的20篇主要论著，被Nature Materials, Nature Photonics, Nano Lett.等国

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