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（2018年度高等學校科學研究優秀成果獎（自然科學獎）一等獎） 成果簡介：巖石（體）是一種復雜的天然介質，在漫長的地質構造作用過程中，內部孕 育了各種規模和尺度的缺陷（如節理、裂隙和斷層等），這些缺陷的空間位置與 分布規律顯著影響其力學響應，進而對斷續裂隙巖體工程的穩定與安全產生重要 影響。另一方面，在頁巖氣與煤層氣等開采過程中，往往需要人為制造裂縫網絡 來實現壓裂增滲增產。因此，開展巖石裂紋擴展與連接機理的研究，對于預測巖 石（體）工程的失穩破壞以及提高油氣產量與效率具有重要的理論意義和應用價 值。主要取得的科學發現點如下： （1） 在試驗研究方面，研發了適用于裂隙巖石的高精度數字量測技術，發 現了非連續巖石材料中的裂紋擴展與連接規律，建立了非連續巖石材料應力跌落 與裂紋演化規律之間的聯系，揭示了巖石材料中的裂紋演化規律，為理論和數值 研究裂紋演化規律提供了技術支撐。 （2） 在理論研究方面，利用內變量熱力學理論和偽力法，揭示了裂隙巖體 的損傷局部化機理，建立了巖石（體）損傷局部化分叉模型；基于斷裂力學原理, 提出了巖石（體）的非線性強度準則，為開展復雜應力狀態下裂紋演化過程的數 值模擬奠定了理論基礎。 （3） 在數值方法方面，提出了連續-非連續數值模擬方法，編制了廣義粒子 動力學多線程高效并行計算程序，成功實現了二維和三維裂紋演化過程的數值模 擬，揭示了復雜應力狀態下裂紋演化的細觀機理，為巖體工程穩定性分析提供了 計算平臺。 (4)    在工程應用方面，實現了錦屏I級水電站深埋地下洞室非連續圍巖損 傷破壞過程的數值模擬，結合現場監測數據，闡釋了地下洞室非連續圍巖的破裂 發展規律，揭示了深埋地下洞室圍巖的損傷失穩機制。

圍繞非接觸電能雙向推送系統關鍵技術進行研究，項目組在原理方面， 提出一種適用非接觸電能雙向推送模式的雙向電能變換拓撲，并構建了基于 能量注入與自由振蕩的雙工作模式，實現了電能的動態雙向轉換。在此基礎上， 進一步提出一種基于調幅控制的高頻電能變換拓撲，實現了面向負載電能形式需 求的電能直接變換，減少了中間能量變換環節，有效提升了系統效率及功率密度。 在實現方法上，提出一種基于磁共振陣列電磁耦合機構，解決了傳統磁共振耦合 模式下的調諧困難問題，有效提高了能量傳輸穩定性。在控制方法方面，提出基 于能量反反射阻抗的負載辨識方法反激磁電流控制方法，解決了負載動態變化條 件下的系統參數及負載特性的動態獲取問題，并進一步構建了電能動態推送機制。 提出針對頻率不確定性的系統魯棒控制及優化方法，解決了存在頻率漂移及開 關非線性情況下系統不確定性建模及控制問題，保證了系統在負載擾動條件下 能量傳輸的穩定性與魯棒性。在實驗系統研究方面，通過綜合利用本項目的研 究成果，開發了 1KW量級非接觸電能雙向推送系統，在傳輸距離為50厘米條件 下，系統總體能量傳輸效率85%。

"智能電網已經成為21世紀全球能源的新戰略。在其需求側，深入至電器的用戶用電行為精細化分析對推動全社會節能減排和電力系統源/網/荷協調優化意義重大。與在每個電器上分別安裝量測傳感器的方法不同，非侵入式電力負荷監測技術僅通過分析用戶供電入口的負荷總量數據，便能獲取各電器的用電信息，具有成本低、實施容易和用戶易接受等特點。 針對非侵入式電力負荷監測技術實用化所面臨的各種挑戰，過去十多年里，中國工程院院士、天津大學余貽鑫教授領導的研發團隊從技術基礎理論和工程實施方案兩方面開展了深入系統的研究，取得了一系列開創性成果：（1）創立了一系列非侵入式電力負荷監測新原理和方法，形成了多種方法融合互補的非侵入式電力負荷監測方法體系，突破了對小功率和功率連續變化型電器可靠檢測的瓶頸，準確度明顯優于國際同類產品；（2）首創了一整套用于非侵入式電力負荷監測的完全無監督電器自適應建模方法，解決了陌生場景中電器準確建模的技術難題，實現了無需人工干預的電器負荷印記庫全自動建立和維護；（3）首創了云—端協同非侵入式電力負荷監測系統解決方案，研發了可推廣應用的硬件裝置（智能用電分析儀產品）和軟件系統

本發明公開了一種鐵基非晶合金磁性材料及其制備方法。該合金材料的化 學分子式為：(Fe100-aCoa)x-Dyy-Bz-Siw，式中的x，y，z，w為原子百分數：60≤x ≤75，5≤y≤25，20≤z≤25，0≤w≤10，0≤a≤10，且x+y+z+w＝100。該合金 的制備過程如下：將工業純金屬原料以及FeB合金按合金配方配料，采用真空 感應熔煉成母合金，然后用單輥甩帶法制得非晶薄帶。本發明具有較好的玻璃 形成能力，且軟磁性能優良。所需的原材料大多為工業純度，從而降低了成本， 同時制備工藝簡單，可廣泛應用于結構材料和磁性材料等方面。

研發了新型工程防護高聚物注漿修復材料，具有環保、早強、高韌、耐久、抗滲性強等特點。構建了 土質堤壩柔性防滲體新方法，建立了非水反應高聚物擴散理論，發明了堤壩及地下工程防滲堵涌高聚物注 漿成套技術及裝備。建立了層狀結構介電特性及力學特性反演理論，提出了基于無損檢測的高聚物精細注 漿方法，開發了高速公路、高鐵無砟軌道及地下管道快速非開挖修復技術。技術及產品特點：通過微孔注 射，材料柔韌性強，耐久性好(5～10年)；采用自動控制精密注漿系統，施工速度快；無需養生；微創修 復，注漿孔16mm，避免了開挖維修造成的資源浪費和環境污染，對結構擾動小；造價低。

汽車行業發展迅猛，能源需求巨大，機動車尾氣的排放造成的環境污染日趨 嚴重。氫-氧質子交換膜動力燃料電池（PEMFC）以其高效、潔凈、兼容可再生能 源技術等特點，被認為是后石油時代解決移動高性能動力電池的理想方案。然而, 當前PEMFC所使用的催化劑為貴金屬Pt基催化劑，其對Pt資源的需求巨大，成 本高昂，難以成功商業化推廣。因此，開發出符合動力輸出性能的非鉗燃料電池 技術，契合我國對高效節能、環境友好的高性能動力電池汽車的迫切需求。 以該項目為依托制備的非貴金屬燃料電池催化劑以可以使單電池的最大輸出 功率達到0. 6 W. cm-2,已經完全達到貴金屬Pt基燃料電池的輸出性能，可以滿 足動力輸入應用要求。目前，該催化劑形成完全自主知識產權的技術，屬于國際 一流國內領軍的高科技技術。該催化劑的成功推廣勢必將從根本上解決機動汽車 尾氣對我國環境的污染問題，降低對石化能源的需求。市場及經濟效益分析： 全球范圍內，燃料電池行業發展迅猛，行業總體步入正軌。2010年，燃料 電池堆的全球出貨量有23萬臺，而在2007年只有1. 1萬臺出貨量，2011年至 2012年的全球燃料電池的出貨量有85%的年增長速度。在2010年全球售出的燃 料電池中，便攜式燃料電池占到這一總數的95%,其中超過97%采用質子交換 膜燃料電池技術。2007年至2010年間，燃料電池出貨量翻了 20倍。從應用上 看便攜式小幅增長，交通運輸應用在近幾年大幅增長，而在電站的應用則呈現平 穩增長態勢。2012年，燃料電池行業的收入超過10億美元的全世界市值，并且 亞太國家運送超過3/4的燃料電池系統到世界各地。2014年起，按每年22. 6% 的復合年增長率計算，全球燃料電池產能在2020年預計將達到664.5兆瓦。在 未來六年時間里，各國政府對加氫站及相關氫基礎設施的投入將成為這一增長的 推動力量。隨著燃料電池技術在全世界范圍內的廣泛應用，作為其關鍵材料的催 化劑必將具有廣闊的市場應用前景和豐厚的利潤。 另外，制備該催化劑的原產料價格便宜、方法和工藝非常簡單, 且生產過程中不會對環境造成污染，很容易開展下一步工業生產。

本發明涉及一種鍛件的制造工藝，是一種高韌性微合金化非調質鋼鍛件的制造工藝，包括下料→感應加熱→預鍛→終鍛→切邊→第一控制冷卻→入爐保溫→第二控制冷卻→噴丸→磁力探傷→機加工；第一控制冷卻工序中，工件在切邊后分散置于以一定速度移動的傳輸帶上，在強制吹風冷卻的條件下，以2.0℃/s～6.0℃/s的冷卻速度冷至520℃～630℃之間的某一溫度入爐保溫；入爐保溫工序和第二控制冷卻工序中，工件在上述溫度下入爐保溫10～40分鐘后出爐自然冷卻到室溫，或以小于5℃/min的冷卻速度緩慢冷卻至室溫。本發明可以消除先共析鐵素體在原奧氏體晶界以網狀形式的析出，獲得更多的針棒狀晶內鐵素體，改善零部件韌塑性。

本實用新型公開了一種非圓接觸點軌跡滾動軸承。包括軸承外圈、軸承內圈、柔性保持架、滾動體和潤滑劑，軸承外圈內側曲線形狀是四階或者六階橢圓，對應的軸承內圈外側曲線形狀是三階或者四階橢圓，保持架為柔性保持架，滾動體為圓柱滾動體，數目為7個或者10個，圓柱滾動體通過柔性保持架定在軸承外圈和軸承內圈之間，均布布置安裝。本實用新型在軸承工作的大多數時間內，滾子與內外圈接觸的綜合曲率半徑較大，能實現減小接觸應力，延長接觸疲勞壽命。

非調質鋼作為高效節能環保型鋼材在世界范圍內發展迅速。它是指經過精密鍛造或熱軋并控制冷卻后就可以達到調質鋼才能得到綜合性能的一類鋼，由于在使用過程中可以省掉調質工序而得名。由于其具有節省能源、材料、減少淬火變形開裂、工藝簡單等優點，目前備受世界各國的關注，得到迅速發展和使用，使用量日益增大，廣泛用于諸如汽車連桿、曲軸、轉向節軸、驅動軸、前橋等零件和結構件，是汽車用鋼的典型代表。非調質鋼屬于合金結構鋼，為了保證合金結構鋼所制零件的使用壽命，對其潔凈度有嚴格的要求，非調質鋼可以采用各種方式進行冶煉，但其對潔凈度的要求，只能比合金結構鋼更高，而且非調質鋼屬于微合金鋼，要發揮合金元素的作用，其鋼液必須是滿足一定的潔凈度的。因此，開發非調質鋼中非金屬夾雜物控制關鍵技術及其重要。（1）非調質鋼中夾雜物成分控制技術。將不同工序夾雜物成分求平均值，觀察夾雜物在全流程的變化趨勢。從 Al 2 O 3 -SiO 2 -MnO 三元相圖可以看出，夾雜物中主要成分是 Al 2 O 3 和 MnO。隨著冶煉進行，夾雜物中 MnO 含量變化不大；夾雜物中 SiO 2 含量比較穩定，在 10%左右，VD 破真空后夾雜物中 SiO 2 含量有所升高，其余工序幾乎沒有變化。夾雜物平均成分在 Al 2 O 3 -MgO-CaO 2 三元相圖變化表明，鋼中夾雜物中 MgO 含量較低，約在 10%以下，冶煉過程中沒有明顯變化，VD 真空處理后，由于渣線對耐火材料的侵蝕，導致出現部分高 MgO 含量的夾雜物，而良好的渣吸附作用使夾雜物中 MgO 含量沒有明顯變化；夾雜物中 CaO 含量在冶煉過程中有先升高，后降低的趨勢。夾雜物平均成分在 Al 2 O 3 -SiO 2 -CaO 三元相圖變化表明，冶煉過程中 SiO 2 含量穩定；夾雜物中 CaO 含量在 LF 進站時較低，經過 LF精煉后，夾雜物從 Al 2 O 3 -MnO 為主要成分，轉變為 Al 2 O 3 -MnO–CaO；VD 真空精煉對夾雜物成分影響不大，但增 S 操作后，夾雜物中 CaO 含量明顯降低，可能是由于生產 CaS 的緣故；連鑄過程由于二次氧化，使夾雜物中 Al 2 O 3 含量上升，夾雜物 CaO 含量有所下降。全流程夾雜物平均成分在 Al 2 O 3 -MnO-CaO 三元相圖變化表明，電爐出鋼后夾雜物中 Al 2 O 3 含量較高，LF 出站和 VD 真空后夾雜物中 Al 2 O 3 含量有所降低，CaO 含量有所升高，渣鋼平衡反應是其主要原因；夾雜物中 Al 2 O 3和 MnO 含量在增硫之后有所升高，可能是由于連鑄過程中有二次氧化導致。（2）非調質鋼中夾雜物數量和尺寸控制技術。根據 Aspex 掃描結果做出的全流程鋼中硫化物、氧硫化物、氧化物分布圖，如圖 2。對全流程單位面積夾雜物數量結果分析表明，隨著冶煉的進行，氧化物數量在 VD 破真空前持續降低，軟吹后數量有所升高，之后較為穩定，數量約在 12 個/mm2 ，多數氧化物夾雜屬于氧硫化物，在 VD 破真空后明顯降低，較 LF 工序后期降低約 50%，體現了極佳的精煉效果。連鑄過程的氧化物夾雜數量穩定，保護澆鑄較好。鑄坯和軋材橫截面中數量均較低，約 10 個/mm2 。硫化物是最終鋼中主要夾雜物。LF 精煉和 VD真空精煉使鋼中的硫化物數量降低。在 VD 破軟吹后加入 FeS 進行增硫，硫化物數量明顯升高，鑄坯中由于凝固過程有充分的時間讓硫化物聚集長大，因此數量較低，但面積較大。軋材橫縱斷面中硫化物數量較高，但相對鑄坯中尺寸較小，軋材縱截面硫化物的尺寸相對橫截面較大。

本實用新型公開了一種非均等配風煤粉前后墻對沖燃燒器。本實用新型包括兩側燃燒器、中間燃燒器、次中間燃燒器。燃燒器結構包括二次風通道、二次風風門、一次風通道。燃燒器的二次風通道和二次風風門流通面積由兩側至中間依次減小。二次風風門在相同開度下，二次風流量由兩側至中間依次減小。在非均等流量控制下，所有燃燒器的相應通道的出口風速基本一致。二次風通道、二次風風門的具體設計參數根據不同鍋爐的燃燒器結構與布置來確定。本實用新型在同層燃燒器二次風風門等開度下，燃燒過程中風煤合理匹配，燃燒后氧量分布均勻，有效降低CO排放濃度。同時，對于預防鍋爐兩側墻水冷壁高溫腐蝕和結渣也具有顯著效果。