先进金属材料绿色智能化生产理论技术-机械工程学院

先进金属材料绿色智能化生产理论技术

日期：2024-03-09 点击：次

先进金属材料绿色智能化生产理论技术

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2004年以来，团队成员获国家科技进步二等奖2项、省部级一等奖7项；发表学术论文200余篇、授权发明专利50余项、出版专著1部。拥有第三批国家万人计划科技创新领军人才、国家创新人才推进计划中青年科技创新领军人才、新世纪百千万人才工程国家级人选、河北省省管优秀专家、河北省三三三第一、第三层次人选；培养博士后、博士和硕士研究生130余人。主持国家重点研发计划课题、国家科技支撑计划、国家自然科学基金、教育部新世纪优秀人才支持计划、河北省杰出青年基金、河北省自然科学基金重点项目、其他省部级项目及企业合作项目50余项。

研究方向:

1、金属材料绿色智造基础理论

主要研究内容：主要研究内容：（1）金属各向异性表征基础，金属缺陷演化的先进观测技术和理论模拟研究；（2）考虑蠕变、组织演变效应的热轧带钢板形变化规律及其控制理论，温度、应力交变载荷作用下考虑组织演化、位错运动等微观机制的超温超载蠕变本构模型及疲劳强度理论研究；（3）低成本极低温用金属材料制备和强韧化；（4）金属材料的热等静压处理；（5）薄带连铸非平衡相变及组织演化行为；（6）金属材料表面处理与耐腐蚀机制研究。目前发表学术论文100余篇，获批美国发明专利1项，国家发明专利30余项。获批国家自然科学基金面上项目2项，国家自然科学基金青年项目1项，河北省高端钢铁联合基金项目1项，河北省重大专利转化项目1项。与企业（包括香港生产力促进局HKPC）合作技术攻关项目20余项。研究成果为国家“双碳”战略的全面实施、短流程绿色化金属材料制备理论研究提供基础理论支撑。

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图1 金属薄板双向复合加载实验

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图2 极地冰区船舶用钢

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图3 薄带连铸非平衡相变及组织演化行为

2、金属材料生产智能测控装备技术

主要研究内容：（1）中厚板板形在线测量技术；（2）板带轧制系统多尺度能量拓扑模型构建及其控制方法研究；（3）机理和大数据双驱轧制生产全流程智能控制理论技术。研究成果获国家自然科学基金、国家重点研发计划和一批企业委托项目支持，获2017年度河北省科技进步一等奖。授权发明专利15项、发表学术论文30余篇，出版专著1部。成果应用于首钢迁钢、河钢唐钢、河钢承钢、津西钢铁、铜陵金威等10条生产线，创造了显著经济和社会效益。研究成果推动了轧机系统动力学理论体系创新，显著提升了我国钢铁和有色金属行业轧机故障诊断和振动控制技术整体水平。

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图4 轧机稳定运行理论(省科技进步一等奖)

3、先进金属材料生产流程再造及短流程装备技术

主要研究内容：（1）短流程ESP精轧机组在线换辊策略及动态控制基础；（2）波纹形核潜艇耐压壳轧制弯曲复合成型理论基础。目前研究成果获河北省自然基金重点项目、国家数控机床重大专项、国家自然科学基金、新世纪优秀人才计划项目、中国博士后科学基金面上项目、河北省自然科学基金等项目资助，申请发明专利12项。

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图5a ESP在线换辊过程示意图

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图5b ESP在线换辊过程板带厚度方向楔形区产生、运行、消失现象

4、金属材料服役全生命周期质量管控

主要研究内容：（1）多轴高周疲劳多尺度应力场强理论及疲劳强度预测；（2）冲击荷载下LY12CZ铝合金裂纹动态行为。研究成果对复杂载荷条件关键承载构件的高周疲劳强度预测和延寿技术探究提供了理论支持，丰富了疲劳损伤力学的理论体系。成果提升了复杂载荷条件关键承载构件高周疲劳强度预测精度，提高了构件抗疲劳设计技术水平。目前研究成果获国家自然科学基金面上项目支持，发表论文10余篇。

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图6 复杂载荷下构件疲劳强度分析与裂纹扩展行为研究

团队目前已经形成了基础研究、成果中试和工程转化等创新链比较完备的科研运行模式，成果应用于多家大型钢铁和有色金属企业和装备制造企业，在培育重大科研成果和推进成果转化、提高我国钢铁生产整体技术水平、促进绿色智能化发展方面作出重要贡献。