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科研概况

基本介绍

上海理工大学机械工程学院科研工作经过多年的发展,形成了以数控加工技术为核心,现代机械设计、车辆零部件现代设计、虚拟制造等四大主要研究方向,并在精密磨削、仿生优化设计、车辆强度与可靠性设计、精密测量与智能控制等方面形成了自己的特色。近年来学院科研工作取得了长足的进步,“十一五”期间共承担科研项目476项,科研经费达5229.7万元,其中纵向项目经费1501万。发表科技论文744篇,其中校定B类以上期刊145篇,SCI收录论文13篇,EI收录论文50篇,出版学术专著和教材20部,获得发明专利授权17项。在高档数控磨床设计与制造方面获得了8项国家科技重大专项,并取得了一批标志性成果。“面向钢铁汽车行业的高档数控磨床关键技术及装备开发”获得了2010年中国机械工业科技一等奖,“大型重载精密轴类零件磨削技术与系列成套装备”获得2011年上海市科技进步一等奖,在行业内取得了良好的示范效果。“提速线路钢轨四向校直机的研制及应用”,“陀螺旋转式聚焦放疗技术及应用”等项目获得了上海市科技进步二等奖。这些成果的取得标志着学院正朝着打造国内一流特色的科研方向而努力。

学院主要科学研究方向

1. 精密磨削技术

依托机械工业精密磨削技术重点实验室,主要开展数控磨床误差测量与控制技术、磨削机理及磨削工艺优化技术、磨削过程热误差测量与补偿技术、磨削工件微观形貌的评价与应用等问题的研究工作。近几年,承担了三十余项国家以及省部级重大与重点研究项目,其中八项国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大的研究工作,获得国家专利技术十余项。技术成果“大型重载精密轴类零件磨削技术与系列成套装备”获得上海市科技进步一等奖,“面向钢铁汽车行业的高档数控磨床关键技术及装备开发”获得中国机械工业科技进步一等奖,“大型数控曲轴磨床系列产品的研发和应用”获得中国机械工业科技进步二等奖。

2. 机械结构多学科优化设计技术

  应用多学科综合优化设计理论研究机械结构的优化设计技术。针对目前结构拓扑优化方法设计效率低等局限,提出了基于自然界生物形态自适应成长机理的材料分布智能趋优的自适应仿生拓扑优化设计新理论。研究成果应用于板壳结构加强筋分布、桁架、三维实体结构的拓扑优化设计,以及散热通道分布优化设计中。同时综合应用结构拓扑优化、形状优化和尺寸优化设计技术,在机床、汽车零部件等领域开展多学科综合优化设计应用研究。近年承担了包括国家自然科学基金,国家重大专项在内的二十余项国家和省部级重大和重点项目以及企业技术攻关项目。

3. 机械设计仿真技术与优化

为了在设计阶段把握与优化机电设备的静动态性能,利用仿真与试验相结合的方法,系统地研究复杂机电设备整机建模中的多体动力学的仿真技术,零部件结合部的基于自然接触特性的建模技术,多体动力学与结构、热、磁场等多场耦合与数据无缝传递技术,以及基于整机建模状态下的静动态性能的优化技术,取得了一系列的成果,并成功应用于多家国内外著名公司的机电设备的设计与研发。如成功应用到上海机床厂的250吨大型轧辊磨床,上海船用曲轴公司的80吨曲轴车床,徐工科技的1200吨全地面起重机,日本铃木摩托赛车上。完成了“重型(250吨)数控轧辊磨床动态力学性能仿真”,为上海机床厂大型曲轴磨床的开发完成了“大型(15吨)曲轴磨床动态仿真分析及优化”,为徐工科技集团完成了“1200吨全地面起重机的仿真及优化”工作,为上海船用曲轴公司完成了80吨船用曲轴车床的静动态仿真技术”等工作。并与日本著名大公司,像丰田汽车,铃木摩托,三菱重工等大公司合作攻关,解决了许多科技难题。相关成果与技术获“中国机械工业科学技术二等奖”1项、获得发明专利授权两项。

4. 专用数控机床设计与开发

专业从事高中档数控机床和专用机械的设计开发与制造研究。已成功开发了“五面龙门加工中心”、“五轴联动数控工具磨床”、“高速智能卧式加工中心”、“双主轴车削中心”、“倒立车削中心”、“光纤接口数控同轴磨床”、“钢丝软轴全自动数控切数机”、“高速滚珠丝杠试验台”等20余项先进装备制造项目,完成的项目获得机械工业科学技术二等奖、上海市科技进步二等奖/三等奖、上海市优秀新产品叁等奖等9项,已授权专利8项。

5. 数字化生产及数字化管理技术

将现代管理技术与计算机网络相结合,针对中小型企业的发展特点,研究现代企业的数字化生产及数字化管理技术,开发了基于软件构件、可动态重构的中小型企业管理信息集成平台系统,以满足中小型企业对数字化集成平台的迫切需求,平台包括基于协同设计的ecPDM系统、工票管理系统、CAPP系统、质量管理系统、设备管理系统、供需网系统、立体仓库管理、采购管理系统、成本预算管理系统、报价等系统,并在多家企业成功使用。研究了多品种小批量的现代制造业的发展特征,针对柔性化数控设备的广泛采用,车间物流实时控制困难的的突出问题,开展了以柔性多功能输送线、AGV小车、数字化立体仓库为硬件平台的车间物流实时控制系统的研究,实现了多品种小批量混流生产的生产过程控制。

6. 快速设计系统开发技术

快速设计技术是当前市场在对产品多样化、瞬变性等需求加强的形势下提出并发展起来的,快速设计技术可以有效的解决产品的设计速度和“人才荒”问题。快速设计技术从企业实际出发,根据企业的设计流程,将设计知识和设计专家的经验沉淀于软件中,实现了基于订单型产品设计过程的优化计算、参数化设计、数据管理、工艺设计一体化,使产品的开发设计速度大大提高,同时提高了产品设计质量。在输入设计参数后快速设计系统能输出三维和二维CAD图纸、设计报告、标准件、采购件、加工件、外协件汇总表,工艺汇总表,产品BOMCAD中心已经为三一集团、上海电气集团、上海电站集团等多家企业开发了产品快速设计系统,为企业的发展做出了贡献。

7. 汽车零部件轻量化设计理论和方法研究

在对结构材料的强度变化特性、零部件的服役载荷特性长期研究的基础上,提出将零件的服役载荷区间与材料的低载强化区间相对应的轻量化设计原理,使零部件在服役载荷条件下,强度潜力得到更加充分地发挥。本理论的最大特点是设计时综合考虑不同级别载荷给零件造成的强度强化和损伤,克服了传统设计方法仅凭许用应力决定结构设计强度的缺陷,使设计技术从被动地适应载荷转变为主动设计载荷,既保证强度又实现轻量化。本研究方向得到2项国家自然科学基金、1项中国博士后科学基金、1项上海国际合作重点基金、2项上海市教委创新基金、1项上海汽车工业科技发展基金等多项资助。研究成果获得上海市科技进步三等奖。并在上海市重点攻关项目支持下将成果应用于新能源汽车产品的轻量化开发,取得了良好的成效。

8. 汽车零部件强度与可靠性评价方法研究

本方向依托国家“机械工业汽车底盘零部件强度与可靠性评价重点实验室”,主要研究汽车零部件在不同载荷(如应变、加速度、温度、腐蚀等)环境下的强度变化特性;不同载荷环境的快速模拟实验技术;零件可靠性与耐久性的评价技术;零部件室内外试验当量关系的确定技术;系统间、零件间可靠性指标的分配技术等。技术核心是结构强度的正确评价和载荷强化与损伤的综合效果的准确建立,这是低成本、快速、准确评价设计效果与制造水平的根本基础。本研究方向得到2项国家863重大科技专项、2项国家自然科学基金、2项上海市重大产业化项目和重点科技攻关项目、1项上海汽车工业科技发展基金等的支持,并为国内有影响的汽车骨干企业提供了横向技术合作,有力地促进了中国自主品牌企业自主开发能力的快速提升。

9. 汽车发动机燃烧系统优化及排放控制

为了进一步提高汽车发动机的燃烧效率,降低有害排放,利用缸内燃烧理论分析、先进燃烧仿真技术及试验研究相结合的方法,系统研究汽车发动机的进气特性、喷油雾化特性、混合气形成过程以及缸内燃烧过程和排放特性及其影响规律,以实现汽车发动机燃烧系统的整体优化,研究成果成功应用于增压直喷柴油机EGR系统的优化设计、GDI汽油机可变涡流系统优化、缸内直喷天然气发动机燃烧过程优化以及汽车发动机电控喷油器的开发等课题的研发过程中。先后承担了上海市青年科技启明星基金、教育部博士点基金等省部级科研10余项以及多项企业技术攻关项目。