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1、水利与土木工程学院2010年“URP”计划指南项目一：水泥土冻融后抗剪强度变化研究郝仕玲 副教授一、 项目概况冻融破坏是指在水饱和或潮湿的状态下，由于温度的正负变化，土体内部的孔隙水结冰膨胀、溶解松弛产生的疲劳应力，造成土壤抗剪强度降低的破坏现象。我国冻融侵蚀面积125万km2。将试验土样分两组按一定密度和一定含水量装入试样盒进行试验,通过实验研究总结出同种土质不同含水量、不同试验条件下的冻胀系数和融沉系数等有关冻融的指标.通过实验不同含水量不同配比，研究土体冻融指标的相关因素,土体的冻融是一个动态变化的过程.进行冻融侵蚀评价时,要充分考虑土质和土壤本身的含水量及冻融过程中的水分补给、环境变化
2、等因素。二、实施计划及方案1）由于本项目名称指明的是学生科研的范围，学生在参加URP计划后，即开始检索国内外有关文献文献，通过系统分析，结合实验室的实验条件，再确定其研究具体的内容，使学生体验科研立项的工作过程 。该环节着重培养学生文献查阅和学习的能力。2）学生在参加URP计划的2个月左右上交一份开题报告，内容包括：国内目前研究动态、实验方案、实施计划等。该环节着重培养学生社会调查能力，该环节着重培养学生社会调查能力，完成相关调查报告。 3）由指导教师组织项目研究的有关人员对开题报告进行评审，提出评审意见，并听取学生的陈述。学生在与指导教师及有关人员讨论后，对开题报告进一步完善。 4）学生按项
3、目研究实施计划开展研究工作。5）学生在参加URP计划6个月左右提交中期总结报告，内容包括：研究进展情况分析、存在问题和解决方案等。该环节着重培养学生创新思维能力。6）研究期满，学生填写的水利与土木工程学院URP计划实施情况考核表，提交书面研究报告，并向考核小组汇报有关情况。利用课堂所学知识，整理实验结果，编写研究报告，7）指导教师评价学生在参加URP计划过程中的合作能力、思维能力、动手能力、独立工作能力、工作态度等方面的综合表现，整理有关档案资料，上交学校有关部门备案。三、项目实施的基础和条件1. 指导教师从事该方面研究多年，有一定的研究基础，熟悉相关研究内容；2、实验条件学生可在中国农业大学
4、土力学实验室进行实验。土力学实验室2004年6月被列为学校振兴计划建设项目，学校对该实验室投资40万元，目前实验室80%设备得到更新，实验室已具备土力学的常规实验条件。四、学生提交的成果1. 开题报告2. 中期总结报告3. 提交研究报告1份 4在国内正式刊物发表论文1篇项目二：风力机调向过程扭矩自平衡齿轮 传动装置可行性验证刘竹青 副教授一、 项目概况风力机直接致热效率要高于风能通过其他形式致热的效率，研究风力致热机有着重要意义。水平轴风力机风轮的运动方式是两种运动的合成，其一为风轮绕自身轴的旋转，称为相对运动，此运动的主要功能是将风能转化为风轮的旋转机械能；其二为风轮及机舱作为整体在塔架的支
5、撑下，绕中心轴旋转，称为牵连运动，此运动的主要功能是调向，使得风轮尽可能正对着风吹来的方向。相对运动与牵连运动混合运行是一种比较复杂的运动形式。在水平轴风力发电机中，牵连运动主要是通过一对内啮合圆柱齿轮来实现的。而对于风力致热机来讲，它的能量传递过程与风力发电机不同。风力发电机是将风能先转换为旋转机械能，然后由机械能转化为电能。风力致热机是将风能先转换为旋转机械能，然后由机械能转换为热能。由于风力发电机组的发电机部分一般放置在塔架顶端，所以机组不需要向地面传递扭矩。风力致热机的发热装置放置在地面上，因而需要将风轮的旋转机械能通过换向器（一对圆锥齿轮机构）和一根竖轴配合将扭矩传递到地面。另外一个
6、不同之处在于风力发电机机舱旋转所绕的中心轴是静止不动的，而风力致热机机舱旋转所绕的中心轴是一根动轴。这一点不同，导致原来风力发电机上的内啮合圆柱齿轮调向装置在风力致热机上无法奏效。在风力致热机塔架上方的换向器是由一对圆锥齿轮构成的，一对圆锥齿轮能够达到向下传递动力的目的，但是无法同时解决风轮调向的问题。因为风力致热机所带负载相对于调向尾翼所受到的风力而言，无疑是巨大的。那么此时由于圆锥齿轮的特性所致，尾翼、机舱、风轮整体将会出现在塔架上方绕竖轴空转的现象，这将无法向下传递动力。为了解决上述问题，有学者提出了一种新的风力机调向过程扭矩自平衡齿轮传动机构设想，但目前尚未得到实际验证。本项目旨在通过
7、实际验证风力机调向过程扭矩自平衡装置的可行性，来解决风力致热机研制过程中的技术难点。也希望能从中积累一定的实际操作经验，为以后的研究打下好的基础。具体研究内容和要求如下：1、 学习并掌握关于风力致热机设计及其运行方式的基本知识。2、 学习并掌握关于齿轮箱机构的计算、设计、安装、传动等基本知识。3、 设计齿轮箱传动机构，绘制装置的autocad图形。4、 购买、加工所设计的自平衡装置然后进行试验台的搭建。按照要求做试验，验证。二、实施计划及方案（1）2010年04月至05月查阅国内外相关的在动力传递过程中扭矩自平衡齿轮传动装置文献资料，重点研读在风力机设计领域相关的文献资料，撰写文献综述报告。培
8、养学生科研文献查阅、收集以及归纳整理与分析总结的能力，进行写作训练，完成文献综述1篇。（2）2010年06月至08月学习并掌握关于齿轮箱等相关机械结构的计算、设计、安装、运行知，并在此基础上进行机械制图。（3）2010年09月至11月根据设计方案，购买、加工所需要的机械部件、材料设备。（4）2010年12月至02月在水利与土木工程学院公共实验大厅进行试验机构的搭建并做试验，对该装置的可行性进行实际的、深入的分析。并鼓励学生在试验分析的基础上对装置结构进行进一步的改进或者优化。培养学生创新性思维以及观察、分析和动手能力。（5）2010年03月至04月撰写学术论文1篇。培养学生的综合分析和科研论文
9、撰写能力。三、项目实施的基础和条件该项目涉及范围主要是一些机械传动设计和一定的流体机械知识。申请者所在的水利与土木工程学院拥有流体机械及工程实验室、风力机测试设备等，可为本项目的开展提供有力保障。申请者在流体机械流动理论、机械设计等方面有相应的知识背景和科研经历，已经积累了大量的相关研究和试验资料，并与该研究领域的国内外研究机构有广泛的学术交流和合作关系。申请者先后参与完成了国家自然科学基金等十余项科研项目的研究工作，具备了开展本项目需要的流体机械理论以及机械传动设计的知识。综上表明，项目实施的条件以及关键设备已经基本具备，可以顺利实施。四、学生提交的成果1.撰写相关的文献综述报告1篇；2.详
10、尽的齿轮传动装置计算分析结果；3.完善的扭矩自平衡机构试验研究报告1份；4.完成科技论文1篇。项目三：太阳能光伏电驱动除湿机性能研究袁小艳 副教授一、 项目概况长江以南如湖北、四川是我国的主要鲜烟叶生产基地。其晾制期在8-10月秋季，当地气候为雨季偏多。对烟叶晾晒而言不利，主要制约因素则是低温潮湿天气带来的湿度过大，排湿困难导致的烟叶霉烂。在晾制过程中，烟叶外冠发生明显变化的同时，烟叶内也进行着与烟叶品质密切相关的一系列复杂的生理生化反应，并且烟叶逐渐失水干燥。据此将晾制过程划分为凋萎期、变黄期、变褐期和干筋期四个时期。在晾制的不同时期，通过调控晾房内的温度、湿度条件到适宜的范围内，即使得晾房
11、内相对湿度在凋萎期保持在75%80%；在变黄期、变褐期保持70%75%；在干筋期保持在40%50%，促进有利于烟叶优良品质形成的一系列复杂的生理生化反应发生，以获得满意的品质。根据历年的气候条件分析，若能在低温高湿天气里有效的降低晾房内的湿度，保持烟叶处于一个失水干燥状态中，则能极大的减少霉烂烟叶的比例。 考虑采用蒸汽压缩制冷除湿机，可以满足调控要求。由于晾晒房在海拔800米，零星分布，国家电网投入过大，除湿机无法利用主力电网电力驱动工作。因此考虑采用太阳能光电驱动除湿机工作，阴雨天要求有足够的太阳能蓄电满足连续6天阴天工作，每天工作3小时合计18小时运行的技术指标。 在整机投入测试基地工作之
12、前，需要在实验室测试光电转换效率及蓄电池的蓄电能力，根据测试数据合理匹配太阳光光电板与蓄电池，包括控制器、逆变器性能监测。提出合理改进方案。二、实施计划及方案1. 2010年5-7月，收集太阳能光电理论与设备性能资料，配合设备公司搭建测试实验台。 要求对目前中外太阳能光伏发电状况及除湿机原理与性能进行文献收集，要求能收集查阅20篇中文文献，10篇英文文献；翻译典型英文文献5篇以上，字数不少于4万字 初步调试并进行监测，获得技术方案的初步数据2. 2010年8-10月 太阳能光电效率与除湿性能监测，包括太阳能辐射值、太阳能光电板发电运行数据、蓄电性能、蓄电池带动除湿机工作性能监测与分析，除湿量与
13、能耗分析3. 2010年11-2010年4月 分析测试数据，撰写分析报告 要求学生能对上述数据作出3阶段分析报告，据此作为考核原则三、项目实施的基础和条件目前已与湖北烟叶科研所签订项目内容的技术服务合同，可提供试验基地。有相关太阳能光电公司及除湿机设备厂提供设备供研究使用，并有意向在2010年5月-7月搭建预研相关试验台。 项目负责人对除湿机有深入了解，也有配套实验场地四、学生提交的成果1.文献收集，要求能收集查阅20篇中文文献，10篇英文文献；翻译典型英文文献5篇以上，字数不少于3万字2. 测试获得技术方案的数据与分析报告3.总结报告一份 项目四：中空阳光板抗冲击性能数值模拟王宏志 副教授一
14、、 项目概况背景:温室结构中常用的阳光板是薄壁构件，腔体形式多样。承载能力较好，有很好的透光性能。关于结构的性能研究上，对冲击荷载作用下的防护能力研究存在不足。在教学实践发现，学生在学习构件时通常把更多的精力放在构件的计算上，而对覆盖材料的知识掌握不够，尤其是体现在对构造的忽视，对课程的学习变成了工程计算训练课程，脱离工程训练的本意即利用所学基础以致用。鉴于以上问题，本人计划申请该题目作为教学和课程设计的辅助环节，把课上及教学大纲中没有具体要求的阳光板抗冲击性能问题作为重点，让学生自己动手建模，把常见的阳光板在不同受力形式下的内力用数值方法模拟出来，以便理解结构设计中的不足和今后的教学中对阳光
15、板工作机理有感性认识，对板件受力有定性的理解。基本内容概况： 有限元现在已经是常用的力学求解方法，本课题计划使用同学们熟悉的有限元软件ANSYS为平台进行数值模拟，对常见形式的阳光板进行动力分析，得到板件的受冲击作用下结构的响应。比较现行规范中的假设和实际板件中受力的不同，了解阳光板在抗冰雹等冲击荷载时的工作原理。对其布置方式等因素进行分析，弥补现行教学中对该部分内容论述中的不足，提高学生对构造的重要性的认识和确定构造受力的复杂性的认识。二、实施计划及方案计划步骤和方案：1、 首先熟悉ANSYS软件的前、后处理器的工作方法并学会使用壳单元和实体单元建立阳光板模型。可以训练学生对阳光板结构在动力荷载作用下结构响应有所认识。2、 学习基于ANSYS的APDL二次开发语言并掌握二次开发技术，用参数建立常见规格阳光板模型。这部分可以培养学生的编程能力，对开发学生的自学和创新能力培养有很大帮助。3、 通过软件后处理器读取有限元计算的阳光板动态内力结果。再结合设计规范的静力设计方法进行比较分析。这部分工作需要对规范进行深入理解，可以提高学生的应用能力，促进工程问题与力学理论的结合。考核办法：对应于以上的步骤分别有以下的考核办法：1、编程建模型，使用参数化的程序建立常用的有限元模型，计算后获得阳光板板件内力。2、指出现行规
