| 学科专业评审组： | 机械组 | | 项目名称： | 复合材料参数化设计、性能分析及工程应用 |
| 提名单位： | 陕西省教育厅 |
| 提名等级： | 三等奖 |
| 提名单位意见： | 该项目系统地研究了复合材料单胞模型、复合材料参数化齿轮、膝关节能量收集装置和钛基复合材料焊接接头以及复合材料齿轮减速器传动系统动力学模型，构建了建立了复合材料参数化模型及可视化设计系统，揭示了各项参数对复合材料力学特性影响机理，提出了钛基复合材料铰接构件的接触力学模型，获得了复合材料对系统动态输出振荡抑制规律，有效解决了机械系统减重、降噪及多工况耦合下动态输出振荡、可靠性低等相关技术难题，对系统动态输出精度及综合性能的提升等提供了理论基础和技术支撑。研究理论及技术成果先后应用于航空、航天及其他机械装备领域、多个科研院所和企事业单位，取得显著效益。
提名材料齐全、规范，经完成单位公示，无知识产权纠纷，人员排序无争议，符合陕西省科学技术奖提名条件。 |
| 项目简介： | 
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| 客观评价： | 
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| 应用情况和效益： | 
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| 主要知识产权和标准规范等目录： | 
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| 主要完成人： | - 姓名：王旭鹏
排名：1
行政职务：副院长
技术职称：教授
工作单位：西安理工大学
对本项目技术创造性贡献：项目主要完成人，负责项目整体研究方案的构想与实施。对推荐书“本研究的发现点、发明点和创新点”中的（1）、（3）、（4）项做出了创造性贡献，包括：建立了复合材料单胞参数化模型及设计系统；提出了钛基复合材料铰接构件的接触力学模型，完成了复合材料构件间(轴和轴承/轴套)在摩擦影响下的表面形态重构；揭示了复合材料对系统动态输出振荡抑制规律，将编织复合材料应用在减速器、机电副翼舵机执行等。【旁证材料：1.基金项目3项，FJ16-FJ18；2.论文4项，FJ28-FJ29、FJ31-FJ32；3.专著1项，FJ1；4.专利4项，FJ2-FJ3、FJ33-FJ34；5.奖项4项，FJ21-FJ24】
曾获国家科技奖励情况：陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖，二等奖：①2025年，老龄化背景下KOA患者辅助康复关键技术【排名:1/11】；②2024年，可穿戴式下肢助力外骨骼关键技术及应用【排名:1/11】；③2023年，三维编织复合材料参数化设计、性能分析及其应用研究【排名:1/11】；④2022年，执行机构铰间碰撞特性分析及应用研究【排名:1/11】 - 姓名：张卫亮
排名：2
行政职务：无
技术职称：副教授
工作单位：宝鸡文理学院
对本项目技术创造性贡献：项目主要参与人。对推荐书“本研究的发现点、发明点和创新点”中的（2）、（3）项做出了创造性贡献，主要研究内容包括：在推导了环形编织复合材料力学性能数值预测模型；利用刚度体积平均法得到矩形编织了典型编织角度复合材料的弹性常数，根据预测结果给出了编织角对材料拉伸模量和剪切模量的影响规律。此外，考虑了编织复合材料的编织角、纤维束截面形状的基础上，提出一种编织复合材料齿轮的参数化设计方法，采用均质化思想建立了复合材料齿轮模型。【旁证材料：1.基金1项：FJ19；2.论文4项，FJ28、FJ30-FJ32；2.专著1项，FJ1；3.奖项1项，FJ17】
曾获国家科技奖励情况：① 2023年，陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖，二等奖，三维编织复合材料参数化设计、性能分析及其应用研究【排名:6/11】 - 姓名：高晓龙
排名：3
行政职务：院长
技术职称：教授
工作单位：宝鸡文理学院
对本项目技术创造性贡献：项目主要参与人。对推荐书“本研究的发现点、发明点和创新点”中的（2）、（3）项做出了创造性贡献，主要研究内容包括：建立矩形单胞、圆形横向编织单胞、2.5D编织单胞结构参数化模型，编织复合材料细观结构参数化设计系统开发；设计了5种不同温度下钛基复合材料焊接接头的结构，分析圆形横向编织纱线运动规律，通过纱线节点位置坐标变换，获得单胞模型中纱线与局部极坐标系之间的角度计算公式，推导环形编织复合材料力学性能数值预测模型。【旁证材料：1.基金项目1项，FJ20；2.论文1项，FJ31；3.奖项2项，FJ25-FJ26】
曾获国家科技奖励情况：① 2020年，宝鸡市自然科学研究学术成果，一等奖，Nb中间层对TiA14V/Cu激光焊接头组织性能的影响【排名:1/3】
② 2020年，陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖，一等奖，轻量化/新能源关键材料激光深熔焊接小孔熔池动力学与形性调控【排名:3/11】 - 姓名：雷培
排名：4
行政职务：无
技术职称：高级工程师
工作单位：庆安集团有限公司
对本项目技术创造性贡献：项目主要参与人。对推荐书“本研究的发现点、发明点和创新点”中的（2）、（4）项做出了创造性贡献，主要研究内容包括：研究了材料纹理压痕深度、织构形状、织构间距和针尖半径对平均摩擦力和磨合阶段的影响。此外，考虑复合材料屈服强度和初始碰撞速度的基础上，建立了一种变恢复系数模型和接触碰撞力模型，通过数值模拟和实验测试结果对比，研究复合材料对于对机械系统动态输出振荡的抑制规律。【旁证材料：1.奖项1项，FJ22】
曾获国家科技奖励情况：① 2024年，陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖，二等奖，可穿戴式下肢助力外骨骼关键技术及应用【排名:8/11】 - 姓名：海敏娜
排名：5
行政职务：无
技术职称：高级工程师
工作单位：宝鸡钛业股份有限公司
对本项目技术创造性贡献：项目主要参与人。对推荐书“本研究的发现点、发明点和创新点”中的（3）项做出了创造性贡献，主要研究内容包括：主负责完成了异质钛基复合材料零件在复杂工况下的接触性能分析与测试，基于初始碰撞速度和材料屈服强度建立了一种改进的接触模型，研究了初始碰撞速度、恢复系数和径向间隙等对复合材料构件间接触的影响。【旁证材料：1.基金1项，FJ20；2.奖项1项，FJ27】
曾获国家科技奖励情况：① 2025年，陕有色科学技术奖，一等奖，舰艇用热挤压TA3球扁钛型材研制，【排名:1/1】 - 姓名：陈文会
排名：6
行政职务：无
技术职称：无
工作单位：西安理工大学
对本项目技术创造性贡献：项目主要参与人。对推荐书“本研究的发现点、发明点和创新点”中的（2）项做出了创造性贡献，主要研究内容包括：“以编织复合材料为例，采用二次开发技术和编程语言实现复合材料单胞几何模型的参数化建模，完成了三维五向编织复合材料参数化设计系统的开发，系统化地构建了编织工艺参数与复合材料结构的联系，研究间隙大小对膝关节外骨骼系统动力学行为的影响，完成了轻量化复合材料膝关节外骨骼系统的性能分析与测试。【旁证材料：1.基金1项，FJ17；2.专利1项，FJ34；3.奖项4项，FJ21-FJ24】
曾获国家科技奖励情况：陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖，二等奖：①2025年，老龄化背景下KOA患者辅助康复关键技术【排名:10/11】；②2024年，可穿戴式下肢助力外骨骼关键技术及应用【排名:10/11】；③2023年，三维编织复合材料参数化设计、性能分析及其应用研究【排名:11/11】；④2022年，执行机构铰间碰撞特性分析及应用研究【排名:11/11】 - 姓名：赵嘉鑫
排名：7
行政职务：无
技术职称：无
工作单位：西安理工大学
对本项目技术创造性贡献：项目主要参与人。对推荐书“本研究的发现点、发明点和创新点”中的（1）项做出了创造性贡献，主要研究内容包括：分析运动规律后，结合单胞区域的划分方式，给出编织复合材料内胞、面胞和角胞三单胞的纱线拓扑模型，以浅交弯联结构为研究对象，详细研究了材料内部的纱线轨迹、纱线截面等的变化，将其应用于齿轮进行力学性能分析。【旁证材料：1.奖项1项，FJ21】
曾获国家科技奖励情况：① 2025年，陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖，二等奖，老龄化背景下KOA患者辅助康复关键技术【排名:11/11】
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| 主要完成单位及创新推广贡献： | - 单位名称：西安理工大学
单位贡献：作为项目的承办单位，主要包括：（1）建立了复合材料参数化模型及可视化设计系统：①矩形单胞结构参数化模型，深入分析纱线运动规律，结合单胞区域划分方式，给出编织复合材料内胞、面胞和角胞的纱线拓扑模型；②2.5D编织单胞结构参数化模型，以浅交弯联结构为研究对象，建立细观单胞模型模拟内部结构；③圆形横向编织单胞结构参数化模型，采用圆形横向内部单胞，进一步细分为运动规律不同的四个子区域；④复合材料细观结构参数化设计系统开发。（2）揭示了各项参数对复合材料力学特性影响机理：①建立编织复合材料齿轮参数化模型；②分析复合材料齿轮啮合过程中接触、弯曲应力的分布情况；③提出了形状参数的广义Bernstein基函数，引入函数曲线形态重构方法。（3）分析了复合材料对系统动态输出振荡抑制规律，探究关节间隙对机电副翼作动系统动态响应的影响，通过试验验证闭环耦合模型的有效性，采用非线性接触力模型和修正的库仑摩擦模型，研究了间隙大小对机电副翼作动系统动力学行为的影响。结果表明，新的闭环耦合模型同时考虑了含间隙连杆机构的电动舵机控制性能和动力学特性，是预测含间隙机电副翼驱动动态特性的有效模型。【旁证材料：1.基金3项，FJ16-FJ18；2.论文4项，FJ28-FJ29、FJ31-FJ32；3.专著1项，FJ1；4.专利4项，FJ2-FJ3、FJ33-FJ34；5.奖项4项，FJ21-FJ24】
- 单位名称：宝鸡文理学院
单位贡献：作为项目的合作单位，主要包括：（1）针对复合材料齿轮在复杂载荷作用下的失效问题，研究齿轮啮合过程中的接触、弯曲应力分布规律，分析不同工况下应力变化特征及其对齿轮疲劳损伤和寿命性能的影响。（2）基于有限元分析方法，建立复合材料齿轮力学性能分析模型，对齿轮啮合接触、齿根弯曲等关键力学行为进行仿真研究，并结合脉动载荷作用下最大弯曲应力计算结果与试验测试数据进行对比验证，明确了复合材料齿轮承载特性及力学分析方法的有效性。（3）提取单齿啮合周期内的接触应力变化数据，建立转矩条件下轮齿最大接触应力演化曲线，分析齿轮啮合过程中双齿啮合与单齿啮合交替变化规律。研究表明，在忽略边缘接触应力集中的情况下，单齿啮合阶段承担更高接触载荷，应重点关注该阶段的应力分布特征。（4）针对三维编织复合材料结构特点，建立单胞模型中纱线方向与局部极坐标系之间的角度关系，提出复合材料力学性能预测方法，实现材料微观结构参数与宏观性能之间的关联分析。（5）基于复合材料构件接触力学分析模型，开展钛基复合材料铰接构件设计研究，针对不同服役温度条件设计多种焊接接头结构方案，为复合材料结构件在航空航天装备中的应用提供设计参考。【旁证材料：1.基金2项，FJ19-FJ20；2.论文4项，FJ28、FJ30-FJ32；3.专著1项，FJ1；4.奖项3项，FJ17、FJ25-FJ26】
- 单位名称：庆安集团有限公司
单位贡献：作为项目的合作单位，主要包括：（1）针对含间隙机械系统动力学特性问题，构建了基于非线性接触力模型和修正库仑摩擦模型的闭环耦合分析方法，研究间隙参数对系统运动响应、动力学稳定性及输出特性的影响规律。通过数值仿真与理论分析，验证了所建立模型在描述含间隙连杆机构动态行为方面的有效性，为含间隙机电耦合多体系统的动力学分析与性能优化提供了理论依据。（2）面向航空航天领域执行机构的摩擦性能优化需求，研究了材料表面微织构参数对摩擦特性及磨合行为的影响机制，重点分析了纹理压痕深度、织构形状、织构间距及针尖半径等因素对平均摩擦力和磨合阶段演变规律的作用，为复合材料表面结构优化及低摩擦设计提供了技术支撑。（3）针对复合材料构件在机械系统碰撞过程中的动态响应问题，综合考虑复合材料屈服强度和初始碰撞速度等关键因素，建立了变恢复系数模型及复合材料接触碰撞力模型。通过数值模拟与实验测试结果对比分析，揭示了复合材料对机械系统动态输出振荡的抑制作用规律，为复合材料在高动态机械装备中的应用提供了理论依据。旁证材料：1.奖项3项，FJ22-FJ24；2.应用证明1项，FJ4】
- 单位名称：宝鸡钛业股份有限公司
单位贡献：作为项目的合作单位，主要包括：（1）依托公司钛合金材料制备及加工技术平台，针对异质钛基复合材料焊接接头组织演化与服役性能需求，开展材料制备工艺、微观组织特征及力学性能测试研究。结合不同工况条件下的性能变化规律，对焊接接头强度、疲劳行为及失效特征进行分析，为复合材料结构可靠性评价提供实验依据。（2）结合公司在钛合金及复合结构件制造领域的工程技术积累，针对钛基复合材料构件工程应用过程中的成型、加工及性能保持问题，开展工艺适配性研究。通过中试验证和制造过程优化，分析材料加工参数对构件综合性能的影响规律，推动实验室研究成果向工程化制造转化。（3）围绕钛基复合材料结构设计与性能提升需求，组织材料加工、结构设计及性能评价等领域技术人员开展联合攻关，针对材料体系优化、结构性能匹配及关键工艺控制等问题进行技术分析，为项目研究方案制定和关键技术突破提供支撑。（4）结合航空航天、海洋工程等高端装备领域应用需求，对项目形成的钛基复合材料相关技术成果开展应用验证与推广研究。通过用户需求分析、产品试用反馈及工程适配优化，进一步完善材料应用方案，为钛基复合材料在复杂服役环境下的规模化应用奠定基础。【旁证材料：1.基金1项，FJ20；2.奖项1项，FJ27；3.应用证明1项，FJ13】
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| 完成人合作关系说明： | 完成人合作关系说明：1
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