自然灾害防控产业的技术突破与发展路径战略研究∗

在全球气候变化及地质活动日益活跃的孕灾大环境下,我国亟待实现自然灾害的快速高效应急处理,相应的灾害防控产业升级同样势在必行。结合自然灾害防控关键环节的发展方向,通过文献整理、现场调研、专家咨询及问卷调查等方式,分析了自然灾害防控产业面临的问题与挑战,开展自然灾害防控产业技术突破与发展路径的研究,提出以下对策措施：构建更为完善的标准化体系,严格核定从业资格,实时把控自然灾害防控产业的市场动态, 保障产业市场良性竞争;立足本土化发展优势,集群化发展自然灾害防控产业,贯通自然灾害多产业链条;以自然灾害防灾减灾的基础研究为主导,通过理论创新和技术迭代,完成自然灾害产业升级,提升产业整体性、系统性和协同性,打造防灾减灾产业端的国际核心竞争力。本文将为自然灾害防控的产业高质量快速发展提供前瞻性、针对性、储备性的科学参考。     

不同温湿度条件下微米硼的氧化过程研究

目的 探究不同温湿度条件下微米硼的氧化层结构特征。方法 利用高温水浴浸泡处理去除原料微米硼的表面氧化层,然后在恒温恒湿条件下对微米硼进行加速氧化,利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线光电子能谱对加速氧化后硼颗粒的氧化层厚度及组成进行分析,总结表面氧化层结构及成分组成变化规律,揭示温湿度条件下微米硼的氧化机制。结果 微米硼经高温水浴浸泡处理后,表面氧化层去除率达到50%。随着加速氧化时间的延长,硼颗粒氧化层的厚度逐渐增大,由内向外硼颗粒表面可以用B-BxOy-B2O3三层结构来表示,BxOy总是伴随着B2O3同时出现的,且随着氧化反应的进行,颗粒表面BxOy的含量将超过B的含量。结论 不同温湿度条件下微米硼的氧化机制为O2向B颗粒内部单向扩散的反应机制,B先与O2反应,形成低氧化物BxOy,BxOy进而与O2反应生成B2O3。随着氧化层厚度的增加,O2向B颗粒内部扩散的阻力增大,氧化反应速率随之降低。相比湿度的影响,温度的升高可显著加快硼表面氧化层的形成;温度一定时,湿度的增加可促进硼氧化层的形成。     

预腐蚀条件下不同孔数冷挤压强化7075-T6铝合金板件疲劳寿命退化规律

目的 研究腐蚀环境下单孔和多孔冷挤压强化铝合金板件的疲劳寿命退化规律和损伤机理。方法 针对2种不同孔距的三孔冷挤压强化7075-T6铝合金板件,采用模拟热带海洋大气环境的实验室加速腐蚀谱,开展不同腐蚀时间下的预腐蚀疲劳试验。结果 获得了3倍孔距的三孔挤压强化铝板以及单孔挤压强化铝板的C(t)曲线、疲劳S-N曲线和损伤形貌特征,分析了腐蚀后挤压强化试件的腐蚀机理及挤压强化作用。同时,将不同孔数试件的试验结果进行比较,探明了孔数对挤压强化铝板腐蚀和疲劳性能的影响。结论 腐蚀后挤压强化铝合金板件的疲劳性能发生显著退化,腐蚀损伤主要为剥蚀,疲劳裂纹萌生位置由孔边转移至表面。挤压孔数量对挤压强化铝合金板件的疲劳和腐蚀疲劳性能的影响较小。     

基于电磁力的机翼非接触式加载试验平台特性研究

目的 研究分析基于电磁力的非接触式翼面加载的可行性与适用特点。方法 利用多匝铜线绕制的驱动线圈,通入大电流产生强磁场,柔性线圈贴附于机翼表面,柔性线圈中的电流与强磁场相互作用产生较大的电磁力,实现对翼面的稳定加载。建立电磁力加载仿真计算模型,基于该模型分析不同线圈结构时电磁力特性,并设计力学加载平台,开展试验测试。结果 对比了柔性线圈和薄铁片2种电磁力加载方式的不同,柔性线圈产生的电磁力比薄铁片小,但具有更好的线性度和可控性。上下布置2个驱动线圈能产生更大电磁力,但需要使2个驱动线圈电流方向相反,电流方向相反时产生的电磁力比方向相同时增强了16倍。减小驱动线圈间距,使柔性线圈靠近驱动线圈,也能显著提高电磁力。开展了力学加载平台试验,柔性线圈产生的电磁力达到57 N,并可持续加载320 s。结论 通过试验验证了提出的基于电磁场非接触式翼面加载的可行性,柔性线圈易贴附于机翼表面,可为复合材料、复杂翼形的力学加载测试提供一定参考。     

硅酸锌车间底漆对船体钢在海水中氢脆行为的影响研究

目的 研究硅酸锌车间底漆对船体钢在海水中氢脆行为的影响,为船舶建造涂装工艺提供数据支撑。方法 采用电化学测试、慢应变速率试验(SSRT)、断口微观形貌观察,考察带有硅酸锌车间底漆的船体钢在海水中的氢脆行为。结果 自腐蚀状态下,船体钢及其涂层试样的SSRT断口均以韧性断裂为主,氢脆系数均小于10%,没有明显的氢脆敏感性。–0.94 V阴极保护状态下,船体钢及其涂层试样的SSRT宏观断口均出现了不同程度的撕裂痕,微观断口出现小解理面特征。以硅酸锌涂层做底漆的试样,撕裂痕以及解理面特征最显著,氢脆系数增大最为明显。当船体钢/硅酸锌/环氧耐磨涂层表面出现破损时,氢脆敏感性系数进一步增大。结论 阴极保护状态下,硅酸锌底漆会增加船体钢在海水中的氢脆敏感性。     

航空发动机热端部件表面高温陶瓷涂层性能优化

目的 对航空发动机热端部件表面长效防护涂层W-200进行改进,研制高温稳定性更好且不易崩瓷的高温合金表面新型高温陶瓷涂层,解决W-200涂层在部分高温合金表面暴露出的易崩瓷、剥落问题。方法 通过调整膨胀系数、软化温度、析晶温度,来研制新型耐高温玻璃和耐高温填料,并制备新的高温陶瓷涂层浆料。结果 所研制的新型高温陶瓷涂层W-400能够满足在高温合金表面1 150~1 230 ℃顺利烧结,且具有更大的膨胀系数,可与高温合金基材的膨胀系数更匹配。同时,W-400的析晶温度区间为868~ 1 213 ℃,在析晶温度区间,涂层较W-200具有更好的高温稳定性,以及更优的抗热震、抗剥落性能,并可覆盖实际应用的温度范围。结论 新型高温陶瓷涂层W-400解决了目前W-200高温陶瓷涂层在航空发动机高温合金热端部件表面烧结后易崩瓷的问题。根据本项目的研究基础,对未来可研制出能够在其他金属表面1 250~1 400 ℃顺利烧结的耐温更高的新型高温陶瓷涂层提供了可能性。     

某船用齿轮箱基座的振动特性分析

目的 保证船用齿轮箱在不同试验工况下的振动噪声的设计要求,对船用齿轮箱基座的振动特性进行分析。方法 首先对船用齿轮箱基座进行模态分析,分析齿轮箱基座在不同阶数下有效质量与总质量的比值,同时提取不同方向下的有效质量与参与系数最大的模态进行分析。然后利用频响计算中的完全法对某型船用齿轮箱基座进行振动响应计算,提取3个点结果进行有限元分析,并利用锤击法对某型船用齿轮箱基座的3个测点进行机械阻抗的测试。结果 通过有效质量分析,提取了前1 000阶中的主要模态,分析模态发现,在齿轮箱基座的大部分区域,结构响应几乎为0,20、923、131、162、10阶出现模态为同一局部区域的模态,且23、131阶模态表现为平动及扭转振型。有限元频响计算结果表明,有限元计算结果在低频段的阻抗值更加稳定。随着频率增加,阻抗值逐渐降低,测试值的对数平均值与参考值的差值最大值为11.46 dB。计算值的对数平均值与参考值的差值最大值为10.3 dB,且逐渐接近100 dB。计算值的对数平均值与测试值对数平均值的差值均在2 dB左右。结论 通过计算发现,有限元计算值接近参考值,且与参考值大多数差值均在10 dB之内。计算值与测试值接近,可以作为船用齿轮箱基座的振动噪声设计依据,为后续各型号船用齿轮箱基座优化设计打下了坚实的基础,极大提升了数字化驱动设计技术水平。     

粤港澳大湾区甲醛污染的时空特征研究

利用Aura卫星搭载的臭氧观测仪（ozone monitoring instrument,OMI）反演的甲醛（HCHO）柱密度数据,分析自2005年以来粤港澳大湾区（Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area,GBA）HCHO的空间分布特征、变化趋势及其影响因素。研究结果表明HCHO呈现明显的增长趋势,2005年和2019年区域年平均分别为1.4840 mol·cm⁻²和1.7983 mol·cm⁻²,2005—2019年增长了0.3143 mol·cm⁻²,约为21.17%。粤港澳大湾区HCHO演化过程存在11个月的主振荡周期。HCHO月变化在时空上呈现明显差异,最大值和最小值分别出现在7月和1月,多年平均值分别为1.9824 mol·cm⁻²和1.1728 mol·cm⁻²。6月空间异质性最为明显,最大值和最小值分别为2.6842 mol·cm⁻²和1.0849 mol·cm⁻²。粤港澳大湾区HCHO污染严重的区域主要出现在中部,如中山市、佛山市和广州市,多年平均值高达1.9938 mol·cm⁻²。低值区主要在区域四周,特别是在惠州市,多年平均值约为1.3522 mol·cm⁻²。HCHO增长率在空间上呈现明显差异,增长量的变化范围为−0.1374—0.6833 mol·cm⁻²,增长率为−7.20%—52.53%。大部分区域的HCHO呈增长趋势,而在广州市部分地区出现减少,最大的减少量为−1.3742 mol·cm⁻²,约为−7.20%。从城市尺度来看,所有城市的HCHO均出现增长,增长量和增长率最大的是惠州市,分别为0.3863 mol·cm⁻²和28.27%;其次是江门市,分别为0.3411 mol·cm⁻²和23.71%;最小的是香港,分别为0.9093 mol·cm⁻²和6.52%。     

基于自动监测网络的湘江流域衡阳段铊污染原因分析

运用自动监测网络与实验室验证相结合的手段,通过测定湘江流域衡阳段干流与支流铊浓度,分析铊浓度与溶解氧含量、氨氮浓度及叶绿素a浓度等水质指标的关系,进而对湘江流域衡阳段铊污染进行原因分析。结果表明,2021年8月上旬,湘江流域衡阳段干流铊污染的来源主要为多支流污染汇入。其中,松木下游断面铊污染极有可能来源于支流上游企业排放,江东水厂断面铊浓度异常的原因主要为溶解氧降低、死藻富集。该案例可为我国铊污染应急监测及污染原因分析提供借鉴。     

釜溪河自贡城区段季节性低氧成因研究

釜溪河为沱江一级支流,在自贡城区段设有国考碳研所断面。收集碳研所断面近10年来水质自动站数据,分析溶解氧(DO)变化特征,采样调查釜溪河自贡城区段水质及河道底泥污染状况,采用相关性分析、数值模拟等,研究分析釜溪河自贡城区段溶解氧分布特征及碳研所断面季节性低氧成因。研究结果表明,碳研所断面的溶解氧质量浓度变化特征呈现春末夏初最低,白天高晚上低的特征。釜溪河碳研所断面河水耗氧类污染物质量浓度较沱江流域内其他断面高,耗氧强度较大,溶解氧质量浓度较沱江流域其他断面偏低;其次,研究河段中釜溪河污水厂以下河段受污水厂低氧水排入和金子凼堰底层低氧水下泄影响,其溶解氧水平整体较污水厂以上河段低;最后,河段底泥有机质含量较高,春夏季气温升高将导致微生物分解活性增强大量消耗溶解氧,同时,闸坝和外来水体排入的水文扰动造成污水厂以下河段水温梯度弱,表层溶解氧易受底层低氧水影响,促使断面形成季节性低氧现象。溶解氧预测模型结果也进一步证实了温度变化和垂向温度梯度弱是碳研所断面溶解氧质量浓度季节性偏低的主要因素。