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阵列式光纤光栅传感器在特大型复杂工程结构中的内植和状态监测: jyx123321 2019-8-23 11:17; 8 月 16 日一早，我们课题组一行多人就前往滕州某公司，再次开展阵列式光纤光栅传感器在特大型、复杂工程结构中的内植和状态监测实验。在 16 号傍晚，我和王老师、郭博士、周博士生返校，留下了两名准三年级的研究生（张同学和陈同学）继续在车间里和公司技术人员一起开展后续的实验。之后通过电话和微信我们交流了一些问题和处理意见。在 8 月 22 日一早，我再次前往公司车间的实验现场，和两名研究生同学以及公司相关技术研究室黄主任一起分析了实验中出现的各种问题、逐条提出了解决方案，也制定了今后几天的具体实验方案。面对这种特大型、结构极其复杂、制造工艺也极其复杂的复合材料工程结构件，深切体会到了 “ 纸上得来终觉浅、绝知此事要躬行” ！虽然从 2003 年初我就开始连续纤维复合材料及其结构的设计、制造、变形和破坏的系统性研究，从 2013 年开始了光纤光栅用于纤维复合材料结构的内植和状态监测的实验研究，也做了大量的多种成型工艺及其组合工艺条件下的在线监测和相应的有限元模拟及优化设计，在今年上半年也做了阵列式光纤光栅传感器在这种特大型复杂工程结构中的初步的内植和状态监测实验，但是在这次实验中仍遇到了一些技术问题。虽然结合本课题组的经验和知识都有效解决了这些问题，但仍深感高新技术集成和工程应用的不易！任重道远！这些年一直关注工业互联网和结构健康监测产业技术的发展。就实际效果来看，无论是工业互联网还是结构健康监测，我个人感觉在实际工业中的应用似乎都远低于人们的预期，雷声大雨点小。一旦面对我们当前面对的这类几何尺寸超大型（近百米长、数米高和数米宽）、结构设计极其复杂（其复杂多变性远超相关教科书和专著里讲的案例，某些新设计和新材料也许是大学专业教师都未曾见到的）、制造工艺极其复杂（多种成型工艺的复杂组合，发挥了各自优势），如何把所谓的高新传感技术做必要的工艺适应性改造，使得其能被企业车间工艺技术集成应用、能有所需的存活率、能有所需的工业制品性能稳定性、检测灵敏度、质量可检性、车间施工可操作性，都是需要解决的问题，远比高校实验室里的技术研发要求高且全面。从根本上说，这些人员必须具备坚实深厚的多学科知识和技能，且必须能学以致用。我窃以为，那些孤立地理解和运用知识的教条主义者，在面对复杂实际工程问题的时候，也许会处处碰壁，即使他对相关知识倒背如流。; 个人分类: 未分类|2414 次阅读|1 个评论

诺贝尔奖和把成果写在大地上: jiangming800403 2018-10-13 12:36; 屠奶奶得奖了，但并不是说屠奶奶的成就比同时代的其他科学家要大得多。如果以屠奶奶为标准，达到诺贝尔奖级别的科技大家没有几百人应该也有几十人。不发CNS的话，诺贝尔奖基本更没有戏。如果屠奶奶只埋头治病救人，而不写论文的话，跟不可能得诺奖。但是提高大多数人的预期寿命和生活质量，无数默默无闻的乡村医生/社区医生的作用可能比几个诺贝尔奖的作用要大。大部分诺贝尔科学奖成果是发表在顶级期刊，而不是写在大地上。苏俄获得的诺贝尔科学奖数量实际上也不多，因为19世纪以来泛俄罗斯民族的很多科技突破比如核电站（第一个实用性的热核炸弹和可控核聚变的磁约束装置都是苏联人最先做出来的，但苏联氢弹之父获得的是和平奖而不是物理学奖）、喷气推进技术都不可能参加诺贝尔奖评选。另外，被世人推崇的西方科学精神和文艺复兴的起源地，希腊和亚平宁半岛，其实也没有几个诺贝尔奖，实际上意大利的经济总量比英法日德也少不了多少。没有CNS量的积累就不可能有诺贝尔奖质的突破。不发SCI/CNS，把重大原创性成果都发表在中文科技期刊上，都写在大地上，但是大部分诺贝尔奖的提名人和评委都不认识中文，他们就根本无从了解中国科学家在做什么并进行评价。当然近十几年来，国产SCI数量有数量级上的突破，但是不能说明专业发展日新月异。和日常生活联系密切的很多行业实际上也没有太大的理论突破，技术体系已经成熟，处于一个瓶颈或者平台阶段，至少我不相信我可以在我的专业做出重大的理论突破。比如大多数医学和生理学诺贝尔奖，虽然意义重大，但是对于提高人类的预期寿命，特别是非洲的预期寿命，似乎没太大作用。转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自赵建民科学网博客。链接地址： http://blog.sciencenet.cn/blog-595119-1138683.html 上一篇：很多日本的诺贝尔奖，也是在经济奇迹如日中天的时候做出的下一篇：未来20-30年内，我们应该会看到中日之间诺贝尔奖的此消彼长做出诺贝尔奖级别的突破可能不需要大兵团作战，但是把诺贝尔奖的发现离不开大兵团作战，举国体制。发现原子核裂变实际比研究原子弹原理更简单。制造原子弹则比设计原子弹困难得多。在高温超导领域，中国虽然错失诺贝尔奖，但是在中国科学家找到高温超导材料很多具有更好的材料力学性质，在超导材料应用领域中国做出了很多原创性的突破，比如研究可控核聚变的全超导材料的EAST，在4G5G通讯基站中也开始应用超导材料滤波器。当然超导材料在中国的工程应用，也离不开已经达到了世界先进水平的制冷和热能工程技术。; 个人分类: 科研八卦|2194 次阅读|0 个评论

最难的还是第一次！: 热度 11 Taylorwang 2018-4-18 08:14; 最近到兄弟院校学习交流，也顺便参观了他们的实验室。实验室一些正在进行的实验，运行状况良好，几位年轻的博士老师，给我介绍了相关的一些实验内容。他们真的做得很好，研究成果也发表了影响因子不低的 SCI 研究论文。中午吃饭时，他们问了我一个问题：若想将实验的研究内容推广到实际工程应用中，最大的困难是什么？我不假思索地回答，接第一个工程项目，即找到第一个应用客户，拿到第一个应用工程！实验室研究开发工作是重要的，要将实验室研究成果真正地推广应用，还有许多路要走，有时还要付出更多的精力，甚至投入更多的金钱。搞水处理研究，我有差不多20多年的历史了，而我独立地拿第一个工程应用项目，应是 11 年前。在独立能拿工程项目前，也经过了长达十多年的积累。现在回顾起来，好象每个领域拿到的第一个工程应用项目，都充满了戏剧式的偶然性，但其实也都差不多是水到渠成的事。就以目前我们开发应用较多的臭氧催化氧化 - 曝气生物滤池深度处理废水为例，实验室研究及申请专利在 2005 年就已经完成，并发表了相应的研究论文。到了 2007 年，广东溢达纺织的工程师看到了我们的论文，就与我们联系，希望用我们的新方法帮他们解决印染废水的深度处理问题。这样，我们就在 2007 年底与他们签订了每小时 20L 的现场小型中试合同，第一份合作协议苛刻到若达不到设计要求，应归还已支付的科研经费。还好，我们有充分的实验室研究基础，项目提前达到了合同规定的技术要求。但因装置太小，只能证明工艺的可行性，难以做到工程评估，这样，在 2008 年初溢达又与我们签了每小时 5 吨，每天处理 120 吨的现场中试合同。此中试装置建好验收后，我们培训溢达的员工运行操作这套系统。他们连续运行 2 年后，于 2010 年提出由我们建设每天处理 5000 吨的工程验证处理系统。该工程当年建成并投入运行。由于验证工程良好的运行结果，到 2014 年，公司决定将所有的 3 万吨废水，都采用我们的工艺。当 3 万吨印染废水深度处理系统投入运行后，广州最大的纺织印染公司互太的 4 万吨印染废水，东莞最大的德永佳 6 万吨印染废水的深度处理等万吨级以上的深度处理工程都请我们做设计或工程总承包。国内也有其它公司模仿或借鉴我们的技术，使臭氧在工业废水深度处理中的应用大规模地推广开来。从研究有了实验室成果并申请发明专利，到大规模地工程化应用，差不多走了十年。虽然我看了几位博士老师做实验的装置，设计精巧，看上去也很漂亮，但我也明确地告诉他们，目前他们的研究成果可以写高水平的文章，想立即能工程化应用也是不可能的。由于微生物生长扩培速度的限制，要想工程化应用，他们目前也拿不出工程化应用所需要的菌种量，另外，工艺系统的扩大过程，也充满了许多不确定性，特别是没有相应的工程经验，从小试，到中试，再到生产性验证，所要做的工作很多，时间也不可能太短，另外，要产业化，资金的支持也是非常重要的！我国航母的电磁弹射系统是由对我国的国防事业作出突出贡献的马伟明院士开发的，据报导，当初国家将航母弹射系统的投入开发重点放在蒸汽弹射系统上，国家数亿元的专项科研经费也已经拨付给了其它对口的研究机构。马伟明院士犟劲十足：“砸锅卖铁也得干 ! ”他从自己的前期科研积累中拿出 2000 多万元，率领实验室一帮青年人埋头苦干两年，研制成功了小型样机。我相信，小型样机出来了，后面国家肯定投入了重金来支持这项工作，并使这项技术的工程化能力达到世界一流水平。这 2 千万元人民币的应用研究启动经费算多吗？当知道美国人花了十多亿美金才能启动这项应用研究时，就应该知道，相对于美国人做的前期投入，马院士非常节省地启动了这项巨大的应用研究开发工作。年青的博士毕业生们，要想将自己的实验室成果推广应用，没有巨大的资金支持，也是寸步难行的。若按照现在科技项目申请一样，只有钱到了再开始研究，好的主意与研究的激情，都会在这漫长的等待中而耗散。对于依靠拿国家不多的纵向科研项目年轻人来讲，不用说要启动如电磁弹射系统的 2 千万制做小型样机的启动研发资金，就是一个小的只需要 20 万启动资金的工业化应用都困难。寻找合作伙伴，共同完成产业化开发应是一条可行的途径。如与一些缺少新技术的环境工程公司合作，利用公司的应用平台，双方谈好合作的条件，来完成科技成果的转化。现在，国家提倡创业和创新，也制定了不少相关的促进科技成果转化的扶持政策，很多天使投资等风险投资资金，其主要目标也是寻找有较高的科技含量，有广阔的应用市场，有良好的应用前景的技术，给予资金支持，从而在新技术应用推广成功后，获得高额的经济回报。若为了做研究写论文，实验室的研究成果往往够了，国内的各种纵向研究资金，做实验室小试及写论文还是足够的。但对于做应用开发研究，则不仅仅呆在实验室里搞开发，还要寻找应用市场，寻找支持资金来源。对于应用开发研究的课题，更有可能是到工厂去，到基层去，到社会上去了解市场的需求，再根据应用市场的需求，而设定研究开发目标。只要有巨大应用市场，并能取得明显经济效益的新技术，有可能那些天使风险投资资金，不是你去找他们，他们反过来会找你，对于天使投资来讲，这些优秀技术，不正是他们存在和寻找的目标吗?; 12713 次阅读|24 个评论

工程应用狄拉克δ函数的模型问题: 热度 6 xying 2015-6-19 07:40; 人们经常应用狄拉克δ函数，作为瞬间冲击的数学模型，来简化近似计算。例如在电路中，对脉冲电源或电击后，估算此后系统过渡过程的状态。有人认为：在那电路中，把δ函数当作为脉冲源的数学模型，并不适当，因为高频下电感是决定性的，以上篇《狄拉克δ函数应用的迷思》中，清华大学的电路原理课的那道题为例（见下图），在这理想电源的供电瞬间，与电容串联的感抗是无穷大。具体来说，管脚电感 10nH, 如果实际脉冲上升时间做到 0.1ns ，电容的管脚感抗和并联的电阻有得一比。导致电阻的分流在极限下不可知。这道题就变得没有意义了。这提问很好，实际上是考虑在工程应用中，怎样建立数学模型和计算的问题，以及抽象模型的适用范围。这值得写篇文章与大家讨论分享。在工程应用的计算中，我们必须根据应用的情形，将实际的物理装置抽象成简单的数学模型，在这个抽象中，必须忽略一些对结果影响微小的部分。建立好模型后，则是对这模型的数学计算问题。清华的这道题，已是模型化后电路图的计算问题。所以在计算中不必再考虑那些被略去的因素。当然，质疑的人实际上想说：这样用δ函数表示脉冲电源的电路，能够忽略现实中分布在元件周围的杂散电感吗？也许可以，也许不能。这只取决于实际的电路是工作在极高频还是其他情况。在不容忽略时，电路模型上必须加上电感存在的元件。具体来说，这工作应该在电源抽象成δ函数之前考虑和完成的。在建立电路模型时，要先对现实中的脉冲电源，考虑其高频分量对线路影响的程度，来决定这抽象的电路系统是否要包括杂散电感等因素。然后也许进一步抽象，把这现实中电源的脉冲函数当作δ函数来简化计算。所以电源是不是表示为δ函数，与模型中是否忽略其他物理因素无关。实际上的脉冲电源都是电流数值有界的、供电区间很短的时间函数，并非所有这类电源，杂散电感都到了不容忽略的程度。如何处理，则依赖于工程经验和估算分析。常见应用于脉冲电源的电子电路图，无论是分立元件板还是 IC ， Spec 上的电路图，通常都不含有这类在它应用范围可忽略的电感。极窄幅的脉冲电源，可能高频分量较大，而宽幅则用δ函数的近似计算有较大的误差。所以作为抽象模型，要了解在这之间，有否能忽略杂散电感，且能以δ函数近似计算的适用情况？先看窄幅的脉冲电源，考虑不利的情形，在上图电容支路串联有 10nH 的管脚电感，对 0.001ms 脉冲电源，以 1% 脉冲宽度来上升，在这 10ns 上升时间里，对应于 100MHh 高频的 10nH 感抗小于 10 欧姆，不到例中与之并联的电阻的百分之一，而后绝大多数的供电区间里它都没有影响。感抗与频率成正比，与 h 成反比。在这冲击后的状态计算中，误差是由供电区间电阻分流的电量来决定的，所以这感抗对状态误差的贡献比这 1% 还小得多。这说明对大于这时宽 h 的情况，都可以忽略管脚电感的影响。如果工作在更高频，这些电感不容忽略时，就需要在电路图中加上它们。再估算用δ函数来近似计算的误差。以上图的电路为例，假定矩形脉冲电源的供电区间为 h ，当 h 很小时，在供电区间电阻上分流的电量比率是 h/(2RC) ，代入 RC 的数值，当 h 小于 10ms 时，各种状态量的误差都小于 0.5% ，误差与 h 成线性关系，时宽h越小，误差也越小。大致地说，在脉冲时宽在 10ms 到 0.001ms 的脉冲电源电路中，上图都是个很好的估算模型，如允许误差为 5% ，适用范围还可放大两个数量级。当然这个误差的计算与具体的电路有关，这里只是说明，它确有很好应用的场合。仍然还有的疑问是，“一般来说，越接近理想（即瞬时的无穷窄脉冲）近似应该越精确，但这里实际上越接近理想，本来可以忽略不计的杂散电感变得越重要，近似越不精确，需要加限制，这和一般的近似是有本质差别。” 这看法是混淆了，用δ函数来简化计算实际的脉冲函数，与如何实现最接近δ函数性质的电源问题。对于作为计算模型的电路图，其脉冲电源的时宽已是确定的，所以能否忽略杂散电感的影响也是确定的，无论模型化的图中是否含有杂散电感的成分，用δ函数来替代具体的脉冲函数计算，都是对相应的模型进行数学近似计算而已，其脉冲时宽越小，近似计算也都是越精确的。在这里并无上述的矛盾。略去杂散电感在极高频时的误差是电路抽象化的考量，与用 δ函数来简化计算无关。最后一个疑问，电路图中的电源，加一个开关来表示短时的供电，不是比δ函数更简单明了吗？是的。这可以是表示矩形脉冲电源的数学模型。在计算时可再选用δ函数作近似计算。因为δ函数比矩形脉冲电源更抽象，还可以包含其他波形的脉冲电源。但有具体波形的电源具有更多的信息，可以更精确的计算及计算充电时的过渡过程。付出的代价是计算的麻烦。到底数学模型要抽象到什么程度，取决于应用上的需求。; 个人分类: 科普|12097 次阅读|12 个评论

城市污水脱氮除磷工艺的模拟与应用 - 现状与发展趋势: 热度 4 zhironghu 2010-4-2 03:27; 城市污水脱氮除磷工艺的模拟与应用 - 现状与发展趋势这是2010年三月在武汉大学所做的报告，如需ppt文件可与我联系。; 个人分类: 城市污水处理工艺技术|4793 次阅读|3 个评论

数学模型在SBR工艺优化设计中的应用: zhironghu 2009-3-26 21:09; 这个应用实例简要地介绍了广泛应用的污水处理的 SBR工艺及其特点，说明了数学模型在 SBR工艺设计中的重要性和必要性。介绍了如何应用模拟技术进行 SBR 工艺设计的方法并给出了模拟的结果。应用结果表明模拟技术是用于评价和优化传统方法所设计的污水处理 SBR工艺的一种非常有用的工具。基于数学模型的SBR工艺的优化设计; 个人分类: 城市污水处理模拟技术|4134 次阅读|0 个评论

污水处工艺的数学模拟与工程应用: zhironghu 2009-3-25 09:34; 摘要：随着城市污水处理厂出水排放标准越来越严格，活性污泥工艺的功能已经逐步发展到包括去除 COD 、硝化、反硝化和生物除磷。这使得活性污泥工艺的设计和运行变得更加复杂。为了更好地进行活性污泥工艺的优化设计和运行，在过去的三十年中，借助于计算机技术，数学模型的开发和应用已经逐步从一种研究工具发展到一种成熟的工程工具。在北美、欧洲、南非和澳大利亚等地，这种借助于商业模拟软件（模拟器）的数学模拟工具已经得到了广泛的应用，成为一种标准的工程实践。本文介绍了污水处理工艺的数学模拟的概念和方法，包括了非常成熟的活性污泥工艺模型以及为整个污水处理厂工艺过程模拟而开发的新模型，如厌氧消化模型、 pH 模型、化学沉淀模型和污泥处理上清液的处理工艺模型（如厌氧氨氧化模型）。随后，给出四个工程实例说明了数学模拟在污水处理厂优化设计、运行以及改造中作为一种管理工具的实际应用。胡志荣 , 周军 , 甘一萍 , K. Chapman, 郝二成 , I. Takacs, P. Dold (2008) 基于 BioWin 的污水处工艺的数学模拟与工程应用中国给水排水 2008, 24 （ 4 ）， 19-23 基于BioWin的污水处工艺的数学模拟与工程应用全文; 个人分类: 城市污水处理工艺技术|4555 次阅读|0 个评论

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