自然科学奖燕山大学文档格式.docx

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3.培养博士生论文获首届上银优秀机械博士论文奖和河北省优秀论文；

4.获国家授权发明专利9项；

5.完成教育部博士点基金项目；

6.获教育部成果证书；

7.培养获博士学位5人，获硕士学位28人。

上述成果得到国内外同行专家的高度评价和广泛认可。

主要创新点和科学价值如下：

1．开展了这类机构性质研究，利用约束支链有效消除和抑制机构自微运动，建立相应的运动和动力学模型，揭示了消除自微动的机理，为这类并联机器人及高端装备制造装备的研制与应用提供理论支撑。

2.提出和创建了这类机构统一运动学理论体系。

推导出含束力旋量信息统一6×

6Jacobian（J）矩阵和6×

6×

6Hessian（H）矩阵，由此创建了这类机构位姿、速度/加速度统一模型。

揭示这类高度耦合机构运动特点与导致奇异位姿的机理，阐明了驱动和约束力旋量与耦合运动的映射关系，为其静/动力学统一模型、刚度模型、工作空间和奇异位姿的建立奠定理论基础。

3．提出和创建基于约束力旋量各种这类机构的统一静/动力学和刚度理论体系。

提出了确定各种约束力旋量的准则与方法，基于上述J阵建立了统一静力学模型，导出多种结构分支运动学模型和速度映射矩阵。

考虑惯性和阻尼，建立了这类机构通用的动力学模型和求解动态驱动/约束力旋量模型。

基于约束力旋量，导出多种结构支链的弹性变形方程，建立这类机构含约束力旋量的刚度矩阵和弹性变形矩阵方程。

为其结构优化、运动和动力控制提供理论支撑。

4.提出和创建这类机构的（n<

6）n×

n型J方阵和分解的移动J阵和转动J阵，导出相应的移动和转动H矩阵，由此建立这类机构的统一速度/加速度模型，揭示其n维输入与n维独立输出对应关系。

创建了用移/转动J矩阵和n×

n型J方阵分析这类机构奇异位形的理论体系，简化了奇异位形分析。

5．提出和创建用机构简单拓扑图推导复杂这类机构拓扑图的理论。

先由关联杆组构造了不同拓扑胚图，并针对相同关联杆组将拓扑胚图分组，再用加边法由简单拓扑胚图和虚拓扑胚图推导有效拓扑胚图。

提出并识别拓扑胚图同构新概念，用不同边数，有效识别同构拓扑胚图和无效拓扑胚图。

为这类新型机构型综合提供理论支撑。

6．综合出一系列这类新型机构。

研制出一些新型并联机器人实验样机。

分析各机构运动特性，建立了各机构的运动学、静力学、动力学和刚度模型。

为基于各机构构建的机器人、机床及传感器的研制、控制和应用提供理论与技术支撑。

主要完成人情况：

1.路懿，第一完成人，教授，燕山大学，本项目负责人，提出基于约束力和力矩的限自由度并联机构型综合、运动学、力学、刚度、奇异等系列理论的主要思想；

创建了基于约束力和力矩的限自由度并联机构理论体系；

指导了基于约束力和力矩建立限自由度并联机构运动学、力学、奇异模型。

创建用CAD变量几何法解决限自由度并联机构的相关理论。

设计了各种样机。

开展各种样机实验调试、分析与研究。

是论文1-19的通讯作者；

是论文1-5，7-14，16-19的第一作者；

论文6，15的第二作者；

论文20的第三作者。

该项目的工作量占本人工作量的80%。

对本项目所有科学发现点都作出了主要贡献（对应附件1.1.1到1.1.8）。

平面与空间机构统一综合理论与计算机模拟，河北省自然科学奖，二等，2009，排名第一。

2.胡波，第二完成人，副教授，燕山大学，建立了基于约束力旋量限自由度并联机构统一的6×

6Jacobian矩阵和6×

6Hessian矩阵，构建了这类机构的统一运动学模型。

建立了限自由度并联机构含约束力旋量的静力学、动力学和刚度模型，推导出多种结构分支的运动学模型和速度映射矩阵。

协助作了一些样机调试实验研究，验证了一些理论结果。

是论文20的通讯作者;

是论文6,15，20的第1作者;

论文1,2,5,8-12,16，17的第2作者；

论文3,18的第3作者。

该项目的工作量占本人工作量的75%。

对本项目科学发现点1,2，5做出了重要贡献（对应附件1.1.1，1.1.2,1.1.5,1.1.6,1.1.8）。

平面与空间机构统一综合理论与计算机模拟，河北省自然科学奖，二等，2009，排名第二。

3.路扬，第三完成人，助理工程师，燕山大学，在各种样机设计与研制与实验方面提出一些重要改进建议。

在样机加工和实验方面做出主要贡献。

提出用机构简单拓扑图推导杂限自由度并联机构和串并联机构拓扑图的一些创新方案和思路，用加边法由简单拓扑胚图和虚拓扑胚图推导有效拓扑胚图。

有效解决复杂限自由度并联机构和串并联机构型综合的难题和复杂拓扑胚图同构识别的难题。

是论文7的第2作者；

该项目的工作量占本人工作量的65%。

对本项目科学发现点4,5做出了重要贡献（对应附件1.1.7，1.1.8）。

4.石岩，第四完成人，副教授，燕山大学，建立了n<

6自由度并联机构n×

n型J方阵和分解的移动J阵和转动J阵，导出相应的移动和转动H矩阵，建立了一般限自由度并联机构的统一速度/加速度解析模型。

建立了用移/转动J矩阵和n×

nJ方阵分析这类机构的奇异位形理论模型，简化了奇异位形分析。

是论文3,4,11,18的第2作者。

该项目的工作量占本人工作量的60%。

对本项目科学发现点3作出了重要贡献（对应附件1.1.3，1.1.4）。

具有被动分支自由度为3和4并联机器人机构综合与性质研究，国家自然科学基金优秀结题项目，优秀，2008，排名第四。

5.许佳音，第五完成人，高级工程师，燕山大学，建立了用CAD变量几何法求解并联机床法向加工自由曲面的输入与输出位移、速度、加速度和动力学的理论模型。

揭示了机构输入与输出运动对机构奇异位姿、加工自由曲面载荷的影响机理及与工作空间的关系。

作了2SPS+UPU+UP型样机实验研究，验证了该样机理论结果。

是论文8的第3作者，是论文14,19的第2作者。

对本项目科学发现点5作出一定贡献（对应附件1.1.8）。

具有被动分支自由度为3和4并联机器人机构综合与性质研究，国家自然科学基金优秀结题项目，优秀，2008，排名第五。

代表性论文及专著：

[1]LuYi,HuBo.Unificationandsimplificationofvelocity/accelerationoflimited-dofparallelmanipulatorswithlinearactivelegs.MechanismandMachineTheory,2008,43（9）,1112-1128.（SCI）

[2]LuYi,HuBo.Analyzingkinematicsandsolvingactive/constrainedforcesofa3SPU+UPRparallelmanipulator.MachineandMechanismTheory,2007,42（10）,1298-1313.（SCI）

[3]Lu,Yi,Shi,Yan,Hu,Bo.Kinematicsanalysisoftwonovel3UPUIand3UPUIIPKMs.RoboticsandAutonomousSystems,2008,56（4）:

296-305.（SCI）

[4]LuY,ShiY,HuangZhen,Yujianpingandetal.Kinematics/staticsofa4-DOFover-constrainedparallelmanipulatorwith3legs.MechanismandMachineTheory,2009,44（6）:

1497-1506.（SCI）

[5]LuYi,HuBoandetal.Analysisofkinematicsandstaticsofa 

2SPS+PRRPRparallelmanipulator.MachineandMechanismTheory,2008,43（9）,1099-1111.（SCI）

[6]HuBo,LuYi,TanQing,YuJianping,HanJianda.Analysisofstiffnessandelasticdeformationofa2（SP+SPR+SPU）serial-parallelmanipulator.RoboticsandComputerIntegratedManufacturing,2011,27

（2）,418-425.（SCI）

[7]LuYi,LuYang,etal.Derivationofvalidcontractedgraphsfromsimplercontractedgraphsfortypesynthesisofclosedmechanisms.MechanismandMachineTheory.2012,52（9）,206-218.（SCI）

[8]LuYi,HuBo,XuJiayin.Kinematicsanalysisandsolutionofactive/passiveforcesofa4SPS+SPRparallelmachinetool.InternationalJournalofAdvancedManufactureTechnology,2008, 

36（1-2）:

178-187.（SCI）

[9]LuYi，HuBo.UnifiedsolvingJacobian/HessianmatricesofsomeparallelmanipulatorswithnSPSactivelegsandaconstrainedleg.TransactionASMEJournalofMechanicalDesign,2007,129（11）,61-1169.（SCI）

[10]LuYi,HuBo,Yujianping.Unificationandsimplificationofdynamicsoflimited-dofparallelmanipulatorswithlinearactivelegs.IntJofRobAuto,2010,25

（2）,45-53.（SCI）

[11]LuY,ShiY,YuJianping.Kinematicanalysisoflimited-dofparallelmanipulatorsbasedontranslational/rotationalJacobianandHessianmatrices.Robotica,2009,27（7）:

971-980.（SCI）

[12]LuYi,HuBo.AunifiedmethodtofindactiveforcesandpassivewrenchofsomeparallelmanipulatorswithnSPSactivelegsandapassiveleg.ProceedingsoftheInstitutionofMechanicalEngineers,PartC,JournalofMechanicalEngineeringScience.2007,221（4）:

467-478.（SCI）

[13]Lu,Yi.UsingvirtualworktheoryandCADfunctionalitiesforsolvingdrivingforceanddrivenforceofspatialparallelmanipulators.MachineandMechanismTheory,2007,42（7）:

839-858.（SCI）

[14]LuY,XuJY,,YuJP.UsingCADgeometricvariationapproachmachiningcomplexworkpiecebya3-SPRparallelmachinetool.RoboticsandComputerIntegratedManufacturing,26（2010）:

130–136.（SCI）

[15]HuB,LuY.Analysesofkinematics,statics,andworkspaceofa3-RRPRRparallelmanipulatoranditsthreeisomericmechanisms.inProceedingsoftheInstitutionofMechanicalEngineers,PartC,JournalofMechanicalEngineeringScience.2008,Sept.222（9）:

1829-1837.（SCI）

[16]LuYi,HuBo,LiuPingLi.Kinematicsanddynamicsanalysesofaparallelmanipulatorwiththreeactivelegsandonepassivelegbyavirtualserialmechanism.MultibodySystemDynamics,2007,17（4）,229-241.（SCI）

[17]LuYi,HuBo,YuJianping.Analysesofkinematics/staticsandworkspaceofa2（SP+SPR+SPU）serial-parallelmanipulator.MultibodySystemDynamics.2009,21（4）,361-370.（SCI）

[18]LuY,ShiY,HuB.SolvingreachableworkspaceofsomeparallelmanipulatorsbyCADvariationgeometry.ProceedingsoftheInstitutionofMechanicalEngineers,PartC,JournalofMechanicalEngineeringScience.2008,222（9）:

1773-1781.（SCI）

[19]LuYi,XuJY,YuJP.Simulationofpre-solvingactiveforcesofa4SPS+SPRparallelmachinetoolinnormalmachiningofa3Dfree-formsurface.InternationalJournalofAdvancedManufactureTechnology,2010,46

（1）:

21-29（SCI）

[20]HuBo,LuYi.Solvingstiffnessanddeformationofa3-UPUparallelmanipulatorwithonetranslationandtworotations.Robotica,2011,29（6）,815-822.（SCI）

项目2

金属磨损在线原位动态自修复行为及机制研究

秦皇岛市科学技术局

齐效文、范兵利、鹿玲、闫艳红、杨育林

磨损是导致机械零件失效的主要原因之一，国内每年由于磨损造成的国民经济损失巨大，金属磨损表面修复再制造是近年来学术界的研究热点。

金属磨损自修复技术能够实现不对设备零件进行拆解，也无需对磨损表面进行电镀、物理化学气相沉积等表面处理，通过直接将自修复添加剂添加到润滑系统中，在设备正常工作的同时，实现对磨损表面在线原位动态自修复，是一种方便、高效的金属磨损表面修复技术。

本项目以蛇纹石粉体为自修复添加剂，系统地研究了常温工况下载荷、添加剂浓度、摩擦副间相对滑动速度以及添加剂的时间效应等因素对金属磨损自修复作用的影响；

将金属磨损自修复技术推广到高温润滑领域，研究了高温下工况参数对金属磨损自修复的影响规律；

提出了应用高温磨损自修复技术提高航空飞行器发动机润滑系统在断油状态下持续工作时间的新思路，并进行了试验验证；

在此基础上，基于蛇纹石粉体地质学特性，提出了金属磨损自修复反应机制，给出了金属自修复反应的必要条件和反应过程，揭示了蛇纹石粉体对金属磨损表面进行自修复的作用机理，为今后进一步推广金属磨损自修复实际应用奠定了理论基础。

本项目研究成果在国内外高水平期刊共发表学术论文16篇，其中SCI检索5篇，EI检索5篇。

主要完成人及学术贡献：

1.齐效文，第一完成人，教授，燕山大学，完成了本项目的主要理论研究工作，曾获河北省技术发明一等奖1项、国防科技进步二等奖1项。

2.范兵利，第二完成人，实验师，燕山大学，完成了本项目的常温自修复试验工作和金属磨损自修复反应的必要条件研究工作。

3.鹿玲，第三完成人，副教授，燕山大学，完成了本项目的高温自修复试验研究工作。

4.闫艳红，第四完成人，教授，燕山大学，完成了本项目的高温磨损自修复技术提高断油状态下航空飞行器发动机润滑系统持续工作时间的应用研究工作。

5.杨育林，第五完成人，教授，燕山大学，完成了本项目的金属自修复反应机制研究工作。

[1]XiaowenQi,LingLu,ZhiningJia,YulinYang,HuiranLiu.Comparativetribologicalpropertiesofmagnesiumhexasilicateandserpentinepowderaslubricatingoiladditivesunderhightemperature.TribologyInternational,2012，49：

53–57.（SCI）

[2]XiaowenQi,ZhiningJia,YulinYang,BingliFan.Characterizationandauto-restorationmechanismofnanoscaleserpentinepowderaslubricatingoiladditiveunderhightemperature.TribologyInternational,2011，44：

805–810.（SCI）

[3]XiaowenQi,ZhiningJia,YulinYang.InfluencesofNanoscaleSerpentineContentonSelf-RepairingPerformanceofMetalPairsUnderHighTemperature.AdvancedScienceLetters,2011，4：

844–850.（SCI）

[4]XiaowenQi,ZhiningJia,QingxiangYang,YulinYang.EffectsofVanadiumAdditiveonStructurePropertyandTribologicalPerformanceofHighChromiumCastIronHardfacingMetal.Surface&

CoatingsTechnology,2011，205：

5510–5514.（SCI）

[5]闫艳红，张瑞军，任洁.磨损时间对金属磨损自修复的影响及机理分析.机械工程学报,2008,44（10）：

172-176.（EI）

[6]齐效文，张瑞军，杨育林.高能球磨时间对碳质中间相结构及其高温摩擦磨损特性的影响.摩擦学学报，2007,27

（2）：

142-146.（EI）

[7]齐效文，杨育林，范兵利.羟基硅酸镁粉体添加剂含量对金属表面自修复膜生成的影响及机制.润滑与密封，2007,32（6）：

46-49.

[8]齐效文，杨育林，薛飞.接触应力和相对滑动速度对金属表面自修复膜生成的影响及机制.润滑与密封，2007,32（7）：

20-28.

项目3

钢中典型合金碳化物的结构表征与组织性能控制

傅万堂，吕知清，王振华，曲明贵，孙淑华

本项目从原子与电子层次系统表征了钢中碳化物、合金碳化物的微观结构及性能特性，确定了剧烈变形与随后退火以及温变形条件下渗碳体球化粗化及其对超细晶粒高碳低合金钢组织性能的影响规律。

本项目是对传统钢铁材料中最基本物相（碳化物）结构、性能、组织演变规律及其活用于超细晶粒高碳钢零件制造技术的新探索，开辟了超细晶粒高碳钢组织性能控制新方向，丰富和深化了钢铁材料组织超细化、渗碳体结构演变与性能预测等相关物理冶金学理论，为发展基于渗碳体活用的珠光体轧制技术和实现具有梯度组织的超细晶粒高碳低合金钢轴类零件的工业化制造提供了的实例。

1.傅万堂，第一完成人，教授，燕山大学，作为课题组负责人对整个课题研究内容作统筹规划。

在解决高碳钢温变形条件下渗碳体的球化与晶粒超细化、剧烈冷变形渗碳体溶解及渗碳体粗化动力学等问题，提出了研究目标，其制定了相应的研究方法与具体执行方案。

策划博士研究生的学位论文的研究内容，命题，制定研究方法与技术路线等工作；

对其研究成果及所发表的学术论文进行审核、批改、把关等。

2.吕知清，第二完成人，副教授，燕山大学，作为完成课题的技术骨干，主要完成了钢中典型碳化物的稳定性与结构演变、合金掺杂对渗碳体结构与性能的影响规律、高碳钢剧烈冷变形条件渗碳体溶解行为与冷轧退火过程中渗碳体的粗化动力学等研究工作；

在研究过程中负责具体实验方案的制定与执行，模型的建立与优化，数据的分析及结果的整理与总结。

3.王振华，第三完成人，副教授，燕山大学，主要参与完成了钢中典型碳化物的稳定性与结构演变表征、合金掺杂对渗碳体结构与性能的影响规律、高碳钢剧烈冷变形条件渗碳体溶解行为等研究工作；

在研究过程中负责具体实验和模型的建立。

4.曲明贵，第四完成人，助