网络首发
能耗多目标优化机械臂避障作业路径优化设计研究
李婷婷;刘俊毅;六自由度机械臂在工业自动化和智能制造中的应用逐渐增多，特别是在海上作业中，路径规划精度和能量效率至关重要。鉴于海上作业的复杂性和不确定性，该文提出一种基于多目标优化的机械臂关节角路径优化方法，旨在提高路径规划的精确性与能效。首先，基于D-H参数法建立正运动学模型，以最小化末端误差为目标，采用粒子群算法（PSO）求解最优关节角路径。接着，分析克服重力势能和关节旋转的能耗与末端误差的关系，构建包含0-1变量的多目标优化模型，并通过引入ε值将其转化为单目标优化，利用遗传算法（GA）求解最优解。针对复杂环境，结合广度优先算法（BFS）设计了避障路径规划策略。仿真结果表明，该方法有效降低了末端误差和能耗，提升了路径规划精度和能量效率。
基于Ansys Fluent的内浮顶罐收油过程浮盘液击冲击特性仿真实验教学设计
李岩;尹艳镇;张艳军;刘芯月;该文设计了“基于Ansys Fluent的内浮顶罐收油过程浮盘液击冲击特性”仿真教学实验。实验内容包括：三维建模、网格划分、仿真求解参数设置、瞬态求解计算、结果后处理、油流冲击浮盘湍流特性分析、油流冲击浮盘表面压强分布及冲击力分析等。要求学生通过文献和书籍查阅，了解瞬态模拟方法、湍流模型分类与适用范围和动网格技术，掌握Ansys SpaceClaim、Ansys Meshing、Ansys Fluent等软件的操作技巧以及profile文件编写方法，利用Tecplot软件处理仿真数据。此外，构建了贯穿仿真实验前、中、后的全过程考核评价体系，通过仿真前准备、仿真操作及问题解决等环节全面审核学生的仿真实践能力。该仿真实验教学设计使学生激发了探究兴趣，锻炼了软件操作能力，培养了科研创新思维，提高了工程应用能力。
汽车磁流变半主动悬架系统创新实验平台设计及实现
庞辉;张欣宇;刘宇凡;杜进辅;毛锦;针对车辆工程核心课程实践教学薄弱问题，该文设计并实现了一套基于虚拟仪器平台的磁流变半主动悬架创新实验平台。平台以四分之一悬架为研究对象，集成伺服电缸激励、多源传感器、STM32+LabVIEW双核测控架构，构建了“物理-算法-执行”三层耦合与“激励-响应-调节”双闭环的实时测控体系，实现了0～1.5 A连续可调阻尼力的高精度控制。该实验平台以C级随机路面模拟为主线，对比传统被动与混合天地棚半主动策略，验证了算法在提升行驶平顺性、降低悬架变形及稳定轮胎动载荷方面均具显著优势。该平台成本低、扩展性强，为车辆工程实践教学提供了可复制的范式。
光电化学水氧化复合光阳极B:CoOx/BiVO4的综合实验设计
陶霞;马凯瑞;康自虎;赵可人;陈会敏;基于科教融合理念和教师的科研成果，设计了光电化学水氧化复合光阳极B:CoOx/BiVO4的综合实验。采用电化学沉积和溶液浸渍实验方法，在FTO导电基质上制备了一种富含氧空位、水氧化性能良好的B:CoOx/BiVO4光阳极。借助大型仪器共享平台，运用SEM、HRTEM、XRD以及XPS等表征手段分析了B:CoOx/BiVO4光阳极的物理信息，并运用LSV、I-t、EIS、MS以及极化和表面电荷转移曲线研究了B:CoOx/BiVO4光阳极的水氧化性能。此外，还研究了富含氧空位的B:CoOx助催化剂提升光阳极水氧化性能的作用机制。该综合实验训练有助于学生掌握光阳极的基本制备和测试方法，深入理解光电化学水氧化理论，培养学生综合实验技能以及科研探索和创新意识。
基于氧化石墨烯-金纳米棒复合材料的高次谐波锁模光纤激光综合实验设计
周仁来;袁子瑞;胡安怡;李旻;姜海丽;针对“非线性光学—原理与应用”课程中材料非线性可饱和吸收效应及其在光纤激光器中应用的实验教学需求，设计一种基于氧化石墨烯-金纳米棒复合材料的高次谐波锁模光纤激光综合实验。通过异位法制备了氧化石墨烯-金纳米棒材料，并对其材料特性和可饱和吸收效应进行表征和分析。将氧化石墨烯-金纳米棒材料制成集成光纤器件，应用到掺Er3+光纤激光器中，实现了重复频率为20.5557 MHz的基频脉冲与699.301 MHz的高次谐波脉冲输出，为复合低维材料制备及其在光纤激光器中的应用提供了一种思路和方法。通过将理论教学与科研实验相结合，不仅激发学生的科研兴趣，拓展学生的创新思维，还进一步提高学生独立解决问题的能力。
基于P4可编程数据平面的多模态网络设计实验
林为伟;徐绍伟;林川;叶福玲;张栋;在全维可定义的多模态网络技术发展和人才需求背景下，将多模态网络前沿研究成果引入本科实验教学.在解决实验目标的重新定位、实验内容的优化设计以及实验指导的具体实施等具体问题基础上，设计了基于P4可编程数据平面的多模态网络综合实验。该实验利用P4可编程数据平面搭建并实现了多模态的网络拓扑结构；按照实验挑战度逐级递进原则设置了多阶段实验任务；针对不同能力层次学生，支持灵活设定实验难度和学时数，并提供全过程教学指导。实验内容包括拓扑结构测试、连通性测试、安全系测试和开销测试等。该实验设计经过实际教学检验，体现了高阶性、创新性和挑战度，得到学生认可。
SiZrBC陶瓷前驱体合成的实验设计和教学应用
李福平;杜旭;汤玉斐;赵康;围绕超高温陶瓷领域的前沿技术，设计了SiZrBC陶瓷前驱体的制备及性能优化综合实验。以低成本的正硅酸乙酯(TEOS)、四氯化锆(ZrCl4)、硼酸和硼酚醛树脂为原料，设计了三维环状网络交联结构，采用一锅聚合法制备了具有高陶瓷产率、低成本的SiZrBC陶瓷前驱体。系统研究了陶瓷前驱体的合成温度、原料加入顺序和热解气氛对陶瓷产率和粒径的影响。结果表明，在80 ℃下按照Si源、B源、C源顺序合成的前躯体，在Ar气氛下1 550 ℃热解，可获得综合性能最优的ZrB2-ZrC-SiC复合陶瓷粉末。该前驱体在Ar气氛中1 000 ℃热解后陶瓷产率达59.6%，平均晶粒尺寸约65.6 nm。该实验促进了学生对陶瓷前驱体材料的合成及热解过程的深入理解，提高了教学质量，培养了学生的实践能力和创新思维。
梁端悬臂装配节点力传导机制分析
张风杰;谭焱晟;毛昌文;夏军武;王金平;刘锐;欧阳鹏博;周普;刘晓培;为了提高混凝土装配式结构耗能能力和装配效率，提出一种梁端悬臂装配节点。采用低周往复实验、仿真模拟和理论分析等研究手段，研究了该节点力的传导机制，分析并总结了梁端悬臂装配节点应力分布规律和梁段与型钢的截面强度大小关系变化对节点承载力的影响，揭示了预埋式型钢与混凝土交界面的相互作用机理。通过全过程观察节点损伤形态和高密度采集全梁段钢筋应变、型钢应变，进行对比分析。结果表明，梁端悬臂节点是通过型钢对混凝土间挤压作用来完成弯矩及剪力传递的。预埋深浅会改变型钢翼板与混凝土间的接触面积，从而降低或加剧预埋区域挤压效应和滑移程度，并最终影响节点失效或正常受弯走势，因此预埋区钢筋混凝土与型钢截面强度大小关系是决定型钢能否正常屈服耗能的关键因素。
跨介质航行体高速出水破冰实验及其教学应用
于志超;李志鹏;张淼;王玉娟;方明;跨介质冲击动力学是船舶与海洋工程专业必修课，航行体高速出水破冰是其重点研究方向之一，该过程涉及复杂多相流动与冰-流-固耦合现象。本研究采用水下弹射实验装置，结合高速摄像技术，系统观测航行体高速出水破冰全过程，重点分析速度变化、尾空泡形态演化及冰层破碎断裂规律，并将实验结果用于该课程实验教学。结果表明，模型实验能真实再现航行体水下运动、撞碎冰层及穿越水-空界面的动态过程；可视化手段显著提升学生对复杂物理现象的理解。该研究为船舶与海洋工程、航空航天工程等专业实验教学提供创新案例，有效解决传统理论教学直观性不足的问题。
井字形钢箱梁结构关键焊缝部位裂纹扩展实验研究
谢永兰;连青林;金莹;刘宝龙;宋术伟;王华吉;闫松涛;程明龙;井字形钢箱梁结构是某工程地面支承系统的核心承载部件。实际检修维护中，在结构承载核心区不同焊缝部位发现了裂纹。由于承载核心区为双向井字梁，结构受力复杂，无法评估裂纹在高密度服役工况下的扩展情况。为此，设计了1∶10的缩比结构，在承载核心区不同焊缝部位预制了6处人工缺陷，并通过逐级增大载荷方式开展疲劳加载，获得了4条初始裂纹；而后开展了带裂纹缩比结构在等效服役载荷作用下的裂纹扩展实验。实验结果表明：①受拉区预制缺陷全部产生了疲劳裂纹，受压区则无裂纹产生；②所有裂纹的扩展方向基本与梁长(拉应力)方向垂直，判断裂纹类型主要为张开型(I型)；③所有扩展裂纹的a-N曲线呈现相对稳定的线性特征，其中最大扩展速率为0.945 mm/103 N。研究提出并验证了在结构实验中采用人工预制缺陷+逐级增大疲劳荷载获得初始裂纹的可行性，实验结果探明了等效服役荷载下关键焊缝部位带裂纹结构的扩展规律，为优化结构检修维护方案提供了依据。