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內容簡介

　　“未來10年中國學科發展戰略”叢書是國傢自然科學基金委員會和中國科學院學部曆時兩年多聯閤開展研究的重要成果，凝聚著600多位院士、專傢的智慧和心血，對廣大科技工作者洞悉學科發展規律、瞭解前沿領域和重點方嚮及開展科技創新等有重要的參考價值，對促進我國學科均衡、協調、可持續發展必將發揮積極作用。
　　本書全麵總結瞭近年來工程科學的研究現狀和研究動態，客觀分析瞭學科發展態勢，從學科的發展規律和研究特點齣發，前瞻性地思考瞭學科的整體布局，提齣瞭工程科學的重要科學問題、前沿方嚮及我國發展該學科領域的政策措施等。
　　本書不僅對相關領域科技工作者和高校師生有重要的參考價值.同時也是科技管理者和社會公眾瞭解工程科學發展現狀及趨勢的讀本。

目錄

總序（路甬祥陳宜瑜）
前言
摘要
Abstract

第一章 工程科學總論
第一節 工程學科的特點與發展規律
一、工程學科的特點
一、工程學科的發展規律
第二節 工程學科的科學前沿、國傢需求與發展戰略目標
一、工程學科的科學前沿
二、我國工程學科麵臨的國傢重大需求與發展戰略目標
第三節 工程學科的優先發展領域
一、資源高效安全開采基礎理論與關鍵技術
一、冶金與材料製備過程中的界麵科學問題
三、復雜機電係統的功能原理與集成科學
四、高性能零件／構件精密製造
五、城鄉建築節能設計原理與技術體係
六、飲用水復閤汙染機製、毒性效應與控製原理
七、變化環境下我國水資源高效利用及對河流過程與河口演變的影響機製
八、大型水電站建設與安全運行的關鍵技術與基礎科學問題
第四節 工程學科的重大交叉研究領域
一、資源高效利用與環境的相互作用規律
一、生物製造與仿生製造
三、工程結構係統全壽命性能設計與控製
四、環境變遷中的城市科學
五、深海工程和新型船舶的基礎理論與前沿技術
第五節 資助政策與建議

第二章 冶金與礦業工程學科
第一節 總論
一、冶金與礦業工程學科的戰略地位
二、冶金與礦業工程學科的總體發展趨勢
三、冶金與礦業工程學科未來5～10年發展戰略
四、未來5～10年冶金與礦業工程學科發展的保障措施
第二節 冶金與礦業工程學科主要領域、基礎科學問題及優先資助方嚮
一、難動用儲量的資源開采理論和方法
二、礦山災害防治及工業安全生産中的基礎科學問題
三、資源開采中的環境保護理論與方法研究
四、資源開發中的重大基礎理論問題
五、低品位、多金屬共生礦冶金理論與新技術
六、低排放冶金新工藝與二次資源綜閤利用
七、金屬凝固過程與組織控製
八、材料智能化製備與成形加工的基礎科學問題
參考文獻

第三章 機械工程學科
第一節 總論
一、機械工程學科的戰略地位
二、機械工程學科的總體發展趨勢
三、機械工程學科未來5～10年發展戰略
四、未來5～10年機械工程學科發展的保障措施
第二節 機械工程學科主要領域、基礎科學問題及優先資助方嚮
一、機構學與機械振動學
二、機械的驅動與傳動科學
三、復雜機電係統的集成科學
四、零件與結構的失效與安全服役科學
五、機械錶麵界麵科學與摩擦學
六、生物製造與仿生製造科學
七、高性能精確成形製造科學
八、高能束與特種能場製造科學
九、高精度數字化製造科學
十、機械的製造與運行參數測量科學
……

第四章 建築環境與土木工程學科
第五章 水利科學與海洋工程學科

精彩書摘

　　《學術引領係列 未來10年中國學科發展戰略：工程科學》：
　　一是近終形製造。人們為瞭提高生産中的工藝齣品率、成材率，降低成本，努力使鑄錠、鑄坯和鑄件在形狀和尺寸上接近最終産品，以減少鍛造、軋製和機械加工工序。在冶金行業，由模鑄、連鑄、闆坯連鑄、薄闆坯連鑄到薄帶連鑄，連鑄技術的誕生和不斷改進使鑄坯形狀和尺寸越來越接近最終産品。在機械製造行業，機械化造型的普及、樹脂砂等新型造型材料的使用、離心鑄造、壓力鑄造和精密鑄造技術的日趨完善和數值模擬技術的應用，也使近終形鑄造成為可能。而金屬霧化沉積、微鑄造、激光成型等新技術的誕生為近終形製造開闢瞭新的途徑。
　　在近終形製造的實踐中，人的認識也在深化。隨著産品尺寸的變化，一方麵金屬的凝固過程發生變化，另一方麵對凝固組織的要求也在提高，從而引發瞭一些新的科學及技術問題。在鋼鐵冶金中這種現象尤為突齣。在由模鑄、連鑄、闆坯連鑄、薄闆坯連鑄到薄帶連鑄變化中，金屬的冷卻強度提高，凝固速度加快，流動受到瞭抑製，夾雜物、穿晶組織、宏觀偏析、熱裂等問題凸顯齣來。而由於後續加工壓下比減小，對凝固組織和化學成分的均勻性提齣瞭更高的要求。在這樣的背景下，金屬的流動、傳熱、凝固過程及組織形成規律的研究顯得十分重要，鑄坯凝固組織細化和均質化技術的開發變得尤為迫切，並成為製約一些近終形連鑄技術發展和應用的限製環節。針對特定工藝和産品條件的金屬凝固過程的數值模擬和實驗研究，以及凝固組織細化及均質化技術的開發成為冶金和材料加工領域重要的課題。
　　二是特大型鑄錠（件）生産。隨著大型裝備製造業的發展，特彆是新能源裝備製造業的發展，幾十噸甚至數百噸的特大型鑄件和鑄錠的需求量越來越大，而且對質量的要求日益提高。由於冷卻速率極其緩慢，特大型鑄件和鑄錠組織粗大、宏觀偏析和疏鬆等問題十分突齣。研究特大型鑄錠（件）凝固過程，閤理控製其凝固組織，成為現代裝備製造業的重要課題。目前對於特大型鑄錠（件）凝固過程的研究主要是采用數值模擬的方法，也有一些學者通過讓金屬在保溫條件下凝固，模擬特大型鑄錠的凝固條件，研究其凝固組織。這些研究對特大型鑄錠的生産有重要的參考價值，但是目前的研究還不夠成熟。需要深入研究緩慢冷卻條件下金屬的凝固過程及組織形成規律，特彆是宏觀偏析及疏鬆形成的機製和條件。
　　三是細化和均質化凝固理論和新技術。不論是機械製造業中的鑄件，還是冶金中的鑄坯和鑄錠，不論是近終形連鑄，還是特大型鑄錠（件），凝固組織細化和均質化都具有十分重要的意義，受到裝備製造業和冶金界的關注。細化和均質化金屬凝固組織不僅可以提高材料的力學性能，減小宏觀偏析，而且可以極大地改善材料的工藝性能，減少生産中熱裂、偏析和熱變形等凝固缺陷。在連鑄生産中，無論從工藝角度考慮，還是從內在質量考慮，細化和均質化金屬凝固組織對於發展近終形連鑄，拓寬近終形連鑄的應用鋼種及領域都具有深遠的意義。雖然低過熱度澆注、電磁攪拌和動態輕壓下等技術的開發和應用，提高瞭鑄坯的凝固質量，特彆是中心的偏析得到改善，但是特大型方坯連鑄、特厚闆坯（300～400毫米）連鑄的凝固質量還未得到根本的改善。其主要原因是隨著鑄坯尺寸的增加，鑄坯錶麵的水冷對鑄坯中心的冷卻作用越來越弱。而對於特大型鑄錠（件），通過細化和均質化金屬凝固組織，可以減少鍛造量，其經濟效益也是十分可觀的。關於金屬凝固組織細化技術，在鑄造領域過去較多采用孕育處理和變質處理，而在冶金領域則有低溫澆注、電磁攪拌、輕壓下和氧化物冶金等技術。近年來，隨著物理科學的進步和環境理念的提升，物理場對金屬凝固組織細化作用的研究成為熱點，我國在這一領域有群體優勢，並有望開發齣工業技術。這裏涉及的重要基礎科學問題包括物理場下金屬熔體熱力學性質、物理場對金屬熔體流動、生核及晶體生長和溶質分配影響的規律和機製。此外，對於模鑄、大方坯和厚闆坯，研究直接從鑄坯或鋼錠內部進行冷卻控製凝固進程和組織的新方法也很有必要。
　　四是微觀凝固過程的認知。傳統的凝固理論是基於唯象的熱力學和動力學基礎提齣的。在傳統理論中，物質是連續介質，原子分子不可分辨。而凝固過程是一個典型的微觀動力學過程，晶胚的齣現和湮沒、晶核的長大、晶界的移動和變形等現象都是原子可分辨的空間尺度的動力學過程。隨著當前包括物理、化學、材料、地學等領域的研究在全空間尺度的展開，微觀動力學研究中的一個熱點就是對微觀凝固過程的觀察和再現，並藉此修正傳統凝固理論，以適應當前對材料各種成分、組織、性能的精確控製要求。
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