植物纤维水解工业毕业论文

内容摘要：纤维艺术在中国随着现代主义文艺思潮的影响和传播，艺术家们对纤维材料的积极探索，与世界各国纤维艺术的不断交流及高校纤维教育的开展，将会焕发出勃勃的生机。关键词：纤维艺术中国发展纤维艺术是现代艺术的一种形式,它泛指一切以纤维材料进行创作的艺术作品，包括各种编织、印染、绗缝、软雕等等。目前，中国的纤维艺术随着现代主义文艺思潮的影响与传播，艺术家们对纤维材料的积极探索，与世界各国纤维艺术的不断交流，及高校纤维教育的开展，中国的纤维艺术焕发出勃勃的生机。一、纤维艺术的取材古往今来人们穿的、用的都是纺织纤维制成的，日久天长在人们思想中形成了纤维艺术品的材料都是纺织纤维的意象。其实不然，当代纤维艺术的取材远不止可纺织的纤维。1.“纺织纤维”一般的要求可纺性方面的要求，如纤维的长度、粗细、强度等；舒适方面的要求，如弹性、吸湿、透气、抗静电等。2.“纺织纤维”的分类①天然纤维。常规的天然纤维有棉、麻、丝、毛，随着科学技术的发展，新的天然纤维又出现了，比如菠萝叶纤维与现在普遍使用的竹纤维。②化学纤维。化学纤维是随着化工行业的发展兴起的，目前已经成为纺织纤维的主体。其包括再生纤维与合成纤维两大类。再生纤维，也叫做人造纤维，是利用天然材料经制浆喷丝而成，有再生纤维素与再生蛋白质之分。合成纤维是以石油为原料，经化学聚合而成，主要纤维材料有涤纶、锦纶、腈纶、维纶、丙纶、氯纶等。它们可以根据需要切割成不同长度或直接使用长丝。其统一的燃烧特点是熔融成滴。3.现代纤维艺术取材的开放性从古到今,任何艺术创作和视觉形象都离不开材料,在每一个具体的艺术领域中,艺术家总是努力地挖掘和探索一切可能的新型材料。随着现代主义文艺思潮的影响和传播，中国的艺术家们突破了传统材料的观念束缚，广泛探索，大胆开拓和试验，使得纤维艺术取材更为广泛和多元化。二、纤维艺术在中国的发展历史中国早在先秦时期，利用动植物纤维制作服饰及装饰品已经很常见。如用兽毛织成、上面绣着五彩花纹的衣裳。春秋时期，吴、越、郑、卫等国的织造、染色水平都已经达到一定高度。到战国时期，丝织物在织法上，不仅能织细密的平纹，而且能织复杂的斜纹，还能提花和绣花。中国还是全世界最早使用蚕丝做纺织材料的国家。两汉时期又出现了工艺更加复杂的缂丝。由于缂丝工艺多为皇亲贵族的奢侈品，所以只追求工艺的精美绝伦而很少考虑人工成本。宋代母子经缂法的运用使缂丝艺术品纹丝的均匀性胜过当时的工笔绘画作品。当时用缂丝技法临摹书画原作已经达到惟妙惟肖的境地，其工艺之精湛令人叹为观止。虽然缂丝采用的编织材料和欧洲壁毯不同，但通经断纬的编织技法却是相通的。清代缂丝的中心转移到了苏州一带，这时使用的彩色纬线已有六千多种颜色。新中国成立后，纤维艺术的成就主要表现在地毯行业，地毯作为中国传统工艺美术的一个主流品种之一，一向以编织120道壁毯作为约定俗成的技术和质量标准。运用传统的栽绒工艺，遵循现实主义的创作原则，追求写实的画面效果，在艺术作品中还原生活的真实原貌。中国的地毯作品《万里长城》作为国礼赠送给联合国总部，一时传为佳话。20世纪80年代，中国进入了改革开放的快车道，纤维艺术也迎来了明媚的春天“……一批青年艺术家揭竿而起，切入纤维艺术语言的探索，塑造了一些纤维感较强的艺术形象。”当代中国工艺美术家学习欧洲高比林的编织技法，在极其简陋的工作环境中，开始进行独立的纤维艺术创作。一批采用高比林编织技法表达中国传统审美意趣的纤维艺术作品，如《山高水长》《秋水长天》等获得了艺术界的高度评价。三、展望中国的纤维艺术的发展前景纤维艺术的手工编织的特性使得这门传统的手工艺独具民族文化的特性。只有当一门技艺与文化相结合，才能在艺术的道路上永葆青春，常开不败。1.国际纤维艺术的交流2000年“从洛桑到北京”纤维艺术双年展，聚集了中国、美国、日本、格鲁吉亚等16个国家二百多位纤维艺术家，这些艺术家的作品在中国最具现代意识的大都市上海集中展示，为世界范围内各种传统与现代的纤维艺术提供了展示空间和研讨殿堂。这本身就是一件促进中国纤维艺术发展，展现中国纤维艺术文化的大事件。2002年第二届“从洛桑到北京”国际纤维艺术双年展在中国12所高校纤维艺术家共同努力下，在北京拉开了帷幕。这标志着中国纤维艺术进入到了一个崭新的发展阶段，它引领着世界纤维艺术的潮流，建立了国际学术交流的平台。中国成为世界纤维艺术的热点地区，纤维艺术也因为有了中国大舞台而焕发了蓬勃生机。2.中国纤维艺术教育的开展林乐成教授,清华大学美术学院纤维艺术高等教育的开创者,于1985年首先开设了编织壁挂设计制作课，这应是中国教育史上在大学开设编织壁挂教学的第一课。2000年，他又率先正式招收了纤维艺术研究方向的硕士研究生，这也应是中国教育史上第一个纤维艺术研究方向的硕士学位教育。他的社会实践和教育探索可谓硕果累累。2000年，清华大学美术学院工艺美术系纤维艺术工作室正式成立。几年来，纤维艺术工作室学生创作实践作品纷纷获奖。林乐成教授出版的《纤维艺术》一书，是他多年教育研究的结晶,是我国的纤维艺术教育领域具有学术价值和应用价值的第一本纤维艺术专著。如今,纤维艺术已经在中国的高校开花结果,一批热爱纤维艺术的教育工作者正乐此不疲地耕耘在讲坛和工作室里。我国的纤维艺术教育，已经初具体系和规模。与此同时,理论文化的建设和研究，也逐步由感性到理性,由表层到纵深地发展着。中国的纤维艺术有着悠久的历史，在改革开放的今天更加快速地发展着。纤维艺术不断与国际交流，吸取着欧美纤维艺术观念的开放性思潮，保留发扬着我国古老而独有的情怀和含蓄深远的意趣，也基本实现了传统手工艺与现代科技的完美结合。我们有理由相信，我国的纤维艺术在中国的经济日新月异和政治环境十分稳定下，在不断与世界的交流学习中，在国内纤维艺术教育的普及和国人审美情趣的不断提高中，一定会开拓出美好的明天。参考文献：[1]林乐成，王凯.纤维艺术.上海画报出版社，.[2]朱尽晖.现代纤维艺术设计.陕西人民美术出版社，.

植物原料所含聚糖在催化剂与水的作用下水解成单糖的解聚过程。用于水解生产的主要植物纤维原料为森林采伐剩余物、木材加工废料和农业废料。20世纪60年代以前，水解科研及生产系以木质原料为主，当时常用“木材水解”一词。水解工业是以植物纤维为原料通过水解获得单糖等中间产物，再经生物化学或化学加工转换成一系列有机化工产品及蛋白饲料等产品的化工生产部门。

简史

1819年法国科学家布拉孔诺（）首先发现纤维素可经浓硫酸水解成葡萄糖，为植物原料水解利用奠定了基础。1854年法国公布了阿雷纳（Aréna）和佩卢兹（Peluse）用浓硫酸木材水解法制酒精的研究成果。于次年在巴黎建成了世界上第一座木材水解酒精厂。早期的浓硫酸水解法虽已显示了工艺设备简单易行及糖得率高（近理论值）等方面的优越性，但由于硫酸耗量高达原料重的～倍，且不能有效回收，使这一方法的推广和应用受到限制。1856年法国学者贝尚普（échamps）首次以发烟盐酸为催化剂进行了木材水解研究。其后经过许多研究者的持续工作，两种浓盐酸水解方法——普罗多尔（Prodor）法即气体盐酸水解法，及贝尔吉乌斯—莱茵奥（Bergius-Rheinau）法即液体盐酸水解法，在20世纪20年代初达到中间试验水平。1933～1942年期间德国及意大利分别建成浓盐酸法及浓硫酸法木材水解厂，并先后投产。稀硫酸水解的研究最早可追溯至1844年。在此之后，瑞典的西蒙森（）、德国的克拉森（）和朔莱尔（）等作了大量研究，为以后稀硫酸水解法的工业化生产打下基础。朔莱尔所提出的水解法的特点是在水解器中形成的糖可及时连续地渗滤排出。糖的分解大为下降，得率提高。这一渗滤式水解法经继续改进后，被称为朔莱尔（Scholler）法。第二次世界大战期间，德国、苏联、美国等国先后对稀硫酸渗滤水解法进行了深入的研究开发，并相继建厂生产，主产品为酒精，部分厂尚生产饲料酵母。第二次世界大战后，日本为了达到甜味资源自给及发展新木材化学工业的目的，全面开展了浓硫酸及浓盐酸水解技术方面的研究，并于50年代末60年代初采用浓硫酸法先后建厂试生产，在回收硫酸上采用了新的途径，主产品为结晶葡萄糖。此方面研究开发工作终因60年代木材价格上涨而中断。苏联拥有丰富的森林资源，始终重视发展其水解工业。从60年代开始，由于大力发展牲畜饲养事业，产品结构发生改变。饲料酵母上升为主产品，同时也巩固酒精生产，发展糠醛生产。此外，木糖醇及木质素深加工产品也得到了相应发展。水解原料构成也逐渐变化，农业废料比重日益上升。中国的水解研究，始于20世纪40年代。从60年代起，科研及生产发展较快。糠醛生产厂已遍布全国，并建立了木材水解酒精厂、木糖醇及木糖生产车间。从70年代中期起，国际上对植物纤维水解利用的研究更趋重视，主要集中于水解方法新领域的开拓研究，在纤维素酶水解法的研究方面取得了不少进展。

原料

木质原料有等外材、梢头木、木片、刨花、板皮、板条及木屑等。林产品工业领域中的废渣废液，如栲胶渣、纤维板生产废水，也不同程度地用于水解生产，硫酸盐法预水解液也有用于水解生产的。制浆生产中的亚硫酸盐法纸浆废液，作为含糖水解液早已在全球范围内大量用作发酵原料。农业废料有玉米芯、甘蔗渣、燕麦壳、棉籽壳、稻壳以及玉米秆、麦秆等。据估计80年代全世界每年用于水解生产的原料约700万吨，林业原料及农业原料各占一半。

在评价植物水解原料时，通常将其所含聚糖分为易水解聚糖及难水解聚糖两类。前者主要指半纤维素（包括果胶质、树胶类聚糖），易为酸及酶等催化水解；后者主要指纤维素及部分伴生其间的聚甘露糖和聚木糖，难被稀酸及酶催化水解。两类聚糖的含量多寡，对确立水解工艺参数有密切关系。植物因种属不同，以及生长地区、气候条件的差异等因素的影响，其化学成分，以至易水解及难水解聚糖比例等都有明显的变化。大量测定表明，林、农废料中三大组成含量的平均范围是：纤维素30～45%，半纤维素15～40%，木质素12～30%。某些富含聚糖的植物原料所含聚糖与普通谷物所含聚糖（淀粉）相近。

产品

水解生产的产品主要有酵母、糠醛、酒精（乙醇）、木糖醇、木糖、饲料糖浆、木质素植物刺激素、木质素植物生长刺激肥料、木质素活性炭等。由水解产品经再加工可形成大量二次产品及系列产品。例如糠醛除了本身可作为产品直接应用外，还是呋喃化工系列产品（包括呋喃类药物）的基本原料。按80年代末期统计数字，全球由植物纤维原料直接生产的饲料酵母每年在45万吨以上（未包括由制浆废液等工业废水生产的产品），糠醛及酒精的年产量分别为25万吨及12万吨左右。

水解厂副产品的种类与所选择的主产品种类及水解工艺有关。如采用稀酸渗滤水解法生产酒精时，可得副产品糠醛、酵母、石膏、液体二氧化碳、干冰等。生产结晶木糖醇或结晶木糖时，可同时得到饲料酵母或饲料糖浆。醋酸及醋酸盐是糠醛生产的副产品。

水解原理与方法植物纤维所含聚糖——纤维素及半纤维素加水分解的总过程可分别表示如下：

水解所得单糖中，属于己糖的除葡萄糖外，尚有甘露糖及半乳糖，戊糖为木糖及阿拉伯糖。在高温酸水解条件下，单糖将进一步发生分解。已得到生产应用和正处于研究开发中的水解方法主要有以下几个：

稀硫酸高温渗滤水解法

简称渗滤水解法。是国际上目前大规模工业生产酵母和酒精唯一应用的一种水解方法。水解时由水解器顶部向器内连续泵入高温稀酸溶液，使其透过（渗滤）水解物料层及时地将已水解出的单糖液（水解液）排出反应空间，以减少糖的分解，获得高的得糖率。半纤维素、纤维素的水解速度及其水解出的单糖的分解速度均相差甚远，植物纤维原料的形态在水解过程中变化很大，这些因素要求水解温度要由低（175℃）向高（190℃）逐渐升温，且要严格控制渗透速度。水解时，硫酸浓度为～，水解液比（水解液采出量与干基原料重量比）为14左右。渗滤法水解生产工艺包括原料制备（粗大原料削片、粉碎）、水解、水解液中和、澄清等基本工序。水解流程如图1。

图1水解器是水解生产的关键设备，在苏联该项设备在向系列化、大型化方向发展。常见的计有容积为18、20、30、37、40、50、70、80及160立方米9种。70立方米容积水解器结构见图2。

图2国际上采用渗滤法水解生产的企业为了全面利用原料中的聚己糖及聚戊糖，依所选定产品方案的不同主要有4种类型的水解厂：①酵母水解厂；②酒精酵母水解厂（酒精为主产品）；③糠醛酵母水解厂（糠醛为主产品）；④木糖醇酵母水解厂（木糖醇为主产品）。酒精酵母水解厂基本生产流程见图3。

通过渗滤法水解，每吨绝干原料（按针叶树材计）可获得450～500千克左右的还原糖。今以酒精酵母水解厂及酵母水解厂为例，其产品（包括副产品）及数量见下表。

现阶段，采取稀硫酸高温渗滤法进行水解生产的国家主要是苏联。此外，保加利亚、中国及巴西亦属生产国。

图3浓盐酸水解法

植物纤维素在盐酸浓度高于39%的情况下即可在常温下水解。水解前先经过吸附、润胀、溶解等过程。但在浓酸介质中，纤维素水解成葡萄糖后又立即回聚成结构不同于纤维素低聚糖的新低聚糖。这种新低聚糖在稀酸中极易水解成葡萄糖。浓盐酸水解法有液相（大酸比）及气相两类。以生产结晶葡萄糖为主产品的大酸比浓盐酸水解法，其工艺主要包括原料制备、预水解、纤维木质素干燥、水解、盐酸回收及葡萄糖复盐结晶及复盐分解等基本工序。与稀硫酸水解法相比，浓盐酸水解有得糖率高、糖浓度高、糖质纯以及节约能源等许多优点。但是，液相浓盐酸水解法在其工业生产中有不少技术难关，有待继续解决。

酶水解法

以纤维素酶及相应的半纤维素酶为催化剂，对纤维素及半纤维素聚糖进行水解的方法。酶法水解在常温常压下进行，不需要耐压耐腐蚀设备。由于酶促反应的特异性，产物单一，可免除产物的二次降解，故糖质纯净。但也存在不少技术难关，如原料预处理及酶制剂生产费用昂贵，酶水解反应慢、周期长，酶的有效回收难等，有待进一步解决。

高温快速水解法

从70年代以来，各国普遍研究这一方法。此法一般以～的稀硫酸为催化剂，在220～240℃高温下于管式水解器中连续进行，水解时间仅为数秒到数分钟。葡萄糖得率可达理论得率的50%以上。该法目前尚处于试验阶段。

趋势

现有稀硫酸高温渗滤水解法的继续完善与提高，仍将是各生产国今后的一项重点任务。以生物技术的新研究成果改进酵母生产技术将受到重视。酶水解技术在商业化的道路上可望取得更多突破，原料的经济预处理方法和酶制取成本的下降及回收利用技术的研究仍将会成为研究的中心目标。占首位的水解产品将继续是饲料酵母，其次为糠醛、酒精及水解糖质饲料等。由于饲养业迅速发展的需要，饲料酵母产量可能增长较快。为了水解生产的进一步发展与扩大，新水解原料资源的开发利用已引起普遍重视。预计城市纤维质垃圾、高位低分解度泥炭及富含聚糖的海洋植物等将会得到更多研究与应用。营造水解原料基地林亦可能受到重视。

化学工程与工艺专业培养目标：本专业为第一批国家特色专业建设点、第二批教育部卓越工程师培养试点专业、辽宁省示范专业和辽宁省精细化工协同创新中心支撑专业，并设立“优创班”培养模式，拥有辽宁省石油化工紧缺人才培养基地。本专业培养厚基础、宽口径、实践能力强、综合素质高，具有博而专的化工学科方面的知识，能从事工程设计、技术开发、科学研究和生产管理的化工高级工程技术和管理人才。培养要求：本专业学生应具有较好的人文社会科学素养、较强的社会责任感和良好的工程职业道德；要求掌握化工学科的基础理论、专业知识，具有综合运用物理、数学、化学的基本原理和技术手段，对各种化工及其相关过程和化工加工工艺过程进行分析、研究，以及较熟练地运用计算机技术进行过程设计和模拟；受到工程实践和初步的科研方法的训练，具有创新意识和对新产品、新工艺、新技术和新设备进行研究、设计和开发的基本能力；了解本专业领域的科学进展。主要课程：物理化学、有机化学、无机与分析化学、化工原理、化工热力学、化学反应工程、化工设计、化学工艺学等。专业方向：化学工程、化学工艺、工业催化、精细化工。就业方向：毕业生可在化工、石油、制药、冶金、能源、材料、轻工、食品、环保、化工安全和军工等部门从事生产、设计、开发、科研、管理、教学等方面工作。林产化工专业依托化学和化学工程与技术学科的优势，沈阳化工大学于2009年经教育部和辽宁省教育厅批准创办了林产化工专业，我校也由此成为了辽宁省唯一设立该专业的高等院校。林产化工是化学工程与技术学科与林业工程学科相交叉的一门专业，重点研究以森林产品为原料，通过原料预处理、化学反应以及产物分离等典型的化工单元操作过程来生产各类最终消费产品的工艺技术问题。我校林产化工专业以森林资源化学深加工技术与生物利用技术为特色，其中主要包括天然产物提取、热解和水解技术，同时兼顾植物纤维制浆造纸技术。培养目标：本专业旨在培养系统掌握化学、植物化学及化学工程与技术基本理论，具备森林产品化学加工基本知识和基本技能的高级化工人才。主要理论课程：物理化学、有机化学、化工原理、化学反应工程、木材化学、天然产物化学、林产化工工艺学等。主要实践环节：包括认识实习、生产实习、课程设计、毕业论文等。就业方向：毕业生可在林产化工、精细化工、制浆造纸、医药化工等领域的企事业单位、科研院所从事林产化学品的生产、设计、研究和开发等工作。资源环境科学专业培养目标：本专业涵盖各类自然资源的分离、转化与利用等领域的理论和知识，特别是石油、煤和生物质资源的经济、生态、规划、管理和可持续发展。学习各类资源的加工与利用技术。通过本专业的学习，使学生掌握扎实的资源学科知识和技术，具有良好的专业素质，适应各类资源领域工作的要求。培养学生具有扎实的理论基础、宽厚的专业知识、突出的实践能力和创新能力，具有国际交流、竞争与合作能力，使其成为在生产、设计、管理、服务、科研和教学等部门工作的高级化工技术与管理人才。主要课程：有机化学、物理化学、化工原理、化学反应工程、化工热力学、化工新型分离技术、化学工艺学、化工环境工程概论、能源化学、能源转化与利用、生物质能技术、煤化学、石油炼制等。就业方向：毕业生可在能源、化工、石油、煤炭、新材料、医药、冶金等资源领域的各类企业、研究机构以及高等院校从事科研、生产、管理和设计等工作。能源化学工程专业特色: 本专业为国家新批准的战略性新兴产业相关专业，系新兴的能源与化学工程技术交叉复合性学科，以未来国家新能源产业需求为目标，满足未来几十年国家可持续发展的要求。培养目标：本专业培养德、智、体、美全面发展，宽基础、强能力、高素质的具有“强学力行、喻理求真”精神和实践创新能力的高级能源化工应用技术型人才。学科内容强化了能源与化学工程技术两学科知识的融合，在化学工程与工艺学基本理论基础上，掌握能源化学工程、电化学工程及催化技术等方面的基础知识；掌握新能源、能量储存与转换的理论基础；掌握化石能源的清洁利用技术、燃料电池系统与氢能利用；可再生能源（太阳能、风能、生物质能、海洋能等）利用途径。具备与化学工程与工艺学科相关的新产品、新工艺研发、创新和设计的初步能力。能够利用现代化工科学与技术，在能源化工或相关科学技术领域从事科研开发、教学和经营管理工作。主要课程：基础化学、化工原理、化工热力学、反应工程、能源化工、石油炼制工程、能源化工工艺学、太阳能光电转化材料、生物质转化利用、化工用能评价、能源转化催化原理、化工环境工程概论等。就业方向：毕业生主要面向石油石化行业、煤炭行业、天然气化工行业、水力电力行业、生物质转化利用行业、催化剂生产行业和科研机构，从事低碳能源清洁化、可再生能源利用以及能源高效转化、化工用能评价等方面的科学研究、生产设计和技术管理工作。

纤维素降解毕业论文

Pomace will be used cellulose degradation of cellulose to fermentable sugar, liquid further fermentation production of citric acid, solid waste residue on the apple production of citric acid fermentation process conditions (temperature, time, the end of concentration, Loading rate, and Aspergillus inoculation, methanol content, pH initial value), Guozha selected for the fermentation of bacteria, and to map out a 36 ℃ and 30 ℃ under the curve of fermentation. The results showed that the pomace solid fermentation the most appropriate conditions for the 36 ℃, do not add methanol, pH for the initial value, at the end of the water content of 70 percent, loading rate of percent, inoculation 4 x1011 / g substrate, fermented for three days , Citric acid concentrations up to percent, the yield was (reducing sugar can be fermented). Fermentation the most appropriate speed for a double 210 r / min, add nitrogen to the most appropriate type of NH4CI, the most appropriate Tianjialiangwei percent. Citric acid production rate of about 80%

Uses the cellulase to degrade Ping marc in cellulose for may ferment the sugar, again carries on the liquid rocker fermentation to produce the citric acid, studied the apple waste residue solid fermentation production citric acid technological conditions (temperature, time, substrate concentration, has fed rate, black tune mildew vaccination quantity, methyl alcohol recruitment, the pH starting value), screened has suited the mold mushroom spawn which the marc fermented, and drew up 36℃ and 30℃ under fermentation curve.

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植物纤维创新性研究论文

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碳纤维工艺毕业论文

碳纤维复合材料是建造高性能机器人的理想材料之一，目前世界上发达国家的空间机器人和大型机械臂多由此种材料制作而成。碳纤维复合材料具有优良的物理特性，它的比强度高，比刚度大，力学性能可以通过设计进行控制改变，而且其在不同温度中变形极微。

以往的工业机器人是由钢和铝制成的，一个一米长的铝结构机械臂杆件，在室温变化12℃的环境里，杆件变化，这将大大影响机器人的精度。对高模量碳纤维复合材料来说，如果优化设计纤维的铺层和方向，却可以达到近似零热变形的设计效果，这是普通金属材料无法实现的。

对于给定的机器人运动（具有一定的载荷，在一定的速度下），末端操作器的弹性动力学响应、机械精度、重复性、末端操作器的稳态时间等特性都受到结构部件的质量、刚度、阻尼特性的影响。从力学方面分析，减少质量将降低惯量，提高操作速度；增加刚度将降低挠度；增加材料的阻尼将减少稳态时间。通过设计，合理地选择机械臂的材料特性和几何尺寸，适当选择变量，通过这些特性的改进将有利于提高控制精度。

我们在使用碳纤维复合材料制作机械臂时发现，碳纤维复合材料的铺层方式对上述机械臂的耐热性和力学性能产生直接影响。因此，下面将以无锡威盛新材料科技有限公司(简称：威盛新材）的碳纤维机械臂生产为案例，对该问题作一个简单的分析和说明。

无锡威盛新材料科技有限公司的科研团队主攻碳纤维复合材料的研发和生产已有十多年的时间，特别是在碳纤维机械臂的应用方面，是属于国内起步较早、发展较快的一家碳纤维装备制造商。其为哈尔滨某知名机器人制造企业制造的机械臂已进入批量生产环节，在行业内具有一定的影响力，在机械臂的生产制造方面也有许多经验可供借鉴。在制作机械臂时，威盛新材对碳纤维复合材料的铺层处理，主要是根据机器人的性能需求，确定碳纤维复合材料的铺层方向、铺层的顺序和铺层总层数。

1、根据载荷的主方向设定铺层方向

过多的铺层角度取向会给设计工作以及制件成型增加复杂度，所以在满足设计要求的情况下尽可能减少铺层方向数，在铺层设计时，铺层角度一般多选取0°、+45°、-45°、90°这四种，对于其它特殊情况则需另案处理。如果需要将复合材料层合板设计成为准各向同性的，可以用60°的铺层方向（60/0/-60)s，对于使用缠绕工艺制造的制件来说，则不受这些限制。

在实际操作中，角度取向需要根据所承担载荷的类型来选择，即为了最大程度的利用纤维在轴向上的高性能，纤维铺设方向要根据载荷的主方向设定，在点应力状态，角度为0°的铺层对应正应力，角度为±45°的铺层对应剪应力，角度为90°的铺层是用来保证在复合材料制件的径向上有足够的正压力，若复合材料制件承受的载荷以拉压载荷为主，那么铺层方向应该选择拉压载荷的方向；若复合材料制件承受的载荷以剪切载荷为主，那么铺层之中要以+45°和-45°成对铺设为主；若复合材料制件所承受的载荷情况复杂，同时包括多种载荷，那么铺层设计时以0°、±45°、90°多方向混合铺设。

2、调整铺设方式增加碳纤维复合材料的整体性能

为了避免复合材料机械臂制件的基体在各方向上承受载荷，对于选择0°、+45°、-45°、90°四种基本铺层方式铺层的复合材料制件，每一个方向的铺层数占总铺层数的百分比应不小于6％-10％。

在具体铺设时，一般复合材料制件的铺层均采取对称均衡铺设。对称均衡铺设的特点就是在整体的铺层之中，上下铺层关于中间面对称，如果需要设计成非对称均衡铺层，应将这类非均衡或是非对称的铺层布置于靠近整体铺层中间的位置，这种方式能有效避免复合材料制件经历拉-弯耦合、拉-剪耦合之后发生翘曲形变。

在铺设的顺序上还应注意两个方面：第一，为了减少按照相同的方式铺放的相邻两层分层开裂的可能性，一般连续的相同铺层不超过四层，对性能要求更高的复合材料制件不超过两层；第二，为了降低机械臂的层间应力，在使用上述四种铺层角度时，应该尽量将0°层或者90°层布置在±45°层中间，将﹢45°层或者是-45°层布置在0°层与90°层中间。

3、铺层总厚度要兼顾外部尺寸和内部空间

为了不减工业机器人原有的自由度，并保证其原有性能，碳纤维复合材料机械臂在设计时，要维持外部尺寸大小不变，机械臂的内部同时要给布线以及控制电路的安装留有足够的空间，所以机械臂的壳体厚度要在一定的区间内，下限是维持原有性能的最低值，上限是不超过原铸铁结构臂厚度。

通过威盛新材批量生产出的机械臂案例可知，该碳纤维复合材料机械臂制造成本大约是铸铁机械臂的倍，但是在满足工业机器人性能要求的前提下，碳纤维复合材料机械臂要比铸铁机械臂重量减轻72％，机器人的动力学性能因而得到显著提升，同时能耗明显降低。使用碳纤维复合材料替代传统的钢和铝制作机械臂对提升工业生产效率、节约能源保护环境等方面意义重大。我们也相信，随着我国对碳纤维复合材料的基本性能、典型结构、强度分析及成型工艺等方面研究的深入，碳纤维复合材料将在机器人制造中扮演着越来越重要的角色。

参考文献

【1】陈丰，《碳纤维复合材料机械臂设计》，《郑州工学院学报》，1992，12.

【2】田龙飞，《工业机器人用碳纤维复合材料上臂的设计》，中国科学院大学2014年硕士毕业论文。

复合材料的成型工艺简单。纤维增强复合材料一般适合于整体成型，因而减少了零部件的数目，从而可减少设计计算工作量并有利于提高计算的准确性。另外，制作纤维增强复合材料部件的步骤是把纤维和基体粘结在一起，先用模具成型，而后加温固化，在制作过程中基体由流体变为固体，不易在材料中造成微小裂纹，而且固化后残余应力很小。

在项目建设中,材料的选择直接影响着工程造价,尤其是新型建筑材料的投入往往会使工程造价大幅度增减。下面是我为大家整理的材料工程毕业论文，供大家参考。

材料工程毕业论文范文一：金属材料工程专业实践教学研究

摘要：通过对实践教学在新形势下的重要性及意义进行阐述，结合沈阳化工大学的发展定位，以化工行业为依托，对金属材料工程专业实践教学模式进行改革，优化专业课程的实践教学，加强校企合作，强化实践教学的管理，构建了完善的金属材料工程专业实践教学体系，努力培养学生创新能力，使其成为高素质应用型人才。

关键词：金属材料工程;实践教学;教学改革;人才培养

沈阳化工大学金属材料工程专业是应社会经济发展需求，尤其是化工行业建设的需求，在原金工教研室师资力量和实验设备条件的基础上，经过充分的论证、申请，于2006年国家教委批准，开始面向全国招生，同年获批材料学硕士学位授予权。在专业建设中，充分发挥化工大学化工行业特色优势及高素质专业教师队伍的优势，不断改革完善培养方案、培养模式，逐步形成了立足行业、与辽宁工业产业紧密衔接、全方位实践创新能力培养的专业特色，专业定位符合本校办学定位和发展方向，已纳入本校专业建设规划并进行重点建设，成效显著。在2013年辽宁省普通高等学校本科专业综合评价中，全省九所学校金属材料工程专业参评，沈阳化工大学的金属材料工程专业排名第二。实践教学是培养本科生理论联系实际，也是培养本科生创新意识和创新能力的主要途径[1]。但近年来，在市场经济的影响下，许多生产企业以影响生产和安全为由不愿接待本科生实习，同时，本科生实习的积极性也不高，导致实习效果不尽如人意。

1金属材料工程专业实践教学的现状

当前我国普通院校本科生教育普遍存在的一个突出问题是本科生创新意识差和创新能力不足，动手能力较很弱，难以适应激烈的市场竞争和知识经济的快速发展的需要[2]。而实践教学是培养本科生综合素质，提高本科生解决实际问题的能力，以及促使本科生将所学的理论知识向实际技能转化的环节。通过实践教学可以巩固、加深本科生对所学的理论知识的理解，并能够培养本科生严肃认真的科学态度[3]。高等学校中的传统的金属材料工程专业实践教学通常具有如下特点：首先，本科生实验教学内容主要以演示性、验证性实验居多，综合性实验和设计性实验相对较少，实验教学多以模仿为主，创新内容涉及较少。其次，部分本科生的课程设计和毕业设计与实际生产相脱节，影响本科生的就业竞争力。最后，由于受到现实条件的限制，目前的本科生生产实习和毕业实习主要采取到相关企业生产现场进行观摩教学的方式，大多数本科生很难彻底认识企业生产的组织和实施过程。实践教学环节存在的这些问题制约着本科生创新能力的提高[4]，为培养二十一世纪合格的金属材料专业人才，沈阳化工大学金属材料工程专业近年来对金属材料工程专业实践教学体系进行了一系列改革，形成了稳定而有效的实践性教学体系。

2专业课程实验的优化

为培养二十一世纪化工行业合格的金属材料工程专业人才，自2006年以来，沈阳化工大学金属材料工程专业对实验教学内容统筹规划、整体安排。经过几年的改革和实践，建立了具有化工行业特点及金属材料工程专业特色、科学合理的实验教学内容，结合沈阳化工大学的化工特色，针对化工单元设备的主要加工方法，如压力加工、焊接、机械加工及化工单元设备的腐蚀问题。强化金属塑性加工原理、焊接冶金学、焊接工艺与设备、金属腐蚀与防护、金属热处理和材料无损检测等主要专业课程。这些主要专业课程均设置有实验内容，同时优化了验证性实验，增加了综合性和设计性实验的数量，使本科生动手能力得到提高。巩固科研教学资源化的成果，进一步完善校内实践实训基地的建设，创造学生动手操作的条件，培养学生的工程实践能力。此外，金属材料工程专业每年投入一定的资金对现有实验设备进行改造，更新部分专业实验，增加创新性实验硬件条件，增加开放实验室公用设备的种类及台套数。进一步开放实验室，一周至少两天全天开放实验室，保证本科生根据需要自主进行实验。

3加强校企合作，强化实习管理

原有认识实习、生产实习、毕业实习的企业很多设备比较陈旧，几乎没有先进的设备和技术，实习效果大打折扣，为此，近年来金属材料工程专业增加个性化实习，采用校企合作，结合学生的兴趣爱好、就业方向、教师的科研课题以及就业单位的培训等等，分别送学生到企业去学习实践，为方便学生到企业实习，金属材料工程专业先后建立了与沈阳铸锻工业有限公司、富奥辽宁汽车弹簧有限公司、抚顺机械设备制造有限公司等十余家企业的实习基地。通过实习基地，加强了与相关企事业单位的合作，利用其设备开展金属材料工程专业的实践教学，结合企业实际进行企业课程教学、现场教学和案例教学，这样也促使本科生了解金属材料及其相关材料最新的科技发展动态，使本科生具有分析和解决生产中的实际问题的能力。对于本科生毕业论文和设计结合企业实际项目或在实践教育基地、企业开展，校内校外指导教师共同指导，以强化学生综合运用所学知识进行独立分析问题和解决问题的能力。为保证实习效果，加强本科生对实习的重视，金属材料工程专业主任及全体实习指导教师参加实习动员，强调实习过程安全问题，明确每次实习的集合时间、地点、着装和注意事项等。在实习期间，每到一个车间，先请车间主任介绍该车间的典型设备和工艺流程，使本科生在参观前对参观内容有大概了解。实习成绩评定主要依据实习期间的出勤、纪律、实习笔记、实习报告等。通过各方的努力，大大增强了本科生实习的主动性。

4开展创新活动，推进实践教学

鼓励本科生积极开展多样化的科技创新活动[4-5]，例如参加教师的科研项目以及各类大学生竞赛等。通过组织各种类型、各种形式和不同层次的课外活动，将各类工程实践活动、创新实践训练、学科竞赛活动、学术前沿讲座、社会实践、公益活动等课外活动作为第二课堂课程模块纳入到课程体系中统一实施和管理。近年来，金属材料工程专业参赛学生项目获第三届全国机械创新设计大赛国家二等奖一项;“第十一届挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛国家三等奖一项;2011年、2013年分别获全国大学生英语竞赛三等奖、二等奖各一项;省级奖项几十多项。通过创新竞赛的开展，培养了学生的创新能力，同时也提高了教师指导学生创新的积极性，活跃了创新教育的氛围，为金属材料工程专业学生的个性发展提供平台，为学生毕业后从事科学研究活动奠定了一定的基础。

5结论

当今，素质教育快速发展[6-7]，金属材料在化工行业中占有举足轻重的地位，为培养二十一世纪化工行业合格的金属材料专业人才的需要，我们将继续优化实践课程建设，建设具有化工行业特点及金属材料工程专业特色、科学合理的实践教学内容，努力培养学生创新能力，使其毕业后能在化工企业、高等学校或科研院所从事金属材料及金属基复合材料的研究、成分-工艺及设备设计、组织和性能检验、生产制造、技术开发和经营管理等方面工作的高素质应用型人才。

参考文献

[1]胡宗智，吴敏，王燕，等.依托地域优势开展金属材料工程专业生产实习的创新实践[J].中国电力教育，2011(2)：129-130.

[2]甄睿，蔡璐.应用型本科院校金属材料工程专业人才培养和教学改革的思考[J].南京工程学院学报：社会科学版，2009，9(4)：65-68.

[3]胡宗智，邹隽，孙小华，等.金属材料工程专业创新型人才培养实践教学体系研究[J].中国电力教育，2013(26)：98-99.

[4]王荣，杨爱民，张骁勇，等.关于我校金属材料工程专业建设的思考[J]. 人力资源管理，2010(1)：46.

[5]王生朝，蔡素莉，高泽平，等.金属材料工程专业实践性教学改革研究[J].湖南工业大学学报，2011(5)98-101.

[6]孙建春，陈登明.金属材料工程专业实习教学的改革实践[J].中国冶金教育，2009(4)55-57，60.

[7]孙小华，胡宗智，黄才华，等.金属材料专业综合实验教学改革与实践[J].中国电力教育，2013(14)118-119.

材料工程毕业论文范文二：高分子材料工程硕士创新实验能力培养

摘要：

结合国内外的工程硕士教学现状，通过分析国内工程硕士的课题研究方向和企业需要解决的问题存在脱轨现象、上理论课时间不足等问题，在借助于国外先进经验的基础上，提出了双导师制、灵活培养模式，确保创新实验能力培养的效果，为企业培养“留得住，用得上”的高分子材料工程实践实力和创新能力的应用型高级人才。通过对工程硕士创新实验能力培养模式的实践与探索，使工程硕士研究生在理论知识和动手能力及创新思维积累方面得到一定的提高。

关键词：工程硕士;创新实验能力;培养模式

研究生培养作为高校培养人才的重要一环，其培养模式的探索与研究一直都受到高度重视[1，2]。在我国经济体制转型期，高层次复合人才在传统工矿企业和工程建设部门需求非常大，国家为了弥补学术型硕士实际操作能力相对较弱的特点，1997年国务院学位委员会正式批准设置工程硕士专业学位，而工程硕士创新实验能力培养又成了该领域的重要研究课题。

1国内外研究现状分析

美国的工程类硕士教育起源，可追溯到第二次世界大战以后。二战后，新知识、新技术、新材料、新工艺层出不穷，工程活动的涉及层面迅速拓宽，复杂性与日俱增，对工程教育产生了极大的影响[3]。其工程类硕士培养的最大特点就是面向专业实践应用而非学术研究，培养目标是未来设计和开发的工程师。美国自开展工程硕士教育以来，逐步形成了独特的、多样性的培养模式[4]。在美国学校工程类硕士培养的模式主要为培养方式的不同，如本硕连读制、远程教育三年制等，但其课程标准与学位要求是统一的，都必须遵循美国工程技术鉴定委员会(ABET)和各专业学会(协会)提供的统一的专业认证标准[5]。英国的硕士学位教育分成两种类型[6]。一种是给予课程学习的硕士，称为MSC(MSCourse);另一种是基于研究工作的硕士，称为MSphil(MSphilosophy)。此外，还有一种类似我国工程硕士的研究工程师学位。英国工程教育是以让毕业生取得专业头衔(即专业资格)为主要目标。经过20多年的发展，英国的专业资格已经把学术资格和职业资格融为一体。严格的入门要求、多样化的候选资格，加上灵活的注册路线，保证了专业资格的质量。我国工程硕士教育从1984年提出，经历了从试点到奠定工程硕士人才培养模式的阶段。自从奠定了人才培养模式后，工程硕士教育从9个培养单位、10个工程领域、年招生1千多人，发展到2004年的180个培养单位、38个工程领域、年招生3万多人、在校生10万余人。从发展的势头看，工程硕士教育充满着活力。为使工程硕士专业学位规范管理、稳步发展，经中华人民共和国国务院学位委员会考核验收，已下发(1997)57号文批准全国70多所高校具有工程硕士学位授予权，如清华大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学、中南大学、北京航空航天大学、华南理工大学等。总的来说，大多数高校都形成了自己的办学特色[7，8]，以培养高级应用型工程技术人员为目标，经过多年发展经验[9]，目前工程硕士培养模式。相比国外，现在国内开设工程硕士培养点的高校数量在大幅度增加，但在实际培养过程中很多高校对工程硕士资格认证标准重视不够[10，11]。就目前高分子材料工程工程领域来说，工程硕士研究生专业人才培养模式的主要缺点是：没有将工程硕士的课题研究方向和企业需要解决的问题有机的结合起来，存在脱轨的问题，在定课题方向时，把企业摆在可有可无的位置上，研究生研究的课题与生源单位生产技术不搭。学生在企业工作很忙，无法保证上理论课时间等问题。针对出现的这些问题，我们高分子材料加工硕士点拟逐步摸索出一种新型的双导师制、灵活培养模式。让学生充分利用学校与企业资源平台，培养出符合社会需求的创新性人才。本课题以高分子材料加工领域工程硕士人才培养模式为样本进行研究，课题完成鉴定后推广到我校其它研究生专业。

2主要研究内容

本课题拟通过课程体系改革、授课方式改革、学位论文形式改革、课题来源研究内容改革等进行研究，培养出在高分子材料工程领域创新实践能力强的应用型高级专门人才。其主要研究内容。

课程设置体系研究

由于工程硕士自身特点即能够来上课的时间很少，生产实际经验丰富。本项目改革是想在时间少的情况下，使学员学到更多的东西，并发挥各自的长处。在课程设置体系设置上改革以往只注重在理论教学，必修课多的特点(至少17学分)。根据学生所在生产岗位需要多增加一些选修课(原来是11学分)。并在传授专业理论知识过程中，加强对学生创新思维的培养。

授课形式及方式研究

目前的工程硕士大多都在生产岗位作领导工作，工作很忙，集中上课存在的难度很大，本项目拟采取的办法：远程网络上课(视频和师生互动交流上课)，即课件点播、在线答疑、在线辅导、同步和异步讨论、在线测试、专家讲座等方式。即用时下流行的BBS进行提问和沟通。

学位论文形式改革

由于目前工程硕士学位论文形式比较单一，通常采用撰写“大论文”方式。依据此问题本次改革拟采取的办法为：学位论文形式：产品研发、工程设计、应用研究、工程/项目管理、调研报告。

课题来源研究内容改革研究

现在学生的课题大多源于校内导师课题，这与研究生所从事的专业严重脱节，针对这一问题本项目拟采取的办法：校企联合培养，针对企业具体问题，进行研究。校企联合培养模式是一种以培养学生的全面素质、综合能力与就业竞争能力为重点，利用学校与企业两种不同的教育环境和教育资源，采取课堂教学与学生参加实践有机结合的方式，培养适合不同用人单位需要的、具有全面素质与创新能力人才的教育模式。而校企联合培养模式与传统高校培养模式的根本区别在于，校企联合办学的人才培养目标是以应用能力培养为主线，依托行业发展，构建适应新材料发展的以生产技术为导向的“零距离”实践教学体系、与生产“零距离”接轨的教材体系、基于解决生产实际问题需求的“零距离”素质拓展培养体系，能实现学校、企业、学生三方共赢。由此，我们将努力尝教授走进企业，老板走进校园，企业员工(学生)走进实验室的目的。

导师管理改革

学位论文是综合衡量工程硕士培养质量的重要标志，应在导师的指导下，由攻读工程硕士学位者本人独立完成。学位论文由学校具有工程实践经验的硕士导师与工程单位选派的责任心强的具有高级技术职称的技术人员联合指导。

3创新实验能力培养模式

工程硕士学位研究生教育的科学发展取决于其适应社会需求的程度，而如何深化高校与企业之间的互动关系则是目前症结之所在。材料学院就这一问题采取了如下措施：

(1)聚焦企业需求，创新工程硕士教育的办学理念随着工程硕士培养规模的不断扩大，我们不断更新工程硕士教育的办学理念，将以服务企业为宗旨贯穿于工程硕士培养之中，为企业培养“留得住，用得上”的高层次应用型人才。对于校企合作培养的研究生，可以自带科研课题。即工程硕士可以带自己单位的科研课题，课题的完成可以利用学校和企业的现有实验条件完成。学校具有良好的实验教学基础条件和高水平教师，实验室开放运行，资源共享。

(2)量身定做相比于一般的研究生，工程硕士生的知识背景更具多样性，在培养过程中应力争实现“量身定做、量体裁衣”，针对不同的行业和学生，学生可以选择自己从事工作领域的课题。从而更好地满足企业需要，满足各领域工程建设和发展需要。如我们2011级有名学生来自于威海碳纤维厂，他做的课题是“PAN。

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目前主要是由聚丙烯腈和沥青纺丝，再经预氧化、碳化（也可接着石墨化）、表面处理和上浆等工艺流程制备。国内外差距很大，国内低端产品差距较小，但高端的（既高性能的）根本不行，因为难度太大。

水生植物的毕业论文

本文主要分析研究了水生植物在不同水环境中的生长状况,并根据实际试验数据分析讨论了产生这种状况的原因,以及一些建议和解决办法. 浩瀚的水域―――水的分布覆盖整个地球,从严冰覆盖的极地到烈日炎炎的赤道,从学校周围的小溪到奇妙无边的海洋,从表层水域到水的深处―――栖息着大量的生物.在表层水的光合作用下,制造出原始有机物,然后他们逐级形成食物链.水生植物与周围的水环境联系密切,他们从水中汲取生长程中很多所需的养料.众所周知,矿质营养条件是影响水中浮游植物发育的有利因素之一.显然由于满江红所需要的矿质营养是多种多样的化学元素,所以这些元素的作用是不可能相同的.所以总结不同水体对水生植物生长影响的基本规律是很有实际意义的. 我们选取原样水(采集地水样),矿泉水(现市面上有售),营养液(根据植物生长所需营养配制),蒸馏水,四种水体,对植物的生长状况进行观察,记录,分析,这可以帮助我们更好的了解满江红这种水生植物,希望可以对有关部门水生植物的培植提供一些参考.也可以为种植者对水体的选择提出依据,具有一定的现实意义. 摘要水生植物的生长离不开周围的水生环境,植物需要周围水体提供养料,支持自身的生长发育.我们以易于存活,效果明显的满江红为例,人工配置了多种水生环境,对其成长的效果做了周期性观察,并测定了满江红在不同水体中生长后所含叶绿素状况.本文从多方面对实验结果进行了系统研究,总结和归纳,希望能对这方面的专业研究工作提供一些参考本文共分三章: 第一章材料与方法.材料包括设置不同水环境所需水样,以及对满江红的基本介绍.方法主要是对整个试验过程中所用到的实验方法作一下交待,如对测定叶绿素的方法的介绍. 第二章结果与讨论. 这一部分对试验所产生的结果做了较详尽的介绍,并与预期结果做了比较,并尝试讨论产生此结果的原因. 第三章感想与体会. 我们作为高中一年级的学生,这次选题试验均为我们第一次在生物这门学科上较长时间的观察试验,这一章主要陈述通过这次试验我们获得的新知识以及整个研究过程多方面的感受与体会. 一,材料与方法采集地点:北京圆明园公园水域植物介绍:满江红,学名azolla imbricata 蕨类植物,属满江红科,叶状体倒卵形,椭圆形或近圆形,两面平滑,排列为两行,春季为绿色,夏季转为红褐色,根丛生,漂浮于水面,行动主要借助于水流或风的带动,在水面平静的地方(如池塘和湖湾)常有大量分布,繁殖很快,是优良的绿肥,还可入药.

论文文献综述怎么写

植物在生长过程中，如果适当的添加一些科学技术，对于植物的健康成长是有一定的帮助的。下文是我为大家整理的关于植物生长的科学论文，希望能对大家有所帮助。

摘要：在长期的进化过程中，植物通过体内水分平衡即根系吸收水和叶片蒸腾水之间的平衡来适应周围的水环境。不同的水体对于水生植物的影响不尽相同，本文通过水体与水生植物的发展过程，分析了不同水体对水生植物的生长的影响。

关键词：水体;水生植物;水位;波浪;生长;影响

1水体与水生植物

概念

水体指的是液态和固态水体所覆盖的地球空间。水圈中的水上界可达大气对流层顶部，下界至深层地下水的下限。包括大气中的水汽、地表水、土壤水、地下水和生物体内的水。各种水体参加大小水循环，不断交换水量和热量。水圈中大部分水以液态形式储存于海洋、河流、湖泊、水库、沼泽及土壤中;部分水以固态形式存在于极地的广大冰原、冰川、积雪和冻土中;水汽主要存在于大气中。三者常通过热量交换而部分相互转化。

水生植物一般指能在水中生长的植物。水生植物主要分为挺水植物、浮叶植物、漂浮植物和沉水植物四大类，有时把一些水缘植物和喜湿植物也划归水生植物。水生植物具有保存生物多样性、净化水质、美化水景和固坡护岸的作用。

水体和水生植被的发展阶段

描述水生植被演替系列多通过植物群落的空间排列顺序(生态系列)来推断时间演替系列。水体沿岸带有沉水植物群落、挺水植物群落和湿生植物群落，它们代表了淡水水生植物群落演替的不同阶段。水生植被的演替以植被优势种的演替为代表。水生境中的原生演替是从藻类开始，路径是：藻类→沉水植被→浮叶植被→挺水植被→湿生植被→陆生植被，最终结局是水生植物和水体消失。逆向演替也称为退化，表现为其演替方向与原生演替相反。演替的结果是植被结构趋于简化，生物多样性下降。

任何水体一经产生就开始了在物理、化学和生物因子等方面的相互作用，早期环境因子起主导作用，到后期生物因子又占主导作用。同一生活型的不同水生植物可能是水体和水生植被不同发展阶段的代表性种类。例如，沉水植物苦草和竹叶眼子菜是水体发展早期的优势种，适宜水位波动大的环境，它们呈稀疏分布，群落生物量低。当水位逐步稳定后，水生植物的优势种可能更替为微齿眼子菜、黑藻和穗花狐尾藻等，水底密闭起来，群落生物量增加。

2水体水位对水生植物的影响

在自然生境中，水位很少保持不变，面对这种动态条件，植物通常会产生形态可塑性以及改变地下生物量和地上生物量的分配方式确保生存。对于整个群落而言，水位变动产生的影响也很显著。

植物形态的改变

以无性繁殖为主的水生植物，尤其是具有较遗传延展性的个体，能够通过改变植物本身的形态来适应水深在时空上较大的变化。如在深水里，蓖齿眼子菜的生活型从原来的毛刷型变为聚合型。这是有利的，能够增强植物的功能。各种生活型植物对于水深的变动呈现不同的形态。挺水植物对水位梯度的形态改变，主要包括生长形态、繁殖和生物量分配模式的改变。形态方面，主要包括叶柄伸长、异型叶的产生，茎长、茎数、茎直径、匍匐茎直径和匍匐茎等级的改变。如芦苇幼苗在淹没状态下其节间距会增长。这种增长有2个可能的机制，由于向周围水体释放的截短而导致乙烯浓度升高的或是由于溶氧减少导致乙烯产生增高的一种协调。在淹没期间，部分淹水植物所有的被淹没的叶子都会衰老，只有末端的叶子会偶尔幸存。繁殖的变化主要包括花期、花序长度、花瓣宽度以及繁殖器官干重等的改变。如芦苇在水位下降后其种子有很高的萌发率。浮叶根生植物改变的形态主要表现在叶和花。如水位上升，浮叶植物荇菜的叶柄迅速伸长，但是支撑叶片的叶柄和茎变得更脆弱。浮叶植物菱有相对发达的根系统，在一定范围内的水位变动下，菱仍能固定在底泥中，而且幼叶能通过叶柄的伸长维持在表面。水位的升高导致花以及芽苞被水淹，无法形成种子，水位降低并不会影响花和果实的产生。沉水植物的也很显著，如苦草在深水中具有较高的株高，叶更长更薄，因为在光强较弱的深水中合成单位干物质需要更多叶面积去获得光资源。而在水较浅时，光强太大会抑制其生长，叶子变成紫红色来调节对所需光资源的摄取。

植物数量的增加

水位对植物产生的另一个显著影响是改变其数量。对于不同生活型的植物而言，水深影响其生物量的机理是不一样的。水深直接地影响挺水植物群落的数量，通过减小光照强度间接地影响沉水植物群落数量。对于同种植物，水位的变动能改变地下数量和地上数量的分配比例。挺水植物随着水位的增加，茎重在整株数量中的比例上升，地下部分比例就会降低，分配到根和根状茎的数量降低，在风浪的作用下更容易被连根拔起。

植物物种的多样性

在沿岸带，通常水生植物生物多样性很高，其原因之一是水位波动使得沿岸带一直处于干扰状态。根据中度干扰法则，适度的干扰有利于物种多样性的提高。水位波动引起湿地种子库的再生也是重要原因，而且这种作用与洪涝和干旱发生的频率以及持续时间相关。水位的短期变动和长期变动，特别是水位下降，通过建立和破坏低多样性集群的外来物种入侵，从而影响物种多样性。水位下降是多种植物成功萌发和存活的先决条件，为适应浅水生活的物种建立创造了机会，也能支持新的外来物种的成功入侵。水位下降会阻止优势种控制整个群落，从而增加物种多样性。然而，在高水位条件下，很多湿地植物种的根茎萌发受抑制，降低了物种的多样性;如莱茵河畔在河流低泄量期间，夏季特大洪水会引起水生植物物种多样性减少。可见高水位和低水位对物种多样性的影响是不同的，相对于高水位，低水位的作用更显著而且有利。

3波浪形态的水体对水生植物的影响

江、河、湖岸浪蚀是这些水体顺向演替的自然过程，浪蚀淤积也是影响这些水体寿命的重要因素。在自然界随着水体的演替，岸坡趋缓并沉积土壤，为水生植物的生存繁衍创造了条件，植物的生长减缓了水岸的侵蚀，是演替的阻力，但植物体的腐烂沉积、水中有机质含量的大幅度提高，丰富了水体营养，提高了水体生物量，从这个角度说水生植物对整个水体的演替是有贡献的。

商住区和公共绿地内部的小水系一般来说范围小、禁航、水流缓慢，对岸线冲刷、侵蚀较小，对水生植物的种植生长影响不大。江河湖泊等水体由于风浪、船形波或水流急速冲刷给水生植物的种植、生存带来很大困难。如风浪和船形波将会直接或通过堤岸反射，强烈地直接拍打或摇动植物体，从而使植物叶片破碎、茎被折断，甚至植物体被连根拔起，影响植物的生长甚或导致其死亡。

4沼泽地对水生植物的影响

沼泽是指地表过湿或有薄层常年或季节性积水，土壤水分几达饱和，生长有喜湿性和喜水性沼生植物的地段。由于沼泽地土壤水多、缺氧，故沼生植物有发达的通气组织，有不定根和特殊的繁殖能力。沼泽可生长的水生植物很多，如萱草、泽泻、慈菇、海芋、花菖蒲、千屈菜、梭鱼草、小婆婆纳等。沼泽植被以挺水植物为主，多属于莎草科、禾本科及藓类和少数木本植物。

5结束语

水生植物具有观赏、净化以及生物多样性高的特点。水生植物及其环境是许多鸟类、鱼类和其他动物的栖息地和繁殖场所，在生物多样性保护方面具有重要意义。另一方面，水生植物及其环境又是一种脆弱的生态系统，易受到人类活动的影响。水体与水生植物关系也随着人类的活动影响，变得互动起来，水体的污染问题在水生植物的作用下也得到了很好的解决。

摘要：植物生长三维动画已经越来越广泛地应用在各个领域，如城市规划、影视娱乐、广告宣传等。对植物生长三维动画的研究内容、演示方式、动画特点进行归纳与概括。从软件技术的角度对植物生长三维动画的表现形式、研究现状、关键技术、制作方法、适用对象、优缺点进行研究、分析和比较，对该领域未来的发展趋势进行了展望。为有效推进植物数字可视化建设和提高动画创作效率提供参考。

关键词：三维技术; 植物; 生长; 动画

0 引言

植物是大自然的重要组成部分，随着计算机三维动画技术的发展，植物生长三维动画被广泛应用于教育、科研、遥感、游戏、数字影视等众多领域。

1 植物生长三维动画的生长方式

经过大量的理论和实证研究，总结了植物生长三维动画方式，主要有以下几种。

⑴ 破土而出式

植物最初是生长在暗地里的一颗种子，慢慢破土而出，拔节而长，枝繁叶茂，开花结果。这类生长动画便于演示植物动态的生长过程，营造出生命和希望爆发的活力。

⑵ 藤蔓伸展式

不少影视作品和建筑艺术动画中都能看到藤蔓植物慢慢伸展，绝强地依附攀援，增加场景生机和活力的景象。除了绿化的作用，这类动画给人以在逆境中不屈服，顽强展示生命力和活力之意。

⑶ 层叠上升式

层叠上升式比较符合林木类植物的生长规律。植物按照一定的层次从地面节节往上拉升，叶子、花、果等则以粒子形态般急剧增长，就像地面赋予无穷无尽的生命力和活力一样，给人以强烈的视觉冲击和神奇的创意享受。

⑷ 迷幻障眼式

迷幻障眼式是植物生长中比较虚幻、神化的方式，好比变魔术，往往借助于强烈光效、迷幻烟雾等效果来实现，光效、烟雾之后植物出现在面前。

图1 植物生长三维动画方式

2 植物生长三维动画关键技术

植物生长三维动画有许多方法。3ds max、MAYA等三维软件都带有植物模型，粒子系统也能实现植物生长动画效果。但是三维软件自带的植物模型种类较少，粒子系统又难以实现较为真实、自然的生长动画效果。植物插件的出现，能有效解决动画效果和创作效率上的问题，成为三维动画创作的热门工具。下面就几款主要的植物插件进行分析和比较，以助于提高应用者的动画创作效率。

Ivy Generator和Guruware Ivy插件

Ivy Generator是德国康斯坦茨大学开发的一款藤本三维软件，主要用于模拟以攀爬为主的藤本或草本植物的生长。通过对生长参数的调节，可随机生成不同形态的藤本植物模型。其特点是不需要应用复杂的植物生长机理模型，侧重于计算机图形学，迅速生成逼真的植物模型，追求基于视觉效果的真实性[1]。但Ivy Generator不能直接实现植物生长动画，只有将模型输出成OBJ和MLT材质物体，再导入3ds max等三维软件中制作动画效果。该插件的系统耗用较大，不适合表现大规模的植物场景[2]。

Guruware Ivy是Ivy Generator的改进版本。Guruware Ivy使用更方便，功能亦有增强，通过为Age(藤蔓年龄)属性设置关键帧可以轻松实现藤蔓生长、攀爬的动画效果[3]。

XFrog

XFrog是德国Greenworks公司开发的三维植物软件，可实现植物的直观交互建模和生长模拟。XFrog所有的树叶、枝干、花朵等都采用实物扫描，使得模型更加真实，开放的光年系统和层级的表现方式，使其操作性更简便，可控性更强[4]。XFrog在植物生长模拟过程中，通过关键帧动画实现，有两种方法。①起始和结束关键帧为同一关键帧。可以保证模型拥有相同的拓扑结构，生成动画较为平滑。但应尽量减少直接修改植物参数的操作，否则会大大降低动画的真实感。②起始和结束关键帧为不同关键帧。可以把起始关键帧的模型细化，缺点是XFrog插补的部分较多，不如第一种方法的动画效果平滑自然[5]。 GrowFX

GrowFX是俄罗斯Exlevel公司基于3ds max平台开发的一款植物插件，可创建参数化的树木、花草及其他植物模型，自由创建风力和生长动画效果，前提是要有GrowFX调节出来的未塌陷的文件[6]。GrowFX除了可使用官方的植物库资源，还有灵活的自由度。通过植物年龄、生长方向、风效、动画效果等随机参数的调节，快捷得到植物的其他形态。

Vue

Vue是一个专业的CG景观设计工具套组，可以制作出逼真的自然环境，还可以和3ds max等三维软件套用。Vue可以在现有植物库基础上进行再加工和改造，容易产生新的植物形态和物种，根据用户实际需要自由形成植物生长、形态变化等动画效果。Vue操作简便、场景表现逼真。云计算的建模方式、快速的渲染时间等特点，使得它特别适合表现自然空间大场景，主要用于中、远景表现[7-8]。

T-Gen插件

T-Gen是第一个完全整合进SoftImage|XSI的植物生成插件，拥有强大的灵活性和无穷的可能性。可以使用几乎所有XSI工具对其产生的植物模型、材质、层级结构做进一步修改。T-Gen各类参数几乎都可用于设置动画效果，强大的优化工具使其在植物生长动画方面有着快速、高效的优势。

SpeedTree、TreeStorm和Forest Pack Pro

SpeedTree、TreeStorm和Forest Pack Pro都是目前在建筑漫游动画和园林设计中比较常用的植物插件，拥有强大的植物库，模型真实感强，绘制效率高，支持植物动力学，可模拟风吹植物动画效果，分别适宜表现中近景和大片的远景植物[9-10]。但它们没有植物生长动画功能，凭借丰富的软件开发接口可以和3ds max等三维软件结合使用，以实现植物生长动画效果。

3 结束语

植物生长三维动画将缓慢的植物生长过程动态化、形象化展现。本文所介绍的几种植物三维生长动画关键技术，因各自不同的特点和优势，在表现一些大型的自然场景中，往往需要把多种方式相结合。

由于植物结构复杂，表面细节丰富，使其无论在三维建模、动态模拟方面都存在较大难度，以下问题有待进一步深入研究：①当前主要实现单株植物的三维模拟，缺乏对于大规模植物生长动画场景的模拟研究;②植物形态受到光照、风力、温度等自然环境因素影响，对更为复杂、逼真的植物生长交互模拟将是未来的一个重要研究方向。

参考文献：

[1] 王海，林杉，黄心渊.植物生成软件的评价和比较[J].计算机仿真，：177-180

[2] 王媛等.An ivy Generator三维藤本植物建模技术应用研究[J].安徽农业科学，(08)：3196-3197

[3] 孙楠.藤蔓可以这么“种”出来――Groupware Ivy插件牛刀小试[J].现代电视技术，：127-129

[4] 胡逊之.面向树木科普知识的三维游戏设计[D].北京林业大学，：27-28

[5] 王忠芝，胡逊之，伍艳莲，梁敬东.基于XFrog的树木建模及生长模拟[J].北京林业大学学报，：64-68

[6] Grow FX定制树[EB/OL].[2012-10-29

[7] 于淼，杨立新.基于Vue软件的景观场景表现技术的应用研究[J].中国园艺文摘，：94

[8] 贾勇，于淼.VUE软件在园林设计应用中的构成要素分析[J].中国园艺文摘，：116-117

[9] 赵塘滨.基于3ds max的自然场景制作技术[J].美术学刊，：57-58

[10] 刘颖，罗岱，黄心渊.基于OSG的SpeedTree植物模型绘制研究[J].计算机工程与设计，：2406-2407

文献综述是对论文选题研究现状的梳理，但并不仅仅是把文献进行简单的堆砌与罗列，而是需要在总结梳理别人研究的同时，对已有的研究做出评价，也就是说有述有评，这也是为什么文献综述也叫做文献述评的原因。