工程科學學報

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月刊，1955年創刊

ISSN 2095-9389

CN 10-1297/TF

主管單位：教育部

主辦單位：北京科技大學

編　　輯：《工程科學學報》編輯部

出　　版：科學出版社

主任委員：楊仁樹

副主任委員(主編)：吳愛祥

地　　址：北京市海淀區學院路30號

電　　話：(010)62333436

傳　　真：(010)62333436

郵發代碼：82-303

國內發行：北京報刊發行局

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單　　價：40元/期，全年480元

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2011年第33卷第7期

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基于圖像處理的深海底障礙物和地形識別及檢測

王財政, 楊耀東, 馮雅麗, 張文明, 高峰飛

2011, 33(7): 777-784. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.006

[摘要](270)

[PDF 1468KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
針對海底集礦機采礦環境圖像,采用分段線性變換提高圖像細節,中值濾波去除懸浮物干擾.利用形態學抗噪聲梯度算子提取地形和障礙物輪廓,并用分段線性擬合計算出地表亮度變化率.根據表面亮度變化特征判斷障礙物類型,采用自適應形態學對輪廓進行細化與連接.通過障礙投影變換計算出障礙物的距離、高度和寬度等信息.對陸地圖像進行了分析,證明位置、高度和坡度等參數計算的可行性.利用上述方法對深海底的圖像進行處理,不僅保留了邊界信息,且提高了抗干擾能力和抗邊界間相互影響能力,可有效識別深海底地形和障礙物,得出位置和形狀等參數,可以為集礦機避障系統信息融合技術提供可靠數據.

煤層深孔聚能爆破封孔技術

郭德勇, 楊雄, 單智勇, 呂鵬飛

2011, 33(7): 785-789. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.007

[摘要](260)

[PDF 303KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
針對煤層深孔聚能爆破瓦斯抽放封孔技術問題,通過分析聚能爆破施工工藝及封孔物質力學行為,發現爆破孔孔徑和封孔材料性質是影響封孔長度的主要因素.綜合分析爆破安全、抽放工藝和施工條件,確定聚能爆破合理封孔長度為7.5~10.0 m.以焦煤集團九里山礦14121和24021工作面為例,對煤層深孔聚能爆破封孔技術可行性進行了驗證.

綜掘工作面粉塵運移的數值模擬及壓風分流降塵方式研究

秦躍平, 張苗苗, 崔麗潔, 劉江月

2011, 33(7): 790-794. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.008

[摘要](308)

[PDF 694KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
針對綜掘工作面產生塵量高,煤塵濃度大,降塵效率低的現狀,結合流體力學、氣固兩相流理論和射流理論等相關理論,采用FLUENT模擬技術,研究"長壓短抽"式除塵通風時掘進巷道中粉塵運移和分布規律,對比分析了壓入風量、抽吸比及抽、壓風筒口位置等通風參數對粉塵濃度及分布范圍的影響,提出了壓風分流通風方式,并對其降塵效果進行了模擬分析.

全尾砂膏體充填臨界質量分數

翟永剛, 吳愛祥, 王洪江, 陳琴瑞, 肖云濤, 壽震宇

2011, 33(7): 795-799. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.009

[摘要](286)

[PDF 468KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
以全尾砂充填膏體為研究對象,利用四葉槳式旋轉式流變儀測試質量分數為69%~81%的充填料漿的流變特征及其參數,采用赫謝爾-布爾克萊模型回歸得出料漿在剪切速率為0~120 s^-1條件下的流變模型.結果表明:質量分數為69%~81%的料漿流變模型為屈服偽塑性體,質量分數為81%的料漿為賓漢塑性體;流變性能指數n與料漿的質量分數呈線性關系,隨質量分數的增大而增大.膏體的臨界質量分數為80.91%.

巖石厚壁圓筒三向壓縮下的卸荷試驗與巖石強度破壞

張后全, 劉紅崗, 賀永年, 韓立軍

2011, 33(7): 800-805. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.003

[摘要](270)

[PDF 991KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
為研究地下工程開挖影響,采用厚壁圓筒多軸應力試驗,對試樣施加較高的軸對稱內、外壁壓力及軸向荷載后,進行內、外壁卸荷破壞試驗.試驗的破壞結果是在厚壁圓筒壁間形成環向主要破裂面.這一破裂現象在以往相關文獻中未見報道,與通常彈塑性理論分析的較高應力發生在圓筒內緣、破壞從內緣開始的結論不同.這一結果與深部礦山巷道圍巖出現的分區破裂(zonal disintegration)現象類似.

不同類型黃銅礦的生物浸出研究

傅開彬, 林海, 莫曉蘭, 董穎博, 周立

2011, 33(7): 806-811. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.014

[摘要](144)

[PDF 396KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
研究了兩種不同類型(黃鐵礦型,斑巖型)黃銅礦生物浸出的差異.實驗結果表明:兩類黃銅礦生物浸出差別很大,48 d后黃鐵礦型黃銅礦浸出率為46.96%,斑巖型黃銅礦浸出率為14.5%.對Fe²⁺、礦物表面Cu2p譜圖和礦床特征的分析發現:適量的Fe²⁺能促進黃銅礦的浸出,但最佳用量不一樣;浸渣表面產物不同,斑巖型黃銅礦表面出現富銅層,阻礙了浸出繼續進行;與原礦相比,銅結合能都降低,符合Hiroyoshi等提出黃銅礦浸出的兩步溶解模型;兩類黃銅礦生物浸出的差異是由成礦巖體、圍巖、伴生礦物和元素、成礦溫度和壓力等因素綜合決定的.

氧化鋅的堿法浸出

徐冬, 趙中偉, 陳愛良, 劉旭恒, 陳星宇

2011, 33(7): 812-816. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.015

[摘要](189)

[PDF 362KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
根據等溫溶解度法所研究的25℃、75℃和100℃時Na₂O-ZnO-H₂O三元水鹽體系的平衡相圖,借鑒氧化鋁濕法生產工藝,探討了氧化鋅在堿性體系中的溶解和析晶過程.結果表明,對100℃、Na₂O的質量分數w_Na₂O<34%的平衡體系,可采用稀釋分解實現氧化鋅的分離,完成該堿濃度下的氧化鋅循環;對100℃、Na₂O的質量分數w_Na₂O>29%的平衡體系,可采用冷卻降溫實現鋅酸鈉的分離,鋅酸鈉稀釋后易得到氧化鋅,從而完成在該堿濃度范圍的氧化鋅循環.

CO氣氛下CaO對鐵晶須生長影響的原位觀察和機理研究

趙志龍, 唐惠慶, 郭占成

2011, 33(7): 817-822. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.016

[摘要](149)

[PDF 1325KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
利用光學體視顯微鏡和高溫熱臺對CO氣體還原Fe₂O₃過程進行原位觀察,并結合掃描電鏡、能譜和紅外光譜分析,研究摻入CaO對還原過程中鐵晶須生成和生長機理的影響.實驗結果表明:鐵晶須是在實現FeO→Fe轉變時形成和不斷生長的;CaO對氧化鐵的還原有抑制作用,當摻入CaO質量分數 ≥ 8%時,沒有鐵晶須生成和生長.因此,可以通過控制CaO摻入量的方式抑制鐵晶須的生成和生長,進而減少礦粉顆粒團聚的發生.

RH脫碳過程中極低氧鋼水的碳氧反應機理

李朋歡, 包燕平, 岳峰, 彭尊, 袁曉峰

2011, 33(7): 823-827. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.017

[摘要](151)

[PDF 341KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
BOF+LF+RH+CC工藝路線生產IF鋼,在RH脫碳前,鋼水經脫氧和LF精煉后,鋼中自由氧達到極低水平.根據表觀脫碳速率常數的不同,這種極低氧鋼水的RH脫碳可以劃分為四個階段.與傳統三個階段的RH脫碳不同的是在低速脫碳階段和快速脫碳階段存在一個脫碳速率介于兩者之間的過渡階段.在正規溶液模型的基礎上,建立了能夠準確預報鋼液氧含量及頂渣FeO含量的RH脫碳模型.結果表明:在RH吹氧前,極低氧含量的鋼液與頂渣之間基本不傳氧;吹氧之后,鋼液氧含量呈線性增加,當鋼液氧勢大于頂渣氧勢后,鋼液向頂渣傳氧,渣中FeO含量上升;RH處理結束FeO含量較處理初始有所回升,但是仍處于極低水平,能夠有效降低頂渣對鋼液的二次氧化.

精煉渣成分對高強度低合金鋼中非金屬夾雜物影響

張靜, 于會香, 王新華, 王萬軍, 王茂

2011, 33(7): 828-833. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.018

[摘要](147)

[PDF 440KB](14) [施引文獻] ()

摘要:
采用渣鋼平衡的實驗方法研究了1600℃下不同堿度和不同Al₂O₃含量的強還原性精煉渣對高強度低合金鋼中非金屬夾雜物的影響.結果表明:渣鋼反應平衡后,爐渣中CaO和SiO₂的質量比為1.9~4.5、Al₂O₃質量分數為21%~33%,鋼中夾雜物主要為球狀的CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂系,尺寸在5μm以下,爐渣成分對夾雜物的成分影響很大.夾雜物主要分布在SiO₂含量一定的CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂偽三元相圖中1 400~1 500℃的低熔點區,隨著爐渣堿度的提高和Al₂O₃含量的降低,部分夾雜物逐漸偏離低熔點區域,夾雜物的總數量逐漸減小.當渣中Al₂O₃質量分數為21.22%、堿度為3.27時,有大量夾雜物分布在高熔點區域,夾雜物的總數量最小.

兩階段控制冷卻工藝對含鉬X80抗大變形管線鋼組織與性能的影響

孟德亮, 康永林, 鄭曉飛, 安守勇, 夏佃秀

2011, 33(7): 834-840. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.010

[摘要](141)

[PDF 988KB](14) [施引文獻] ()

摘要:
采用TMCP熱軋及軋后兩階段控制冷卻技術,在試驗室制備了含Mo成分的X80級抗大變形管線鋼,并利用掃描電鏡和透射電鏡等分析方法研究了不同冷卻條件對組織與性能的影響.結果表明,采用兩階段控制冷卻工藝的含Mo成分X80抗大變形管線鋼為鐵素體-貝氏體雙相組織;隨加速冷卻中開冷溫度降低,組織中鐵素體含量增加,試樣強度降低,屈強比降低,均勻伸長率提高;隨加速冷卻中終冷溫度降低,貝氏體中M/A含量減少,尺寸更細小,分布更分散,試樣強度變化不大但均勻伸長率顯著提升.分析表明,當鐵素體含量一定時,均勻伸長率與貝氏體中M/A密切相關,細小且均勻分布的M/A可提高加工硬化速率,推遲頸縮發生,使均勻伸長率升高.當加速冷卻中開冷溫度為690℃、終冷溫度為450℃時,組織中鐵素體的體積分數約為23%、晶粒尺寸約為5μm,M/A島尺寸約為1μm,組織均勻性良好,試樣得到最優的強度塑性匹配.

X12CrMoWVNbN10-1-1轉子鋼室溫低周疲勞特性

吳海利, 朱月梅, 賈國慶

2011, 33(7): 841-845. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.011

[摘要](150)

[PDF 356KB](62) [施引文獻] ()

摘要:
采用應變控制對超超臨界汽輪機轉子鋼X12CrMoWVNbN10-1-1進行室溫低周疲勞試驗,并對試驗結果進行了討論.擬合了循環應力-應變曲線和應變-壽命曲線,得到該材料的室溫低周疲勞特性參數,包括Ramberg-Osgood參數和Manson-Coffin參數,推測出該材料的轉變壽命.對低周疲勞試驗開始和結束兩個階段的拉壓應力峰值、拉壓卸載彈性模量以及遲滯回線面積進行了對比分析,并對不同應變幅控制的低周疲勞對應的應力變化進行了討論.

低溫球磨制備Mg-4%Ni-1%NiO儲氫材料及其性能

李平, 王騰, 范麗珍, DIN Rafi-ud, 曲選輝

2011, 33(7): 846-851. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.012

[摘要](136)

[PDF 962KB](7) [施引文獻] ()

摘要:

采用低溫球磨技術制備了Mg-4%Ni-1%NiO儲氫材料,主要研究低溫球磨時間對材料形貌結構以及儲氫性能的影響.采用掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線衍射(XRD)分析材料的形貌和相組成,采用壓力-組成-溫度(P-C-T)設備研究材料的儲氫性能.結果表明:分別經過2、4和7 h球磨后,材料的相組成沒有發生明顯改變,只有極少量的Mg₂Ni合金相生成.隨著球磨時間的延長,材料的平均粒度逐漸下降,作為催化劑的Ni、NiO相逐漸揉進基體內部.伴隨著上述變化,材料的活化性能、吸氫性能逐漸提高,球磨到7 h后材料僅需活化1次即可達到最大吸放氫速率,初始吸氫溫度降為60℃,在4.0 MPa初始氫壓和200℃下吸氫量為6.4%(質量分數),60s即可完成飽和吸氫量的80%,10min內完成飽和吸氫量的90%;材料的放氫性能則在球磨4 h后已經基本保持不變,0.1MPa下初始放氫溫度為310℃,在350℃、0.1MPa下材料可在500s內釋放飽和儲氫量的80%.

超高壓力下通電燒結制備鎢鐵功能梯度材料

屈丹丹, 周張健, 談軍

2011, 33(7): 852-855. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.005

[摘要](283)

[PDF 978KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
采用超高壓力下通電燒結技術制備了鎢體積分數為0%、25%、50%、75%和100%的鎢鐵功能梯度材料.研究了材料組分和工藝參數對W/Fe功能梯度材料的顯微形貌及力學性能的影響.結果表明:當施加壓力為9 GPa,通電功率為11 kW,通電時間60 s時可以獲得相對密度大于98%的鎢鐵功能梯度材料,其組分分布與設計成分保持一致.

玻璃與金屬封接過程中氣孔率和玻璃飛濺

羅大為, 沈卓身

2011, 33(7): 856-862. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.013

[摘要](163)

[PDF 1184KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
通過測量不同工藝條件下玻璃絕緣子中的氣孔率和最大氣泡直徑,以及觀察底盤表面的玻璃飛濺情況,研究了熔封氣氛、熔封溫度、熔封時間、氧化膜類型和厚度對玻璃絕緣子中氣孔率和玻璃飛濺的影響.結果表明,玻璃絕緣子中氣孔率與可伐合金底盤表面的飛濺程度有一定的關系.可伐合金表面Fe₃O₄氧化物與玻璃中SiO₂發生化學反應是玻璃絕緣子中氣泡的一個重要來源,也是引起玻璃飛濺的因素.熔封氣氛和氧化膜厚度對氣孔率和玻璃飛濺影響最大.推薦的工藝條件是在可伐合金表面生成厚度約1μm的FeO氧化膜,然后與玻坯在950~980℃工廠條件的氣氛中熔封30~40 min.

直通型CT試樣COD彈塑性換算

包陳, 蔡力勛, 石凱凱

2011, 33(7): 863-867. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.001

[摘要](249)

[PDF 520KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
基于剛性轉動假設和功等效原理,推導了直通型CT試樣的裂紋嘴張開位移和加載線張開位移彈塑性換算公式,并采用Cr2Ni2MoV鋼對公式進行試驗驗證.根據彈塑性有限元分析,剛性轉動假設得到了很好的驗證,剛性轉動中心靠近裂尖位置且受材料本構關系的影響甚微,轉動半徑R僅與裂紋長度和試樣寬度之比a/W有關.有限元分析和試驗結果表明,直通型CT試樣的COD彈塑性換算公式用于塑性功計算具有更好的精度.

用于延性斷裂韌性測試的載荷分離方法與應用

蔡力勛, 包陳

2011, 33(7): 868-875. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.002

[摘要](236)

[PDF 510KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
使用載荷分離理論的延性斷裂韌性單試樣方法,選取汽輪機轉子鋼Cr2Ni2MoV對規則化法和S_Pb分離參數法進行了研究.結果表明,在規則化法中,鈍化修正時的鈍化線方程僅對裂紋擴展較小時的J阻力曲線產生影響.提出了改進S_Pb分離參數法,消除了參考鈍裂紋試樣的影響;同時采用鈍化修正后的初始裂紋長度和試驗終止裂紋長度進行標定,可獲得合理的裂紋長度預測結果.由改進S_Pb分離參數法得到J阻力曲線在較小裂紋擴展范圍內均略高于由規則化法得到的J阻力曲線,而當裂紋產生擴展較大時,兩種方法得到的J阻力曲線幾乎完全重合;由規則化法得到的條件啟裂J積分J_Q值偏于保守.

非對稱齒廓漸開線斜齒圓柱齒輪的齒形設計及嚙合分析

李寧, 李威, 韓建友, 劉寧

2011, 33(7): 876-882. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.020

[摘要](145)

[PDF 515KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
為了提高齒輪的傳動性能和承載能力,提出一種新型的非對稱漸開線斜齒圓柱齒輪.設計了用于加工非對稱漸開線斜齒輪的齒條型刀具,分析了齒條型刀具與齒輪之間的參數關系.建立了非對稱斜齒輪端面、法面、軸面的齒廓方程以及沿齒輪軸向的螺旋曲面方程,研究了非對稱斜齒輪對的嚙合關系,并推導了進行內、外嚙合非對稱漸開線斜齒輪的共軛齒輪的坐標變換矩陣.以文中分析的斜齒輪參數關系為基礎,通過三維軟件建立了參數化的非對稱漸開線斜齒圓柱齒輪三維模型,驗證了本文所創建的數學模型和理論分析的正確性.

高溫下高鋼級套管柱設計中的強度折減系數

王建軍, 馮耀榮, 閆相禎, 林凱, 路彩虹

2011, 33(7): 883-887. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.004

[摘要](294)

[PDF 528KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
通過對高溫條件下高鋼級套管進行室內試驗,得到了Q125、V140和V150套管屈服和抗拉強度值,并引入強度折減系數,回歸出高溫條件下相應強度折減系數計算公式.為了滿足油田實際設計需要,給出了高鋼級套管在150℃和200℃下的統一強度折減系數推薦值,并被中國石油天然氣行業標準采納,推廣應用于高溫下套管柱設計.根據試驗結果及回歸公式,對中國西部某深井套管柱進行了設計校核和安全評價.計算結果表明:本文試驗結果和回歸公式具有很好的通用性,可以滿足現場工程需求;高鋼級套管屈服強度和抗拉強度隨溫度增加而顯著降低,且屈服強度降低幅度要大于抗拉強度,建議在高溫井套管柱設計過程中要考慮溫度對管材性能降低的影響.

“磁篩”作用富氧結構磁場優化

栗鳳超, 王立, 吳平, 張師平

2011, 33(7): 888-894. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.022

[摘要](186)

[PDF 433KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
對利用"磁篩"作用從空氣中富集氧氣的永磁體結構進行優化研究.在由兩塊方形永磁體疊放構成的磁場空間中,中心磁感應強度以及磁場空間對氧氣分子的攔截能力隨著磁體厚度的增加逐漸提高,但提高速率逐漸減緩,通過增加永磁體厚度增強磁場強度存在一定的飽和度.方形永磁體厚、長尺寸一定時,增加磁體寬度方向的尺寸使磁場空間內的磁感應強度逐漸降低,且在寬度方向上磁場均勻度降低,只有當永磁體厚寬比大于1時,磁場空間內磁場才能滿足"磁篩"結構磁場空間內磁場均勻度的要求.永磁體厚度、寬度一定時,磁體長度變化對磁場空間磁感應強度影響較小,可以通過適當增加磁體長度,延長"磁篩"結構對空氣的作用時間,增強"磁篩"結構的富氧效果.

各向異性磁阻傳感器靈敏度在線辨識技術

李希勝, 劉艷霞, 康瑞清

2011, 33(7): 895-898. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.019

[摘要](151)

[PDF 291KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
提出了一種基于靈敏度在線辨識技術的靈敏度變化補償方法,使用北京科技大學研制的各向異性磁阻傳感器BKMC-21進行了實驗研究.結果表明:未采用靈敏度變化補償技術的磁場測量輸出結果在磁力計通電后發生劇烈變化;磁力計輸出需30min才能趨于穩定,在此期間靈敏度變化超過20%.采用靈敏度變化補償技術的磁場測量輸出結果在磁力計通電后保持平穩,磁力計輸出在整個過程中靈敏度變化不超過2%.由以上實驗結果可以看出,本文所提出的基于各向異性磁阻傳感器靈敏度在線辨識技術的磁力計靈敏度補償方法能有效地解決磁力計靈敏度變化問題.

新型張弦網殼組合結構的設計與分析

沈銀瀾, 牟在根, 范重

2011, 33(7): 899-904. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.07.021

[摘要](125)

[PDF 552KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
在鄂爾多斯東勝體育中心綜合體育館展廳結構設計中,提出了在張弦桁架之間設置雙層網殼的新結構體系,在滿足復雜建筑造型的同時,有效增加了結構的剛度和穩定性.設計了接近實際工程的基本算例,從整體模型入手,全面分析了垂跨比、初始預應力和撐桿數量變化對結構靜力性能、動力性能以及用鋼量的影響.依據分析結果,對不規則造型的鄂爾多斯東勝體育中心綜合體育館展廳進行設計,其中索的預應力是設計中的難點和關鍵,本文給出了詳盡的調索方法和依據.