工程科學學報

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期刊信息

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

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2013年第35卷第6期

欄目

資源與開發
冶金與材料
設備與能源
控制與決策
土木與建筑

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資源與開發

微地震震源地震波能量的計算方法

王進強, 胡乃聯, 姜福興, 呂文生, 曲效成

2013, 35(6): 703-708. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.06.001

[摘要](420)

[PDF 775KB](31) [施引文獻] ()

摘要:
由工程爆破中普遍采用的質點峰值振動速度與炸藥量和震源距關系的經驗公式推導出質點峰值振動速度與震源能量和震源距關系的經驗公式,并作為微震地震波能量衰減公式.在公式中引入地震波能量特征系數K₁描述震源能量與震源峰值振動速度之間的比例關系,并認為K₁主要與震源場地介質特征有關,而與爆破參數無關.通過校驗炮數據的回歸分析獲取監測區域能量特征系數K₁.采用能量衰減模型,以微震事件各測點的峰值振動速度、震源距及K₁為已知量,以震源能量及衰減系數為回歸參數進行回歸計算,直接反演出震源能量.本文方法為震源能量計算提供了新的思路和方法.

表面活性劑強化銅礦石浸出

吳愛祥, 艾純明, 王貽明, 李希雯

2013, 35(6): 709-713. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.06.005

[摘要](244)

[PDF 576KB](16) [施引文獻] ()

摘要:

為了解決銅礦石浸出速度慢、浸出率低的問題,在浸出液中加入表面活性劑進行搖瓶試驗.通過測量浸出前后溶液表面張力以及銅浸出率,考察了三種不同類型的表面活性劑對銅礦石浸出的影響.研究發現溶液表面張力對礦石浸出影響較大,陰離子表面活性劑的強化浸出作用最為明顯,銅浸出率達62.5%.在柱浸試驗中,添加陰離子表面活性劑使銅浸出率提高了近10%.利用物理化學和滲流力學對表面活性劑強化浸出機理的分析表明,溶液表面張力和表面活性劑在礦石表面的吸附對礦石表面潤濕作用影響較大,表面活性劑在浸出液的持久性也是影響浸出的因素之一.

冶金與材料

高爐原燃料分級布料過程及時序

趙宏博, 滕召杰, 程樹森, 唐文權

2013, 35(6): 714-719. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.06.014

[摘要](130)

[PDF 816KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
針對目前高爐原燃料質量惡化導致料柱壓差升高的現狀,尋求通過布料改善料柱透氣性的方法.研究表明:不同粒徑顆粒的混合會減小散料層的空隙度,降低透氣性;減少顆粒混合,可以提高空隙度.為了改善散料層的透氣性,研究了原燃料按顆粒大小分級布料的方式、不同粒級爐料的裝料順序及周期,同時分析了串罐、兩并罐及三并罐無鐘爐頂的布料特點.研究結果對降低高爐料柱壓差及保障高爐穩定順行有重要作用.

轉爐冶煉CaO-SiO₂-FeO渣系中磷的行為

林路, 包燕平, 王敏, 周寒梅, 張立強

2013, 35(6): 720-724. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.06.015

[摘要](153)

[PDF 1165KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
回歸推導出渣系中磷酸鹽容量對數與爐渣光學堿度和溫度的關系表達式,通過回歸公式繪制出CaO-SiO₂-FeO(10%MgO)渣系的等磷酸鹽容量圖,分析了轉爐終渣、終點成分及溫度對鋼中磷含量的影響情況.當熔渣磷酸鹽容量一定時,隨著轉爐終點碳含量降低,渣/鋼間磷分配比增加;相同終點碳含量時,隨著熔渣磷酸鹽容量增加,渣/鋼間磷分配比增加;轉爐終點碳質量分數控制在0.03%~0.04%,爐渣堿度大于3.5,渣中FeO質量分數低于18%,渣中P₂O₅質量分數低于2%,有利于獲得終點磷質量分數在0.008%以內的鋼水.

鈦合金化過程對鋼液潔凈度的影響

王敏, 包燕平, 楊荃

2013, 35(6): 725-732. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.06.016

[摘要](174)

[PDF 1736KB](14) [施引文獻] ()

摘要:
重點考察了Ti合金化過程中影響Ti收得率的主要因素,并對比分析了Ti合金化前后夾雜物的物相變化及夾雜物的去除效果.控制氧活度a_[O]<350×10_-6,Al、Ti合金加入時間間隔大于3 min,可以保證Ti收得率>85%;當a_[O]>350×10^-6時,需控制Al、Ti合金加入時間間隔為5 min以上.相同a_[O]和[Al]_s情況下,延長Al、Ti加入時間間隔可以有效提高Ti收得率.RH處理過程中,鋼包內當量直徑>200μm的Al₂O₃夾雜物在5 min內基本可以上浮去除,但相同尺寸的A-Ti-O復合夾雜的去除時間要比Al₂O₃長1~2 min.Ti合金加入后,Al₂O₃夾雜物周圍會形成Al-Ti-O的復合夾雜,這些夾雜物的形成降低Ti的收得率.

基于均勻形核的金屬液滴凝固過程

陳明文, 王軼男, 張鴻, 王自東

2013, 35(6): 733-739. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.06.006

[摘要](507)

[PDF 723KB](19) [施引文獻] ()

摘要:
研究了均勻形核的金屬液滴凝固過程,應用漸近分析法求得金屬液滴內晶核生長數學模型的漸近解,分析了表面張力、界面動力學參數、初始晶核尺寸和過冷度對晶核界面生長速度、晶核半徑以及液滴凝固時間的影響.在一定的過冷條件下,表面張力和界面動力學參數顯著減緩了晶核界面生長速度.在凝固開始的很短時間內晶核界面生長速度迅速上升,當速度上升到最大值后,隨著晶核半徑的增大,界面生長速度逐漸減慢,表面張力和界面動力學參數對晶核生長速度的作用也逐漸減小.過冷度越大,液滴凝固時間越短.經過在開始的瞬變凝固階段之后,溫度場從設定的初始分布迅速地調整為由過冷度、表面張力、界面動力學參數等所確定的特定溫度分布.

退火后冷卻方式對冷軋中錳鋼微觀組織和力學性能的影響

曹佳麗, 趙愛民, 陳銀莉, 程俊業, 蒯振

2013, 35(6): 740-745. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.06.007

[摘要](271)

[PDF 2805KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
采用拉伸試驗、掃描電鏡、電子背散射衍射、透射電鏡、X射線衍射等手段,研究了冷軋中錳鋼(0.2C-5Mn)退火后不同冷卻方式下的微觀組織特點和拉伸性能.實驗鋼冷軋退火后為鐵素體加逆轉變奧氏體的雙相組織.退火后空冷可以獲得穩定性較高的逆轉變奧氏體,且其體積分數也明顯高于退火后爐冷.退火后空冷實驗鋼中的逆轉變奧氏體在變形過程中產生持續的TRIP效應,提高強度的同時獲得了較高的塑性,強塑積可達到26.5 GPa·%。

AF1410鋼電子束焊接件在模擬海洋環境中的腐蝕行為

郝雪龍, 張東暉, 劉建華, 李松梅, 于美

2013, 35(6): 746-752. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.06.008

[摘要](251)

[PDF 1285KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
采用中性鹽霧試驗模擬海洋環境,研究了AF1410鋼電子束焊接接頭不同位置、不同暴露時間的腐蝕電化學阻抗譜特征,并結合電子束焊接接頭組織結構分析評價了焊縫熔合區及母材的耐腐蝕性能及電化學行為.開路電位及阻抗譜研究表明,焊縫熔合區的粗大回火馬氏體和析出碳化物易構成腐蝕電池,比基材腐蝕反應阻力小,易引起電化學腐蝕.建立了不同腐蝕階段的阻抗譜等效電路,并對其進行了擬合.

霉菌對超高強鋼腐蝕行為的影響

李慧艷, 董超芳, 鄒士文, 肖葵, 李曉剛, 鐘平

2013, 35(6): 753-762. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.06.009

[摘要](254)

[PDF 2279KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用掃描Kelvin探針測試技術,研究了300M鋼、Aermet100鋼與超高強不銹鋼在黃曲霉、黑曲霉、球毛殼霉、繩狀青霉和雜色曲霉組成的混合霉菌菌種作用下的腐蝕行為.通過掃描電鏡結合能譜分析對霉菌在三種超高強鋼上的生長進行了觀察和分析.300M鋼試樣上霉菌呈現分散式堆積生長,數量逐漸增加;Aermet100鋼試樣上霉菌呈現分散式單個生長方式,數量逐漸增加;超高強不銹鋼上霉菌呈現放射式網狀生長方式,數量急劇增加,在鋼表面形成一層生物膜.霉菌實驗后,三種超高強鋼表面都發生一定的腐蝕.300M鋼腐蝕最嚴重,蝕坑寬而淺;Aermet100鋼次之,蝕坑窄而深;超高強不銹鋼的耐蝕性最好.掃描Kelvin探針測試結果表明,霉菌一定程度上能促進300M鋼和Aermet100鋼的腐蝕,而對超高強度不銹鋼的腐蝕行為有一定抑制作用.

亞固溶溫度熱處理對GH720Li難變形高溫合金γ′相的影響

于秋穎, 張麥倉, 董建新

2013, 35(6): 763-769. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.06.010

[摘要](183)

[PDF 1407KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
對難變形鎳基高溫合金GH720Li進行了亞固溶處理、亞固溶+單時效(650℃,24 h→空冷)或雙時效處理(650℃,24 h→空冷+760℃,16 h→空冷)以及870℃時效3000 h條件下γ′相演變規律的研究.發現一次γ′相受亞固溶處理影響較大,發生部分回溶的程度隨固溶溫度升高而增大,時效處理使一次γ′相向球形或近球形轉變;二次和三次γ′相在亞固溶保溫過程中完全回溶,在時效處理時補充析出明顯且析出數量和區域隨固溶溫度升高而增大;870℃長期時效時,合金組織逐漸均勻,二次和三次γ′相完全回溶,晶界一次γ′相時效500 h后有所粗化,合金硬度先降低而后保持不變.

鎳基粉末高溫合金枝晶間亞穩碳化物

馬文斌, 劉國權, 胡本芙, 吳凱, 張義文

2013, 35(6): 770-776. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.06.011

[摘要](168)

[PDF 1149KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
對急冷凝固鎳基高溫合金松散粉末熱等靜壓成型合金中亞穩碳化物及其相間反應進行了研究.隨著熱處理溫度的升高,粉末中合金元素的分布逐漸均勻化,但枝晶間MC能在較高的溫度下保持穩定,使Ti和Zr在該處仍有較高含量.原始粉末中枝晶間主要分布著塊狀和花狀的MC型碳化物,在預熱處理過程中粉末枝晶間塊狀碳化物分解,發生M₂₃C₆和M₆C的析出反應,而花狀碳化物的成分及形貌則保持相對穩定.成型合金殘余枝晶間分布的碳化物主要由塊狀M₆C和MC及花狀MC組成,形變再結晶可以促進枝晶間碳化物的溶解.

(Nd,Pr,Ce)-Fe-B磁體的組織與磁學性能

吳樹杰, 包小倩, 向丹麗, 朱潔, 高學緒

2013, 35(6): 777-784. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.06.020

[摘要](152)

[PDF 1984KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
為開發低成本燒結釹鐵硼磁體,用30% Ce替代(Nd_0.75Pr_0.25)_32.69Fe_66.25B_1.06磁體中的Nd和Pr,研究了磁體在燒結及回火過程中的組織結構和磁學性能變化.結果表明,取向壓坯在1030~1080℃燒結2 h后,隨燒結溫度升高,磁學性能下降,燒結溫度為1030℃時綜合磁學性能均最好.燒結態Ce替代磁體的綜合磁學性能優于未替代磁體.一級回火后,相組成和晶粒尺寸基本不變,邊界結構也未發生明顯變化,磁體性能基本不變,或有少量下降.二級回火后,晶界明顯改善,獲得較清晰且平直的晶界,磁體矯頑力均得到大幅提高.Ce替代磁體的剩磁、矯頑力和磁能積均稍低于未替代磁體.

硅粉常壓直接氮化過程的非催化氣固反應模型

楊福明, 王立, 尹少武, 李延輝

2013, 35(6): 785-792. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.06.002

[摘要](261)

[PDF 1556KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
以平均粒徑2.2μm、純度99.99%的硅粉為原料,采用純度99.993%的高純氮氣作為反應氣體,在1350和1400℃下進行了氮化時間為10~30 min的氮化實驗,得出了不同溫度下硅粉轉化率隨反應時間的變化關系.將硅氮反應看成非催化氣固反應,建立了硅顆粒氮化動力學模型.通過對實驗數據的擬合,得出兩個模型參數:硅氮反應速率常數和氮氣在產物層中的擴散系數.假定反應速率常數和擴散系數均滿足阿倫尼烏斯公式,求得化學反應激活能和指前因子分別為2.71×10⁴J·mol^-1和3.07×10^-5m·s^-1,擴散激活能和指前因子分別為1.06×10⁵J·mol^-1和1.12×10^-9m²·s^-1.利用本文得出的氮化動力學模型對各溫度下不同粒徑硅粉的轉化曲線進行了預測,預測曲線與文獻中的實驗數據在趨勢上吻合較好.

泡沫鋁及其三明治結構累積疊軋制備

王耀奇, 任學平, 侯紅亮

2013, 35(6): 793-798. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.06.012

[摘要](140)

[PDF 1210KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
通過累積疊軋法制備泡沫鋁.采用稱重法研究泡沫鋁孔隙結構,利用光學顯微鏡觀察泡沫鋁孔隙形貌.發現以TiH₂為發泡介質,當發泡溫度660~680℃和發泡時間6~10 min時,利用累積疊軋法制備泡沫鋁的孔隙結構特性最好.發泡溫度和發泡時間的最佳值與發泡劑用量有關,TiH₂質量分數為1.5%,在670℃發泡8 min,泡沫鋁的孔隙率可達到42%,孔徑為0.43 mm.以制備的泡沫鋁為夾芯,通過軋制復合制備了TC4鈦合金/泡沫鋁芯和1Cr18Ni9Ti不銹鋼/泡沫鋁芯三明治板.利用光學顯微鏡和能譜儀研究了三明治板的界面.面板與芯板間的化合反應形成了界面的反應層,界面實現了冶金結合.

鐵尾礦加氣混凝土在蒸壓養護條件下反應機理

李德忠, 倪文, 鄭永超, 錢嘉偉, 李倩

2013, 35(6): 799-805. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.06.003

[摘要](255)

[PDF 4049KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
通過X射線衍射、掃描電鏡、紅外光譜、差熱掃描熱重分析等測試方法,研究了鐵尾礦加氣混凝土在蒸壓養護條件下的反應機理.未蒸壓坯體中主要水化產物為鈣礬石、結晶度低的水化硅酸(CSH)凝膠和Ca(OH)2,鐵尾礦中部分礦物X射線衍射峰降低.經蒸壓養護后,鈣礬石的X射線衍射峰消失,托貝莫來石的X射線衍射峰增強,表明在高溫高壓和熱堿激發下,鐵尾礦中的礦物成分發生分解,活性組分SiO₂和Al₂O₃結合Ca(OH)₂發生反應,生成托貝莫來石。

設備與能源

基于宏觀塑性變形的熱軋板帶力能模型

陶桂林, 羅輝, 吳忠良, 胡超

2013, 35(6): 806-812. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.06.013

[摘要](133)

[PDF 804KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
從宏觀塑性變形的角度,通過對軋制過程中動量變化的分析,提出了板帶軋制的力能分析的微分形式和積分形式,建立了軋制力和軋制力矩的理論公式.該公式摒棄了傳統公式中采用過多的經驗系數,清晰地揭示了軋制力、軋制力矩、金屬屈服強度、摩擦因數等各變量之間的相互關系,使得咬入角、中性角等有關變量的物理意義進一步明確.最后通過對一次實際軋制過程的仿真計算初步驗證了本文公式的正確性.

基于動載荷譜的齒輪彎曲疲勞壽命預測

俞必強, 李威, 薛建華, 蔣磊

2013, 35(6): 813-817. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.06.018

[摘要](224)

[PDF 684KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
為了探討齒輪彎曲疲勞壽命計算問題,將齒輪疲勞總壽命分為兩個階段,即疲勞裂紋萌生壽命和裂紋擴展壽命.通過ADAMS軟件仿真實驗齒輪的工作情況,使其接近真實狀況,得到齒輪載荷譜.根據齒輪載荷譜,利用有限元ANSYS軟件分析在齒輪齒根危險截面處的最大應力.采用斷裂力學、雨流法和Miner疲勞損傷累積模型,對考慮動載荷情況下的齒輪彎曲疲勞壽命進行預測,推導了齒根裂紋萌生期和擴展期的疲勞壽命計算公式.在高頻疲勞試驗機上對算例齒輪進行了雙齒脈動加載齒根彎曲疲勞壽命實驗研究,理論計算結果與實驗結果基本吻合,驗證了本文理論分析的正確性.

熱重分析法研究不同添加劑對煤粉的催化燃燒

張輝, 劉應書, 房連增, 湛燕

2013, 35(6): 818-825. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.06.004

[摘要](272)

[PDF 1235KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用熱重分析法和統計分析方法研究了原煤及加入不同添加劑后煤粉的燃燒效果.加入質量分數為2%的MnO₂、CaO和CeO₂可將原煤的活化能由98.07分別降至73.73、78.50和76.45 kJ·mol^-1,原煤的燃燒放熱峰溫度也隨之降低,由534.2分別降至482.7、489.4和484.9℃,但對氧化放熱峰溫度影響不明顯,兩者作用結果可將原煤氧化峰與燃燒峰對應溫度差減小約30℃.添加劑對煤粉燃燒活化能和燃燒峰溫度的影響規律符合玻爾茲曼方程擬合的函數關系,燃燒放熱峰對應溫度降低,活化能也減小,可通過煤樣差熱分析曲線中燃燒峰對應溫度值粗略估計煤樣的活化能.

控制與決策

基于混沌粒子群——專用遺傳算法切換策略的移動機器人路徑規劃

張超, 李擎, 董冀媛, 韓彩衛, 劉啟晗

2013, 35(6): 826-830. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.06.017

[摘要](201)

[PDF 522KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
為了發揮粒子群算法和專用遺傳算法的各自優點,提出了一種將二者結合的切換優化策略.該策略前期采用一種基于種群最優個體混沌化的混沌粒子群算法,后期選用專用遺傳算法.通過大量仿真實驗確定了在迭代代數、種群標準差和最優個體適應度差三種切換指標下各自的最優切換條件.與單一專用遺傳算法和單一混沌粒子群算法的仿真對比表明:本文提出的切換優化策略在綜合路徑長度、平滑性和規劃時間三個性能指標后具有一定的優越性.

土木與建筑

鋼筋歸并對鋼筋混凝土框架結構超強特性的影響

王樹和, 張舉兵, 王靈智, 趙赤云

2013, 35(6): 831-835. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.06.019

[摘要](160)

[PDF 601KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
按照現行中國抗震設計規范設計了多種層數的鋼筋混凝土框架結構,設計中考慮了鋼筋的各種歸并方案.采用靜力彈塑性方法計算了結構的超強系數,分析了結構層數和鋼筋歸并系數與結構超強性能的關系.超強系數隨結構層數的增加而減小,隨著鋼筋歸并系數的增大而增大,在低層結構中歸并程度對超強的影響較高層結構更為明顯.目前我國抗震規范中地震作用的取值,應該考慮超強在各種因素下的變化而進行相應的修訂.