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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2006年第28卷第12期

欄目

礦業與環境
冶金與材料
設備與能源
控制與決策

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礦業與環境

超聲粒度檢測建模及其粒度分布反演計算

何桂春, 倪文

2006, 28(12): 1101-1105. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2006.12.023

[摘要](210)

[PDF 230KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
提出了在礦砂粒徑尺寸級配情況下,不同粒徑的篩下累積含量公式.在分析超聲衰減基本理論模型的基礎上,將不同粒徑的篩下累積含量集成到超聲波衰減模型中,推導出超聲波衰減與礦漿濃度、粒度之間的關系模型.將所推導的模型結合實驗和數據分析以確定超聲波衰減與粒度分布的關系,且采用遺傳算法反演計算獲得礦漿中粒的粒度分布.結果表明,反演的計算結果精度較高.

邊坡巖體力學參數反分析方法

張志增, 高永濤, 張曉平

2006, 28(12): 1106-1110. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2006.12.024

[摘要](164)

[PDF 477KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
為了提高數值計算結果的可靠度,基于正交設計、差分法和人工神經網絡建立了新的邊坡巖體力學參數反分析方法.按照正交設計要求,選定反演參數的水平,確定數值模擬方案;用FLAC^2D差分程序計算得出相應的神經網絡分析樣本;對RBF神經網絡進行訓練;利用現場監測位移,對某露天礦邊坡巖體的力學參數進行神經網絡反分析.反分析結果與理論值的誤差很小,滿足精度要求,表明該反分析方法的可行性和精確性.

冶金與材料

異養微生物異化還原大洋多金屬結核

馮雅麗, 李浩然

2006, 28(12): 1111-1114. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2006.12.025

[摘要](145)

[PDF 218KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
從太平洋海底沉積物中分離到的四株異養微生物，進行耐酸和耐金屬的馴化，在好氧和厭氧條件下進行異養微生物異化還原大洋多金屬結核的實驗，并分析了浸出機理．結果表明：厭氧浸出優于好氧浸出，pH控制在2．5～3，浸出時間為3d，浸出率可達98％．利用異養微生物還原浸出大洋多金屬礦浸出速率高，礦體無需通氣，投資低，易于操作，且環境友好，可在回收有價金屬的同時進行固體廢棄物和有機廢棄物綜合治理．

CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO-V₂O₅渣系中釩熔融還原動力學

楊勇, 宋波, 楊素波, 文永才, 何為

2006, 28(12): 1115-1120. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2006.12.026

[摘要](159)

[PDF 255KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
實驗室條件下,進行了碳飽和鐵水還原CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO-V₂O₅渣中V₂O₅反應的動力學研究.在考察了各種因素對還原反應速度和反應程度影響的基礎上,進一步探討了還原反應機理,計算了各種條件下的表觀速度常數.研究表明:高溫、合適堿度、大鐵渣比以及高初始V₂O₅含量,使得還原反應進行得較快,效果較好.反應達到平衡之前,還原反應為表觀一級反應.計算得到還原反應的表觀活化能為23.21kJ·mol^-1,表明反應的限制性環節為鐵液中V的擴散傳質.

熱處理工藝對熱擠壓變形粉末高溫合金FGH95組織與性能的影響

胡本芙, 尹法章, 賈成廠, 金開生, 李慧英

2006, 28(12): 1121-1125. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2006.12.027

[摘要](142)

[PDF 1059KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
對比研究了FGH95合金在不同熱加工工藝和熱處理制度下合金的組織及γ'的分布,用光學顯微鏡、掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)觀察了不同熱處理制度處理后合金的組織及時效后γ'的中心暗場相,測試了室溫(20℃)和高溫(650℃)材料的拉伸性能,并對高溫瞬時斷裂區斷口進行了對比分析.結果表明:相同熱處理工藝,HIP溫度越高,時效析出的γ'相尺寸越大;不同熱處理制度均能夠改變γ'的分布;鹽浴冷卻明顯增大中等尺寸γ'相數量,顯著提高合金高溫塑性.

可伐合金在模擬現場N₂/H₂O二元氣氛下的氧化行為

冷文波, 羅大為, 沈卓身

2006, 28(12): 1126-1130. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2006.12.028

[摘要](181)

[PDF 821KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用稱重法、X射線衍射(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)研究了可伐合金(Fe-29Ni-17Co)在模擬現場N₂/H₂O二元氣氛下的氧化行為.可伐合金在1000℃不同露點的N₂中氧化的增重曲線表明其氧化動力學遵循拋物線規律.XRD和SEM分析顯示了在上述條件下表面氧化物的組成和形貌.通過熱力學計算說明可伐合金在現場的N₂/H₂O二元氣氛下氧化時,外界空氣會滲入爐內增加氧分壓,導致表面氧化物中不可避免存在α-Fe₂O₃.在露點溫度較高和氧化時間較長時,生成α-Fe₂O₃的數量會超過Fe₃O₄.

可變形永磁合金Cu₈₀Ni₁₃Fe₇的研究

劉亞東, 張輝, 滕蛟, 王立錦, 于廣華, 朱逢吾

2006, 28(12): 1131-1134. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2006.12.029

[摘要](142)

[PDF 231KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
研制了一種新成分的Cu₈₀Ni₁₃Fe₇合金,其加工性能優于傳統Cu60Ni20Fe20合金,并成功軋制成0.2mm厚的薄帶.系統研究了回火溫度與回火時間對該合金磁性能的影響.研究結果表明,CuNiFe合金只有經過適當的回火處理才能得到較好的磁學性能.在635℃回火1h后,矯頑力H_c可達到54.2kA·m^-1,剩磁感應B_r為0.19T,矩形比S為0.79.磁性測量表明,在635℃回火1h后樣品平行于軋制方向和垂直于軋制方向的矯頑力H_c差別較大,而在其他回火條件下的差別都比較小.新研制的Cu₈₀Ni₁₃Fe₇合金可作為磁柵尺的備選材料.

鐵基自潤滑合金硫化鉬形成規律

崔鳳娥, 楊平, 邊建華

2006, 28(12): 1135-1138,1201. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2006.12.031

[摘要](144)

[PDF 971KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
利用中頻感應爐煉制四種不同鉬、硫含量的鋼,通過SEM觀察組織并結合XRD分析物相,研究合金中的硫化鉬形成規律.結果表明:Mo的質量分數為1.5%時,只能形成FeS,極少量的Mo以Fe₃Mo₂形式存在;Mo為6.5%時,Mo仍以Fe₃Mo₂的形式存在;Mo達到11%時,雖有少量的MoS₂形成,但多數Mo與Fe形成化合物Fe₃Mo₂;Mo達到19.5%時生成較多的MoS_x;Mo低于10%時很難形成鉬的硫化物;退火有利于MoS_x的形成,但未發現純的MoS₂生成.由此初步認為:MoS_x是FeMoS化合物分解析出的,是亞穩的;在合金中起細化晶粒作用的V,Nb和Ti有過強的硫親和力,不利于鉬的硫化物形成;脫氧的鋁也應少加.

摻雜聚合物電解質膜性能

劉伯文, 王新東

2006, 28(12): 1139-1142. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2006.12.032

[摘要](144)

[PDF 338KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
以型號為Kynar2801的PVDF-HFP (偏氟乙烯-六氟丙稀共聚物)為基質,制備了摻雜微米TiO₂粉體的聚合物鋰離子電池用多孔電解質隔膜,并采用SEM、XRD、交流阻抗法以及充放電測試等測試手段研究分析該電解質膜的物理及電化學性能.實驗結果表明:摻入質量分數6.5%的微米TiO₂聚合物電解質膜的室溫離子電導率為1.66×10^-3S·cm^-1,拉伸強度為2.78MPa;在以摻雜電解質膜為隔膜的鋰離子電池中,分別以28,70,140,280mA·g^-1的電流密度放電時,正極材料LiCoO₂的放電容量分別為140.6,127.48,120.25,99.17mAh·g^-1.

顱內壓變化引起的顱骨表面應變分析

岳獻芳, 王立, 周峰

2006, 28(12): 1143-1151. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2006.12.033

[摘要](157)

[PDF 1155KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
成年人頂部的正常顱內壓平均值約為3.62kPa,顱內壓波動2.5kPa左右時,顱內壓輕度異常;當波動值達到3.5kPa左右時,出現腦震蕩的癥狀;當波動值達到5kPa或更高時,人頭頸部達到危重度傷.本文在顱內壓正常波動值范圍內,通過有限元MSC-PATRAN/NASTRAN軟件分析了顱骨三層復合結構以及顱骨與硬腦膜組成的四層復合結構的表面應力和應變;同時,隨顱內壓變化進行了豬顱骨片,以及模擬人體顱腦真實受力的人顱骨和豬顱骨球冠應變實驗.分析結果表明:當顱內壓輕度異常時顱骨外表面產生的應變約為1.5×10^-6,腦部出現腦震蕩的癥狀時顱骨外表面產生的應變約為2.5×10^-6,頭頸部達到危重度傷時顱骨外表面產生的應變約為4×10^-6.因此,隨顱內壓的變化顱骨外表面的應變是可測的,且在儀器檢測范圍內;本文所提出的微創顱內壓應變電測法是可行的,即在顱骨外表面粘貼應變片,隨顱內壓的變化測顱骨應變,通過計算機進行數據處理獲得顱內壓變化量的方法.與臨床上測量顱內壓時鉆孔或穿刺等方法比較,應變電測顱內壓法對患者造成的損傷很小,屬于微創或無創范圍,具有安全易操作、減少感染、對患者創傷小、可長期測量等特點.

設備與能源

基于有限元和虛擬樣機技術的螺紋與球鉸連接揚礦管整體水平運動

馮福璋, 馮雅麗, 張文明

2006, 28(12): 1152-1156. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2006.12.034

[摘要](141)

[PDF 481KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
為了研究螺紋與球鉸連接兩種情況下的揚礦管系統的整體水平運動,建立了螺紋連接和球鉸連接揚礦管系統的幾何模型,分析了系統的受力和約束情況,并分別用有限元和虛擬樣機技術進行了4級海況時瞬時動態分析和動力學分析.結果表明:螺紋連接揚礦管系統的最大橫向偏移量較小,但是管體承受很大的彎矩;在球鉸連接的系統中偏移量為6m左右,管體不受彎矩,相當于柔性管,接頭應選用耐磨性較好的材料.

輥式矯直中H型鋼斷面畸變的仿真分析

高燕, 臧勇

2006, 28(12): 1157-1161. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2006.12.035

[摘要](209)

[PDF 466KB](16) [施引文獻] ()

摘要:
現有的H型鋼矯直理論在求解壓下量時未考慮斷面畸變現象,無法取得理想的矯直效果.本文應用有限元分析軟件ANSYS建立了H型鋼輥式矯直時一個矯直單元的有限元仿真模型,研究分析了典型規格H型鋼矯直時斷面畸變及其主要影響因素和影響規律.結果表明,H型鋼矯直時斷面畸變主要是腹板凹陷,其對矯直壓下量設定的影響不可忽略;而影響腹板凹陷量的主要因素包括矯直壓力、側向間隙和矯直輥圓角半徑等,三者的影響規律均為相應參數的二次函數形式.最后給出了典型規格H型鋼的矯直腹板凹陷量回歸公式.在實際矯直時,實際設定壓下量應為理論壓下量與腹板凹陷量之和,可取得理想的矯直效果.

連退線上帶鋼張應力橫向分布的有限元仿真

張清東, 常鐵柱, 戴江波, 王文廣

2006, 28(12): 1162-1166. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2006.12.036

[摘要](139)

[PDF 299KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
為了獲得帶鋼瓢曲發生的臨界張力條件模型,建立抑制其產生的有效工藝措施,運用有限元中幾何非線性屈曲計算方法,結合沖壓領域的彈塑性屈曲理論,定量研究了退火爐內的七項關鍵因素——導向輥輥形、來料板形、帶鋼寬度、橫向溫差、焊縫位置、輥面摩擦系數和總張力——對帶鋼張應力橫向分布的影響規律和作用機制.仿真發現導向輥輥形、帶鋼厚度等對張應力橫向分布影響最為顯著,揭示了瓢曲行為與橫向張應力分布的內在關系,為制定抑制“熱瓢曲”提供了有效的技術思路,并取得了良好的現場控制效果.

雙壓力角非對稱齒輪傳動接觸分析

肖望強, 李威, 韓建友, 段明南

2006, 28(12): 1167-1173. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2006.12.037

[摘要](188)

[PDF 762KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
推導出雙壓力角非對稱齒輪在單、雙齒嚙合上、下界點和節點的綜合曲率半徑和齒面接觸應力的計算公式,并用解析法對給定參數進行計算.用Autolisp語言開發了非對稱與對稱齒輪全齒模型的參數化設計程序,將生成的全齒模型導入ANSYS進行有限元分析.兩種方法均得出非對稱齒輪能有效提高輪齒齒面接觸強度的結論.揭示了由于時變嚙合剛度以及嚙合點曲率半徑的影響,齒面接觸應力在一個嚙合周期的變化規律,同時對兩種方法的結果進行比較.

基于蒙特卡羅法的軌跡再現轉向機構穩健性設計

張蕾, 張文明, 申焱華

2006, 28(12): 1174-1177. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2006.12.038

[摘要](131)

[PDF 452KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
對于轉向梯形機構,以轉向過程的運動精度為目標函數,以主銷中心距、軸距、轉向梯形底角和轉向梯形臂長度四個參數作為設計變量,以最小傳動角及最大角度誤差作為約束,建立了基于響應面方法的穩健設計數學模型.應用具有正態分布參數的蒙特卡羅穩健設計方法,對汽車轉向機構進行了優化設計.比較了確定性優化方法與蒙特卡羅方法的設計結果.在轉向角度誤差相差不大的情況下,應用蒙特卡羅方法設計的轉向機構最小傳動角大,系統的傳遞性能及運動性能好,并且當設計變量出現微小變化時,能有效保證轉向系統的運動軌跡.

基于盲數理論的機械穩健性優化設計

李海鵬, 石博強, 張文明

2006, 28(12): 1178-1181. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2006.12.039

[摘要](165)

[PDF 393KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
在機械穩健性優化設計中不確定變量常被假定為服從某種特定分布的隨機變量,在隨后的優化模型中丟掉了這些不確定變量的初始數據,這種對不確定變量的處理方式往往不能真切地反映不確定變量的本質,使得出的結論偏離事實.為了更加真切地反映這些不確定變量,使用盲數表達機械設計中的不確定變量,運用盲數運算規則表達各不確定變量之間的關系,把盲數理論和穩健設計相結合,建立基于盲數理論的穩健設計優化模型.使用該優化模型對一個氣動換向裝置進行了優化計算,優化結果好于傳統的穩健設計結果.基于盲數的方法是一種離散化的數值計算方法,算例充分展示了其靈活性,證明了該優化方法是合理的和實用的.

納米尺度孔隙內氣體導熱系數的分子動力學模擬

劉育松, 張欣欣, 于帆

2006, 28(12): 1182-1185. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2006.12.040

[摘要](167)

[PDF 182KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
應用Lennard-Jone作用勢,在300K和0.1MPa條件下,對邊長20nm的立方體孔隙內氮氣的導熱系數進行了平衡分子動力學模擬.結果得出分子分速度和速率的分布與統計力學得到的Maxwell速度和速率分布曲線基本一致,并且分子的平均自由程受到孔隙壁的嚴格限制.通過Green-Kubo關系式計算得出了孔隙內氮氣的導熱系數,并與文獻中的結果進行了比較,模擬結果接近于實驗值,僅為同樣條件下自由空間氮氣的導熱系數的1/3左右.

控制與決策

基于復合結構分類器的人耳識別

張海軍, 穆志純

2006, 28(12): 1186-1190. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2006.12.041

[摘要](165)

[PDF 506KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
在基于獨立分量分析的人耳識別方法研究基礎上,提出復合結構分類器的人耳識別通用模型.該模型首先根據人耳的幾何特征對人耳進行粗分類;然后應用獨立分量分析的方法提取代數特征,支持向量機進行細分類,最后給出分類結果.這與人類由粗到細的識別過程是相符合的,能夠克服單一獨立分量分析識別方法的特征提取時間過長、特征數過多的缺點,同時避免了歸一化過程中丟失比例結構特征的問題.實驗結果表明,該模型取得了較高的識別率,尤其適用于規模大的復雜人耳庫.

基于語義單元表示樹剪枝的關鍵字過濾方法

高慶獅, 李莉, 劉宏嵐

2006, 28(12): 1191-1195. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2006.12.042

[摘要](119)

[PDF 397KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
傳統的關鍵字過濾技術滿足了人們一定的需要,但是其靈活性差,效果有限,難以識別和過濾變形過的關鍵字.本文將語義單元應用在網絡監測中,提出了一種新的關鍵字過濾方法.這種方法可以有效地識別和過濾網絡中經過變形的關鍵字,其時間復雜度為O(L)而非O(LN),其中L是文本的長度,N是關鍵字集的規模,即無論關鍵字集有多么大的規模,算法消耗的時間是固定不變的,這對網絡監測和信息過濾有著較強的實用性.

基于模糊Petri網和本體的網格服務發現

翟正利, 楊揚

2006, 28(12): 1196-1201. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2006.12.043

[摘要](171)

[PDF 437KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
給出了一個多Agent松散耦合的網格服務發現框架.在該框架中把Agent分為三類:服務Agent、需求Agent和服務發現Agent.提出以模糊Petri網作為服務描述語言的規范,用以發布或請求服務,用可能性變遷表示一個服務或一個需求,輸入庫所代表在提供(或請求)服務前需要成立的前提條件,輸出庫所表示提供(或獲得)服務后成立的條件,用可能性與必然性來量化一個服務Agent能對一個請求提供相關服務的信心程度.最后基于本體論給出了一個支持部分匹配的服務匹配算法,并用一個車輛維修服務系統的例子進行了說明.

可重組多功能大數運算器的小規模硬件實現

李蓬勃, 張曉彤, 王沁

2006, 28(12): 1202-1206. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2006.12.044

[摘要](153)

[PDF 365KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
提出了一種面積優先的多功能、可重組的大數值運算器設計方法.基于簡單的加法操作,采用掃描鏈控制、迭代調用等方法對設計進行優化,實現了14種基本的大數運算功能.每種功能支持的規格從8位至2048位,給安全芯片用戶提供了極大的靈活性,顯著減小了代碼的開發周期和成本.由于多種功能盡量復用相同的邏輯資源,本設計在滿足體系運算速度的前提下,規模只有13887門,完全滿足安全芯片面積優先的設計約束.