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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2007年第29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

基于灰色模糊理論的巷道錨網支護設計與優化

周躍峰, 王金安, 胡建軍

2007, 29(12): 1177-1181. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.031

[摘要](137)

[PDF 616KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
為解決采空區下薄頂煤巷道支護設計中所面臨的各種力學問題,通過七因素三水平的正交實驗方案,進行了27次數值模擬實驗.按照三個評價標準,分別分析了各關鍵因素對巷道穩定性的影響,并篩選出相應的最優方案.利用灰色模糊理論對巷道支護方案進行了綜合評價及整體優化設計.研究中考慮了支護費用及施工時間等成本性指標,分析了巷道支護后圍巖的應力變化、位移特征和破壞機理,制定了可行的施工方案.所采用的支護技術在窯街煤電公司天祝礦正式投入使用后,取得良好的經濟效益.

基于剩余推力法和優化原理的邊坡三維穩定分析

譚亮, 孫世國, 冉啟發, 劉玉福

2007, 29(12): 1182-1185. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.040

[摘要](152)

[PDF 664KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
為了探究一種盡可能符合實際破壞模式的邊坡三維穩定分析方法,提出了一種新的分析變形的方法.利用剩余推力法和優化原理建立邊坡臨界滑動場,實現危險滑動面搜尋和邊坡穩定性評價;通過反分析方法,實現在給定安全系數條件下邊坡坡角優化設計.編制了相應的計算分析軟件,結合實際礦山工程進行具體計算,其結果符合工程實際,并對工程提出了優化設計方案.

結構振動分級控制法

楊潤林, 閆維明, 周錫元

2007, 29(12): 1186-1190. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.041

[摘要](164)

[PDF 472KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
為有效處理結構參數和激勵荷載不確定等因素的影響,基于相平面分析,提出了一種分級控制法.將相平面劃分成若干局部網格區域,使與被控質點運動狀態對應的任一軌跡點映射到某一局部網格區域.根據對應的網格區域可判定質點的運動趨勢,然后設計出相應的控制力.通過算例研究了一個底層設有主動拉索系統(ATS)的三層剪切型結構的地震反應控制問題,驗證了建議控制律的有效性.數值結果顯示,與無控狀況相比,建議算法可以顯著減少結構的地震反應,同時其控制性能也要略優于線性二次型定常狀態調節器(LQR)控制.

小波分析在鋼筋混凝土梁損傷識別中的應用

薛剛, 蔡美峰

2007, 29(12): 1191-1194. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.039

[摘要](122)

[PDF 680KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
為識別鋼筋混凝土簡支梁的損傷狀況,對簡支梁進行了逐級加載實驗,每級加荷后卸荷,觀測梁的裂縫,并測定梁的動力反應.將鋼筋混凝土簡支梁作為無限自由度體系,并對該體系的動力方程進行小波變換,得到多尺度下的結構動力響應表達式.信號經多尺度分解后,包含了信號中更多的結構損傷信息.基于此,用DASP信號處理系統對鋼筋混凝土簡支梁各損傷階段的動態信號進行二進制小波分解,通過分析各頻段的波形,確定了梁的損傷.

堿激發對粉煤灰活性的影響

楊曉光, 倪文, 張箏, 徐麗, 王亞利, 楊海龍

2007, 29(12): 1195-1199. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.032

[摘要](156)

[PDF 670KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
研究了粉煤灰的物理化學特性,設計了四種方案對粉煤灰進行改性,旨在擴大粉煤灰的應用.通過對比改性前后Na₂SiO₃-粉煤灰試塊的強度,使粉煤灰在改性前后的反應速度通過試塊的強度得以體現.掃描電鏡照片顯示,在機械粉磨結合化學激發處理后,堅硬的外殼大部分被破壞.²⁷Al的核磁共振圖譜顯示寬峰變窄.²⁹Si的核磁共振譜表明,Q⁰消失,Q²增多,Q⁴減少.說明加入強堿并同時機械粉磨可有效破壞粉煤灰的玻璃微珠外殼及硅鋁網絡結構,可增強粉煤灰的潛在活性.

冶金與材料

Fe-28Mn-3Si-3Al TWIP鋼變形的微觀組織特征

米振莉, 唐荻, 江海濤, 代永娟, 王海全, 李慎升

2007, 29(12): 1200-1203. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.037

[摘要](136)

[PDF 757KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用掃描電鏡、透射電鏡和電子背散射衍射技術對TWIP鋼拉伸變形后的組織進行了觀察和分析.研究結果表明,熱處理后的TWIP鋼中存在60%的退火孿晶,變形后孿晶量減少為32%.在拉伸過程中,具有退火孿晶的晶粒內部首先發生變形,產生的變形孿晶遺傳了退火孿晶的取向.變形過程中孿晶和位錯相互作用、孿晶和孿晶相互作用以及孿晶取向改變引發滑移的綜合結果使TWIP鋼同時獲得高塑性和高強度,因此變形過程中孿生變形是TWIP鋼的主要變形機制.

T122耐熱鋼熱變形加工圖及熱成形性

曹金榮, 劉正東, 程世長, 楊鋼, 謝建新

2007, 29(12): 1204-1208. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.036

[摘要](135)

[PDF 609KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
在Gleeble 3500熱模擬試驗機上進行熱壓縮實驗、采用動態材料模型理論、雙曲線本構方程及Liapunov穩定性判據,建立了T122耐熱鋼熱變形加工圖.利用所建立的加工圖,分析了不同溫度和應變速率下T122鋼的熱成形性及其與顯微組織的關系、結果表明:T122鋼在1085℃以上、應變速率小于0.37s^-1壓縮變形時,功率耗散效率達到峰值0.2,此時發生了完全動態再結晶;對于工業熱加工,建議在變形溫度為1085~1150℃和應變速率大于0.13s^-1的范圍內選擇加工參數.

稀土La對5CrNiMo模具鋼力學性能的影響

郭洪飛, 郝新, 何智慧

2007, 29(12): 1209-1211. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.035

[摘要](170)

[PDF 326KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
研究了加入稀土La后5CrNiMo鋼的強度、硬度、沖擊韌性變化;并在相同熱處理工藝條件下,與不添加稀土La的5CrNiMo鋼進行對比.結果表明:稀土La加入量在適當的范圍內可顯著提高鋼的強度、硬度和沖擊韌性;當稀土La質量分數為0.033%時,5CrNiMo鋼可獲得最好的綜合力學性能.

X70管線鋼熱變形奧氏體的靜態再結晶行為

陳慶軍, 康永林, 孫浩, 于浩

2007, 29(12): 1212-1215. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.026

[摘要](159)

[PDF 568KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
通過雙道次壓縮實驗,在Gleeble1500熱模擬試驗機上研究了X70管線鋼在不同變形工藝下奧氏體的軟化行為,分析了不同變形溫度、間隔時間、應變速率、變形量及初始奧氏體晶粒尺寸等參數對靜態再結晶行為的影響規律,采用應力補償法計算了不同變形條件下的靜態再結晶百分率.根據實驗數據,計算出X70管線鋼靜態再結晶激活能為435.3kJ·mol^-1,建立了其靜態再結晶動力學模型.

碳鋼高溫高壓CO₂腐蝕產物膜的形成機制

張國安, 路民旭, 吳蔭順

2007, 29(12): 1216-1221. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.027

[摘要](136)

[PDF 1513KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
利用高溫高壓反應釜模擬了N80鋼在CO₂分壓1MPa、溫度90℃、流速1m·s^-1條件下地層水中不同時間的腐蝕行為,并應用SEM、EDS和XRD等微觀分析手段研究了腐蝕產物膜的微觀形貌、成分和結構特征,探討了腐蝕產物膜的形成機制.結果表明:在腐蝕開始階段(8h),腐蝕產物主要為Fe₃C,并有少量的FeCO₃形成.隨著腐蝕的進行(72h后),腐蝕產物膜基本上為FeCO₃.腐蝕產物膜由內外兩層構成:內層膜是溶液中HCO₃^-不斷透過膜進入膜/基界面與基體反應形成,并使膜/基界面不斷向內推進;外層膜是由于溶液中Fe²⁺和CO₃^2-的濃度超過FeCO₃的容度積,FeCO₃晶體在內層膜表面形核并長大而形成.外層膜的晶粒比較細小、致密.內層膜與外層膜的界面結合比較弱,而內層膜與基體的結合比較強.

冷速對IN718凝固過程中偏析和Rayleigh數的影響

王玲, 董建新, 李傳起

2007, 29(12): 1222-1227. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.024

[摘要](162)

[PDF 726KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
利用SEM和EDS研究了在冷速分別為1,3和6K·min^-1時高溫合金IN718的凝固組織、液體中Nb和Mo含量變化,并計算了液體密度差和相對Rayleigh數與溫度的關系.結果表明:由于偏析,液體中Nb、Mo含量和液體密度差隨著溫度的降低而增加;冷速越低,Nb、Mo偏析越嚴重,同溫度下液體密度差越大.相對Rayleigh數的計算表明,不同冷速下相對Rayleigh數都在1330℃存在最大值,隨著冷速降低,其值急劇增加,黑斑形成趨勢增大,大鑄錠中冷速低于1K·min^-1時會形成黑斑.

擴散焊接多層材料淬火過程的有限元分析

董雷, 韓慶禮, 劉國權

2007, 29(12): 1228-1233. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.025

[摘要](139)

[PDF 875KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
采用有限元方法模擬了TC4/V/Cu/Ni/GCr15焊后多層材料淬火過程中的溫度及應力場,模擬中考慮了軸承鋼中馬氏體相變的影響.模擬結果表明:淬火過程中,中間層是應力最為集中的區域,鋼中發生的馬氏體相變起到了降低應力的作用;中間Cu層是剪切應力最為集中的區域;最大剪切應力出現在馬氏體相變前銅層外表面處,是引起工件失效的主要原因;軸承鋼層厚度的減小可以明顯降低工件中最大剪切應力,但不能從根本上消除引起工件失效的危險因素.

普碳鋼蜂窩夾芯板的面外壓縮性能

井玉安, 韓靜濤, 果世駒, 宋波

2007, 29(12): 1234-1240. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.028

[摘要](191)

[PDF 717KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
利用MTS810材料試驗機對真空釬焊普碳鋼蜂窩夾芯板的面外壓縮性能進行了實驗測試.分析了面外壓縮變形特性以及結構參數對蜂窩夾芯板面外壓縮強度的影響.研究發現,普碳鋼蜂窩夾芯板的面外壓縮變形可分為彈性變形、塑性變形和壓實三個階段.蜂窩胞壁厚度與胞壁邊長的比值t/a是影響塑性變形初期變形方式的主要因素.比值t/a>0.0427時,塑性變形初期以屈服方式進行;t/a<0.0427時,塑性變形初期以屈曲方式進行.在結構參數對性能的影響中,胞壁厚度對蜂窩夾芯板的初始壓縮強度和峰值抗壓強度影響最大,胞壁邊長的影響次之,而面板及夾芯厚度的影響較小.

含氧復合型Pt/C催化劑的制備、表征及其對甲醇電氧化催化性能的研究

張紅飛, 王博, 王新東

2007, 29(12): 1241-1245,1253. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.029

[摘要](146)

[PDF 721KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
利用亞錫酸對氯鉑酸的弱的多步驟還原制備新型Pt/C催化劑.用XRD、HRTEM、EDS、DSC以及氫吸附電化學對所制備的催化劑進行了表征,并用循環伏安和恒電位極化對其進行了甲醇電氧化催化活性測定.實驗結果表明,應用亞錫酸法合成的Pt/C催化劑具有很高的甲醇電氧化催化活性,在0.5V(SCE)電位下,其質量活性約為亞硫酸路線合成的Pt/C催化劑的2倍.亞錫酸法可在納米尺度范圍內生成金屬Pt和Pt氧化物共存的復合型碳載催化劑,這種含氧復合型催化劑可以促進Pt在甲醇電氧化過程中雙功能作用的有效協調.

超聲波處理高溫鋼液的工具頭材質研究

李杰, 陳偉慶, 何北星, 劉青

2007, 29(12): 1246-1249. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.030

[摘要](205)

[PDF 317KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
研究了剛玉棒、鎢合金棒、外涂ZrO₂金屬鉬棒和Mo-Al₂O₃-ZrO₂金屬陶瓷管在鋼液中的熔蝕和抗超聲波振動的情況.結果表明:剛玉棒可以承受高溫鋼液的熔蝕,但在超聲振動作用下產生斷裂;鎢合金棒可以承受強烈的超聲振動,但在處理鋼液時較短時間內發生了端部熔融;外涂氧化鋯的金屬鉬棒在短時間內(1~2min)可以承受高溫鋼液的熔蝕,但不能承受強烈的超聲振動;金屬陶瓷管既可以承受較強的超聲振動(250W),又能夠抵抗高溫鋼液的熔蝕,可以作為超聲波處理鋼液的工具頭.

用空氣直接氧化游離二價錳離子制備高純四氧化三錳

鄒興, 孫寧磊, 王國承

2007, 29(12): 1250-1253. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.042

[摘要](137)

[PDF 501KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
一定溫度下,根據錳離子濃度變化嚴格控制溶液pH的條件下,研究了用空氣直接氧化游離二價錳制備高純四氧化三錳的新方法.結果表明,堿式硫酸錳的氧化速度比氫氧化錳慢,堿式硫酸錳的包裹夾帶是造成四氧化三錳產品中硫含量高的根本原因.該法與用空氣直接氧化錳的水解物制備四氧化三錳的方法相比較,前者能大幅度降低四氧化三錳產品中的鈣、鎂和硫含量,部分解決了錳鹽氧化法制備四氧化三錳過程中鈣、鎂和硫分離的難題.

設備與能源

汽車半軸楔橫軋機動態特性

束學道, 趙朋

2007, 29(12): 1254-1258. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.033

[摘要](120)

[PDF 790KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
為了解汽車半軸楔橫軋機動態特性,提高設備整體性能和產品精度,應用ANSYS有限元動力學分析模塊,得到了汽車半軸軋機的工作機座和主傳動系統的固有頻率和振型,并對汽車半軸楔橫軋機動態特性進行了詳細分析.結果表明,該軋機的工作機座和主傳動系統的動態特性設計可靠.

基于高頻信號注入的永磁電機轉子位置估計方法中的電壓輸入

鐘黎萍, 周曉敏, 王長松, 鞏憲鋒

2007, 29(12): 1259-1263. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.043

[摘要](154)

[PDF 825KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
運用高頻信號注入法估計永磁同步電機轉子位置要求給電機同時施加基本電壓和高頻電壓.本文討論了通過采用PWM調節的逆變器同時注入這兩種電壓的可行性,并進行了仿真研究.結果表明,只要選擇合適的調制信號和載波比就能夠實現電壓的疊加輸入.同時,對逆變器的非線性行為所帶來的影響也作了深入的探討,證明其僅在電流流過零處對輸出結果產生影響.根據這一特點,提出了相對比較簡單的補償措施,仿真結果證明了這一措施的正確性.

非對稱漸開線圓柱齒輪建模與扭轉振動仿真

王小群, 孫萍, 李威

2007, 29(12): 1264-1267. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.038

[摘要](124)

[PDF 765KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
為研究非對稱漸開線圓柱齒輪的動力學特性,在對傳統的非對稱齒輪扭轉振動模型進行動力學等價變換的基礎上,建立了基于虛擬樣機技術的非對稱齒輪動力學模型.利用該模型,綜合考慮齒輪嚙合過程中時變嚙合剛度和嚙合阻尼的影響,進行對稱及非對稱齒輪振動特性的時域和頻域分析,并與數值仿真和實驗研究的結果進行比較.結果表明:該模型仿真與數值仿真和實驗研究的結果相吻合.

干熄爐焦炭床層局部和平均換熱系數

馮妍卉, 張欣欣, 劉志成, 吳懋林

2007, 29(12): 1268-1272. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.034

[摘要](125)

[PDF 593KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
根據干熄爐內焦炭床層換熱的特點,建立了固定床干熄爐傳熱模擬實驗裝置,針對焦炭粒度、冷卻氣體流量等關鍵參數進行了實驗研究.為有效處理實驗數據,重新定義、推導了平均換熱系數的計算公式,得到了干熄爐冷卻段平均換熱系數及其相關準則數關系,并利用導熱反問題原理得到了焦炭床層的局部換熱系數.研究結果表明,局部換熱系數和平均換熱系數的變化規律相似,冷卻氣體流量增加有利于提高換熱系數;換熱系數對焦炭粒度較敏感,焦炭粒度變小時,換熱系數增加.

控制與決策

一類線性不確定切換系統的魯棒鎮定

顧則全, 劉賀平, 李曉理, 廖福成

2007, 29(12): 1273-1275. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.045

[摘要](122)

[PDF 274KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
考慮一類標稱系統存在統一Lyapunov函數的線性不確定切換系統的魯棒鎮定問題,在不確定項滿足一定限定條件下,利用完備性條件和統一Lyapunov函數方法,設計出魯棒狀態反饋控制器,使閉環系統仍然具有統一Lyapunov函數,從而在任意的切換策略下,確保閉環系統在其平衡點處是漸近穩定的.仿真結果表明所設計的控制器是有效的.

不連續三狀態反饋實現n維線性系統混沌反控制

張曉丹, 王震

2007, 29(12): 1276-1281. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.046

[摘要](133)

[PDF 733KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
為拓展混沌控制與混沌同步在保密通信等領域方面的應用,通過對一類n維不穩定線性系統添加非連續狀態反饋控制項,實現了不連續三狀態線性反饋系統混沌反控制,并對這一類高維耦合混沌系統的動力學性質進行了理論分析,給出了定理和證明.然后分別給出了具有特殊形式的系統和一般系統的例子,計算機數值模擬及計算Lyapunov指數驗證這樣構造的高維系統確實存在混沌.

基于運行時間權矩陣的網格服務匹配問題的優化解

郝衛東, 楊揚, 劉宏嵐, 梁泉

2007, 29(12): 1282-1286. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.12.044

[摘要](131)

[PDF 494KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
為解決在網格環境下滿足用戶作業對完成時間需求的服務資源調度問題,建立了包括獨立匹配器在內的服務網格三元模型,給出了該模型基于圖論的形式化描述,證明了用戶作業和服務資源之間完備匹配的充分必要條件.同時構造了基于傳感器反饋的網格服務匹配系統,給出了基于運行時間權矩陣的優化問題描述,并給出了基于離散事件動態系統理論的最優化解算法.仿真研究表明,該算法比其他算法更能改善網格服務匹配系統的性能指標,在滿足服務資源負載均衡的同時提供了用戶作業完成時間的服務質量保證.