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7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

礦山的復合場理論、一體化模型及可視化技術

李仲學, 郝晉會, 李翠平, 馬斌

2007, 29(7): 651-654,664. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.001

[摘要](184)

[PDF 416KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
從礦山工程數字化及可視化的角度,提出了礦山復合場的概念及其內涵.基于礦山數字化和信息技術現狀及發展趨勢,闡述了建立礦山復合場的一體化數字模型的意義.面向"數字礦山"技術發展和系統建設的需求,歸納了礦山復合場的三維可視化仿真的研究內容和關鍵技術.以礦山復合場的鉆孔、礦體和井巷工程子集為具體研究對象,建立了基于WEB的鉆孔、礦體和井巷工程的三維可視化仿真系統原型,舉例說明了構建礦山復合場的一體化數字模型和發展礦山復合場的三維可視化仿真系統的前景.

邊角煤高回收率高效開采工藝設計與優化

葉根喜, 姜福興, 劉鵬亮, 馮增強, 王道宗

2007, 29(7): 655-659. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.002

[摘要](197)

[PDF 541KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
針對國內邊角煤的開采現狀,提出了一套高回收率和高效率的開采工藝.用弧三角模型簡化邊角煤形狀,提出了容易實現綜合設備配套的"弧形"工作面開采工藝.該工藝沿邊界順槽順序開挖若干支架邊窩,采用"取消端頭支架,采用簡易機頭實現快速增、撤支架"的布架方式.利用數學線性規劃理論,建立了回采效率的目標函數和安全、開采成本的約束函數,對關鍵工藝參數進行了研究,得出一次增接支架數是優化核心的結論.通過優化分析,得出在高回收效率和低成本原則下的最優方案.

煤與瓦斯突出預測層次分析-模糊綜合評判方法

郭德勇, 范金志, 馬世志, 王儀斌

2007, 29(7): 660-664. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.003

[摘要](253)

[PDF 379KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
將層次分析和模糊綜合評判方法結合起來應用于煤與瓦斯突出預測研究中.運用層次分析法確定了煤與瓦斯突出各影響因素權重系數,采用隸屬函數構造了單因素判別矩陣,并運用模糊綜合評判法建立了煤與瓦斯突出預測模型.對平頂山研究區典型工作面進行了瓦斯突出危險性的定量預測和突出等級劃分.結果表明,應用層次分析-模糊綜合評判方法預測煤與瓦斯突出強度是可行的.

基于儀器鉆進系統的風化花崗巖地層界面識別

譚卓英, 蔡美峰, 岳中琦, 譚國煥, 李焯芬

2007, 29(7): 665-669. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.004

[摘要](170)

[PDF 409KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
針對香港風化花崗巖場址勘探,在液壓旋轉鉆機上安裝鉆孔過程監測系統(drilling process monitoring,DPM),對有效軸壓力、鉆具轉速、沖洗壓力、鉆頭位移及穿孔速率進行了實時監測.采用變斜率作為顯著性指數,對地層中的主、次界面進行了識別.t檢驗表明,DPM系統對巖土界面識別的置信度為99%.此外,對穿孔參數在界面處的變化分析表明,這些參數隨孔深的變化曲線在界面處存在不同漲落,軸壓力和穿孔速率對界面上巖石強度變化的響應度為81.82%.

巖體模糊分類中隸屬函數的等效性

蘇永華, 何滿潮, 孫曉明

2007, 29(7): 670-675. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.005

[摘要](229)

[PDF 435KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
總結出了巖體工程模糊評價中常用的連續隸屬函數主要類型有正態型、嶺型、三角模糊數和梯形,并給出了相應的基本解析表達式.以巖體分類中的單軸抗壓強度為例,研究了具體指標隸屬函數建立方法.采用不同隸屬函數計算了某巖石試樣的單軸抗壓強度的隸屬度,發現不同隸屬函數得出的隸屬度有差異.選取影響巖體穩定的五個主要指標,利用某礦深部工程地質資料,計算了其巖體物理力學參數在不同隸屬函數下的隸屬度,并根據離散型隸屬度取值表確定了結構面的隸屬度.將不同隸屬函數下的各類指標的隸屬度進行不同的組合,形成不同的隸屬度矩陣,對該圍巖進行模糊評判分類,得出最后的分類結果一致.這一研究結果證明了各類隸屬函數的等效性、在巖體分類應用中的適應性和正確性,為巖體模糊分類隸屬函數的選擇提供了依據和便利.

預應力索梁結構形成過程分析

杜文學, 陳章華

2007, 29(7): 676-679. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.006

[摘要](184)

[PDF 362KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
采用增量形式的平衡方程,建立了有限索單元平衡迭代列式.對一個張拉整體結構中所采用的預應力索梁結構模型進行了全過程數值模擬,并對該結構的受力特點及張拉過程中荷載效應進行了分析.其重點是結構中關鍵結點的初位移的施加方法以及整體性能的控制.結果表明,該結構中梁形成一定程度的反拱對結構的整體穩定性及形成較為均勻的內力分布有一定的積極貢獻.

低溫含油污水凈水劑的研究

黃浪, 馬自俊, 趙振興, 蔡永生, 方克明, 姜紹軍

2007, 29(7): 680-684. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.007

[摘要](165)

[PDF 458KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
為了解決低溫含油污水處理的難題,采用環氧氯丙烷開環聚合、二甲胺季胺化的方法合成陽離子凈水劑CY-16.現場污水處理評價實驗結果表明:與油田一些常用的凈水劑相比,CY-16凈水效果好、成本低.在投加15mg·L^-1 CY-16+5mg·L^-1 HPAM、水溫20℃和沉降30min的條件下,處理后的水中含油量不超過10mg·L^-1,懸浮物含量不超過15mg·L^-1,懸浮物粒徑平均中值也降至3.0μm左右.

冶金與材料

中碳鈣硫易切削鋼夾雜物形態控制

嚴國安, 秦哲, 田志紅, 孫彥輝, 蔡開科

2007, 29(7): 685-688. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.008

[摘要](215)

[PDF 625KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
在實驗室進行了1kg坩堝實驗,研究了中碳高硫結構鋼鈣處理前后夾雜物的形態、尺寸及組成.結果表明:鋼鈣處理后獲得了可以改善鋼切削性的紡錘形夾雜物,夾雜物的平均紡錘形率為68.11%,并且隨鋼中[Ca]/[S]增加夾雜物紡錘形化趨勢增加;鈣處理后小于2.5μm的夾雜物占夾雜物總量的76.05%,夾雜物細小、彌散分布于鋼基體中;夾雜物類型以鈣鋁酸鹽芯硫化物外殼的復合夾雜物、(Mn,Ca)S形式的硫化物為主,有少量的鋁酸鈣與CaS的復合夾雜物;含鈣硫的45鋼鑄態鋼錠比普通45鋼鑄態鋼錠切削性能有所改善.

冷軋退火對共析珠光體鋼組織球化超細化的影響

馮志明, 楊王玥

2007, 29(7): 689-693,711. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.009

[摘要](172)

[PDF 1122KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
研究了冷軋變形并結合退火處理對共析鋼組織球化超細化與性能的影響.結果表明:共析鋼經冷軋形變量90%結合600~700℃退火得到了晶粒尺寸為亞微米級鐵素體晶粒和顆粒狀滲碳體的雙相組織.顆粒狀滲碳體的尺寸呈雙峰分布.與傳統球化處理工藝相比,球化時間明顯縮短,球化組織細小;其原因是在冷變形過程中產生了高密度位錯以及大量空位等缺陷,為碳原子的擴散提供了高速率擴散通道,促進了碳原子的擴散.細小滲碳體粒子在鐵素體基體上的彌散分布可以用溶解-再析出機制來解釋.冷軋后經700℃退火試樣的拉伸塑性略有下降,屈服強度和抗拉強度大幅度提高,但屈強比較高.

低碳微合金鋼在過冷奧氏體亞穩定區的轉變

趙運堂, 尚成嘉, 楊善武, 王學敏, 張學永, 賀信萊

2007, 29(7): 694-698. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.010

[摘要](145)

[PDF 957KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
通過對低碳Mo-Cu-Nb-B系微合金鋼進行連續冷卻和等溫實驗,發現低碳Mo-Cu-Nb-B系微合金鋼在過冷奧氏體亞穩定區等溫,能發生針狀鐵素體轉變.非再結晶區變形奧氏體連續冷卻時雖然能得到各類低碳貝氏體組織,但各類組織特別是針狀鐵素體的份額卻不能有效控制.通過分階段冷卻,可以控制得到針狀鐵素體和板條貝氏復相組織.利用針狀組織分割原奧氏體晶粒能細化組織,達到優化高強度低碳微合金鋼的力學性能目的.

不同應力比交替作用下單參數疲勞壽命預測方法

阮景紅, 路民旭, 陳迎鋒

2007, 29(7): 699-703. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.011

[摘要](120)

[PDF 423KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
為了準確預測管道在不同應力比交替作用下的剩余壽命,在疲勞裂紋擴展速率實驗的基礎上,建立了一種新的含缺陷管道剩余壽命預測方法,即不同應力比交替作用下單參數疲勞壽命預測方法.該方法全面考慮了管線運行過程中不同應力比交替作用引起的破壞.以X52管線鋼為例,通過模擬天然氣實際運行情況(R=0.1和R=0.6交替作用)預測了其剩余壽命.

FGH95合金的高溫氧化行為

劉豐軍, 張麥倉, 董建新, 張義文

2007, 29(7): 704-707. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.012

[摘要](163)

[PDF 612KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
通過靜態增重實驗、X射線物相分析、掃描電鏡形貌觀察及微區成分分析等手段,系統研究了FGH95合金在不同溫度下的高溫氧化行為及高溫氧化動力學規律.結果表明:FGH95合金在800~1000℃具有較好的抗氧化性能,其氧化動力學曲線基本符合拋物線規律;在1100℃,氧化較為嚴重,其氧化動力學曲線由兩段拋物線組成.氧化層主要由Cr₂O₃和TiO₂組成,在1100℃高溫氧化后有少量的NiCr₂O₄生成.

Nd_12.3Fe_80.7NbB₆納米晶永磁合金的磁性能與微觀結構

隋延力, 陳治安, 包小倩, 張茂才, 周壽增

2007, 29(7): 708-711. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.013

[摘要](163)

[PDF 371KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
研究了添加Nb元素對Nd₂Fe₁₄B單相納米晶永磁合金微觀結構與磁性能的影響.結果表明:添加Nb可以在甩帶過程中促進非晶的形成并穩定非晶相;在退火過程中,加入Nb后形成的析出相可以抑制晶粒長大,使晶粒細化且分布均勻,進而大幅度提高了材料的綜合磁性能.名義成分為Nd_12.3Fe_80.7NbB_6.0的非晶薄帶在550℃退火處理10min后,可得到最佳磁性能:剩磁0.90T,矯頑力912.64kA·m^-1,最大磁能積126.24kJ·m^-3;隨著退火溫度的進一步提高,綜合性能有所下降.

用縱向磁光克爾效應觀察Co/Cu/Co三層膜正交方向磁矩隨磁場的翻轉過程

王屹東, 王蕾, 潘禮慶, 吳平, 邱宏, 王鳳平

2007, 29(7): 712-716. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.014

[摘要](97)

[PDF 445KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
運用光彈調制器和鎖向放大器作為主要的光電子儀器,搭建磁光克爾效應實驗系統,將平行和垂直磁場應用于縱向磁光克爾(Kerr)效應,用來分析薄膜正交方向磁矩隨磁場翻轉的情況.應用此方法,研究了在不同襯底上用磁控濺射方法制備的Co(2.7nm)/Cu(2nm)/Co(2.7nm)三層膜的磁性及磁矩翻轉,探索其耦合機理.襯底與間隔層Cu層表面結構的差異,誘導了底層Co與表面層Co結構的差異,導致底層和表面層Co膜的矯頑力不同,從而實現了兩鐵磁層的磁矩翻轉不一致.

粉末注射成形多相流動過程數值模擬模型

王玉會, 曲選輝, 何新波

2007, 29(7): 717-720. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.015

[摘要](145)

[PDF 335KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
把計算流體動力學的多相流概念及兩相流模型引入到粉末注射成形領域,介紹了描述粉末-粘結劑充模流動過程的單流體模型、雙流體模型及歐拉-拉格朗日模型,并簡要分析了各種模型的特點.分析表明,雙流體模型相對于單流體模型更有利于監視兩相分離、粉末聚集等出現在粉末注射成形過程中的特殊現象,并且比歐拉-拉格朗日模型更容易收斂.

熱處理對粉末注射成形鈦合金的組織與性能的影響

郭世柏, 張厚安, 張榮發, 何新波, 秦明禮, 曲選輝

2007, 29(7): 721-724. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.016

[摘要](237)

[PDF 813KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用粉末注射成形方法制備了鈦合金坯體,利用溶劑脫脂和熱脫脂方法脫除坯體中粘結劑,并在真空氣氛下燒結致密鈦合金樣品.真空燒結后,經960℃和140MPa熱等靜壓處理,在720~760℃進行1~1.5h退火處理獲得的樣品微觀結構為均勻的雙態組織,由許多等軸較小的α晶粒和少量尺寸較小的β晶粒組成.XRD分析結果表明,當退火溫度高于800℃時,樣品存在Ti₃Al雜質相.

Al5Ti1B中間合金細化劑研制及同類產品對比

陳亞軍, 許慶彥, 黃天佑

2007, 29(7): 725-729. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.017

[摘要](147)

[PDF 1050KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
利用氟鹽鋁熱反應法制備了Al5Ti1B中間合金細化劑,制定出完整的工藝路線和參數,并對其反應過程和原理進行了分析.制取的中間合金化學成分(質量分數)為:Ti,4.64%;B,0.84%.通過與荷蘭KBM、英國LSM、國內某廠生產的同類產品進行化學成分、微觀組織和細化效果三項指標對比分析,結果表明:自行開發的中間合金細化劑質量優于國內同類產品;同等條件下細化效果(TiAl₃<50μm,TiB₂<1μm)與KBM公司的同類產品接近,達到進口同類產品水平.

CaWO₄納米材料的合成

趙婕, 曹林

2007, 29(7): 730-734. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.018

[摘要](141)

[PDF 779KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
研究了表面活性劑膠束法制備CaWO₄納米材料.在TEM、XRD和TG-DSC等手段表征的基礎上,討論了在不同反應條件下膠束模板的形態及納米CaWO₄的生長機制.研究結果表明,使用表面活性劑CTAB和OP-10/KH-B92復配體系兩種方法,均制備出低維結構的CaWO₄納米材料,且樣品尺寸均勻,分散性較好.

水熱法制備氧化鋅納米棒陣列的生長動力學研究

郭敏, 刁鵬, 王新東, 蔡生民

2007, 29(7): 735-738,749. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.019

[摘要](176)

[PDF 898KB](16) [施引文獻] ()

摘要:
采用低溫水熱方法,在經預先修飾的基底上制備出取向高度一致的ZnO納米棒陣列.用SEM和XRD等手段對制備的納米棒陣列進行了表征.ZnO納米棒陣列水熱生長動力學表明:當生長時間在8h內時,納米棒的生長速度較快,之后納米棒的生長近乎停止,棒的長度和直徑基本不再改變.在生長速度較快的8h內時,納米棒的徑向生長由兩個明顯的動力學過程組成,即由生長時間在1.5h內的快速生長步驟和隨后的慢速生長步驟組成;納米棒的長度以約5.5nm·min^-1的生長速度增加至2.4μm.

設備與能源

汽車多剛體操縱穩定性模型及穩定性分析

劉晉霞, 張文明, 張國芬

2007, 29(7): 739-743. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.020

[摘要](119)

[PDF 345KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
運用多剛體動力學羅伯森-維登堡法充分考慮懸架系統的作用,建立了兩軸汽車六自由度操縱穩定性模型.在此基礎上,運用Hurwitz定理分析汽車的操縱穩定性,得出汽車具有穩定行駛性能的兩個必要條件:汽車后懸架彈簧有效距離的平方與后懸架單側彈簧剛度乘積大于前懸架彈簧有效距離的平方與前懸架單側彈簧剛度乘積;汽車后軸所載質量與前輪胎側偏剛度的乘積大于前軸所載質量與后輪胎側偏剛度的乘積.

SGA92150型半掛車車架的結構設計與強度和剛度分析

張國芬, 張文明, 孫玉亮, 董翠燕

2007, 29(7): 744-749. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.021

[摘要](216)

[PDF 413KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
對SGA92150型半掛車車架的總體布置、縱梁、橫梁、縱梁與橫梁的連接等進行了設計.利用有限元軟件Ansys Workbench對車架進行應力和變形計算,利用Matlab軟件采用傳統方法對縱梁進行受力分析和應力計算.結果表明車架強度和剛度均滿足要求.

控制與決策

一種用于設備監測的高效無線傳感器網絡多跳同步時分協議

樊勇, 徐金梧, 楊德斌, 王沁

2007, 29(7): 750-754. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.07.022

[摘要](145)

[PDF 447KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
基于冶金企業設備監測的背景提出了一種無線傳感器網絡多跳同步時分協議.該協議采用自組織的層次拓撲控制方式,以簇頭構成系統的骨干網,通過可靠路由方式傳輸數據.簇內節點組成局部網絡以較小的發射功率采用分時多跳的方式將數據傳輸到距離較遠的簇頭,通過同步休眠機制降低功耗、滿足傳輸時延要求.在冶金企業實際設備監測系統中的應用表明該協議具有擴展性強、傳輸可靠、信號延遲小和功耗低等特點.