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

郵發代碼：82-303

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2007年第29卷第9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

地礦工程可視化仿真中品位與儲量的計算實現

李翠平, 李仲學, 郝秀強, 郝晉會

2007, 29(9): 859-862,873. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.026

[摘要](120)

[PDF 762KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
通過品位與儲量等礦石屬性計算的實現,為礦床的三維可視化仿真提供體素處理手段.首先對原始采樣數據進行預處理,以構造滿足需要的規則體數據;其次,提供了泰森多邊形法、距離冪次反比法、克立格法等三種插值方案,供用戶結合礦山實際選擇適合的計算方法;最后基于不同插值方法下的規則體素信息計算任意指定范圍下的礦石品位、儲量等屬性.

巖石熱斷裂破壞特性研究

謝衛紅, 高峰, 李順才

2007, 29(9): 863-868. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.045

[摘要](137)

[PDF 640KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
巖石的熱膨脹是不可逆的,會受加熱歷史的影響,加熱時的特性和冷卻后的特性差異較大.本文研究了溫度載荷作用下巖石材料在壓縮和拉伸時的熱斷裂破壞過程,分析了巖石熱斷裂破壞的宏觀力學特性,探討了巖石宏觀熱破壞作用機理.根據巖石熱破壞機理與巖石強度準則,計算了試件在各溫度作用下受壓和受拉破壞時產生的最大應力.計算結果能較好地與實驗結果吻合.

基于改進泊松-復合小波模型的復合地基全過程沉降預測

張麗華, 蔡美峰

2007, 29(9): 869-873. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.044

[摘要](142)

[PDF 489KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
對復合地基全過程沉降預測模型與方法進行了研究.分析了改進泊松模型的特點和適用性,提出了改進泊松-復合小波神經網絡修正模型.結合實際工程數據對CFG樁復合地基全過程沉降進行了分析和預測,并與改進的泊松模型進行了對比分析.結果表明,提出的模型適用性強,具有更高的預測精度,其絕對誤差在1mm以內.

蠟沉積凝析氣-液-固變相態復雜滲流數學模型

朱維耀, 鞠巖, 燕良東, 王明, 胡永樂, 羅凱

2007, 29(9): 874-879. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.025

[摘要](106)

[PDF 541KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
含蠟凝析氣藏開采過程中伴有凝析液、蠟析出呈氣-液-固變相態多相復雜流動.在滲流機理的實驗研究基礎上,對氣-液-固復雜滲流的數學模型進行描述,以期揭示伴有蠟沉積的凝析氣-液-固變相態復雜滲流規律.根據相的變化受析蠟線、露點線的相態變化規律控制,分析相變特性會導致儲層內油氣飽和度的變化,揭示蠟沉積在多孔介質表面引起孔隙性質改變和氣、液、固在儲集層中的微觀空間分布會影響凝析氣的流動特征.在蠟沉積變相態滲流實驗和滲流數學模型的研究基礎上,引入蠟沉積數學模型、考慮毛管力和表面張力的相對滲透率模型等,建立了相應的多孔介質中氣-液-固變相態多相流-固耦合滲流數學模型.數值模擬結果表明,蠟沉積可使部分區域孔隙減少,流動阻力增大.不考慮蠟沉積會對產量預測明顯偏大,蠟沉積可使產量下降.該模型較好地反映了凝析氣-液-固變相態復雜滲流的物理實質.

冶金與材料

含碳鉻鐵礦粉在微波場中的升溫特性

陳津, 李寧, 王社斌, 晏泓, 劉金營

2007, 29(9): 880-883,906. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.028

[摘要](155)

[PDF 544KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用微波加熱法避免傳統加熱方式帶來的粉狀物料傳熱傳質不均勻的現象.利用微波冶金爐,針對含碳鉻鐵礦粉在微波場中的升溫特性進行了研究.結果表明,含碳鉻鐵礦粉在頻率2.450GHz的微波場中具有良好的升溫特性.在微波加熱功率10kW、含碳鉻鐵礦粉1kg的條件下,含碳鉻鐵礦粉在7min內溫度可升至1100℃,升溫速率為157.1℃·min^-1;而含碳磁鐵礦粉在10min內溫度升至1000℃,升溫速率僅為100℃·min^-1.提高配碳比,可提高含碳鉻鐵礦粉的升溫速率和降低輕燒鈣質石灰粉對物料升溫速率的影響.

簾線鋼凝固過程中夾雜物析出

王海濤, 許中波, 王福明

2007, 29(9): 884-889. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.029

[摘要](148)

[PDF 1011KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
為了充分了解簾線鋼中夾雜物,對鋼液凝固過程析出夾雜物進行了分析.結果發現:Al₂O₃夾雜物在凝固過程中先析出,且Al₂O₃夾雜物長大的限制性環節為[Al]在鋼液中的擴散;當凝固分數為0.44時SiO₂開始析出,且SiO₂長大的限制性環節為[O]在鋼液中的擴散;析出夾雜物的半徑隨著冷卻強度的增大而減小;當冷卻速度為100K·min^-1時,凝固末期析出Al₂O₃夾雜物的半徑為2.5μm,析出復合Al₂O₃-SiO₂夾雜物的半徑為4.7μm;隨著凝固的進行,夾雜物中SiO₂含量增加,Al₂O₃含量下降.

潔凈鋼中夾雜物快速檢測技術

唐復平, 常桂華, 栗紅, 陳本文, 李廣幫

2007, 29(9): 890-895. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.030

[摘要](127)

[PDF 760KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
介紹了利用光譜儀分析鋼中夾雜物技術的原理.通過對光譜儀原始脈沖強度的研究,建立了Al₂O₃光譜強度與化學分析含量的工作曲線,確定了光譜強度與夾雜物粒徑的關系,實現了Al₂O₃含量和粒徑分布的快速分析.與化學分析相比,分析誤差平均為3×10^-6,夾雜物含量和粒徑的分析時間由2~5d縮短到5min,為煉鋼及精煉過程夾雜物控制提供了有效技術手段.

含鈮釩鈦微合金化鋼連鑄板坯中心偏析的影響因素

劉洋, 王新華, 張開鈞

2007, 29(9): 896-900. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.031

[摘要](151)

[PDF 800KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
通過對連鑄板坯生產檢驗的硫印數據庫的統計分析,得到了含鈮釩鈦微合金化鋼連鑄板坯中心偏析的影響因素.結果表明:中心偏析程度隨鋼水中C、P、S含量的增加而加重;Mn質量分數高于1.5%以及錳硫比高于300對改善中心偏析有利;高鋼水過熱度、高拉速和增加鑄坯寬度均不利于改善鑄坯中心偏析.由于B級以下中心偏析對鋼材使用性能影響不大,因此在生產過程中為使鑄坯B-1.0級以上中心偏析出現比率降至10%以下,提出如下控制策略:鋼液中C、P、S含量盡量按鋼種要求的下限控制,Mn含量盡量按上限控制,實際生產中元素控制[C]<0.07%,[P]<0.01%,[S]<0.005%,[Mn]>1.5%,[Mn]/[S]>300;過熱度應小于24℃,拉速控制在1.0~1.1m·min^-1為宜.應開發合適的二冷配水制度,并提高鑄機精度.

形變對板條馬氏體回火組織的影響

徐仕龍, 李龍飛, 楊王玥, 孫祖慶

2007, 29(9): 901-906. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.032

[摘要](142)

[PDF 1351KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
對Q235級低碳鋼板條馬氏體在550℃多道次單向壓縮變形后退火和室溫大塑性變形軋制后在此溫度退火的顯微組織演變規律進行了對比研究,結合未變形板條馬氏體在此溫度的回火組織演變,討論了變形對馬氏體分解過程、鐵素體再結晶晶粒尺寸和析出碳化物形貌的影響.實驗結果表明,變形顯著影響馬氏體分解過程,促進滲碳體的析出和鐵素體回復及再結晶.熱變形組織鐵素體再結晶晶粒尺寸在0.5μm左右;滲碳體形貌從細棒狀向球狀轉變,隨變形量增大滲碳體尺寸增大,繼續保溫60min導致鐵素體晶粒長大到1μm左右,晶粒內部的滲碳體消失,原先在鐵素體晶界析出的滲碳體球化、粗化.冷軋試樣在550℃退火保溫時間在30min內得到0.3~0.4μm超細晶粒和尺度小于150nm的彌散滲碳體顆粒組織;隨退火保溫時間延長到60min,鐵素體再結晶晶粒長大到1.9μm,滲碳體顆粒尺寸約160nm.

均熱時間對含Ti、Nb微合金元素高強鋼固溶規律的影響

薛潤東, 趙志毅, 王明俠, 謝建新

2007, 29(9): 907-910. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.033

[摘要](119)

[PDF 477KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
采用相分析和X射線衍射技術,研究了含Ti、Nb等微合金元素的高強鋼中碳氮化物的溶解行為.結果表明,加熱到1250℃,未均熱時,主要是面心立方結構的Ti(CN)、(TiNb)(CN)、TiC析出相;均熱時間為45min,部分Ti和Nb繼續溶解,析出相轉為Ti(CN)、TiC為主,平均顆粒尺寸由300nm增大為323nm,此時Ti、Nb固溶已經達到平衡,固溶率分別為64.2%和85.8%.當保溫80min時,析出相含量基本沒有變化,但顆粒尺寸有所增加.

316L不銹鋼在醋酸溶液中的鈍化膜電化學性質

程學群, 李曉剛, 杜翠薇, 楊麗霞

2007, 29(9): 911-915. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.042

[摘要](209)

[PDF 658KB](14) [施引文獻] ()

摘要:
通過電化學阻抗方法測量316L不銹鋼在25~85℃的醋酸溶液中的EIS曲線和Mott-Schottky曲線,并測量各溫度點下的循環伏安曲線,研究了鈍化膜的電化學性質.研究結果表明:在醋酸溶液中的阻抗譜表明316L不銹鋼在25~85℃溫度范圍內均能形成穩定的鈍化膜,隨溫度升高極化阻力下降而界面電容增大.溫度對于316L不銹鋼鈍化膜的半導體本征性質沒有根本的影響:在-0.5~0.1V電位區間內鈍化膜呈p型半導體特征;在0.1~0.9V電位區間內鈍化膜呈n型半導體特征;在0.9~1.1V電位區間內鈍化膜呈p型半導體特征.鈍化膜的循環伏安曲線顯示當溫度低于55℃時,鈍化膜結構比較穩定;當溫度為55℃時,鈍化膜穩定性趨向惡化;當溫度超過55℃時,鈍化膜穩定性下降.

立方系材料織構精確分析方法

尹顯東, 游清雷, 蔣奇武, 康永林

2007, 29(9): 916-919,941. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.027

[摘要](141)

[PDF 942KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
為了解決由于織構漫散度給織構分析帶來的估算誤差,以達到對材料織構進行更為精確的分析,采用從極圖求算ODF(orientation distribution function)中的"二步法"作為基本原理,選擇以1°為最小間隔單位劃分歐拉空間,對歐拉空間所有取向點的取向密度進行了求算,并建立了相應的分析系統.利用該分析系統對鞍鋼生產的IF鋼冷軋和退火樣品進行了計算,并與已成熟的以歐拉角5°為最小間隔單位的ODF求算系統對比.結果表明:以歐拉角1°為最小單位的ODF取向密度分析系統比以歐拉角5°為最小單位的ODF取向密度分析能更確切地表示織構的分布情況.

面心純鋁軋制織構的晶體塑性有限元模擬

皮華春, 韓靜濤, 章傳國, A. K. Tieu, 姜正義

2007, 29(9): 920-924. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.034

[摘要](172)

[PDF 953KB](19) [施引文獻] ()

摘要:
基于率相關晶體塑性本構模型,分別將Taylor模型和有限單元模型兩種多晶模型嵌入大型有限元程序ABAQUS,實現了晶體塑性學有限元模擬.直接將電子背散射衍射(EBSD)獲取的晶粒初始取向輸入晶體塑性有限元模型,預測了兩種不同應變情況下面心1050純鋁軋制織構的演化.模擬結果與EBSD實驗測得的織構演化結果有較好的一致性,隨著變形程度的增加,預測織構與實測織構變得更加鋒銳.經過比較,Taylor型模型預測出了{4411}〈11118〉的Dillamore取向,而有限單元模型預測出了銅型織構取向,比Taylor模型預測結果更接近實驗驗證結果.兩種模型并不能預測出{011}〈211〉黃銅取向、{123}〈523〉S取向、{011}〈100〉Goss取向及其他理想取向.

共沉淀法制備負膨脹系數材料ZrW₂O₈

杜學麗, 曲選輝, 秦明禮, 郭瑞松

2007, 29(9): 925-927. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.035

[摘要](143)

[PDF 440KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
以H₂WO₄和ZrOCl₂·8H₂O為原料,先采用共沉淀法制備出前驅物,再加熱合成出了ZrW₂O₈粉末.用X射線衍射(XRD)對合成粉末進行物相分析,用掃描電子顯微鏡(SEM)分析粉末形貌,用差熱-熱重分析確定合成溫度.結果表明:溶液pH值控制在2~3范圍內,溶液中Zr⁴⁺和WO₄^2-能同時發生沉淀;所得前驅物在1200℃反應1h,所得產物相主要為ZrW₂O₈,其粒度在100nm左右,且分布均勻.

貯熱材料四氯合金屬酸(Ⅱ)二烷基銨固-固相變動力學

武克忠, 李建玲, 王新東, 劉曉地

2007, 29(9): 928-931. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.036

[摘要](137)

[PDF 417KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
熱致相變貯熱材料四鹵合金屬酸(Ⅱ)二烷基銨具有層狀鈣鈦礦結構,通過晶型有序-無序轉變能可逆地固-固相變貯熱.合成了兩種材料四氯合錳酸十二銨n-(C₁₂H₂₅NH₃)₂MnCl₄和四氯合錳酸十四銨n-(C₁₄H₂₉NH₃)₂MnCl₄,并在兩種材料的乙醇溶液中結晶出一系列二元混合體系.對純組分及各個二元體系利用差示掃描量熱(DSC)測定了熱分析曲線,采用Kissinger和Ozawa兩種動力學模型研究了材料的非等溫固-固相變動力學,計算了固-固相變過程的活化能和反應級數.兩種方法的計算結果相一致.隨著C₁₂Mn質量分數的增加,二元體系表觀活化能E_a值呈波動變化.C_nMn及二元體系的反應級數均接近于1.

設備與能源

高爐料流軌跡的數學模型

朱清天, 程樹森

2007, 29(9): 932-936. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.037

[摘要](145)

[PDF 558KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
針對目前高爐料流軌跡計算的不足,本模型考慮了顆粒在空區下落過程中受重力、浮力及煤氣曳力的作用,計算了爐料顆粒在溜槽和空區下落等階段的運動軌跡.通過探討不同爐料(焦炭、燒結礦、球團礦)在其粒徑范圍內的布料半徑變化及煤氣的曳力大小,分析了曳力對爐料落點的影響規律.結果表明:精確計算料流軌跡必須考慮煤氣曳力的影響,不同密度、粒徑及形狀系數的顆粒在料面上落點各不相同,爐頂煤氣流分布將影響高爐爐料的徑向分布.

旋轉流水口對結晶器鋼水溫度場影響的數值模擬

盧金雄, 張晨, 胡會軍, 陳艷艷, 張炯明

2007, 29(9): 937-941. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.038

[摘要](137)

[PDF 633KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
采用數值模擬的方法研究了不同旋轉流水口工藝條件對結晶器內溫度場的影響.結果表明:結晶器旋流水口會稍微增加水口兩側高溫區的不對稱性,但能提高彎月面處鋼水的溫度,使彎月面處鋼水溫度更均勻——傳統水口從水口到彎月面處溫降約為15℃左右,而旋流水口僅為10℃.增加拉速或降低旋流片高度,會增加鋼水彎月面處的溫度;旋流片角度為120°或旋流片距水口底部390mm時,鋼水彎月面處溫度最高.

冷卻水管表面合金化球墨鑄鐵冷卻壁的熱應力和熱變形

石琳, 程素森, 馮力, 沈猛

2007, 29(9): 942-947. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.039

[摘要](185)

[PDF 855KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
為了滿足高爐長壽的需要,開發了一種具有高冷卻性能的鑄鐵冷卻壁.利用熱態實驗數據確定了合金化管鑄鐵冷卻壁溫度場數值模擬的邊界條件,采用ANSYS軟件和熱-結構耦合的方法分析爐溫、渣皮和邊緣接觸壓力對高溫狀態下鑄鐵冷卻壁熱應力及變形的影響,以便采取有效的措施降低鑄鐵冷卻壁熱應力,控制其變形.根據球墨鑄鐵強度分析理論提出評價長壽鑄鐵冷卻壁冷卻能力的新概念——高周熱負荷.

鋁電解槽三維熱應力場非線性有限元分析

王澤武, 蒙培生, 曾青, 易小兵

2007, 29(9): 948-952. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.040

[摘要](169)

[PDF 745KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
基于通用有限元軟件ANSYS建立了某大型鋁電解槽結構的三維實體模型和熱應力場耦合分析的有限元模型.考慮材料非線性和接觸非線性的基礎上對電解槽結構強度進行了仿真計算,給出了槽殼和搖籃架的應力、應變云圖,分析了電解槽結構的變形規律,并提出了結構優化的途徑.以槽殼近似彈性體為目標,對不同組合載荷工況進行了反算,得出與實際更接近的荷載條件.

Accelerated carbonation and leaching behavior of the slag from iron and steel making industry

CHEN Quanyuan, D. C. Johnson, ZHU Lingyun, YUAN Menghong, C. D. Hills

2007, 29(9): 952-952. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.041

[摘要](99)

[PDF 70KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
Ground granulated blast furnace slag (GGBFS) and steelmaking slag have been used as a raw material for cement production or as an aggregate to make concrete, which contribute aluminum, calcium, iron, and silicon oxides.The suitability of the slag for a particular application depends on its reactivity, cost, availability, and its influence on the properties of the resulting concrete.For the interest of durability studying of concrete in the presence of slag, the accelerated carbonation products and leaching behavior of the slag and Portland cement (PC) were studied.The experimental results confirmed that the slag was more resistant to carbonation compared to PC.The carbonation degree of GGBFS reduced by 17.74%;and the carbonation degrees of steelmaking slags reduced by 9.51%-11.94%.Carbonation neutralized the alkaline nature of the hydrated pastes and gave rise to the redox potential of the leachate slightly (30-77mV).The carbonation also increased the release of most of the elements presented, except for calcium, to the aqueous environment.It is concluded that blend cements (PC plus slag) have economical advantages and better durability compared to PC.

集成函數在基于不精確法的集成穩健設計中的應用

范進楨, 張文明, 申炎華, 趙秀婷

2007, 29(9): 953-956. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.043

[摘要](134)

[PDF 432KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
針對產品在設計初期影響產品質量的各種不確定性因素,將不精確法與穩健設計相結合.根據不精確法的映射方法,把產品的設計變量從設計變量空間(DVS)映射到性能變量空間(PVS),并建立設計變量到性能參數的映射函數——集成函數,利用其合成PVS中的不同性能偏愛,完成多屬性的偏愛集成或多個評價者之間的偏愛集成.以減速器為例說明集成函數對多屬性集成穩健設計方案求取最優決策的應用.實例表明該方法是方便和實用的.

控制與決策

模糊環境下資金預算的機會約束NPV目標規劃模型

黃曉霞

2007, 29(9): 957-959. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.048

[摘要](140)

[PDF 265KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
運用凈現值方法,考慮了當投資金額和回收期的現金流入與流出均為模糊變量,且投資者有多個目標時的資金預算問題,建立了資金預算的機會約束目標規劃模型,并采用基于模糊模擬的遺傳算法求解了模型問題.

網絡動態調度系統的服務質量性能分析

陶麗紅, 郝衛東, 楊揚, 梁哲

2007, 29(9): 960-963. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.046

[摘要](144)

[PDF 466KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
提出了考慮具有不同輸入速率和輸出速率的任務隊列的網絡動態調度系統狀態空間模型,描述了網絡動態調度系統的清空型調度策略,并在此基礎上給出了系統服務質量性能指標包括隊列長度、總任務數量、系統吞吐量、響應時間等的分析算法.數值計算表明,適當的調度策略可以使網絡動態調度系統的響應時間處于受控的范圍內,系統吞吐量處于穩定的狀態.

基于多鏡像站點的分布式Web使用聚類

張克君, 楊炳儒, 趙耿, 曲文龍

2007, 29(9): 964-970. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.09.047

[摘要](160)

[PDF 846KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
提出了一種適用于多鏡像站點環境下的分布式Web使用聚類局部挖掘算法LUC和全局挖掘算法GUC,較好地解決了Web訪問信息的異地存儲、分布式算法通訊量等因素給模式分析過程帶來的困難.將給出的算法用Java語言加以實現,并對算法性能進行了研究.結果證明,該算法是有效的,可以用來高效、準確地在多鏡像站點環境下發現Web用戶群體模式.