工程科學學報

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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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2008年第30卷第11期

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順煤層鉆孔抽放瓦斯數值模擬與應用

丁厚成, 蔣仲安, 韓云龍

2008, 30(11): 1205-1210. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.005

[摘要](221)

[PDF 810KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
為獲取順煤層鉆孔抽放瓦斯的合理參數,依據煤層瓦斯流動理論和質量守恒定律,以順煤層抽放鉆孔周圍瓦斯流場為研究對象,建立了鉆孔抽放瓦斯流動方程的數學模型.以新莊孜煤礦5213掘進工作面為例,采用MATLAB對鉆孔瓦斯流場進行數值模擬,并與礦井的實際抽放情況進行了比較和分析,得出了適合該礦煤層的瓦斯抽放參數.抽放參數可以在淮南礦區相近煤層賦存條件下推廣應用,以利于礦區高瓦斯礦井的安全生產.

鹽漬土鹽化防滲與強度性能

李長洪, 張吉良, 林清華, 張永生, 方雪松

2008, 30(11): 1211-1216. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.018

[摘要](142)

[PDF 708KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
為了提高鹽田底板鹽漬土土層的防滲性及強度性能,根據鹽漬土的物理化學性質,結合工程實例,采用鹽化處理和鹽化處理+碾壓兩種方法進行處理.現場原位滲透實驗和室內物理力學實驗結果表明:處理后鹽漬土的防滲性和土層的承載力得到了明顯改善,兩種方案均能滿足工程設計要求.

河谷地形對土層地震反應的影響

潘旦光, 樓夢麟

2008, 30(11): 1217-1222,1248. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.019

[摘要](142)

[PDF 793KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
為了分析河谷對土層地震反應的影響,采用二維有限元法,對跨度500m的某河谷地形的土層進行地震反應分析.為研究地震波傳播過程對土層地震反應的影響,分析比較了一致地震輸入和行波地震輸入作用下土層線性和等效線性化地震反應的差異.同時將有限元計算結果與層狀土層的一維波動分析結果相比較,討論河谷地形對土層地震反應的影響.數值計算的結果表明:在水平地震輸入作用下,由于河谷的存在,在河谷附近將會激起較大的豎向運動;與一致地震輸入相比,在行波地震輸入作用下,土層表面水平加速度反應減小,豎向加速度反應增大.

基于Pushover法的曲線橋地震波輸入最不利角度分析

宋波, 潘建仕

2008, 30(11): 1223-1229. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.017

[摘要](156)

[PDF 825KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
鑒于曲線橋每個墩柱的最大反應依賴于不同的地震輸入角度,運用時程分析工作量大,本文基于Pushover法基本原理,考慮曲線橋墩柱底部曲率與地震動力反應的關系,提出了曲線橋在地震作用下動力響應的最不利角度的簡化計算方法.通過具體曲線橋動力反應分析算例,采用非線性靜力Pushover分析方法,計算了曲線橋的地震動最不利輸入角度;同時結合0~180°區間內的動力時程分析方法結果比較,驗證了該方法在確定曲線橋地震反應最不利輸入角度方面的適用性.

不規則體型高層鋼結構模擬地震振動臺試驗研究

張舉兵, 牟在根, 孫杰, 鄧新穗, 趙鵬飛

2008, 30(11): 1230-1235. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.020

[摘要](139)

[PDF 478KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
為研究高柱支承框架結構的抗震性能,對一V形支撐立面不規則體型高層鋼框架結構進行了1/12整體模型模擬地震振動臺試驗,以主要結構動力特性、基底反力、柱底反力為控制目標制作模型并測試了其振型、阻尼比及其在7度多遇、7度基本、7度罕遇烈度地震作用下的加速度和位移反應.模型總高4.65m,總質量59.2t,模擬地震波采用了ElCentro波和人工波.試驗中結構表現出明顯的扭轉效應,懸挑部分的位移反應較大;地震波三向輸入時,扭轉反應比單向輸入時大.根據試驗結果和相似理論,推導、分析了原型結構的地震反應,并對原型結構薄弱環節的抗震設計提出了建議.

微量Zr添加對Mn-Mo-Nb-Cu-B鋼晶粒長大傾向性的影響

郭佳, 尚成嘉, 郭愛民, 郭暉, 楊善武, 賀信萊

2008, 30(11): 1236-1243. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.011

[摘要](163)

[PDF 2421KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
設計了一種低碳Mn-Mo-Nb-Cu-Zr-B鋼,經熱處理工藝,采用中等冷速冷卻,可得到以板條貝氏體為主,含粒狀貝氏體和針狀鐵素體的混合組織,軋態屈服強度大于850MPa,達到X120管線鋼的強度要求.TEM觀察表明,0.015%Zr(質量分數)添加到鋼中形成大量含Zr的復雜的碳氮化物,它們的形狀不規則,尺寸約為80~200nm;從形態看,它們在高溫形成,并且由于其熔點高,再加熱到1200℃時,這種析出物中的Ti、Nb會有部分溶解,使其尺寸有所減小,利于控制奧氏體晶粒長大;其他近橢球形的(Ti,Nb)(C,N)則在加熱時逐漸溶解直至消失.由于這種含Zr析出物在鋼的基體中均勻分布,加熱到高溫時,它們會明顯阻礙晶界移動,從而使含Zr鋼的奧氏體晶粒長大傾向性明顯比不含Zr鋼小.可見,添加微量Zr能夠起到提高鋼材焊接性能的作用.

F40級船板鋼的應變時效行為

溫永紅, 唐荻, 武會賓, 范王展, 郭振, 肖大恒, 李曲全

2008, 30(11): 1244-1248. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.012

[摘要](176)

[PDF 798KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
通過SEM、TEM和多功能內耗儀研究了F40級船板鋼應變時效后的微觀組織變化以及時效過程中的內耗行為.結果表明:應變時效過程中,F40級船板鋼宏觀組織沒有發生明顯的變化,組織很穩定;在內耗-溫度曲線上230℃時出現一個內耗峰,這是由于游離態的碳原子在此條件下釘扎位錯和擺脫位錯釘扎所導致;位錯組態的變化及位錯與碳原子相互作用的宏觀效應表現為鋼板應變時效后硬度上升,韌性下降,韌脆轉變溫度升高.

NiTi合金線材無模拉拔加工過程熱力耦合數值模擬

畢重武, 何勇, 劉雪峰, 謝建新

2008, 30(11): 1249-1254. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.013

[摘要](176)

[PDF 1067KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
結合所研制的連續式無模拉拔加工設備的實際情況,利用DEFORM有限元軟件建立了加工過程的熱力耦合有限元分析模型,開展了NiTi合金線材無模拉拔加工過程的熱力耦合模擬研究,獲得了線材無模拉拔加工過程的溫度場和應力場的分布規律,以及冷熱源距離、冷卻水流量及拉拔速度對成品線徑的影響規律.通過實驗驗證了模擬結果的正確性.

離心澆鑄擠壓復合鋼管界面組織與性能

劉建彬, 韓靜濤, 解國良, 鮑善勤, 王黎暉

2008, 30(11): 1255-1259. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.014

[摘要](175)

[PDF 1506KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
采用離心澆鑄擠壓工藝制備了20Cr/1Cr18Ni9Ti復合鋼管.通過掃描電鏡研究了試制復合鋼管界面區域的顯微組織,利用拉伸實驗和熱疲勞實驗測試了其力學性能.結果表明,采用離心澆鑄擠壓工藝生產的復合鋼管實現了界面完全冶金結合,界面結合強度大大提高,界面處存在的過渡區增強了復合管的加工、使用性能.采用此新工藝生產的復合鋼管具有較好的組織和性能,并且工序簡短,生產成本低.

施振功率與溫度對工業純鋁凝固組織的影響

蔣日鵬, 李曉謙, 張立華, 胡仕成, 劉榮光

2008, 30(11): 1260-1265. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.015

[摘要](166)

[PDF 1694KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
在工業純鋁的凝固過程中引入超聲場,探討了超聲細化晶粒的機理,并具體研究了超聲功率、導入聲波的熔體溫度區間對鑄錠凝固組織的影響規律.實驗結果表明:鋁熔體經超聲處理后,凝固組織均得到顯著細化,這主要取決于超聲的空化效應和聲流效應;超聲功率增大時,組織細化程度提高,功率達到170W時細化效果最好,繼續增大功率則細化作用減弱;施振溫度區間對凝固組織的影響也有相似的規律,在合理的溫度導入聲波,晶粒能細化到最佳程度.

平面應變過程中摩擦對金屬流變規律的影響

潘紅波, 唐荻, 胡水平, 王瀟瀟

2008, 30(11): 1266-1269,1281. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.016

[摘要](164)

[PDF 856KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
研究了平面應變壓縮過程中摩擦對金屬流變規律以及力能參數的影響.通過有限元軟件MSC/Superform,采用二維以及三維熱力耦合有限元理論對不同摩擦條件下的力能參數、寬展情況以及變形金屬的流動情況進行了分析;在自主研制的大試樣平面應變熱模擬試驗機上,利用室溫下工業純鋁探討了上下接觸面摩擦不一致時金屬流動的規律.結果顯示:隨著摩擦的增大,變形負載將增大,寬展減小;當上下接觸面間摩擦條件不同時,變形后的試樣將出現"U"字型,而且隨著上下接觸面之間摩擦差值的增大,其變形不均將更加嚴重.

置氫Ti-6Al-4V合金組織演變與超塑性能

侯紅亮, 黃重國, 王耀奇

2008, 30(11): 1270-1274. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.003

[摘要](267)

[PDF 1696KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
應用高溫拉伸實驗研究了氫對Ti-6Al-4V合金超塑變形行為的影響,借助于OM、SEM、TEM和XRD等分析手段,分析了氫對鈦合金組織演變的影響.結果表明:氫可促進合金中β相數量的增加,氫質量分數達到0.2%時合金出現馬氏體組織,并隨著氫含量的增加而逐漸粗化;適量的氫可以改善鈦合金超塑變形行為,如降低流動應力和超塑變形溫度、提高應變速率敏感指數m值;Ti-6Al-4V合金加入質量分數0.1%的氫,其峰值流動應力降低53%,變形溫度降低約60℃,且由于氫的加入,使得超塑變形后的位錯密度減少,說明氫促進了位錯的運動.

兩種鎳基合金噴焊層的相分布與熱疲勞性能

王戩, 田文懷, 劉小萍

2008, 30(11): 1275-1281. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.004

[摘要](256)

[PDF 1624KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
利用掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀及透射電子顯微鏡觀察分析了含Cu和Mo(Ni-A)、不含Cu和Mo(Ni-B)兩種鎳基合金噴焊層樣品的組織、相分布和成分分布,分別測定了基體部位、熱影響區、結合區及涂層內的顯微硬度.利用高頻加熱爐對兩種噴焊層進行了熱疲勞實驗,對經熱疲勞實驗后噴焊層微觀組織進行了觀察,分析了噴焊層內的相分布和成分分布狀態,探討了熱疲勞裂紋產生和擴展的過程及規律.結果表明:兩種噴焊層內均有針狀富Cr第二相彌散分布,具有較好的熱疲勞性能.Ni-A樣品噴焊層可以分成兩個區域:在靠近基體的區域均勻地分布著塊狀富Cr第二相;在離表層200μm左右的區域內分布有針狀富Cr第二相,體積比塊狀富Cr第二相小幾十倍.Ni-B樣品噴焊層內只有針狀富Cr第二相,在整個噴焊層內均勻分布.Ni-A樣品噴焊層由于過渡區域的存在,具有比Ni-B樣品噴焊層更好的熱疲勞性能.熱疲勞實驗前后樣品的EDS分析結果表明兩種噴焊層內的各相有較好的熱穩定性.

n型4H-SiC濕氧二次氧化退火工藝與SiO₂/SiC界面研究

馬繼開, 王德君, 朱巧智, 趙亮, 王海波

2008, 30(11): 1282-1285. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.021

[摘要](159)

[PDF 509KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
在傳統氧化工藝的基礎上,結合低溫濕氧二次氧化退火制作4H-SiCMOS電容.通過I-V測試,結合Fowler-Nordheim(F-N)隧道電流模型分析了氧化膜質量;使用Terman法計算了SiO₂/SiC界面態密度;通過XPS測試對采取不同工藝的器件界面結構進行了對比.在該工藝下獲得的氧化膜擊穿場強為10MV·cm^-1,SiC/SiO₂勢壘高度2.46eV,同時SiO₂/SiC的界面性能明顯改善,界面態密度達到了10¹¹eV^-1·cm^-2量級,已經達到了制作器件的可靠性要求.

N/TiO₂可見光催化的氧化能力

唐建軍, 鄒原, 張偉, 謝煒平, 周康根

2008, 30(11): 1286-1289,1295. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.006

[摘要](247)

[PDF 630KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
以飽和尿素溶液水解沉淀工藝制備水合TiO₂,再于溫度600℃的空氣氣氛下煅燒2h,制得淡黃色的N/TiO₂光催化劑,并以活性艷紅X-3B、2,4-二氯苯酚及CH₃COO^-作模型污染物,著重研究了N/TiO₂的可見光催化反應特性.XPS結果表明,摻雜N是以形成Ti-N化學鍵的形式進入了TiO₂的晶格.UV-Vis結果表明,N/TiO₂光催化劑對波長不低于400nm的可見光有明顯的吸收效應.光催化結果表明:N/TiO₂在主峰420nm的熒光燈作用下,對活性艷紅X-3B及2,4-二氯苯酚有明顯的降解作用,但對CH₃COO^-無降解作用,然而當在主峰254nm或365nm的紫外燈作用下時能降解CH₃COO^-;激發光源波長在紫外區還是可見光區與光催化的氧化能力是密切相關的.

摻雜元素對錳混合氧化物陽極析氧抑氯性能的影響

付花榮, 孟惠民, 史艷華, 孫冬柏, 俞宏英, 王旭東

2008, 30(11): 1290-1295. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.007

[摘要](294)

[PDF 955KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
對具有析氧抑氯選擇電催化性能的海水電解制氫用綠色環保陽極材料進行了研究.采用陽極電沉積法在Ti/IrO₂基體上獲得γ-MnO₂氧化物涂層鈦電極,在鍍液中摻雜其他元素進行陽極電沉積,獲得了MnV、MnCr、MnMoFe和MnFeV混合氧化物涂層鈦電極.模擬海水電解實驗表明,摻雜元素顯著提高錳氧化物涂層鈦電極析氧抑氯選擇電催化性能,MnFeV電極的析氧效率達到100%,可以滿足析氧抑氯選擇性電催化性的要求.結構分析結果表明,摻雜后的錳氧化物電極形成了具有摻雜V、Fe的γ-MnO₂相結構的混合氧化物Mn(Fe,V)O₂,Mn(Fe,V)O₂中金屬以Mn⁴⁺、V⁵⁺和Fe³⁺形式存在,與氧形成了非定比化合物(Mn,Fe,V)O_x.Fe和V等摻雜元素起到細化晶粒和提高晶格畸變能的作用,有效地提高了電極的析氧抑氯電催化性能.

三維曲面柔性卷板成形技術及其數值模擬

龔學鵬, 李明哲, 胡志清

2008, 30(11): 1296-1300. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.008

[摘要](229)

[PDF 887KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
介紹三維曲面柔性卷板成形技術,并與傳統卷板成形和多點成形進行了對比.對柔性卷板成形裝置進行研究并開發出相應的實驗裝置.建立柔性卷板成形的有限元模型,并對其成形過程進行數值模擬,得到了較好的模擬結果.模擬了兩種不同材料板材的成形效果,分析了其產生不同成形效果的原因.

基于破碎性能和襯板磨損特性分析的旋回破碎腔型優化設計

龔姚騰, 張文明, 羅小燕

2008, 30(11): 1301-1306. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.009

[摘要](262)

[PDF 691KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
在分析當前旋回破碎腔型結構及襯板磨損特征的基礎上,通過計算破碎腔各截面通過率確定破碎產能,采用三次樣條曲線對破碎腔型進行幾何描述.以破碎生產率和嚙角為約束條件建立破碎腔的目標函數,對旋回破碎腔進行優化設計,利用計算機繪制腔型曲線.按照高鋁礦的破碎實際要求制定了實驗方案.實驗結果表明,采用優化后腔型和新襯板,其破碎產能、破碎產品的合格率和襯板耐磨壽命均有顯著提高.

鋼廠空分產品能耗結構

董春陽, 王立, 張延平

2008, 30(11): 1307-1311. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.010

[摘要](181)

[PDF 384KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
針對鋼廠的空分現狀及存在的問題,從空分精餾原理出發,以空分流程以及空分產品的能耗作為切入點,提出合理計算氧、氮和氬產品成本的方法,并將該方法應用于各種空分產品的能耗以及能耗分攤比例的計算.該方法解決了由于氧、氮和氬互為副產品而帶來的單個產品能耗無法確定的問題,消除了以往計算產品能耗時人為規定能耗分攤比例的缺點.

稀釋體系氣溶膠粒子近壁動力特性及壁面影響

楊怡菲, 姜澤毅, 張欣欣, 張欣茹, 柳翠翠

2008, 30(11): 1312-1316. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.001

[摘要](269)

[PDF 631KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
以極端稀釋氣溶膠體系中單個粒子為研究對象,建立了考慮受重力浮升力、表面勢力和布朗熱動力作用的運動控制方程,運用布朗動力學方法數值模擬了近壁處氣溶膠粒子的動力特性規律.結果表明,壁面之上一定范圍內(約50個氣溶膠粒子半徑)存在一個壁面影響區,區域中氣溶膠粒子的動力特性有別于無界大空間中的氣溶膠粒子,且其厚度遠大于壁面對粒子作用力的范圍(約1個粒子半徑).最后討論了不同表面特性、不同粒子半徑時壁面影響區的變化規律.

改進的遺傳算法在生物組織熱特性參數無損測量中的應用

樂愷, 趙琰, 張欣欣

2008, 30(11): 1317-1321. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.002

[摘要](238)

[PDF 573KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
針對生物活體組織的多個熱特性參數同時測量的難點問題,提出了采用遺傳算法同時估計多個活體組織熱特性參數的方法,設計了實數編碼的遺傳算法.通過對選擇、交叉和突變算子進行改進,并引入小生境策略,提高了遺傳算法的全局尋優能力和搜索效率.對動態體模和人體前臂的熱特性參數測量的模擬仿真研究和實驗研究表明,采用改進的遺傳算法,能夠以較高的精度同時估計生物活體組織的多個熱特性參數.

基于準則分類的伙伴供應商認證選擇綜合方法

谷麗麗, 高學東, 武森

2008, 30(11): 1322-1327. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.023

[摘要](140)

[PDF 445KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
盡管供應商評價應用日益增多,用單一評價方法處理所有定性和定量準則卻存在一些局限.為避免供應商選擇中單一評價方法處理所有準則的不足,實現主觀信息與客觀信息相結合的合理評價,提出了一種基于供應商選擇準則分類的伙伴供應商認證選擇的綜合方法.該方法綜合運用群組AHP方法、模糊綜合評價、信息熵和TOPSIS方法的長處,使供應商的評價更為合理.以某鋼鐵企業焦炭供應商選擇為例進行了實證分析.

非線性摩擦干擾下伺服系統模糊趨近律滑模控制

彭書華, 李華德, 蘇中

2008, 30(11): 1328-1332. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2008.11.022

[摘要](141)

[PDF 533KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
針對伺服系統由于受非線性摩擦力的影響而產生的"爬行"和"平頂"現象,提出了模糊趨近律方法,設計了基于T-S模糊模型趨近律的滑模控制器,并進行了實驗和仿真研究.實驗和仿真結果表明:所設計的控制器能有效地消除低速"爬行"和"平頂"現象,提高伺服系統的跟蹤精度;同時該控制器能顯著降低常規趨近律滑模控制器的抖振問題,改善控制品質.該控制器適用于控制品質要求高的伺服系統.