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

郵發代碼：82-303

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2009年第31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

考慮樁土相互作用的大跨度鋼拱橋地震反應分析

宋波, 劉泉, 李凡凡, 周宏宇

2009, 31(9): 1077-1085,1105. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.019

[摘要](137)

[PDF 1471KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
為了研究樁土相互作用下大跨度鋼拱橋的地震反應特點以及塑性鉸的形成部位和發展過程,利用ANSYS有限元程序對比研究了在多組地震輸入條件下,考慮基礎固結和樁土相互作用下的動力特性及在罕遇地震下的地震反應,并探討了層狀場地土對樁基以及上部結構的影響.結果表明:與基礎固結模型相比,考慮樁土相互作用體現了土的特性對結構的影響,較好地反映了結構的動力特性,結構的自振周期延長,且對高階振型周期影響顯著;同時結構各部位的內力響應呈下降趨勢,位移響應被放大,但受邊界假定的影響,其總體反應趨勢未發生改變,其中在主梁1/4處、梁拱結合處以及柱底處均出現塑性鉸,且柱底處率先屈服,各塑性鉸區的變形仍控制在較小的范圍內,樁身則未出現塑性鉸.

動水壓力對深水橋梁性能設計的影響

張國明, 宋波

2009, 31(9): 1086-1094. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.020

[摘要](181)

[PDF 1231KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
通過一個深水橋墩實例對中國與日本橋梁抗震規范的地震動水壓力計算方法進行比較研究,分析規范關于動水壓力計算的異同點,計算表明兩者結果相差較大.對橋墩的動水壓力進行數值模擬計算,考察動水壓力沿深水橋梁高程的分布.為研究動水壓力對橋梁整體結構動力特性的影響,以主跨260 m的牛根大橋為背景建立有限元計算模型,采用附加質量法進行計算.結果表明,附加質量法求得的位移和彎矩比不考慮動水作用的情況有較大增幅,也表明動水壓力對橋梁的性能有較大的影響.在深水橋梁的性能設計理論與應用領域中,水與橋墩的相互作用問題有必要進行進一步的研究.

采煤工作面瓦斯涌出量預測逐步回歸方法

郭德勇, 鄭茂杰, 鞠傳磊, 郝相龍

2009, 31(9): 1095-1099. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.001

[摘要](228)

[PDF 471KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
在綜合分析礦井瓦斯涌出量影響因素基礎上,探討了采煤工作面瓦斯涌出量與影響因素之間的關系,利用逐步回歸分析方法建立了瓦斯涌出量預測數學模型,并將模型應用于平煤天安十礦己組煤層24110采面瓦斯涌出量預測.結果證明,該數學模型對采煤工作面瓦斯涌出量預測比較準確.

脂肪胺浮選捕收劑的光化學降解

梅光軍, 李瑩雪, 夏洋

2009, 31(9): 1100-1105. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.002

[摘要](318)

[PDF 601KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
對水體中脂肪胺陽離子浮選捕收劑(癸烷基丙基醚胺、十二烷基丙基醚胺、十二胺和十八胺)的降解方法與效果進行了研究.生物降解性(BOD/COD_Cr比值)實驗研究表明,這四種脂肪胺浮選捕收劑均難以生物降解.UV/H₂O₂/air氧化法是一種降解脂肪胺浮選捕收劑的有效方法,其降解率高、反應條件溫和、操作簡易,無二次污染.降解率大小順序為:癸烷基丙基醚胺>十二胺>十二烷基丙基醚胺>十八胺,與COD去除率大小順序一致.在pH為4.5、起始質量濃度為10 mg·L-1、1%的H₂O₂作為光催化劑、紫外光照15 min的條件下,癸烷基丙基醚胺的降解率為99.99%,COD去除率為78.06%.測定了十二烷基丙基醚胺和十八胺兩種典型脂肪胺浮選捕收劑模擬廢水降解前后的紅外吸收譜圖,初步探討了UV/H₂O₂/air光化學氧化法處理脂肪胺浮選捕收劑模擬廢水的降解機理.

冶金與材料

基于燒結過程各帶遷移規律的燒結終點預報方法

吳勝利, 陳東峰, 趙成顯, 薛方

2009, 31(9): 1106-1111. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.003

[摘要](278)

[PDF 426KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
提出利用最小二乘法擬合燒結廢氣溫度曲線,求曲線方程的二階導數計算出燒結廢氣溫度的四個拐點.結合燒結過程各帶的遷移情況,計算得出拐點所對應的各帶前沿到達料層底部的溫度.根據拐點出現的時間,求出燒結過程中各帶前沿平均速度.利用多元線性回歸法和F檢驗進一步考察燒結工藝參數對各帶前沿平均速度的影響規律,并給出了它們之間的關系式.利用該關系式,可以在節能和提高燒結礦平均粒度的原則下,定量地調整工藝參數以穩定燒結終點.

超聲波功率對高碳鋼中夾雜物的影響

李杰, 陳偉慶, 王曉峰

2009, 31(9): 1112-1115,1121. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.016

[摘要](149)

[PDF 754KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
研究了超聲波功率對加稀土高碳鋼中夾雜物的作用.結果表明:超聲處理可以明顯彌散、細化和去除加稀土高碳鋼中的夾雜物;隨著超聲波功率的增加,鋼中總氧含量明顯降低,夾雜物的平均直徑明顯減小,夾雜物得到一定程度的去除,但是夾雜物的當量個數明顯增多.超聲波功率100 W時,高碳鋼中總氧的質量分數為59×10^-6,鋼中夾雜物的當量個數I為134 mm^-2,平均直徑d為2.91μm,小于2.31μm的夾雜物占夾雜物總量的43%以上.

冷卻速度對含鈮、鈦微合金鋼鑄坯表層組織結構的影響

馬范軍, 文光華, 唐萍, 徐國棟, 梅峰

2009, 31(9): 1116-1121. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.004

[摘要](261)

[PDF 1231KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
鑄坯出結晶器后的冷卻速度是影響和決定鑄坯表層組織結構(0~5 mm)及第2相析出物分布的關鍵因素.在開發重熔凝固冷卻實驗裝置的基礎上,模擬鑄坯在垂直段的凝固冷卻條件,研究不同冷卻速度對鑄坯表層組織與第2相析出物分布的影響.研究表明,在0.8 m·min^-1拉速下,以5℃.s-1的冷卻速度,使鑄坯在出結晶器后表面溫度下降到A₃溫度以下,得到的表層組織均勻,晶界無膜狀先共析鐵素體,微合金元素析出物在晶內分布均勻,有利于提高鑄坯熱塑性及降低裂紋敏感性.

高溫水環境下溫度對316L不銹鋼應力腐蝕開裂的影響

關矞心, 李巖, 董超芳, 劉飛華, 李曉剛, 任愛, 程學群

2009, 31(9): 1122-1126. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.005

[摘要](320)

[PDF 721KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
在高溫水環境中,采用慢應變速率拉伸實驗方法研究了溫度對316 L不銹鋼應力腐蝕開裂的影響規律,并通過掃描電鏡(SEM)對試樣斷口形貌進行分析.結果表明:在高溫水環境中,溫度為200~345℃時316 L不銹鋼具有應力腐蝕開裂敏感性;材料脆性指標隨溫度升高而增大,應力腐蝕開裂敏感性增強,斷口分析與之吻合;250℃是316 L不銹鋼發生應力腐蝕開裂的敏感溫度,斷口邊緣形貌呈現明顯脆性斷裂特征.

液態Cu等溫凝固的分子動力學模擬

王榮山, 侯懷宇, 陳國良

2009, 31(9): 1127-1131. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.006

[摘要](260)

[PDF 740KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
使用Tight-binding勢函數,對液態Cu在等溫凝固過程中的結構變化進行了分子動力學模擬(MD模擬)計算,得到體系在不同溫度下的雙體分布函數和配位數分布等靜態結構信息,對等溫凝固過程中FCC短程有序結構可能發生的變化以及由此導致的H-A鍵型變化進行了分析,并結合鍵對分析方法計算了不同弛豫時間下典型短程有序結構的分布.計算表明,在Cu凝固結晶相變過程中1551鍵應是先向1541鍵轉化,初始三維結構的形成可能主要依賴于Cu原子在兩個方向上的擴散和弛豫.

Al-La合金不連續枝晶組織形成機理

鄭亞虹, 王自東, 董曉娟

2009, 31(9): 1132-1137. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.007

[摘要](269)

[PDF 1319KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
在Al-La合金的自由凝固試樣中,發現Al-35%La合金組織形貌的特殊性,其先結晶相Al₁₁La₃枝晶沿主干方向成分是不連續的.為驗證這種組織存在的真實性,采用定向凝固方法制備了不同冷卻速度下的Al-35%La合金試樣,結果顯示出定向凝固Al-35%La合金中Al₁₁La₃枝晶沿主干方向成分是不連續的.在此基礎上,分析了化學成分與凝固速度對Al-La合金組織的影響,并初步探討了這種不連續枝晶的形成機理.

室溫Φ=120°等徑彎曲通道變形工業純鈦的力學性能

王成, 趙西成, 楊西榮, 王幸運, 丁茹

2009, 31(9): 1138-1141,1146. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.017

[摘要](126)

[PDF 775KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用模角Φ=120°的模具,以BC方式(兩次擠壓道次之間試樣繞縱軸沿同一方向轉動90°進行下一道次擠壓)在室溫下成功實現了工業純鈦8道次等徑彎曲通道變形(ECAP),對擠壓過程中各道次試樣的微觀結構及性能進行了分析測試.結果表明:工業純鈦經8道次ECAP變形后,抗拉強度由407 MPa升高到791 MPa;顯微硬度由1 588 MPa升高到2 641 MPa;并保持良好的塑性,伸長率為19%.

富氧氣氛下霧化氧化法制備多面體Co₃O₄粒子及其化學電容性能

郭秋松, 郭學益, 田慶華, 杜廣榮

2009, 31(9): 1142-1146. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.008

[摘要](239)

[PDF 815KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
以氯化鈷水溶液為原料在富氧氣氛下,采用簡單霧化氧化法成功制備了純凈的多面體Co₃O₄粒子.由CoCl₂·6H₂O配制成水溶液,以凈化的壓縮富氧空氣為載氣和反應氣源,應用氣流式噴嘴霧化上述溶液,并直接在豎立高溫管式電阻爐內進行氧化反應.采用XRD、FT-IR和SEM等手段表征樣品的微觀形貌結構與純度.結果表明,在溶液濃度為2.0 mol·L^-1、溶液處理量為6.0 L·h^-1、反應溫度為800℃、霧化壓力為0.1 MPa的反應條件下,所得樣品為純凈的多面體Co₃O₄粒子.以所得樣品為活性物質,制成電極片,通過循環伏安法和交流阻抗法測試其化學電容性能.結果表明,Co₃O₄樣品在5.0 mol·L^-1KOH電解質水溶液中具有較好的電化學電容行為.

反應等離子噴涂TiN涂層電化學腐蝕行為

李莎, 閻殿然, 董艷春, 王師, 高國旗, 張志彬

2009, 31(9): 1147-1151. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.009

[摘要](238)

[PDF 537KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
利用電化學阻抗譜等電化學方法及掃描電鏡(SEM)技術,研究了反應等離子噴涂TiN涂層在模擬海水中的電化學腐蝕行為.研究結果表明:TiN涂層的自腐蝕電位高于基體,涂層對基體能起到良好的腐蝕屏蔽作用;腐蝕介質通過涂層的通孔、微裂紋等缺陷滲入涂層與基體的界面腐蝕基體,從而使涂層電阻下降、電容增加,所產生的腐蝕產物在一定程度上可以抑制腐蝕反應的進行,但不會阻止基體局部腐蝕的繼續進行.涂層的孔隙是造成涂層電化學腐蝕的主要原因.

鑄鋼軋輥電火花沉積YG8涂層的組織結構和性能

王建升, 孟惠民, 樊自栓, 俞宏英, 孫冬柏

2009, 31(9): 1152-1156,1163. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.010

[摘要](199)

[PDF 1070KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
采用新型電火花沉積設備,把YG8電極材料沉積在鑄鋼軋輥材料上,制備了WC沉積涂層,研究了其微觀組織及耐磨性能.結果表明:沉積層主要由Fe₃W₃C、Co₃W₃C、W₂C和Fe₇W₆C等相組成;沉積層與基體冶金結合,具有納米顆粒尺寸的Fe₇W₆、W₂C等硬質相彌散分布于沉積層中;沉積層的平均硬度為1 331 HV;沉積層較鑄鋼軋輥的磨損性能提高了2.3倍;沉積層的磨損機理以疲勞磨損為主,細小的彌散分布的硬質相是沉積層硬度及耐磨性提高的主要因素.

鍋爐酸洗過氧化氫鈍化工藝的電化學實驗研究

張秀麗, 郜明文, 楊妮, 王應高, 李賀全

2009, 31(9): 1157-1163. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.011

[摘要](138)

[PDF 1039KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
采用線性極化電阻技術和交流阻抗技術研究了鍋爐水冷管材在過氧化氫溶液鈍化條件下的電化學特征,結合SEM電子掃描技術對不同鈍化條件下的鈍化膜成膜形貌進行觀察測量.實驗結果表明,在檸檬酸漂洗后采用過氧化氫鈍化的過程中,當過氧化氫的質量分數為0.1%,溶液pH為9.5,亞鐵離子的質量濃度為100 mg·L^-1且氯離子的質量濃度低于50 mg·L^-1時鈍化效果最好,鈍化膜成膜形貌較為完整,管材抵抗外界腐蝕的能力最強.

一類高品質因子大透過率二維光子晶體微腔

王丹, 畢長祿, 王自強, 曹文斌

2009, 31(9): 1164-1168. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.012

[摘要](141)

[PDF 708KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
利用多重散射法數值模擬了多個具有五個缺陷點的氧化鋁介質柱四方晶格二維光子晶體微腔的透過率T和品質因子Q.結果表明,沿x、y方向介質柱的個數L_x、L_y以及介質柱半徑r對微腔品質因子和透過率均有明顯影響.通過優化參數,實現了一類具有大透過率T、高品質因子Q的微腔.在模擬范圍內,當L_x=13、L_y=17和r=0.25時,微腔品質因子和透過率同時達到較大值,分別為49 270和91%.

設備與能源

熱軋立軋小柔度板坯允許軋制壓力的研究和應用

顏景星, 孫建林, 徐樹成, 宮彥齡

2009, 31(9): 1169-1173. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.013

[摘要](154)

[PDF 404KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
為解決板坯調寬立軋過程中常出現彎曲失穩問題,尋求實現穩定軋制的立軋允許軋制壓力值,對熱軋立軋小柔度板坯穩定軋制的允許軋制壓力進行了研究,推導并建立了立軋小柔度板坯允許軋制壓力的計算公式.實驗和應用結果表明,對于處在小柔度范圍內(10<B/H<25)的板坯,公式計算值與實驗結果相吻合.

全柔性滑塊機構的設計與分析

邱麗芳, 代云升, 俞必強, 翁海珊

2009, 31(9): 1174-1177. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.018

[摘要](130)

[PDF 343KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
采用偽剛體模型法對全柔性滑塊機構進行了變形分析,設計了一種微型全柔性滑塊機構,并主要對其中的柔性移動副進行了設計與分析,給出了該設計實例柔性移動副的等效彈簧力,進而得到微型全柔性滑塊機構偽剛體模型的分析結果.同時用有限元方法對該實例進行了仿真分析,兩種方法所得結果基本一致,表明了理論分析是正確的,該實例的設計是可行的.

基于灰色理論的汽車缺陷風險評估模型

王琰, 黃國忠, 宋存義, 王赟松, 王靖

2009, 31(9): 1178-1182. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.023

[摘要](136)

[PDF 343KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
應用事件樹方法確定了汽車缺陷風險傳遞路徑,將缺陷風險轉化為失效風險進行等效研究.根據汽車缺陷風險特點,建立了風險評估SPN模型,并以三維矩陣圖描述汽車缺陷風險;針對汽車的不合理風險及汽車缺陷數據離散和波動的狀態,提出了基于灰色理論的風險預測方法;以失效預測數據作為風險評估的風險概率預測基礎,建立汽車缺陷的失效預測模型,采用殘差辨識法檢驗模型精度.研究結果表明:在掌握實際的汽車售后零部件故障數據情況下,模型對汽車缺陷風險概率預測具有較好的適用性.

控制與決策

煉鋼—連鑄區段生產調度與計算機仿真

于港, 田乃媛, 徐安軍

2009, 31(9): 1183-1188. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.014

[摘要](191)

[PDF 355KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
煉鋼-連鑄區段的生產調度包括爐次計劃、澆次計劃的生成和時間、設備的分配,以及針對各種擾動的動態調整.根據鋼種和規格的限制,提出了最優爐次計劃模型,并采用禁忌搜索算法進行求解;根據爐次計劃和連鑄機連澆限制,生成澆次計劃;根據爐機匹配和等待時間最小原則,生成靜態調度甘特圖,并對仿真過程中出現的出鋼延遲提出了動態調度的策略和算法.仿真結果表明,基于模型的動態調度策略能夠有效地解決出鋼延遲問題.

全板帶型鋼廠爐機匹配模型的建立

蘆永明, 王鋒, 賀東風, 徐安軍, 汪紅兵, 田乃媛

2009, 31(9): 1189-1194. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.015

[摘要](134)

[PDF 576KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
從精準設計的角度出發,將產能和時間節奏的匹配以及投資效益等指標作為目標函數,提出了全板帶型鋼廠轉爐-連鑄區段單條生產線爐機匹配的多目標規劃數學模型,并采用同樣的方法,在單條生產線模型的基礎上,建立了全板帶型鋼廠多條生產線轉爐-連鑄區段爐機匹配的多目標數學規劃模型.通過改進后的分層序列法給出了所建模型的求解方法,并采用JAVA語言,借助Eclipse軟件,運用面向對象的編程方法對模型進行了求解.最后利用此模型驗證了首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司煉鋼車間的設計是較優的設計方案.

鋼鐵企業能耗瓶頸診斷數學模型及應用

王剛, 白皓, 蒼大強, 張延玲, 宗燕兵

2009, 31(9): 1195-1199. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.024

[摘要](146)

[PDF 334KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
針對鋼鐵廠物質流和能量流對能耗同時產生影響的問題,建立了能耗瓶頸診斷模型.模型分別用鋼比系數和工序能耗衡量物質流和能量流,其功能是將噸鋼綜合能耗的變化分解為鋼比系數的變化和工序能耗的變化,從而將兩種因素的影響相分離,尋找能耗瓶頸.模型分析通過三步進行,分別針對總流程、區域和工序,形成了系統的分析體系.同時,提出了貢獻指數的概念,以定量地描述各個因素對噸鋼綜合能耗的影響大小.利用該模型對某鋼廠2001年和2007年的能耗指標進行實例分析,找出了相應的能耗瓶頸為煉鐵區域和軋鋼區域鋼比系數的增加與煉鋼區域工序能耗的上升,并提出了增加熱送熱裝比、降低加熱爐燃料消耗等節能對策.

一種混合方式的無線傳感器網絡測試調試系統

王沁, 潘光榮, 王磊, 何杰

2009, 31(9): 1200-1206. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.022

[摘要](140)

[PDF 819KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
無線傳感器網絡是典型的網絡化嵌入式系統,由于其既涉及嵌入式系統的行為又涉及網絡的行為,以及其應用相關性,使其測試調試變得困難復雜,無法構建一個通用的測試調試平臺.為有效地測試調試無線傳感器網絡,在分析已有的研究工作基礎上,采用半實物的仿真策略,提出了一種混合方式的無線傳感器網絡測試調試系統,解決了純粹軟件仿真平臺掩蓋太多實際器件實現的細節和實際環境測試中嵌入式系統行為和網絡行為不可見、不可控性的缺陷,達到了一種折中的效果.最后給出了該系統在FPGA(field programmable gate array)上的實現實例;通過實驗驗證了該系統能夠有效地對無線傳感器網絡應用進行測試調試.

認知無線電網絡自私行為問題及安全解決方案

薛楠, 周賢偉, 周健

2009, 31(9): 1207-1212. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.09.021

[摘要](165)

[PDF 634KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
針對認知無線電網絡中出現的兩種自私行為問題,結合分簇式認知無線電網絡體系結構,提出兩種相應的安全解決方案.對路由發現階段,由信道協商過程產生的隱藏可用信道信息的自私行為,首先通過可信簇頭發現自私節點,然后由簇頭向目的節點發送轉發節點的可用數據信道信息來避免自私行為.對拒絕轉發數據包的自私行為,通過節點監視機制確定自私節點,從而避免在路由過程中將自私節點作為轉發節點.為了便于檢驗兩種安全解決方案的有效性和可行性,設計了一種分布式認知無線電網絡按需路由協議.理論分析和仿真實驗表明,這兩種自私行為問題可嚴重降低網絡通信性能,相應的安全解決方案是有效和可行的,可分別顯著提高合作節點的平均吞吐量和網絡吞吐率.