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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2012年第34卷第12期

欄目

資源與開發
冶金與材料
設備與能源
控制與決策

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資源與開發

斷續節理對巖體力學性能的影響

金愛兵, 李兵, 鄧富根

2012, 34(12): 1359-1363. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.018

[摘要](141)

[PDF 769KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用顆粒流數值模擬程序,建立不同節理狀態的巖石試樣模型,對其進行雙軸試驗模擬,從巖橋長度、節理長度和傾角三個方面對斷續節理影響下的巖體破裂形式和力學性質進行了數值模擬分析.巖橋的破裂方式為翼裂紋擴展下的拉剪復合破壞,模型破裂大致經歷了翼裂紋的擴展、次生裂紋的延伸以及巖橋的貫通三個過程,而且表現出明顯的蠕變特性以及延性破壞.巖橋長度的變化對峰值強度和彈性模量影響較小;相比巖橋長度,節理巖樣的力學特性對節理長度更加敏感.對于不同的節理傾角,巖石試件表現出不同的初始破裂形式,0°傾角巖樣的破裂方式為翼裂紋的擴展和次生裂紋的延伸,中間巖橋沒有被貫通,15°傾角巖樣的初裂強度和峰值強度最大.

巖石材料脆性剪切破壞模式下的強度分析

李遠, 喬蘭, 隋智力, 李慶文

2012, 34(12): 1364-1370. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.019

[摘要](200)

[PDF 735KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
使用聲發射法與三軸試驗相結合的方法對巖石試樣微裂隙產生和發展進行監測,以獲取巖石脆性剪切混合破壞模式的特點.采用斷裂力學與巖石力學理論相結合的方式進行理論分析和試驗數據處理,得到了試樣三階段特征強度隨應力狀態變化的規律,并提出了一種適用于巖石脆性、剪切混合型破壞強度分析方法,據此建立了Mohr-Coulomb、Griffith和Hoek-Brown等強度準則與脆、剪混合強度模型的關系.采用此模型對水廠邊坡混合花崗巖的全應力-應變試驗數據進行脆剪混合強度分析,理論值與試驗值具有良好的一致性.

冶金與材料

轉爐提釩終點釩的分配行為

甄小鵬, 謝兵, 趙重陽, 黃青云

2012, 34(12): 1371-1378. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.010

[摘要](182)

[PDF 602KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
運用共存理論建立了釩渣活度計算模型,分析了釩渣成分和溫度對渣中FeO、V₂O₃活度及活度系數的影響;通過實驗和理論計算,分析了轉爐提釩終點釩渣成分和溫度對釩在渣和半鋼間分配行為的影響.結果表明,渣中FeO的活度和活度系數隨MnO和FeO含量的增加而增加,隨V₂O₃、SiO₂和TiO₂含量的增加而減小,其值分別在10-1和100的數量級上,而渣中V₂O₃的活度及活度系數在同樣條件下的變化與FeO相反,其值分別在10-2和10-1的數量級上;半鋼V的質量分數一般在0.02%~0.06%之間,隨溫度以及渣中V₂O₃、TiO₂和SiO₂含量升高而升高,隨FeO含量降低而升高;V在渣金間的分配比為100~500,隨溫度和渣中TiO₂、SiO₂含量升高而降低,隨FeO含量升高而升高;存在一個臨界V₂O₃含量使得V在渣金間的分配比達到最大,該值的理論計算結果為23.77%,實驗結果在15%~20%.

利用鐵尾礦高溫改性鋼渣的性能

張作順, 連芳, 廖洪強, 楊淇, 曹文斌

2012, 34(12): 1379-1384. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.011

[摘要](206)

[PDF 980KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
研究了鐵尾礦高溫改性處理對鋼渣體積穩定性和膠凝性能的影響,結合X射線衍射分析、掃描電鏡觀察和能譜分析等測試方法,對改性鋼渣的礦物組成和微觀形貌進行了分析.發現鐵尾礦的高溫改性顯著降低了鋼渣中游離氧化鈣(f-CaO)的含量,提高了鋼渣膠凝性能.鐵尾礦摻加質量分數為20%和處理溫度為1250℃時,鋼渣中f-CaO的質量分數由4.84%降低至1.82%,降幅達到62.4%,28d活性指數比原始鋼渣體系提高5.6%.鐵尾礦摻量由10%增加至30%時,改性鋼渣中相繼出現鎂薔薇輝石、鎂黃長石和鈣鎂輝石等硅酸鹽礦相.高溫改性過程促使RO相分解,RO相中的FeO轉化為磁鐵礦相(Fe₃O₄).

Cl^-和HCO₃^-對N80鋼陽極電化學行為的協同作用

趙博, 杜翠薇, 劉智勇, 李曉剛

2012, 34(12): 1385-1390. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.005

[摘要](267)

[PDF 814KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
采用動電位極化曲線和動電位電化學阻抗譜對含不同濃度Cl^-和HCO₃^-溶液體系中N80鋼的陽極電化學行為進行了研究.溶液體系中不含Cl^-的情況下,HCO₃^-的濃度超過0.03 mol·L^-1時可使N80鋼發生鈍化.Cl^-能極大提高發生鈍化的HCO₃^-濃度臨界值,同時對材料表面的鈍化膜具有強烈的破壞作用.在陽極區,同等HCO₃^-濃度下,含Cl^-的溶液體系中點蝕電位下降,維鈍電位區間變窄,維鈍電流密度升高.動電位電化學阻抗譜結果與動電位極化曲線基本對應.等效電路中電器元件與極化電位的關系表明,在含Cl^-的溶液體系中N80鋼的鈍化膜粗糙度與致密性均有所下降,維鈍電流密度升高主要由電荷轉移電阻的降低所致.

多顆粒沉積模型預測銅和鋁冷噴涂層微觀形貌

巫湘坤, 周香林, 崔華, 張濟山

2012, 34(12): 1391-1399. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.006

[摘要](278)

[PDF 2583KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
采用有限元軟件ANSYS/LS-DYNA建立了15個顆粒與基板的冷噴涂沉積模型,通過多顆粒沉積模型預測工藝條件、不同顆粒/基板組合的沉積行為和微觀形貌;制備了Al和Cu冷噴涂涂層,觀察了涂層截面形貌和顆粒變形特征,并與模擬結果進行對比.結果表明,多顆粒沉積模型可預測噴涂條件對顆粒沉積過程及涂層微觀特征的影響,以及不同顆粒/基板組合的界面微觀形貌.當碰撞速度低時,顆粒變形不充分,顆粒交界處易形成孔洞;隨著速度增加,顆粒流變填充孔洞,涂層致密.與顆粒相比,硬基板涂層/基板界面平滑,機械互鎖作用小;軟基板形成射流狀金屬擠入顆粒之間,增加結合作用.

Ni/Ti原子數比值對NiTiAlHf合金微觀組織和力學性能的影響

宋曉云, 李巖, 張菲

2012, 34(12): 1400-1404. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.007

[摘要](292)

[PDF 860KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
采用掃描電鏡、室溫和高溫壓縮實驗等方法研究了Ni/Ti值對Ni_42+xTi_50-xAl₄Hf₄(x=0~7)合金的微觀組織和力學性能的影響.Ni_42+xTi_50-xAl₄Hf₄合金由NiTi基體和Ti₂Ni相組成,隨著Ni/Ti原子數比值的增加,Ti₂Ni相的尺寸和數量急劇減少,析出強化效果減弱.室溫時,隨著Ni/Ti值的增加,NiTiAlHf合金的壓縮屈服強度和顯微硬度逐漸降低,塑性提高.高溫下,當Ni/Ti<1時,Ti₂Ni相的析出強化起主要作用,合金的屈服強度隨Ni/Ti值增加而降低;當Ni/Ti>1時,Hf固溶強化作用的影響提高,并且Ti₂Ni相趨于均勻彌散分布,使合金的屈服強度隨Ni/Ti值增加而升高.在化學計量比(Ni/Ti=1)兩側,合金的屈服強度變化不對稱.

采用質量三角形模型估算SrTiO₃-La_0.3Sr_0.7TiO₃-(La_0.3Sr_0.7)_0.93TiO₃體系中固溶體電導率

李雪, 趙海雷, 羅大為, 周國治

2012, 34(12): 1405-1409. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.001

[摘要](280)

[PDF 697KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
通過質量三角形模型計算了SrTiO₃-La_0.3Sr_0.7TiO₃-(La_0.3Sr_0.7)_0.93TiO₃三元體系中固溶體在100~900℃溫度范圍內的電導率,得到了等電導率圖.對典型組分進行了實驗驗證,實驗值和理論計算符合較好,說明質量三角形模型可以用于混合導體材料電導率的預報.

(SiC)_TiN/Cu復合材料的顯微組織和導電性能

章林, 路新, 何新波, 曲選輝, 秦明禮, 朱鴻民

2012, 34(12): 1410-1415. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.002

[摘要](247)

[PDF 1696KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
以醇鹽水解-氨氣氮化法在SiC顆粒表面包覆TiN,然后采用放電等離子體燒結制備出(SiC)_TiN/Cu復合材料.結果表明:醇鹽水解-氨氣氮化法能夠制備出TiN包覆SiC復合粉末,TiN包覆層均勻連續,TiN顆粒的粒徑為30~80nm.TiN包覆層能夠促進復合材料的致密化并改善界面結合.(SiC)_TiN/Cu復合材料的電導率介于15.5~35.7 m·Ω^-1·mm^-2之間,并且隨著SiC體積分數的增加而降低.TiN包覆層和基體中網絡結構TiN的存在能夠有效提高復合材料的電導率.復合材料的電導率較接近P.G模型的預測值.

設備與能源

冷卻結構對連鑄結晶器銅板熱變形的影響

孟祥寧, 王衛領, 朱苗勇

2012, 34(12): 1416-1420. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.012

[摘要](157)

[PDF 765KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
建立了板坯連鑄結晶器三維有限元熱彈塑性結構模型,計算了銅板變形及結晶器冷卻結構對其影響規律.冷卻結構和熱力載荷決定了銅板熱面變形行為,銅板變形量取決于冷卻結構幾何參數,并在銅鎳分界處有較小變形突變;寬面熱面中心線最大變形出現在彎月面下100mm處,窄面最大變形出現在彎月面和冷卻水槽末端,且銅鎳分界兩側變形曲線有明顯的曲率波動;銅板加厚5 mm,最大中心線變形可增加0.05 mm,鎳層對中心線變形影響不明顯,1 mm的厚度變化僅在窄面引起最大0.01 mm的下降,冷卻水槽對中心線變形影響也較小,水槽加深2 mm,最大中心線變形減少0.02 mm.

水流量對熱軋鋼板層流冷卻過程對流換熱系數的影響

汪賀模, 蔡慶伍, 余偉, 蘇嵐

2012, 34(12): 1421-1425. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.008

[摘要](429)

[PDF 587KB](18) [施引文獻] ()

摘要:
提高帶鋼層流冷卻控制模型的精度,關鍵是建立精確的對流換熱系數與冷卻工藝之間的關系.采用有限差分法和反向熱傳導法,獲得了實驗條件下鋼板表面的對流換熱系數及表面溫度.研究了不同水流量(0.9~2.1 m³·h^-1)對換熱系數與表面溫度變化規律的影響.在層流冷卻過程中,對流換熱系數與表面溫度呈非線性關系;在距離駐點70 mm內,水流量對換熱系數隨表面溫度變化規律沒影響;遠離駐點70 mm外,對流換熱系數比隨遠離沖擊區駐點距離的增加而減小.采用所確定的換熱系數計算得到的溫降曲線與實測曲線吻合較好.

兩輥楔橫軋等內徑空心軸產生橢圓原因的數值模擬研究

楊翠蘋, 張康生, 胡正寰

2012, 34(12): 1426-1431. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.009

[摘要](258)

[PDF 1244KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
針對兩輥楔橫軋等內徑空心軸軋件易產生橢圓的問題,采用有限元數值模擬方法,研究了兩輥楔橫軋等內徑空心軸的軋制成形過程及應力應變情況.結果表明成形過程中軋件的徑向壓縮和軸向流動不匹配,造成金屬切向流動顯著、圓周長大,這是橢圓形成的主要原因.

瞬態平面熱源法測量材料導熱系數

肖紅俊, 于帆, 張欣欣

2012, 34(12): 1432-1436. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.003

[摘要](269)

[PDF 457KB](19) [施引文獻] ()

摘要:
為了提高瞬態平面熱源法的適用溫度,介紹了瞬態平面熱源法的測量原理.根據有限元法模擬了無膜平面熱源加熱過程中試樣的溫度分布,建立了相應的實驗裝置,測量了環境溫度為27~829℃時材料的導熱系數和熱擴散率.結果表明在較高溫度下該方法測量材料熱導率是有效的,可用于實際測量.

煤礦乏風瓦斯變壓吸附分離特性

劉向軍, 劉應書, 李永玲, 楊雄

2012, 34(12): 1437-1444. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.004

[摘要](234)

[PDF 740KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
以實驗室活性炭吸附床為研究對象,建立了多維吸附床內煤礦乏風流動、吸附傳質的數學模型.首先對活性炭富集煤礦乏風瓦斯過程進行了模擬,得到了各個循環步驟下床內詳細的濃度分布和吸附量分布,模擬結果與實驗結果符合較好.進而采用此模型,改變吸附壓強、解吸壓強和解吸溫度等參數,對不同工況下瓦斯分離富集過程進行了對比模擬研究,揭示了煤礦乏風瓦斯變壓吸附分離特性.

控制與決策

鋼鐵企業能源消耗與CO₂減排關系

盧鑫, 白皓, 趙立華, 劉雪婷, 蒼大強

2012, 34(12): 1445-1452. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.013

[摘要](182)

[PDF 680KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
建立了鋼鐵企業長流程CO₂過程排放模型,給出總排放和工序排放的計算方法.計算發現:國內某800萬t產量規模的典型鋼鐵企業CO₂總排放在2007年達到1561.64萬t,噸鋼排放1.85t CO₂;工序排放從大到小依次為煉鐵、焦化、燒結、軋鋼、煉鋼、熔劑焙燒和球團工序,其中煉鐵和焦化工序排放分別占總排放的58.83%和11.25%.為了評價鋼鐵企業能源消耗和CO₂減排關系,提出鋼鐵企業CO₂綜合排放因子和能耗碳飽和指數評價方法.研究表明,為了減少CO₂排放,鋼鐵企業不僅需要降低總體能耗,還需要降低能耗的碳飽和指數,能耗碳飽和指數與能源結構相關,能源結構中CO₂總影響系數大的能源種類消耗量越大(例如焦炭),碳飽和指數越高,越不利于CO₂的減排.這說明實現鋼鐵生產的生態園區化、優化能源結構以及加強鋼鐵生產的能源轉換功能對鋼鐵企業減排有顯著作用.

警報傳播過程建模及影響因素

王晶晶, 蔣仲安, 鄧云峰, 陳舉師

2012, 34(12): 1453-1457. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.014

[摘要](158)

[PDF 567KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
為了研究警報在社會關系網絡環境中的傳播特征及影響因素,基于多主體建模軟件Repast仿真平臺,以復雜系統和復雜網絡理論為指導,在ER隨機網絡和WS小世界網絡模型的基礎上建立了警報的傳播模型.對社會關系網絡結構和信息源節點規則進行不同設置,通過對模擬結果的研究發現具有高聚類系數的網絡結構和信息源選擇高連接度的節點時,警報通知的傳播效率明顯提高.

帶有負載觀測的異步電動機廣義預測控制

張勇軍, 郝春輝

2012, 34(12): 1458-1463. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.020

[摘要](177)

[PDF 582KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
提出了一種帶有負載觀測功能的異步電動機廣義預測控制算法,在對系統動態模型分析的基礎上建立了調速系統的受控自回歸積分滑動平均模型.該控制算法給出了能夠使下一次采樣時刻的實際轉速以最優特性跟蹤下一時刻參考轉速的廣義預測控制律,并采用負載轉矩觀測器的前饋功能增強速度控制的抗干擾能力.仿真和實驗結果表明,通過合理選擇控制器參數,具有轉矩預測功能的直接轉矩控制系統在轉速跟蹤和抗擾能力方面得到一定提高.

三值絕熱JKL觸發器的設計

汪鵬君, 梅鳳娜

2012, 34(12): 1464-1468. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.015

[摘要](150)

[PDF 468KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
通過對多值邏輯、絕熱電路和三值觸發器工作原理及結構的研究,提出一種新穎的三值絕熱JKL觸發器的設計方案.該方案首先以電路三要素理論為指導,推導出三值絕熱JKL觸發器的元件級函數式,采用不同閾值的MOS管實現相應的電路結構.然后結合三值絕熱文字電路,應用三值絕熱JKL觸發器進一步設計絕熱九進制異步計數器.最后,HSPICE模擬結果表明,所設計電路具有正確的邏輯功能,與傳統三值JKL觸發器和九進制異步計數器相比,節省能耗均在75%以上.

基于超圖的非規則應用局部性優化

曹倩, 劉立紅, 頡斌, 陳洪菊

2012, 34(12): 1469-1477. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.016

[摘要](134)

[PDF 680KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
針對非規則循環應用中存在的一次迭代訪問多個間接數組的問題,給出了超圖數組的形式化描述,提出了三種基于超圖的數據重排算法,即基于超圖的非重復編碼數據重排算法、基于超圖的回溯搜索數據重排算法和基于超圖的先劃分再回溯數據重排算法,以及兩種基于超圖的迭代重排算法,即基于超圖的非重復編碼迭代重排算法和基于超圖的回溯搜索迭代重排算法.通過對典型的非規則應用實例——流體力學問題進行實驗,表明單獨的重排算法提高程序執行速度約25.4%.在最好的數據重排與迭代重排的組合算法下,一級和二級高速緩存的平均命中率分別增加到91.7%和96.5%.

基于三維仿射變換的數字圖像置亂算法

文昌辭, 王沁, 丁華, 苗曉寧, 陶春生

2012, 34(12): 1478-1482. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.017

[摘要](170)

[PDF 508KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
針對數字圖像的特點,基于有限整數域上的二維置亂變換、仿射變換和整數提升變換,提出了適用于任意大小、任意長寬比圖像的三維置亂加密算法.考慮了變換矩陣中部分參數取負整數或小數的可行性,明確給出了參數的具體設置方法.該算法引入實數作為參數,擴展了參數選擇范圍;置亂像素位置的同時改變像素值,改善了置亂效果,加大了置亂周期,提高了數字圖像的安全性.