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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2013年第35卷第2期

欄目

資源與開發
冶金與材料
設備與能源
控制與決策
土木與建筑

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資源與開發

褐煤表面官能團的分布特征及量子化學分析

辛海會, 王德明, 戚緒堯, 許濤, 竇國蘭, 仲曉星

2013, 35(2): 135-139. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.02.001

[摘要](305)

[PDF 684KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
為了揭示煤中官能團活性大小順序,采用原位傅里葉紅外光譜法對北皂褐煤進行漫反射測試,分析了褐煤中各官能團的分布比例.基于各官能團同等構連條件建立了褐煤的紅外簡化化學結構模型,并對模型進行了量子化學分析.煤中主要活性官能團以甲基亞甲基和羥基最多,其次是羰基、羧基和芳烴上的碳氫鍵.通過模型的振動頻率和前沿軌道分析,得出實驗和計算結果所示各官能團振動位置相一致.結合各官能團含量和活性大小可知,煤自燃過程中關鍵性的官能團是羥基和甲基亞甲基基團,其次是羧基.

地下礦突水過程的三維動態仿真模型構建

李翠平, 李仲學, 鄭瑤瑕, 李鑫, 侯定勇, 周耀東

2013, 35(2): 140-147. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.02.004

[摘要](284)

[PDF 1058KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
通過分析突水水流井巷中漫延時空性變化的影響因素,提出了突水過程的三維動態仿真模型架構.經數據模型化、數據規則化、弧巷直巷化及井巷三維網絡化處理,生成了井巷空間網絡系統.通過研究水流在井巷空間網絡中下向漫延、上向升漲的路徑算法,構建了突水水流流經井巷的路徑網絡.結合突水水流流動的水力特征,解算了突水水流的漫延速度和到達時間.建立了能夠真實模擬水流漫延過程的時空動態性變化的三維動態仿真模型.以國內某典型礦山的實際數據為例,驗證了突水過程三維動態仿真模型的有效性.

冶金與材料

石灰干化污泥作為配料部分替代冶金燒結中熔劑和燃料

邢奕, 洪晨, 張坤, 趙凡, 余廣煒, 岳昌盛, 司艷曉

2013, 35(2): 148-154. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.02.016

[摘要](138)

[PDF 754KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
利用冶金燒結方法處置石灰干化污泥,探討了石灰干化污泥作為冶金配料替代燃料和熔劑石灰對燒結性能的影響.對石灰干化污泥進行熱重差示掃描量熱和x射線衍射分析顯示,從室溫升至1100℃的過程中,污泥中的有機物分解產生熱量,CaCO₃和Ca(OH)₂轉化為CaO.燒結杯實驗結果表明:在適宜的配碳量下,石灰干化污泥的加入對燒結有正向的影響,燒結礦的性能指標均有所改善;當石灰干化污泥替代熔劑和燃料的比例分別為51%和13.3%,配入比例為3.00%時,燒結的垂燒速度為21.30mm·min^-1,成品率為72.63%,利用系數為1.458t·m^-2h^-1,固體燃耗由每噸65.54kg降至59.27kg.

含鋅粉塵內配碳球團還原模型

安秀偉, 王靜松, 佘雪峰, 丁銀貴, 薛慶國

2013, 35(2): 155-160. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.02.012

[摘要](156)

[PDF 580KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
以轉底爐處理鋼鐵廠含鋅粉塵為背景,結合轉底爐實際生產工藝條件,建立了含鋅粉塵內配碳球團直接還原一維非穩態數學模型.模型不僅考慮了鐵氧化物的還原反應和碳的氣化反應,還加入了氧化鋅的還原反應,并通過實驗驗證了模型的準確性.利用計算結果分析討論了爐溫、球團半徑及孔隙率對球團還原的影響.爐溫對球團的金屬化率和脫鋅率均有顯著影響,孔隙率和球團半徑僅對球團的金屬化率影響較小,而對脫鋅率基本沒有影響.

等溫固定床多球團還原模型

國宏偉, 范德球, 張建良, 曹英杰, 孫德鵬

2013, 35(2): 161-168. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.02.013

[摘要](179)

[PDF 1189KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
針對單個球團未反應核模型在研究多球反應體系中存在的局限性,首先基于單球團未反應核動力學模型,構建了等溫固定床中多球體系下球團礦還原模型;然后通過引入無因次變量,得到方程的解析解,并且采用特征線法進行求解得到了方程的數值解;最后在中溫管式爐中設計了等溫固定床球團礦還原試驗.實驗結果與模型計算值有較好的吻合.

折流式移動流化床COREX煤氣預還原粉鐵礦的數值模擬

唐惠慶, 趙志龍, 郭占成

2013, 35(2): 169-176. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.02.014

[摘要](306)

[PDF 829KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
建立了折流式移動流化床內粉鐵礦預還原的二維氣固反應流CFD模型.模型的數值求解采用PHOENICS和FLUENT的聯合求解.與之前的實驗結果相比,在冷態條件下單床層平均壓降和氣固相流動行為的數值模擬結果與其基本一致,得出所提出的數學模型是可靠的.在此模型基礎上,對采用COREX輸出煤氣對鐵礦粉預還原的工藝過程進行熱態模擬.在模擬的工況條件下,還原氣溫度的整體降幅700 K,氣相CO和H_2還原勢的利用率分別達到38%和26%,礦粉的還原分數達到75%,即反應器內有良好的氣固換熱而且對COREX煤氣還原勢的利用率較高,實現了對還原氣熱能和還原勢的梯度利用.

硫化錳對鋼中Sb析出行為的影響

楊鵬鵬, 宋波, 毛璟紅, 蘇步新, 章平

2013, 35(2): 177-183. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.02.015

[摘要](195)

[PDF 1527KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
研究了鋼中不同夾雜物對Sb的析出和高溫氧化過程中富集行為的影響.Fe-1.5%Sb合金1100℃水冷試樣中Sb在鋼中主要析出位置是晶界.與單一的氧化物夾雜相比,硫化錳是更為有效的Sb異質形核核心,且Sb析出相成分組成接近于FeSb相.實驗結果與二維錯配度理論計算結果相一致.通過降低氧含量,鋼中加入Ti變質硫化錳夾雜等方式,增加了MnS數量,使得更多的Sb在夾雜物上析出,從而減少鋼中Sb的偏析和固溶量,改變Sb在鋼中的析出位置.

超快冷工藝對X70管線鋼組織的影響

陳雨來, 張棟斌, 余偉, 郭錦

2013, 35(2): 184-188. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.02.005

[摘要](233)

[PDF 853KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
通過熱模擬機研究超快冷工藝中冷卻速率和終軋溫度對X70管線鋼組織細化及馬氏體/奧氏體小島的影響.隨著冷卻速率的增大,鐵素體晶粒尺寸減小,M/A島的體積分數先增大后降低,M/A島的尺寸變化則相反.提高終軋溫度,鐵素體晶粒尺寸略微增大,M/A島的體積分數增加;但在900~940℃范圍內,隨著終軋溫度的升高,試樣中M/A島的體積分數略減小,尺寸增大.

DP590級雙相鋼奧氏體晶粒長大模型

潘曉剛, 唐荻, 宋勇, 徐耀文

2013, 35(2): 189-194. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.02.006

[摘要](278)

[PDF 1082KB](14) [施引文獻] ()

摘要:
通過改變保溫溫度和保溫時間研究了DP590級雙相鋼奧氏體晶粒長大行為,并探討了加熱速率對各溫度下初始晶粒尺寸的影響規律.初始晶粒尺寸隨著加熱速率增加而不斷降低,并最終趨于定值;奧氏體晶粒尺寸隨保溫時間的延長不斷增大并最終趨于不變.采用Sellars晶粒長大模型對實驗數據進行擬合,為避免處理方法不同造成的處理結果偏差,提出了一種新的實驗數據處理方法,并建立了雙相鋼初始晶粒尺寸模型和晶粒長大模型.所得模型參數更加合理可靠,計算結果與實驗結果吻合很好.

1000 MPa級冷軋雙相鋼奧氏體的等時相變動力學

趙顯蒙, 康永林, 韓啟航

2013, 35(2): 195-200. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.02.007

[摘要](271)

[PDF 767KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
在DIL 805A膨脹儀上測定了1000 MPa級冷軋雙相鋼在連續加熱過程中的熱膨脹曲線.根據杠桿定律得到的奧氏體體積分數的計算值與定量金相測量值符合較好.奧氏體的等時相變動力學可以很好地由JMAK形式的方程描述.文中還分析了冷軋壓下率和加熱速度對奧氏體等時相變動力學的影響,探討了連續加熱奧氏體相變過程中相界面的平衡狀態.

M50NiL鋼磨削表面完整性特征及變質層厚度表征方法

羅慶洪, 賀自強, 湯春峰, 李志明

2013, 35(2): 201-206. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.02.008

[摘要](255)

[PDF 1795KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
通過透射電子顯微鏡確定了M50NiL鋼滲碳后磨削表面變質層厚度,同時利用掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、顯微維氏硬度計、X射線殘余應力測定儀等設備表征了M50NiL鋼磨削表面完整性特征.結果表明:磨削在滲碳硬化層表面構建了一個表面變質層,該變質層組織的基本特征是晶粒細化和變形,在選區電子衍射圖上顯示為拉長模糊的多晶環;變質層厚度約0.5μm,殘余壓應力和硬度略有升高,表面應力集中系數較低.

環境適應性試驗中試件表面結露行為的CFD預測

曹宗寶, 文磊, 金瑩, 王銘輝, 楊斌, 孫冬柏

2013, 35(2): 207-215. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.02.002

[摘要](295)

[PDF 1168KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
針對環境倉內升溫增濕過程,采用計算流體動力學(CFD)方法預測了試件的結露行為并加以試驗驗證.研究了被測試樣的尺寸、材質對其表面結露行為的影響.測試結果表明,材料/構件的環境適應性試驗中潤濕時間存在明顯的尺寸效應和材質效應,是該類試驗中需要著重考慮的因素.通過優化建模,數值模擬結果與測試數據能夠較好地吻合,表明可以利用數值模擬方法預測工程構件在環境適應性測試中的傳熱行為與結露規律.

自組織納米復合薄膜BiFeO₃-CoFe₂O₄的微結構與相成分

柯丹, 祝遠民, 白嘉偉, 劉平平, 季曉宇, 董浩, 詹倩

2013, 35(2): 216-221. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.02.003

[摘要](295)

[PDF 1320KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
采用先進電子顯微術在原子尺度研究了(001)單晶SrTiO₃襯底上生長的納米復合薄膜0.65BiFcO₃-0.35CoFe₂O₄的組織形態以及界面結構.BiFeO₃(BFO)和CoFe₂O₄(CFO)兩相在外延生長過程中自發相分離,形成自組織的復合納米結構.磁性尖晶石CFO呈方塊狀均勻分布于鐵電鈣鈦礦BFO基體中,并沿[001)1]方向外延生長,形成垂直的柱狀納米結構.兩相具有簡單的立方-立方取向關系,即[001]_BFO//[001]_CFO和(100)_BFO//(100)_CFO,且界面為{110}晶面.薄膜表面起伏不平,形成CFO{111}小刻面而BFO則為平整的(001)表面.能譜分析結果表明各相成分均勻分布并無明顯的元素互擴散發生.

設備與能源

熱軋帶鋼金屬橫向流動及影響因素

李成偉, 王曉晨, 楊荃, 王連生

2013, 35(2): 222-227. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.02.009

[摘要](333)

[PDF 688KB](14) [施引文獻] ()

摘要:
提出了一種分析熱軋帶鋼金屬橫向流動問題的新方法.首先使用ANSYS軟件建立輥系-軋件靜力學耦合模型,計算并提取變形后工作輥有載輥形曲線;然后使用ANSYS/LS-DYNA建立動力學分析模型,采用己得到的有載輥形曲線,模擬帶鋼軋制過程,求解得到沿帶鋼全寬的橫向流動狀態;并進一步分析了彎輥力、工作輥輥形以及來料凸度變化等因素對帶鋼金屬橫向流動的影響,得到基于插值計算的帶鋼橫向流動計算模型.有限元方法驗證了計算模型的可靠性.

成形角對楔橫軋21-4N合金鋼氣門心部質量的影響

鄭振華, 劉晉平, 王寶雨, 胡正寰

2013, 35(2): 228-233. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.02.010

[摘要](147)

[PDF 827KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
基于氣門二次楔軋制原理,采用DEFORM-3D有限元軟件研究了成形角改變時軋件心部應力和應變的變化規律,分析了成形角對楔橫軋21-4N合金鋼氣門心部質量的影響.結果表明:隨著成形角的增大,軋件心部的應力狀態和應變狀態更為合理,有利于防止心部疏松.相應的軋制實驗結果驗證了這個結果.

液壓支架含拐點直線導路機構綜合與分析

錢衛香, 韓建友

2013, 35(2): 234-241. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.02.018

[摘要](147)

[PDF 1040KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
針對液壓支架優化設計初值選擇困難的問題,基于可視優化設計思想提出將Euler-Savary方程和拐點圓生成技術應用于支架直線導路機構的設計.在給定前、后連桿與底座鉸接點位、掩護梁與頂梁鉸點位置及掩護梁在該點運動方向的條件下,建立以后連桿方位角和拐圓位置角為參量的數學模型,得到所有具有二階以上密切直線機構的精確解.計算包括直線性能在內的設計者感興趣的各種機構屬性并實現屬性信息的圖形可視化,施加設計約束構建機構可行域,引導設計者在可行域內快速準確地尋找在指定采高范圍的具有最小直線偏差的機構,或在給定允許偏差的條件下具有最大支架調高的機構,為液壓支架優化設計提供具有先天優勢的機構初始值.

控制與決策

基于正交信號校正和穩健回歸的帶鋼酸洗濃度預測模型

何飛, 王保健, 黎敏, 趙廣滿

2013, 35(2): 242-248. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.02.011

[摘要](190)

[PDF 864KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
為了實時獲得冷軋帶鋼酸洗溶液的濃度值,便于進行酸濃度控制,采用軟測量方法實時預測酸濃度.由于酸濃度建模數據中無關成分和特異點會影響模型精度,利用正交信號校正和穩健回歸相結合的方法來建立酸濃度預測模型首先利用正交信號校正對建模數據進行預處理,去除自變量中與因變量無關的成分;然后采用基于迭代加權最小二乘的穩健回歸算法進行建模,降低特異點對模型的影響;最后將預測結果和多元線性回歸、傳統穩健回歸方法和正交信號校正多元線性回歸進行比較.實驗結果表明:采用正交信號校正-穩健回歸方法后,模型預測能力得到提高,與多元線性回歸結果相比,亞鐵離子質量濃度和氫離子質量濃度的相對預測誤差分別從1.82%降低到1.17%、從5.87%降低到4.73%.本文提出的方法具有更好的模型預測精度,可以滿足工業應用要求.

一種快速的動態屬性約簡矩陣算法

錢文彬, 楊炳儒, 徐章艷, 李慧

2013, 35(2): 249-255. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.02.017

[摘要](157)

[PDF 621KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
針對實際決策表中對象動態變化的情況,首先引入簡化決策表概念,剔除決策表中大量重復的對象,并構造了基于正區域的簡化矩陣,有效地縮小了算法的搜索空間;然后從理論上闡述了基于簡化矩陣的屬性約簡和基于矩陣的屬性約簡的一致性,并僅需掃描一遍簡化矩陣便可求解出屬性約簡;最后在原屬性約簡的基礎上,提出一種快速的動態屬性約簡矩陣算法.通過算例分析和實驗對比驗證了算法的有效性和可行性.

土木與建筑

豎向加勁式鋼板剪力墻的抗剪性能

周吉祥, 牟在根, 李黎明

2013, 35(2): 256-264. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.02.019

[摘要](150)

[PDF 1347KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
用ANSYS有限元程序對兩邊連接豎向加勁式鋼板剪力墻進行數值模擬分析.將兩邊連接豎向加勁式鋼板剪力墻的初始剛度的有限元計算值與兩邊連接非加勁鋼板剪力墻的理論值進行了比較.探討了加勁肋和名義軸壓比對于鋼板墻的影響.分析了帶邊框構件的兩邊連接豎向加勁式鋼板剪力墻在水平荷載作用下的構件破壞順序和受力機制.對一個典型尺寸規格的單層帶邊框兩邊連接豎向加勁式鋼板剪力墻與一個對應邊框尺寸規格的單層帶邊框四邊連接豎向加勁式鋼板剪力墻進行推覆分析,對比了兩者的部分抗震性能.

考慮大變形效應的薄壁鋼結構煙道力學性能分析

宋波, 易煜, 武曉東, 王利

2013, 35(2): 265-271. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.02.020

[摘要](138)

[PDF 917KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
針對浙江華能玉環電廠脫硝工程,應用有限元分析方法對煙道結構進行小變形彈性和大變形彈性模擬,對鋼結構煙道在實際荷載作用下的力學性能進行了分析,探討了煙道長度變化對煙道結構應力和變形的影響.考慮大變形影響時,煙道的應力分布均勻,其應力值較不考慮大變形的應力值小5%~50%,煙道長度的變化對應力值的影響不超過20%.結合現場監測驗證了數值模擬的可靠性.