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9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

深井礦山充填滿管輸送理論及應用

劉曉輝, 吳愛祥, 王洪江, 焦華喆, 李輝, 嚴慶文

2013, 35(9): 1113-1118. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.09.021

[摘要](194)

[PDF 2374KB](14) [施引文獻] ()

摘要:
為了提高深井礦山充填管道的滿管狀態,提出以滿管率作為系統滿管狀態定量描述指標,基于水力學輸送理論推導了滿管率的數學模型,并對其影響因素作了理論分析,明確減小管道直徑及增大系統流量是提高滿管率的最佳途徑.基于管道兩相流理論,建立了管徑、流速以及滿管率關系的數學表達式,為系統最佳輸送參數的選取提供了理論依據.對某深井礦山充填系統進行的局部改造結果顯示:將系統原φ150 mm水平管道替換為φ85 mm管道,同時增大流量至80 m³·h^-1,系統滿管率為原來的6倍,有效減輕了管道磨損.

香菇培養基廢料吸附礦山酸性廢水中銅離子

林海, 曹麗霞, 陳月芳, 董穎博, 霍漢鑫, 徐絲瑜, 高琨, 李洋子

2013, 35(9): 1119-1125. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.09.015

[摘要](152)

[PDF 2151KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
研究了廢水pH值、Cu²⁺初始濃度、吸附劑投加量、時間及溫度對香菇培養基廢料吸附Cu²⁺的影響,并探討了吸附機理.隨著pH值的降低,吸附量顯著降低;廢料吸附Cu²⁺同時符合Langmuir模型和Freundlich模型,最大吸附量為33.11 mg·g^-1;平衡吸附時間為1 h,擬二級動力學模型可以很好地描述吸附過程,相關系數為0.9995;吸附劑最佳投加量為10 g·L^-1;吸附量隨著溫度的升高顯著減少,熱力學研究表明,該吸附過程放熱,低溫宜自發.對吸附前后的廢料進行掃描電鏡及Zeta電位分析表明,廢料吸附Cu²⁺在低pH值下以物理吸附為主,而在較高pH值下以化學吸附為主.

冶金與材料

產氨細菌浸出堿性氧化銅礦

王洪江, 熊有為, 吳愛祥, 王恒, 黃明清

2013, 35(9): 1126-1130. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.09.014

[摘要](161)

[PDF 648KB](8) [施引文獻] ()

摘要:

采用產氨菌種Providencia JAT-1,對云南某礦高堿性氧化銅礦進行氨浸體系下的搖瓶浸出試驗.結果顯示溫度、礦漿液固質量比、助浸劑種類、助浸劑濃度以及細菌初始接種濃度對銅浸出率具有顯著影響.在溫度為30℃、礦漿液固質量比7:1、助浸劑硫酸銨濃度0.024 mol·L^-1以及細菌初始接種濃度20%的條件下,產氨細菌浸出堿性氧化銅礦144 h后銅浸出率可達42.35%.通過對浸渣銅物相分析發現礦石中次生硫化銅浸出率最高.

基于爐熱指數計算和爐溫預測的電石爐熱狀態判斷

張建良, 蔣旭東, 左海濱, 劉征建

2013, 35(9): 1131-1137. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.09.002

[摘要](297)

[PDF 777KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
鑒于爐熱狀態判斷對電石冶煉的重要性,在對電石爐冶煉過程特點分析的基礎上,提出爐熱指數的基本概念.建立了基于兩段式熱平衡分析的爐熱指數計算模型,在此基礎上建立了基于BP神經網絡的電石液溫度預測模型.采用這兩種模型可以更有效地對電石爐熱狀態進行判斷.模型仿真研究表明,電石液溫度與高溫區熱盈余線性相關,用爐熱指數判斷電石爐熱狀態是可行的.電石液溫度預測模型的命中率達到86.7%.

鈣處理對鋁鎮靜鋼中非金屬夾雜物變性效果的影響

趙東偉, 包燕平, 王敏, 馬文俊, 蘇利川

2013, 35(9): 1138-1143. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.09.005

[摘要](287)

[PDF 12041KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
通過對LF前-LF后-中間包-連鑄工藝生產40Cr鋼各環節系統取樣,以及電子顯微鏡對夾雜物的形貌、尺寸及組成的分析,發現40Cr鑄坯中含有大量CaO(CaS)-Al₂O₃-MgO類復合夾雜.采用Factsage計算得到的CaO-CaS-Al₂O₃三元相圖對鈣處理后CaO(CaS)-Al₂O₃夾雜形成過程進行了理論計算;并對實際發現的CaO(CaS)-Al₂O₃-MgO類復合夾雜物的面掃描分布進行描邊處理,探討了該類夾雜物的組成和形成過程.經Factsage理論計算發現,CaO-CaS-Al₂O₃三元相圖中液相區各成分質量分數為CaO 32%~58%、CaS 0%~5%以及Al₂O₃42%~65%,鈣處理后CaO含量有逐漸增加,CaS含量有逐漸減小趨勢.結合夾雜物的面掃描分布發現,CaO(CaS)-Al₂O₃-MgO類復合夾雜物的組成為xCaO·yAl₂O₃+mMgO·nAl₂O₃+Al₂O₃+CaS,鈣處理后Ca能夠使Al₂O₃變性為CaO-Al₂O₃,但同時夾雜物中也有很高的CaS成分,隨著鈣處理的充分進行,CaS將由內及外向CaO-Al₂O₃逐漸轉變.

鈮含量對低碳微合金鋼回復再結晶行為的影響

吳圣杰, 聶文金, 尚成嘉, 繆成亮, 張曉兵

2013, 35(9): 1144-1149. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.09.006

[摘要](249)

[PDF 3682KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用應力松弛實驗研究了低C含Nb微合金鋼奧氏體熱變形過程中的析出及再結晶動力學過程,通過實驗及理論模型分析了析出/溶質拖曳對回復和再結晶行為的影響.結果顯示:隨Nb含量的增加,析出動力學曲線的鼻尖溫度上升,但鼻尖溫度對應的時間變化不大,約為20~30s;析出可明顯抑制再結晶的發生,增加Nb含量將使非再結晶溫度升高;Nb溶質通過拖曳作用阻礙晶界運動,減小了晶界遷移率,最終減慢再結晶過程的發生;對于低C含Nb實驗鋼,擬合得到再結晶激活能與Nb質量分數的0.5次方成正比.

回火溫度對淬火后30MnB5熱成形鋼組織與性能影響

程俊業, 趙愛民, 陳銀莉, 汪志剛, 曹佳麗

2013, 35(9): 1150-1157. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.09.007

[摘要](324)

[PDF 24338KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
將30MnB5熱成形鋼進行淬火和回火處理,利用掃描電鏡、透射電鏡、能譜儀和拉伸性能檢測等方法研究了不同回火溫度后的顯微組織和力學性能變化.經200℃保溫2 min回火后熱成形鋼的綜合力學性能最佳,抗拉強度為1774 MPa,總伸長率為8%,強塑積達14 GPa·%以上,該性能滿足熱成形后作為汽車結構件的使用要求;并且隨著回火溫度的升高,力學性能呈非單調性變化.200℃低溫回火后,主要為板條馬氏體和ε碳化物,位錯密度略有降低,析出的ε碳化物粒子呈針狀分布在馬氏體板條內,長度方向大小為100 nm左右,并與位錯發生釘扎作用.隨著回火溫度的升高,板條馬氏體發生回復和再結晶,板條邊界逐漸模糊,并向等軸狀鐵素體轉變,位錯密度顯著降低,ε碳化物逐漸向低能態的近球形滲碳體轉變并粗化至200 nm左右,對位錯的釘扎作用也隨之減弱.

退火時間對冷軋中錳TRIP鋼組織和力學性能的影響

尹鴻祥, 趙愛民, 趙征志, 李振, 汪志剛, 孫璐

2013, 35(9): 1158-1163. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.09.008

[摘要](277)

[PDF 11230KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用CCT-AY-Ⅱ型鋼板連續退火機模擬分析了退火時間對中錳TRIP鋼0.1C-7Mn組織性能的影響規律.利用掃描電鏡、透射電鏡、電子背散射衍射和X射線能量色散譜等研究了不同工藝下制備的0.1C-7Mn鋼的微觀組織和成分,利用X射線衍射法測量了殘留奧氏體量,利用拉伸試驗測試了其力學性能.0.1C-7Mn鋼在650℃保溫3 min退火后獲得最佳的綜合力學性能,其強度為1329 MPa,總延伸率為21.3%,強塑積為28 GPa·%.分析認為,0.1C-7Mn鋼的高塑性是由亞穩奧氏體的TRIP效應和超細晶鐵素體共同提供的,而高強度是由退火冷卻過程中奧氏體轉變的馬氏體和拉伸變形過程中TRIP效應轉變的馬氏體的強化作用造成的.

合金元素和工藝參數對熱軋TRIP鋼動態相變的影響

李龍飛, 尹云洋, 楊王玥, 孫祖慶

2013, 35(9): 1164-1168. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.09.022

[摘要](147)

[PDF 14675KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
利用Gleeble熱模擬試驗機進行單軸壓縮試驗,研究了C-Mn-Si TRIP鋼和C-Mn-Al-Si TRIP鋼過冷奧氏體形變過程的組織演變,分析了合金元素和工藝參數對過冷奧氏體動態相變的影響.與等溫相變相比,C-Mn-Si鋼和C-MnAl-Si鋼動態相變動力學明顯加快.與C-Mn-Si鋼相比,用質量分數約1%的Al替代Si后,C-Mn-Al-Si鋼的A₃溫度明顯提高,在相同變形工藝條件下C-Mn-Al-Si鋼過冷奧氏體動態相變較易發生,而C-Mn-Si鋼動態相變得到的鐵素體晶粒比較細小.減小動態相變前奧氏體晶粒尺寸,有利于過冷奧氏體動態相變的進行.提高過冷奧氏體形變時的變形溫度或應變速率均對動態相變產生一定的阻礙作用,但影響不顯著.

CSP生產700MPa級高強鋼板卷氧化層分布規律

邱雪松, 康永林, 張永錕, 譚佳梅, 張超, 陳良

2013, 35(9): 1169-1173. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.09.010

[摘要](108)

[PDF 1902KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
對CSP生產的700 MPa級高強鋼板卷上表面氧化層進行了研究.發現鋼卷沿卷長方向頭部、中部氧化層主要由Fe+Fe₃O₄共析組織構成,而尾部則主要由Fe₂O₃層和Fe₃O₄層雙層組織構成.沿板寬方向,邊部的氧化層較厚,離邊部越遠,氧化層越薄.從邊部到板寬中心,Fe₂O₃層和Fe₃O₄層的比例逐漸減少,Fe+Fe₃O₄共析組織逐漸增加,到距邊部300 mm時氧化層幾乎全部由Fe+Fe₃O₄共析組織構成.相較于CSP生產的SPHC鋼,前者氧化層厚度對板卷厚度變化不太敏感.

含Hf鎳基粉末高溫合金快速凝固粉末顆粒特性

胡鵬輝, 劉國權, 胡本芙, 馬文斌, 張義文, 劉建濤

2013, 35(9): 1174-1180. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.09.011

[摘要](149)

[PDF 11980KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
采用掃描電鏡、透射電鏡及其附帶的能譜儀和碳復型萃取技術等多種手段研究了不同Hf含量的FGH96合金粉末顆粒顯微組織、枝晶間合金元素偏析和析出相.發現Hf含量可以改變粉末顆粒內部樹枝晶、胞狀長大晶和微晶凝固組織的比例,粉末的快速凝固組織形態主要取決于冷卻速率和固液界面前沿溫度梯度與長大速度的比值.不同Hf含量的FGH96合金粉末顆粒中,Nb、Ti、Zr和Al均富集于枝晶間,Co、Cr、W和Ni均富集于枝晶軸.當Hf質量分數為0.3%時,Ti、Nb、Zr、Hf等強碳化物形成元素的枝晶偏析程度最小.在快速凝固粉末顆粒中,Hf對氧含量比碳含量更敏感,優先形成更穩定的氧化物HfO₂.

熱軋AZ31鎂合金薄板的室溫成形性

劉華強, 唐荻, 米振莉, 胡水平, 王哲

2013, 35(9): 1181-1187. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.09.012

[摘要](172)

[PDF 10573KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
針對AZ31鎂合金板材室溫沖壓成形較差的特點,采用不同軋制溫度獲得鎂合金板材,使用半球形凸模脹形,繪制鎂合金室溫成形極限圖并分析軋制溫度對鎂合金板材組織和室溫成形能力的影響.發現AZ31鎂合金板材的成形性能不僅與晶粒尺寸有關,還與晶粒取向有關.基面織構的減弱可明顯提高板材的脹形性能,在基面織構強度相似的情況下,晶粒尺寸對板材的成形性能起決定性影響.

設備與能源

展寬角對楔橫軋4Cr9Si2氣門成形質量的影響

黃江華, 劉晉平, 王寶雨

2013, 35(9): 1188-1194. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.09.013

[摘要](138)

[PDF 5808KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
借助剛塑性有限元DEFORM-3D對4Cr9Si2馬氏體耐熱鋼楔橫軋成形過程進行了數值模擬,分析了展寬角對楔橫軋軋件成形缺陷的影響規律.在楔橫軋軋制剛楔入時,軋件的心部受到三向拉應力的作用;展寬角減小,軋件在楔入段時三向拉應力最大值和持續時間增大,使心部缺陷產生的可能性增加;而展寬角減小,金屬軸向流動速度加快,使得對稱中心在楔入段完成后的直徑減小,而軸向力則隨著展寬角減小,其數值還有一定的增大,最終將導致對稱中心橫截面拉細狀況的產生;隨著展寬角增大,表面螺旋痕將會增加,但展寬角對表面螺旋痕的影響不明顯.通過實驗驗證了有限元的正確性和模擬結果的可靠性.

控制與決策

基于Contourlet變換的連鑄坯表面缺陷識別

徐科, 艾永好, 周鵬, 楊朝霖

2013, 35(9): 1195-1200. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.09.016

[摘要](167)

[PDF 1342KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
根據連鑄坯表面圖像的特點,提出了一種基于Contourlet變換的連鑄坯表面缺陷識別方法.通過Contourlet變換將樣本圖像分解成不同尺度和方向的子帶,提取子帶的Contourlet系數特征,并結合樣本圖像的紋理特征,得到一個高維的特征向量.利用監督核保局投影算法對高維特征向量進行降維,將降維后的低維特征向量輸入支持向量機,對連鑄坯表面圖像進行分類識別.對現場采集到的裂紋、氧化鐵皮、光照不均和渣痕四類樣本圖像進行實驗,本文提出的識別方法對樣本圖像的識別率可達94.35%,優于基于Gabor小波的識別方法.

基于多級三角形面積函數的傅里葉形狀描述子

徐國清, 穆志純

2013, 35(9): 1201-1206. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.09.017

[摘要](143)

[PDF 3825KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
提出了一種用于形狀檢索的基于多級三角形面積函數的傅里葉描述子.對形狀輪廓上任一點,多級三角形面積函數通過輪廓的非等弧長分割計算得出,可以很好地描述形狀的整體特征和局部細節特征.形狀特征向量由多級三角形面積函數的低頻傅里葉變換系數構成.在標準的MPEG-7形狀圖像庫上對該方法進行了圖像檢索實驗,并與已有的分別基于中心距離函數、面積函數、最遠點距離函數、角度半徑復函數、拱高半徑復函數的傅里葉描述子以及混合傅里葉描述子進行了檢索性能比較.實驗結果表明,所提出的方法在相同查全率時具有最高的查準率,且具有較低的計算復雜度,證明該方法的有效性.

基于精英重組的混合多目標進化算法

吳迪, 李蘇劍, 李海濤

2013, 35(9): 1207-1214. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.09.001

[摘要](245)

[PDF 1560KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
針對多目標進化算法搜索效率低和收斂性差的問題,提出了基于精英重組的混合多目標進化算法,將多目標優化問題分解為多個單目標優化問題單獨求解,并采用基于遺傳算法的精英重組策略將多個相異解重組生成唯一的精英解.提出區域化的種群初始化方法,改進局部搜索及群體選擇機制,采用以優化子群為核心的分組交叉策略及自適應多位變異算子,并引入基于混沌優化的重啟機制,有效克服了精英保存的固有缺陷,以及現有多目標進化算法存在的目標空間解擁擠、收斂慢、易早熟等問題.多目標測試函數的數值仿真和關鍵步驟的性能分析證明了本文算法的有效性和優越性.

基于市場的地下金屬礦山生產計劃優化

明建, 李國清, 胡乃聯

2013, 35(9): 1215-1220. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.09.004

[摘要](269)

[PDF 495KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
針對地下金屬礦山生產和經營特點,首先采用商業智能和組合預測的理論和方法,建立礦產品市場需求計劃模型;然后根據礦產品市場需求計劃模型提供的分析結果,采用多目標規劃、專家系統、時間價格Petri網的理論和方法,對采掘作業流程進行建模,提出了求解流程最小成本的計算方法.某地下金屬礦山的實例計算表明,該模型能夠有效地優化企業的生產計劃,提高企業的市場競爭力,降低企業的運營成本.

生態產業共生網絡均衡模型

劉國山, 徐士琴, 孫懿文, 韓繼業

2013, 35(9): 1221-1229. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.09.018

[摘要](142)

[PDF 517KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
建立了生態產業共生網絡均衡模型的標號系統,該生態產業系統可有效地減少原材料使用量并降低污染物排放.針對生態產業共生網絡多產品(主副產品和廢棄物)和多層次(生產者企業、消費者企業、分解者企業和需求市場)的復雜網絡結構,基于標號系統描述了生態產業共生網絡各層決策成員的利潤優化行為以得到均衡條件,利用變分不等式構建生態產業共生網絡均衡模型.在一定假設條件下,探討變分不等式問題解的性質并構造數值算例以驗證模型的正確性與合理性.

保稅港區服務流程的性能評價

徐紅霞, 董紹華, 杜彥華

2013, 35(9): 1230-1240. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.09.019

[摘要](92)

[PDF 962KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
針對保稅港區業務背景及服務流程的特點,構建了保稅港區服務流程性能管理框架.在此基礎上,提出服務流程性能評價模型以及相應的性能評價指標體系.針對保稅港區服務流程時效性的特點,提出了相應的實時灰色預測方法,并通過一個應用示例驗證了方法的有效性.服務流程性能指標體系綜合了保稅港區系統中"業務"與"IT"兩個層面特點,避免了現有評價方法的片面性.另外,實時性能預測方法能夠有效地支持保稅港區業務的閉環管理,而且適用面廣,可以在其他行業進行推廣使用.

土木與建筑

不同樁體材料復合地基承載及變形性狀對比試驗研究

佟建興, 孫訓海, 楊新輝, 羅鵬飛, 閆明禮

2013, 35(9): 1241-1248. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.09.020

[摘要](157)

[PDF 1499KB](11) [施引文獻] ()

摘要:

通過室內模型試驗,實測得到碎石樁、夯實水泥土樁和CFG樁復合地基樁土荷載分擔比、樁土應力比和樁間土深層變形,并對三類不同樁體材料復合地基的承載及變形性狀進行了對比分析.認為碎石樁復合地基和夯實水泥土樁復合地基均存在有效樁長或有效復合土層厚度;碎石樁樁長超過有效樁長,對提高復合地基承載力和壓縮模量、減小變形效果不明顯,除一些特別情況如為處理可液化地基外,設計樁長可適當超過有效樁長,但不宜過長;夯實水泥土樁復合地基的有效樁長與樁身強度相關性顯著,應以樁身強度控制進行夯實水泥土樁樁體設計,使按樁身強度確定的單樁承載力大于或等于由樁周土及樁端土的抗力所提供的單樁承載力;CFG樁復合地基樁身強度高,樁體自身壓縮性小,可全樁長發揮側阻作用,當樁端落在好的持力層時,能很好地發揮端阻,提高承載力,減小變形,設計時應優先選擇好的樁端持力層進行設計.