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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2015年第37卷第11期

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石英砂巖體的地質雷達波頻譜特征

楊光, 劉敦文

2015, 37(11): 1397-1402. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.11.001

[摘要](384)

[PDF 607KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
經過巖土體介質反射回的地質雷達波特征攜帶了所穿透的巖土體內部的相關信息,其中地質雷達波頻譜主頻值可以作為判斷巖土體結構特征的一個定量指標.以圍巖為石英砂巖的公路隧道工程為依托,采用MALA地質雷達配100 MHz屏蔽天線,對隧道掌子面前方的石英砂巖體進行超前地質探測試驗,分析典型的Ⅴ級、Ⅳ級和Ⅲ級石英砂巖圍巖的雷達波形圖圖像特征和雷達波在巖體介質中傳播的傅里葉頻譜特征.通過分析現場試驗數據,得出巖體介質的雷達波主頻值因自身結構特征和周邊環境變化而在一定的敏感頻率區間內的規律.對比分析研究結果與工程開挖實際,表明通過分析超前地質探測獲得的雷達波傅里葉頻譜主頻值特征來反演識別圍巖結構特征是切實可行的.

順層巖質邊坡變形破壞特征及穩定性數值模擬

高永濤, 肖術, 吳順川, 田慶梅, 劉波

2015, 37(11): 1403-1409. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.11.002

[摘要](375)

[PDF 601KB](16) [施引文獻] ()

摘要:
針對順層巖質邊坡巖層結構面傾角θ和邊坡角α兩個參數,采用離散單元法研究了不同工況下總計270個邊坡模型的變形破壞特征,統計得到不同變形破壞模式對應的巖層結構面傾角θ與邊坡角α的范圍,并基于強度折減法研究了兩個參數與邊坡穩定性的關系,揭示了順層巖質邊坡變形破壞機制及穩定性特征.研究結果表明:依據邊坡變形破壞特征,提出了四種順層巖質邊坡變形破壞模式,即坡腳沿巖層結構面的滑移-剪切破壞,坡頂沿巖層結構面的滑動-剪切破壞,巖層下緣彎曲-剪切破壞,以及巖層上緣翻折-拉裂破壞.在此基礎上,分析并歸納了這四種模式的產狀、變形特征以及可能的破壞模式等一般規律.邊坡安全系數f_s隨結構面傾角θ的增大先減小后增大,在減小過程中達到最小值后迅速上升,然后變緩回落.邊坡安全系數f_s隨結構面傾角θ變化過程中,當θ約等于α-7.3°時,f_s取得最小值,此時對應的邊坡穩定性最差.

一株堿性產氨浸銅細菌改良試驗研究

胡凱建, 王洪江, 李廣澤, 吳愛祥, 黃明清

2015, 37(11): 1410-1414. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.11.003

[摘要](310)

[PDF 417KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
堿性浸礦細菌是處理堿性脈石礦物的新型高效菌株.為提高堿性浸礦細菌(Providencia sp.)的浸礦適應性和浸出率,首次對其進行銅礦漿馴化和紫外誘變改良.使用Design Expert-8軟件對改良菌株進行三因素三水平Box-Behnken試驗設計與結果分析,考察礦漿中固相質量濃度、接種量和溫度三個因素與浸出率之間的關系,利用Design Expert-8軟件對試驗條件進行優化,確定改良菌株最佳浸出條件,并得到浸出率預測模型.在最佳浸出條件下對改良菌株與原始菌株別進行浸出試驗,比較二者在改良前后生長及浸出率的變化情況.結果顯示:改良菌株能更好適應礦漿環境,細菌濃度最高時可達6.5×10⁸mL^-1左右,浸出率達到了50.57%;而改良前細菌濃度最高只有3×10⁸mL^-1,浸出率也只有29.03%.

低碳含鋁鋼20Mn2精煉渣系CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO-CaF₂的優化

郭寶奇, 包燕平, 王敏, 林路

2015, 37(11): 1415-1421. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.11.004

[摘要](382)

[PDF 564KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
通過對低碳含鋁鋼20Mn2精煉過程的取樣分析,得出精煉渣的熔化溫度偏高,渣中存在大量固相CaO,并導致鋼中含有CaO類夾雜物,精煉渣吸附夾雜物能力差.利用Fact Sage熱力學計算,從渣的低熔點區域控制和渣-鋼反應這兩個方面對渣系進行研究與優化.結果表明,CaO/Al₂O₃質量比在1.5左右添加質量分數為3% CaF₂可以有效降低渣的熔化溫度,渣的熔化溫度隨著CaF₂含量的升高呈現先降低后升高的趨勢,MgO的質量分數控制5%左右低熔點區域面積達到最大.在SiO₂質量分數大于30%區域,鋼中氧含量大體上隨著CaO/Al₂O₃質量比的增加而降低,在SiO₂的質量分數低于30%區域隨著CaO含量的升高而降低,鋼中酸溶鋁含量在SiO₂含量高的區域隨著Al₂O₃/SiO₂質量比的增加而升高,在SiO₂含量低的區域隨著CaO/SiO₂質量比的增加而增加.根據熱力學分析結果得出合理的渣系范圍：CaO 50%-60%,Al₂O₃20%-35%,SiO₂5%-10%,MgO 5%-8%,CaF₂0-5%.優化渣系的實驗結果表明,優化后渣系熔化溫度降低,鋼中夾雜物數量、面積和平均尺寸均有明顯下降.

超低碳鋼BOF渣成分對終點[C]含量影響

張明博, 秦哲, 仇圣桃, 朱榮, 白瑞國, 張興利

2015, 37(11): 1422-1428. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.11.005

[摘要](324)

[PDF 440KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
采用共存理論、動力學分析和實驗驗證的方法,研究轉爐冶煉超低碳鋼吹煉末期爐渣成分對終點[C]含量的影響規律,建立1853-1973 K時終點[C]與爐渣成分和溫度的回歸模型.結果表明：FeO活度受溫度影響較小,主要受爐渣成分的影響;脫碳動力學條件主要受爐渣成分和溫度的影響.爐渣堿度增加,終點[C]含量升高;渣中FeO含量增加,終點[C]含量迅速降低,渣中FeO質量分數應控制在12.0%-18.0%之間;渣中MgO質量分數在7.0%-13.0%范圍內逐漸增加,鋼液中[C]質量分數增加值不足0.01%;隨著溫度的增加,鋼液中[C]含量降低.回歸模型對冶煉超低碳鋼的轉爐終點[C]含量的預判平均誤差率為±15.25%,[C]含量誤差在±0.01%以內的爐次占69.19%.

NaPO₃用于粗銻火法精煉過程除鉛

葉龍剛, 楊聲海, 唐朝波, 唐謨堂

2015, 37(11): 1429-1433. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.11.006

[摘要](275)

[PDF 386KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
針對傳統粗銻精煉工藝中除鉛的難題,提出用NaPO₃作為除鉛劑,生成磷酸鹽渣浮于銻液表面除去的方法.用熱重-差熱法和X射線衍射技術研究反應機理并進行粗銻除鉛的條件實驗.研究發現,PbO與NaPO₃在590℃時即開始吸熱反應,在850℃以下主要形成NaPb₄(PO₄)₃,而在850℃以上主要形成NaPbPO₄,反應徹底.PbO、Sb₂O₃和NaPO₃混合物的反應表明:在NaPO₃量不足時,優先與PbO反應,只有當NaPO₃足量時才會與Sb₂O₃生成銻的非晶態玻璃.用NaNO₃作為氧化劑,在氮氣保護下進行了除鉛單因素實驗,考察反應時間和溫度、NaPO₃和NaNO₃加入量對結果的影響.在最優條件下精銻含鉛0.047%,除鉛率98.90%.

表面溫度波動對微合金鋼連鑄板坯熱塑性的影響

杜辰偉, 文進, 李陽, 蘭鵬, 劉春秀, 張曉峰, 張家泉

2015, 37(11): 1434-1441. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.11.007

[摘要](288)

[PDF 989KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
由于鑄坯表面與二冷輥列夾持輥發生的間斷式接觸傳熱,其表面溫度存在一定程度的上下波動.基于J55微合金鋼,考慮溫度波動的影響,研究了鋼在不同熱狀態下的熱塑性.結果表明,高于850℃時溫度波動制度下測得的斷面收縮率低于常規恒溫制度下的測量值,而等于或低于850℃時情況相反.分析了兩種不同溫度制度下測試結果的差異,認為對于微合金鋼,存在著略高于所測鋼種Ae₃溫度的某一分界溫度,高于該溫度時恒溫制度下測得的塑性值相比波動制度下塑性值偏高,而低于該溫度時則偏低.這一認識有助于更加合理地制定實際連鑄過程的矯直溫度.

熱軋雙相鋼微觀應力-應變模型

龐啟航, 唐荻, 趙征志

2015, 37(11): 1442-1446. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.11.008

[摘要](330)

[PDF 444KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
利用掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡對熱軋后雙相鋼的微觀組織進行分析,用Image-Pro Plus軟件測定雙相鋼微觀組織中各獨立相的體積分數.根據多相材料中間混合法則和Swift方程,建立熱軋雙相鋼微觀應力-應變模型,并用DP590和DP780鋼單向拉伸曲線進行驗證.結果表明,該應力-應變關系微觀模型基本闡明熱軋雙相鋼微觀組織參數與宏觀力學性能的內在聯系,能夠準確地描述材料的變形行為,同時很好地預測熱軋雙相鋼宏觀的拉伸曲線.

核電用奧氏體不銹鋼的動態再結晶行為

楊曉雅, 何岸, 謝甘霖, 王西濤

2015, 37(11): 1447-1455. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.11.009

[摘要](400)

[PDF 917KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
利用Gleeble-1500D熱模擬試驗機對316LN奧氏體不銹鋼進行單道次熱壓縮試驗,分別設置變形溫度為900~1200℃、應變速率為0.001~10 s^-1、真應變為0.1~0.9及試樣的初始晶粒度為122~297μm之間,以研究熱變形條件及初始晶粒度對316LN鋼動態再結晶行為的影響.對試驗數據進行處理,得到臨界應變與峰值應變以及臨界應力與峰值應力的比值分別為0.38和0.89,建立了動態再結晶動力學方程和晶粒尺寸演變方程.對建立的動態再結晶模型進行修正,將修正后的模型嵌入DEFORM-3D有限元模擬軟件中進行計算,發現修正模型的模擬值和試驗值符合較好,證明修正模型的準確性.

溶解氧和溫度對06Cr17Ni12Mo2Ti不銹鋼在超臨界水中應力腐蝕的影響

陸輝, 沈朝, 張樂福, 唐睿, 張強

2015, 37(11): 1456-1462. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.11.010

[摘要](217)

[PDF 785KB](14) [施引文獻] ()

摘要:
通過慢應變速率拉伸試驗,在超臨界水環境中研究了溶解氧和溫度對06Cr17Ni12Mo2Ti不銹鋼的應力腐蝕開裂傾向的影響規律.試驗結果表明:在含不同溶解氧量(0/200/2000μg·kg^-1)的450℃和550℃超臨界水環境中,不銹鋼都呈現出不同程度的應力腐蝕開裂傾向.隨著水中溶解氧含量的增加,不銹鋼的應力腐蝕開裂傾向更為明顯.隨著溫度的上升,應力腐蝕開裂傾向反而會下降.在含不同溶解氧量(0/200/2000μg·kg^-1)的650℃超臨界水環境中,不銹鋼只發生塑性斷裂,未發現應力腐蝕開裂傾向,并且溶解氧對其影響也不是很明顯.

溫度對13Cr不銹鋼在高CO₂分壓環境中腐蝕行為的影響

李大朋, 張雷, 石鳳仙, 王竹, 李輝, 路民旭

2015, 37(11): 1463-1468. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.11.011

[摘要](205)

[PDF 537KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
通過高溫高壓電化學測試,獲得不同實驗溫度下13Cr不銹鋼的循環伏安曲線、交流阻抗譜和Mott-Schottky曲線,結合ZSIMPWIN軟件和掃描電子顯微鏡分析,研究高溫高CO₂分壓環境下,溫度對13Cr不銹鋼腐蝕電化學行為的影響.在高溫高CO₂分壓環境下,隨溫度升高,13Cr不銹鋼發生腐蝕的傾向增加,表面鈍化膜穩定性下降,點蝕敏感度增加.

澆注溫度對GH625合金鑄態顯微組織的影響

王浩宇, 董建新, 張麥倉, 鄭磊, 姚志浩, 章清泉

2015, 37(11): 1469-1476. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.11.012

[摘要](212)

[PDF 707KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
基于Thermo-Calc熱力學模擬軟件、掃描電鏡和能譜儀等實驗手段,研究GH625合金鑄態試樣棒的顯微組織,并對比討論澆注溫度對其顯微組織的影響規律.GH625合金的鑄態顯微組織為發達的樹枝晶,枝晶間可見δ相與M₆C型碳化物伴生析出.一次枝晶臂間距λ₁和二次枝晶臂間距λ₂均隨著澆注溫度的升高而增大,而枝晶偏析程度則同時受擴散時間和擴散距離兩方面因素的共同作用,綜合相互作用導致1420℃澆注試樣里Nb元素高度偏析,為枝晶間δ相的大量析出提供有利的濃度條件.因此,在制定澆注工藝時,需要綜合考慮擴散時間和擴散距離的影響程度,選取合適的澆注溫度(或者冷卻速率).

自旋梯狀化合物Sr₁₄(Cu_1-xZn_x)₂₄O₄₁的電輸運及磁學性質

陳辰, 邱紅梅, 潘禮慶

2015, 37(11): 1477-1484. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.11.013

[摘要](162)

[PDF 511KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
采用標準固相反應法制備了Sr₁₄(Cu_1-xZn_x)₂₄O₄₁（x=0,0.01,0.02,0.03）系列多晶樣品.X射線衍射譜表明所有樣品均呈單相,且樣品晶格常數大小隨Zn摻雜量x的變化存在微弱波動.X射線光電子能譜表明Sr₁₄Cu₂₄O₄₁中Cu離子以+2價形式存在,Zn摻雜對體系中Cu離子化合價不造成影響.磁化率測量結果表明在10-300 K溫度范圍內Zn摻雜使體系磁化率降低,擬合結果表明隨著Zn摻雜量x的增大,居里-外斯項對體系磁化率貢獻逐漸減弱,二聚體耦合能J_D逐漸降低,每個分子中CuO₂自旋鏈內二聚體個數ND與自由Cu²⁺離子自旋數N_F均逐漸減少,進一步分析顯示替換二聚體內Cu²⁺離子的Zn²⁺離子數少于替換自由Cu²⁺離子的Zn²⁺離子數.電阻率測量結果表明Sr₁₄Cu₂₄O₄₁體系具有半導體特性,并且Zn摻雜會使體系電阻率降低,降低程度隨摻雜量x增大而增大,但并未使體系發生金屬-絕緣體轉變.認為電阻率降低可能是由于Zn²⁺離子摻雜使體系內CuO₂自旋鏈中二聚體發生退耦,破壞了電荷有序超結構,從而使更多的空穴釋放出來并轉移到導電性好的Cu₂O₃自旋梯子中所致.

纖鋅礦ZnS在油-水界面處的室溫制備及光催化性能

梁小紅, 趙軒, 邱國飛, 賈曉明

2015, 37(11): 1485-1490. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.11.014

[摘要](170)

[PDF 464KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
通過控制硫化鋅室溫成核反應在油-水液-液界面處進行,并采用羥基端基自組裝分子層修飾的聚合物膜作為柔性襯底,最終在襯底表面制得硫化鋅納米晶膜.X射線衍射表征顯示產物為高溫穩定的纖鋅礦結構.掃描電鏡和透射電鏡觀察發現硫化鋅膜由粒徑30-50 nm的顆粒構成.產物對甲基橙的光催化降解研究證實在紫外光輔助下硫化鋅納米晶膜對有機物的降解能力.鑒于上述結果,提出了一種結合油-水液-液界面及自組裝分子層功能化的襯底,在室溫且無添加劑條件下一步制備高溫穩定相ZnS功能膜的方法,并分析了產物形貌與光催化性能間的關系.

鐵尾礦粉制備高延性纖維增強水泥基復合材料

黃曉燕, 倪文, 李克慶

2015, 37(11): 1491-1497. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.11.015

[摘要](204)

[PDF 711KB](17) [施引文獻] ()

摘要:
探索采用鐵尾礦粉取代粉煤灰作為礦物摻合料制備高延性纖維增強水泥基復合材料（ECC）的可行性,重點研究鐵尾礦粉摻量對ECC的拉伸特性和抗壓強度的影響,并比較所研發的新型鐵尾礦粉ECC與傳統粉煤灰ECC的宏觀力學性能.研究發現,采用鐵尾礦粉作為礦物摻合料制備高延性纖維增強水泥基復合材料是可行的.在同等礦物摻合料摻量下,鐵尾礦粉ECC的強度性能低于粉煤灰ECC,但表現出更強的拉伸延性.在所研制的鐵尾礦粉ECC中,當鐵尾礦粉與水泥質量比為1.2-2.2時,ECC的28 d抗壓強度為36.7-54.2 MPa,滿足一般混凝土結構對抗壓強度的要求.此時,ECC的28 d極限拉伸應變為3.4%-4.3%,鐵尾礦的總用量占固體基體原材料總質量的66.6%-77.0%.

玻璃微珠、橡膠粉末填充聚丙烯復合材料吸能特性

陳亞楠, 肖久梅

2015, 37(11): 1498-1503. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.11.016

[摘要](207)

[PDF 396KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
采用單軸壓縮試驗分別對空心玻璃微珠(HGB)和丁腈橡膠粉末(PNBR)填充的聚丙烯(PP)復合材料進行壓縮性能和吸能特性研究,通過測定基于擺錘沖擊試驗的沖擊韌性對材料的吸能能力進行驗證,并采用掃描電子顯微鏡觀察材料的微觀形貌.結果表明:空心玻璃微珠增加聚丙烯的剛度并降低延展性,粉末丁腈橡膠減小聚丙烯的剛度并提高延展性;吸收相同能量時,粉末丁腈橡膠/聚丙烯體系產生的應力響應最小;根據吸能效率,空心玻璃微珠/聚丙烯體系的設計應力應高于粉末丁腈橡膠/聚丙烯體系;理想吸能效率的最大值出現在相對平緩的屈服階段;沖擊試驗結果證明空心玻璃微珠和粉末丁腈橡膠都能改善聚丙烯的吸能特性.

新型木建筑材料——交叉層積木介紹及其連接的試驗研究

沈銀瀾, 牟在根, Johannes Schneider, Siegfried F. Stiemer

2015, 37(11): 1504-1512. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.11.017

[摘要](205)

[PDF 600KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
交叉層積木作為一種新型木建筑材料已經在北美地區推廣開來,然而在我國還沒有得到引進和推廣.本文介紹了這種新型材料的性能特點,總結其生產工藝、設計方法和研究進展,重點對交叉層積木七種半剛性連接的抗震性能進行試驗研究.研究表明:緊固件全部被拔出的失效模式為理想的延性破壞模式,滯回曲線表現出高度非線性、剛度退化、強度退化以及捏攏現象.通過試驗數據分析,給出了在延性和承載能力兩方面最佳的連接.

快速真空變壓吸附制氧的排放氣充壓過程研究

祝顯強, 劉應書, 焦璐璐, 楊雄, 劉文海

2015, 37(11): 1513-1519. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.11.018

[摘要](198)

[PDF 459KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
測試了微型制氧吸附劑的平衡吸附特性,在此基礎上選出適合快速真空變壓吸附制氧的吸附劑.針對傳統的單塔兩步快速變壓吸附制氧含量低問題,提出了提高產品氣氧含量的單塔快速變壓吸附制氧的排放氣和原料氣組合充壓流程,并對該流程進行實驗研究.結果表明:在單塔快速真空變壓吸附制氧過程中,采用排放氣和原料氣組合充壓流程可以有效提高產品氣氧含量.充壓前排放氣的壓力和氧含量是影響產品氣氧含量的關鍵參數,采取合適的排放氣壓力和較高氧含量的排放氣可獲得更高的產品氣氧含量.在吸附和解吸壓力分別為240 k Pa和60 k Pa時,采用排放氣和原料氣組合充壓的快速真空變壓吸附流程可獲得氧體積分數90%的產品氣,其產氧率為325.08 L·h^-1·kg^-1.

一種線性自抗擾控制器參數自整定方法

李揚, 王京, 張勇軍

2015, 37(11): 1520-1527. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.11.019

[摘要](317)

[PDF 447KB](28) [施引文獻] ()

摘要:
針對線性自抗擾控制器參數難于整定的問題,提出了一種基于動態響應過程時序數據挖掘的參數自整定算法.算法以線性自抗擾控制器中線性誤差反饋律的兩個增益信號回路的動態響應為參數調整對象,通過改進變收縮系數的隨機搜索算法進行參數整定,記錄動態響應過程數據,基于關聯關系挖掘得到控制參數調整策略應用于線性自抗擾控制器的參數自整定.為驗證本文提出的參數自整定方法的實際效果,以液壓自動位置控制系統為控制對象,分別采用階躍響應仿真和Monte Carlo實驗進行對比研究.結果表明,基于數據挖掘參數自整定的線性自抗擾控制器動態響應較好,魯棒性較強,改進了變收縮系數隨機搜索算法調整時間較長以及傳統線性自抗擾控制器超調較大的缺點,是一種具有實用性的線性自抗擾控制器參數自整定方法.

基于情感狀態轉移模型的外界刺激影響分析

徐上謀, 解侖, 韓晶, 劉欣, 王志良

2015, 37(11): 1528-1534. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.11.020

[摘要](206)

[PDF 555KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
為了研究外界刺激時間對人情感狀態轉移的影響,首先采用Gross情感調節過程和有限狀態機描述情感狀態轉移過程.然后根據外界刺激持續時間的不同,引入了情感增強因子.本文將外界刺激時間與狀態轉移矩陣進行關聯,從而確定不同的刺激時間對情感狀態轉移的影響.最后對提出的算法進行仿真分析.結果表明,隨著外界刺激時間的增加,外界刺激對情感狀態轉移的影響會越來越大,但是增大的速率會逐漸減慢.該算法可以有效描述外界刺激持續時間與狀態轉移矩陣的關系.