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12期

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基于X射線衍射實驗的堆垛結構對煤塵潤濕性的影響

周剛, 薛嬌, 程衛民, 聶文, 王昊

2015, 37(12): 1535-1541. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.001

[摘要](320)

[PDF 522KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
為了研究煤塵堆垛結構對其潤濕性的影響,對從全國選取的10種不同變質程度煤樣進行X射線衍射實驗,結合液-固界面動態接觸角測定結果,分析得到煤塵微晶參數與其潤濕性之間的關系.結果表明,無機礦物種類隨著煤樣變質程度的提高逐步減少,且原生礦物種類數量越多,潤濕性則越好,次生礦物對煤塵潤濕性的影響則較小.變質程度高的煤種晶態成分較多,芳晶結構單元較大,芳香環縮合度較高;而中低變質程度煤種的非晶態成分較多,往往是一些親水性的烷基小分子側鏈、含氧官能團等.隨著堆砌度和延展度不斷升高,面網間距逐漸減小,煤塵潤濕性逐步變差.當煤塵X射線衍射的堆砌度為18.5 nm,延展度為41.7 nm,面網間距為0.898 nm時,煤塵潤濕性最佳,其X射線衍射微晶參數越接近上述組合,潤濕性越好.

節理巖體數值模擬及力學參數確定

趙偉, 吳順川, 高永濤, 周喻, 肖術

2015, 37(12): 1542-1549. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.002

[摘要](365)

[PDF 739KB](23) [施引文獻] ()

摘要:
采用FLAC3D程序和離散裂隙網絡技術構建的遍布節理巖體模型能同時考慮節理巖體中節理和巖體的作用,具有概念清晰、建模快捷、計算效率高等特點.首先對現場結構面測繪數據進行統計分析,獲得其概率分布特征參數,在此基礎上分兩尺度考慮節理并確定其離散裂隙網絡模型;其次基于離散裂隙網絡模型構建相應的節理巖體模型,研究其強度特征并獲取工程巖體單軸抗壓強度;結合Hoek-Brown、Mohr-Coulomb準則及最大圍壓擬合綜合確定節理巖體力學參數;最后將擬合所得參數用于邊坡穩定性分析,分別運用強度折減法和極限平衡法計算兩種模型的安全系數,對比發現計算結果基本一致,表明所提出的研究思路用于確定節理巖體參數是可行的.

基于塊體化程度和物元可拓理論的頂板穩定性分級方法及應用

陳慶發, 牛文靜, 黃仁貴, 范秋雁, 陳金剛

2015, 37(12): 1550-1556. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.003

[摘要](275)

[PDF 343KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
基于塊體化程度和物元可拓理論,提出一種適用于頂板穩定性分級的BET法(classification method based on blockiness and extension theory).從三維空間上運用塊體化程度指標刻化頂板圍巖的完整性,建立以塊體化程度、單軸抗壓強度、節理條件和地下水條件為指標的評價體系;構建物元可拓模型的經典域、節域和待評物元,分析指標間不相容問題,用可拓層次分析法計算指標權重;綜合計算關聯度,制定出穩定性分級方法與標準.選取廣西銅坑礦四個裂隙巖體試驗區,進行BET分級法的工程應用研究.將BET法分級結果分別與RMR法、RSR法、Q法等傳統方法及BT法的結果進行了對比.結果表明:與其他各類分級方法相比,BET法所選指標體系更全面,評價方法更客觀、科學,評價結果更準確.

石膏種類對富水充填材料凝結硬化性能與機理的影響

劉娟紅, 馬翼, 王祖琦, 高萌, 周茜

2015, 37(12): 1557-1563. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.004

[摘要](307)

[PDF 634KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
針對富水充填材料的凝結性能受石膏種類影響的問題,采用X射線衍射、掃描電鏡、紅外光譜等微觀實驗,分析富水充填材料硬化體的組成,探討二水石膏和半水石膏對富水充填材料性能影響的機理.結果表明:以硫鋁酸鹽水泥-石膏-石灰為主的富水充填材料體系中,為保證正常的凝結硬化,石膏應為二水石膏;如以半水石膏為原材料,在7 d齡期時仍不具有強度;二水石膏充足時生成的鈣礬石晶體呈細針狀,二水石膏不足時生成的鈣礬石晶體為六棱短柱狀;富水充填材料的強度主要來源于硫鋁酸鹽水泥-石膏-石灰反應生成的鈣礬石,而不是水泥自身水化的水化硫鋁酸鈣、鋁膠和氫氧化鈣.

稀土處理C-Mn鋼顯微組織和夾雜物演化

宋明明, 宋波, 楊占兵, 張圣華, 宋高陽, 胡春林

2015, 37(12): 1564-1569. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.005

[摘要](283)

[PDF 763KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
對稀土處理C-Mn鋼的夾雜物和顯微組織進行分析,統計稀土處理C-Mn鋼中針狀鐵素體形核核心尺寸,并將稀土處理鋼在不同溫度下淬火,研究稀土夾雜物生成和長大過程.實驗結果表明：C-Mn鋼加入少量稀土后鋼中夾雜物從MnS＋硅鋁酸鹽夾雜轉變為La₂O₂S＋LaAlO₃＋MnS＋硅鋁酸鹽夾雜,尺寸得到細化,顯微組織也從馬氏體＋貝氏體組織變成側板條鐵素體、針狀鐵素體和塊狀鐵素體組織;稀土處理C-Mn鋼中針狀鐵素體有效形核核心的尺寸集中在1~4μm,主要是在鋼液中形成,冷卻和凝固過程形成的數量較少;稀土夾雜物在鋼液溫度和冷卻及凝固過程容易碰撞黏合長大,上浮從鋼液中去除,MnS能在稀土夾雜物顆粒間析出.

超超臨界機組葉片鋼KT5331晶粒長大行為

李俊儒, 宋明強, 龔臣, 陳列, 佐輝, 劉雅政

2015, 37(12): 1570-1574. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.006

[摘要](314)

[PDF 477KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
通過在不同溫度下等溫奧氏體化,研究KT5331鋼奧氏體晶粒長大行為,并探討析出相對奧氏體晶粒長大行為的影響機理.研究表明,KT5331鋼奧氏體晶粒長大可分為三個階段：1075℃以下,由于含W和Nb的析出相釘扎作用,晶粒長大緩慢;1075℃以上,含W和Nb的析出相溶解,釘扎作用減弱,隨加熱溫度和保溫時間延長晶粒迅速長大;1225℃及以上,δ鐵素體析出,晶粒尺寸隨加熱溫度升高而急劇減小.通過擬合分別得到晶粒粗化溫度以下（950~1075℃）和晶粒粗化溫度以上（1100~1200℃）的晶粒長大模型.

攪拌摩擦加工IF鋼的組織性能

趙凱, 王快社, 郝亞鑫, 王文, 徐瑞琦

2015, 37(12): 1575-1580. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.007

[摘要](291)

[PDF 629KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
對3 mm厚的DC04冷軋IF鋼板進行攪拌摩擦加工,研究加工區域的微觀組織與力學性能.在旋轉速度為950 r·min^-1,加工速度為60 mm·min^-1時,采用加工后強制冷卻技術可獲得光滑平整且沒有缺陷的加工表面.攪拌摩擦加工后組織顯著細化,加工中心的平均顯微硬度約為HV 135.6,是母材硬度的1.4倍,表面細晶層硬度最高可達到HV 312.8,細晶層和過渡層的抗拉強度分別比母材的抗拉強度提高50.9%和47.6%,加工前后試樣的拉伸斷口均呈微孔聚合韌性斷裂特征.細晶強化對材料抗拉強度的提高起主要作用.

二次帶狀組織對低合金非調質鋼疲勞性能的影響

廖慶亮, 程亞杰, 孫斌堂, 范光龍, 趙雷超, 李冰, 張躍

2015, 37(12): 1581-1587. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.008

[摘要](330)

[PDF 1049KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
采用應力比為0.1的軸向拉伸疲勞試驗分別研究了低合金鋼DG20Mn和35CrMo鋼的疲勞性能與帶狀組織的關系.結果表明:帶狀組織對試驗材料的軸向拉伸性能沒有明顯影響,對35CrMo鋼的軸向拉伸疲勞性能影響較小,但嚴重減弱DG20Mn鋼的軸向疲勞性能.帶狀組織對疲勞性能的影響主要是由于在高的疲勞拉應力下,帶狀組織引發疲勞微裂紋、微空洞等疲勞損傷,導致疲勞裂紋萌生及擴展模式發生變化,從而影響疲勞性能.

Q345R疲勞裂紋擴展過程的聲發射研究

柴孟瑜, 段權, 張早校

2015, 37(12): 1588-1593. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.009

[摘要](327)

[PDF 427KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
為了建立疲勞過程與聲發射參數之間的關系,對壓力容器常用鋼材的典型代表——Q345R的疲勞裂紋擴展過程的聲發射信號進行詳細研究.結果表明:Q345R疲勞裂紋擴展的聲發射過程分為三個明顯的階段,累積計數值和累積能量值可以很好地表征整個疲勞裂紋擴展過程;聲發射參數在第2階段到第3階段的轉折點比線彈性斷裂力學定義下的要提前,表明聲發射技術對疲勞進入失穩擴展階段更加敏感;建立了Q345R聲發射計數率和能量率與疲勞裂紋擴展速率的關系,它可以為Q345R剩余壽命的預測提供依據.

多功能水性低表面處理涂料及涂層防護性能

申琳, 高瑾, 宋東東, 田東波, 李曉剛

2015, 37(12): 1594-1600. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.010

[摘要](157)

[PDF 553KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
基于銹蝕碳鋼表面,針對一種多功能型的酸性水性低表面處理涂料中主要防銹組分和配制工藝對涂料和涂層性能的影響進行研究,考察涂層的防護性能,并與同類進口涂層進行對比.結果表明:在基材表面處理等級為St1時,涂層附著力隨著防銹組分含量的增加均呈現先上升再下降的趨勢,螯合劑所含活性基團穩定了基材表面銹蝕,帶來涂層附著性能的提高.復合銹轉化劑將基材表面銹蝕絡合轉化,進一步提高涂層附著力.最佳配制工藝為后加復合銹轉化劑與低速攪拌相結合.所得涂層在基材表面處理等級分別為St1和St3時附著性能無明顯差異,附著力達5 MPa.涂層耐蝕性能也無明顯差異:耐鹽水1200 h,耐鹽霧1000 h,耐紫外老化2000 h,遠高于進口同類水性帶銹底漆,適合應用于大氣環境中復雜鋼鐵構件的維護.

鹽霧對噴錫和化金印制電路板腐蝕行為的影響

易盼, 丁康康, 宋維鋒, 董超芳, 李曉剛, 吳俊升, 肖葵

2015, 37(12): 1601-1609. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.011

[摘要](295)

[PDF 1300KB](16) [施引文獻] ()

摘要:
采用交流阻抗譜研究熱風整平無鉛噴錫處理印制電路板（PCB-HASL）和無電鍍鎳金電路板（PCB-ENIG）在鹽霧環境下的電化學腐蝕行為,并結合體式學顯微鏡、掃描電鏡、X射線能譜等手段分析兩種不同表面處理工藝電路板的腐蝕產物形貌、組成和鍍層失效機制.結果表明：鹽霧環境下,PCB-HASL和PCB-ENIG均發生嚴重腐蝕;鍍Sn層開始發生局部腐蝕,隨后幾乎整個表面都發生腐蝕,出現類似均勻腐蝕的現象,鍍金板主要發生微孔腐蝕.在PCB-HASL腐蝕過程中,Cl^-的侵蝕作用促進Sn層的腐蝕,后來由于逐漸形成大量的覆蓋在鍍層表面的腐蝕產物,使得腐蝕速率降低;而在PCB-ENIG腐蝕過程中,微孔處形成含Cl^-電解質薄液層,Ni與Au構成腐蝕電偶,從而加速Ni的腐蝕,最終使Cu基底裸露,造成電路板失效.

GH720Li合金長期時效過程中γ'相演變規律

陳佳語, 張盼達, 董建新, 張麥倉, 姚志浩

2015, 37(12): 1610-1616. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.012

[摘要](184)

[PDF 1442KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
研究GH720Li合金經標準熱處理（1105℃,4 h→油冷＋650℃,24 h→空冷＋760℃,16 h→空冷）后分別在720℃時效0~5000 h和800℃時效0~1000 h后γ!強化相的演變規律.合金在720℃,5000 h時效后一次γ＇相的尺寸、形態以及數量基本不發生變化;在720℃,200 h時效后,二次γ＇相發生明顯粗化;500 h后出現不均勻長大.相應地,500 h前硬度下降速率大,500 h后趨于平穩.在800℃,500 h時效后,一次γ＇相發生粗化;800℃,100 h時效后,二次γ＇相發生明顯粗化且不均勻長大.500 h前硬度下降斜率很大,500 h后硬度仍有明顯下降趨勢.720℃及800℃時二次γ＇相粗化行為是以擴散控制的粗化機制為主導.γ＇相平均半徑與時效時間滿足立方根關系,符合L-S-W（Lifshiz-Slyozov-Wanger）理論.

超音速火焰噴涂WC-12Co涂層的滑動磨損特性

劉建金, 崔照雯, 賈成廠, 李斌, 王大峰, 梁棟

2015, 37(12): 1617-1623. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.013

[摘要](171)

[PDF 859KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
利用超音速火焰噴涂工藝在銅基復合材料表面制備WC-12Co涂層.分析了涂層的微觀結構、相組成和含量以及表面和截面硬度,并對涂層的摩擦磨損性能進行測試.結果表明：涂層組織和截面硬度分布均勻,耐磨性好,摩擦過程中會形成兩種摩擦膜.磨損率隨載荷增加而呈增大趨勢,隨轉速的增加呈先減小后增大的趨勢.涂層最適用的環境為300~500 r·min^-1和2~3 N,磨損率與滑動速度間的回歸方程滿足一元二次函數;磨損率與載荷間的回歸方程滿足指數方程.

AlTiCrN涂層結合界面組織特征與結合性能

孔德軍, 付貴忠, 王文昌, 郭皓元

2015, 37(12): 1624-1629. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.014

[摘要](184)

[PDF 1208KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
以Ti、Al和Cr為靶材,采用陰極離子鍍在YT14硬質合金刀具表面制備一層AlTiCrN涂層,通過掃描電鏡、能譜儀和X射線衍射儀分析了其表面和界面形貌、化學元素組成和物相,并用線掃描和面掃描研究了涂層中化學元素在結合界面處擴散機理.用劃痕法表征其界面層結合強度,對界面結合機理進行了討論.AlTiCrN涂層的物相主要以AlN、CrN和TiN為主,涂層在(111)晶面具有很強的擇優取向.涂層中Al、Ti、Cr和N原子數分數高于基體,在結合界面處呈階梯狀過渡分布,基體中C原子擴散進入TiN、AlN和CrN晶格點陣中,形成明顯的擴散層.涂層結合界面為機械+擴散形式,其結合方式主要是由吸附結合、擴散結合和化合結合方式組成.劃痕過程中涂層經歷彈性變形、塑性變形和涂層剝離三個階段,界面結合強度為59.2N.

中厚板邊部折疊模擬實驗及機理研究

馬忠偉, 張慧, 胡鵬, 趙沛, 宋波

2015, 37(12): 1630-1636. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.015

[摘要](204)

[PDF 1100KB](17) [施引文獻] ()

摘要:
通過對中厚板邊部折疊試樣的檢測分析,對其產生機理和影響因素進行研究.結果顯示,中厚板邊部折疊現象是板材橫軋寬展過程中側面材料在軋制中受軋輥作用而翻轉到板材表面的結果.折疊缺陷處所觀察到的微觀組織結構,是軋制前板材表面在高溫下形成的氧化鐵及脫碳層形成的.建立了軋制有限元數值模型,證實折疊缺陷是在軋制過程中由側面的折疊翻轉所造成的.通過實驗室實驗,得到鑄坯邊部質量、軋制制度、寬展道次及軋制壓下量對中厚板折疊缺陷的影響.實驗結果表明橫軋寬展導致折疊缺陷的出現,鑄坯邊部質量對其沒有影響,軋制過程中鑄坯側邊的折疊經翻平形成表面折疊缺陷,隨著橫軋展寬的道次及壓下量增加,折疊缺陷距邊部距離變大.

基于壓力彈塑性變形中性層偏移模型的構建與驗證

王榮軍, 馬自勇, 馬立峰, 龐志寧, 賈偉濤, 呂陽陽

2015, 37(12): 1637-1644. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.016

[摘要](174)

[PDF 741KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
大截面棒材矯直過程中性層偏移明顯,對二輥矯直輥輥型及棒材直線度的影響較大.依據三點彎曲理論建立了棒材矯直過程中基于壓力彈塑性變形的中性層偏移量理論計算模型,結合室溫拉伸和彎曲試驗,研究了棒材矯直過程中性層偏移規律.結果表明:反彎半徑和棒材力學性能對中性層偏移值的影響顯著,反彎半徑越小,則中性層偏移量越大;強度較低、塑性較強的材料,中性層偏移量較大.通過彎曲試驗,驗證了該模型的可靠性及其適用范圍.

高溫應變片關鍵參數標定方法

王文瑞, 張佳明, 閆曉強, 孫志輝

2015, 37(12): 1645-1650. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.017

[摘要](234)

[PDF 471KB](18) [施引文獻] ()

摘要:
針對自主研制的自由框架絲柵式高溫應變片,建立高溫應變片參數高精度標定裝置,提出適合可行的標定方法,確定影響高溫應變片測量結果的關鍵參數.根據提出的關鍵參數標定方法,可以得到高溫應變片的靈敏度系數、熱輸出、零漂和蠕變特性隨溫度變化的曲線,建立應變測量的精度補償模型,最終通過應變測量補償驗證并取得可信的結果,表明提出的標定方法準確可行,并可推廣到其他形式的高溫應變片參數測量中.

基于交通網絡數據優化的地理信息推薦系統

邵闊義, 班曉娟, 王笑琨, 李斌

2015, 37(12): 1651-1657. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.018

[摘要](167)

[PDF 418KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
針對目前上下文感知推薦系統主要研究方向為用戶和系統,而沒有結合實際交通網絡位置特點進行研究的問題,本文提出了一種基于交通網絡數據優化的地理信息推薦系統.該系統在協同過濾推薦模型基礎上結合交通網絡數據的地理信息對推薦算法進行改進.實驗結果顯示推薦質量獲得明顯提升.

空間稀疏角域以及多普勒域下的DOA估計

劉婷, 周杰, 邵根富

2015, 37(12): 1658-1666. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.019

[摘要](158)

[PDF 560KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
提出可在稀疏角域以及多普勒域下對天線陣列信號向量進行接收和分析的方法,討論在多普勒頻域范圍內的DOA估計問題,并在有效的頻帶范圍內提取信號沖激響應較大的值.在稀疏DOA的恢復過程中采用的是L_2,0估計算法,并在多路天線頻譜感知的架構下充分利用DOA所固有的稀疏特性,對其進行稀疏恢復.對于在測試環境中不可避免的噪聲問題,分析三種不同噪聲分布下的DOA估計誤差問題.仿真結果顯示頻域范圍內的L_2,0-DOA估計算法具有較低的計算復雜度和較高的準確度,并且算法對噪聲不敏感,魯棒性較高.

警報接收端優化部署

蓋文妹, 蔣仲安, 鄧云峰, 李競, 杜焱

2015, 37(12): 1667-1675. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.020

[摘要](175)

[PDF 674KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
基于個體脆弱性模型將毒氣擴散場景下人員疏散過程中的個人風險量化,并根據警報傳播和人員躍遷規律求解不同警報接收端部署比例下的個人風險.運用運籌學中圖論及多目標優化方法建立高含硫井場警報接收端部署雙目標優化模型,并基于貪心算法思想提出求解該模型的實用算法,從而獲得模型的較好非劣解.以某山區高含硫井場應急預警通知項目為例,通過程序運算得到該井場警報接收端部署子區域的邊界及對應的部署比例.分析表明,在降低部署成本及緩解道路擁塞水平方面,該優化部署方法比傳統的平均部署方法更具優越性.