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

郵發代碼：82-303

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2015年第37卷第3期

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基于矩張量反演的礦山突水孕育過程

柴金飛, 金愛兵, 高永濤, 吳順川, 張院生

2015, 37(3): 267-274. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.03.001

[摘要](302)

[PDF 349KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
為實現礦山突水孕育過程中巖石破裂事件的有效分析,利用河北礬山磷礦所監測的異常微震事件,引入基于數字地震學的矩張量反演方法.礦井尺度的震動位移場可表示為矩張量與格林函數的時間褶積.通過提取微震事件位移場資料,并計算格林函數(震源至傳感器之間傳播介質的脈沖響應),線性反演了微震事件的矩張量,并利用微震事件的破裂方位判別了其破裂類型.隨后建立微震監測三維效果圖,擬合出巖石破裂面發展趨勢,并初步確定了突水危險區域范圍.研究表明,矩張量反演方法能夠計算出微震事件震源機制解,可有效反映礦山突水孕育過程中巖石破裂的形成過程及發展趨勢.

基于核磁共振成像技術的堆浸細觀滲流速度場特性

尹升華, 薛振林, 吳愛祥, 劉超, 李紅

2015, 37(3): 275-280. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.03.002

[摘要](356)

[PDF 712KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
采用核磁共振成像技術對柱浸滲流過程進行非接觸、無損探測,得到溶液靜止和流動時的核磁共振圖像.通過對速度值分布的分析,評價了速度場均勻性,得到了均勻性指數與噴淋強度的關系,進而研究了細觀滲流速度場分布特性和孔隙內速度場演化規律.研究表明:流速分布具有明顯的不均勻性,流速值與孔隙大小并不嚴格一致;不同噴淋強度下速度值分布趨勢相似,最大流速與噴淋強度正相關;通過分析速度場均勻性與噴淋強度間關系可得到噴淋強度閾值,實驗中0.7 L·cm^-2·h^-1為此粒級級配的噴淋強度閾值.現場應用動態噴淋強度可明顯改善堆場的滲透性,提高銅的浸出率.

氣相質譜法研究Fe與CO₂-CO氧化反應動力學

嚴紅燕, 胡曉軍, 張昭亮, 侯新梅, 周國治

2015, 37(3): 281-285. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.03.003

[摘要](388)

[PDF 414KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
采用氣相質譜在線監測反應氣體成分變化的方法,研究了1273~1473 K范圍內,不同比例CO₂-CO混合氣體對鐵片恒溫氧化的反應動力學.結果表明,氧化反應速率與二氧化碳分壓呈線性關系,反應速率常數隨CO₂/CO體積比值增大而減小,鐵片氧化反應的表觀活化能為（137.7±15.8）k J·mol^-1.該方法得到的結果與文獻相比較,結果是可靠的,表明該方法可以用來在線研究氣-固反應的動力學.

采用石油液化氣進行鋼液脫氧

王海軍, 王建軍, 蒙玉勇, 常立忠, 周俐

2015, 37(3): 286-291. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.03.004

[摘要](296)

[PDF 412KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
在實驗室利用石油液化氣對鋼中氧進行去除.研究結果表明:利用石油液化氣對鋼液脫氧是可行的,配合VD真空冶煉,可用于生產高碳、高質量潔凈鋼.鋼液脫氧時,通入氬氣和液化氣兩者的混合氣體的脫氧效果優于單純通入單一氣體,鋼中氧含量下降更明顯,碳含量增加幅度更低.混合氣體對鋼液脫氧操作8 min后,鋼中脫氧減慢,氧含量下降不明顯.鋼液脫氧的起始階段,鋼中碳含量增加較為緩慢,當鋼中氧含量降低到一定水平后,鋼中碳含量迅速增加.通入氬氣,加強了鋼液攪拌,在一定程度上抑制鋼中氫含量的增加速度,促進了鋼中氫的去除.

Ti-Mg復合脫氧和硫含量對鋼中夾雜物特征及MnS析出行為的影響

鄭萬, 吳振華, 李光強, 朱誠意

2015, 37(3): 292-300. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.03.005

[摘要](329)

[PDF 689KB](16) [施引文獻] ()

摘要:
采用掃描電鏡/能譜儀表征了管線鋼中夾雜物的形貌、尺寸、成分及數量,考察了不同Ti/Mg比的鋼中夾雜物特征、硫含量及脫氧產物數量對MnS析出行為的影響,并進行了熱力學計算.結果表明：Ti-Mg脫氧鋼中夾雜物以MgO-Al₂O₃-Ti₂O₃、MgO-Ti₂O₃或MgO為核心,表面包裹或局部析出MnS,粒徑小于1.3μm,數量為300~450 mm^-2,形貌為圓形、多邊形和方形;夾雜物中Ti/Mg原子數比為0.05~0.2時,夾雜物細小且近圓形;隨硫含量減少,凝固過程中MnS析出傾向減小,MnS在夾雜物表面由包裹析出向局部析出轉變,提高氧化物夾雜數量,有利于細小MnS的包裹或局部異質形核;Ti-Mg復合脫氧產物細小、彌散,可作為MnS異質形核核心,可同時降低MnS及氧化物的危害.

圓坯連鑄過程中坯殼生長規律

王睿, 包燕平, 彭尊, 張立強

2015, 37(3): 301-306. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.03.006

[摘要](279)

[PDF 360KB](16) [施引文獻] ()

摘要:
采用ANSYS軟件建立了圓坯連鑄過程的二維凝固傳熱模型,通過射釘實驗以及表面溫度的測定對模型進行了實驗驗證.結果表明模型能較準確地得到任意位置處鑄坯坯殼厚度以及預測凝固終點位置.在傳熱模型的基礎上結合鑄坯低倍觀察著重分析了圓坯坯殼生長規律.發現圓坯凝固過程中柱狀晶區坯殼的厚度與凝固時間的平方根呈線性關系,符合平方根定律,并對平方根定律進行了修正,修正項與過熱度和凝固速率有關;鑄坯中心等軸區坯殼厚度與凝固時間平方根為非線性關系,凝固坯殼的生長不再符合平方根定律;間接證明了圓坯柱狀晶生長是單方向傳熱,等軸晶生長時傳熱方向不唯一.

IF鋼鑄坯厚度方向潔凈度演變

王敏, 包燕平, 楊荃, 趙立華, 林路

2015, 37(3): 307-311. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.03.007

[摘要](346)

[PDF 476KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
采用夾雜物原貌分析、掃描電鏡和能譜分析、氧氮分析等手段系統分析了IF鋼鑄坯全厚度方向的潔凈度變化及夾雜物分布規律.鑄坯厚度方向全氧（T.O）和N質量分數平均值均為17×10^-6.內、外弧表層1/16內T.O、N均高于平均值5%~10%,存在夾雜物聚集帶;內弧1/4至外弧1/4區域T.O、N水平低于平均值5%~10%;表層1/16至1/4區域接近平均水平.共統計夾雜物963個,夾雜物平均粒徑5.7μm,〈5μm占60%,〈10μm占90%;Al₂O₃夾雜主要存在表層5 mm內,尺寸在2~10μm;TiN-Al₂O₃和TiN粒子主要在距離表層5~80 mm,尺寸隨深度增加而增大;TiN-TiS和TiS夾雜主要在距離表面80~130 mm,尺寸1~5μm.從鑄坯表層到中心主要夾雜物的分布依次是Al₂O₃、Al₂O₃-TiN、TiN、TiN-TiS、TiS和MnS.

2205雙相不銹鋼中σ相的析出規律

李殊霞, 任學平, 佟建國, 侯紅亮

2015, 37(3): 312-316. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.03.008

[摘要](375)

[PDF 704KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
2205雙相不銹鋼經過1300℃固溶處理和不同程度的冷軋變形后,在不同溫度下保溫不同時間后水冷.利用金相顯微鏡和透射電鏡觀察試樣的組織,用Image Tool軟件分析組織中σ相的含量,研究2205雙相不銹鋼中σ相的析出規律.在950℃保溫,當冷軋變形量從50%增大到85%時,σ相析出時間從30 min縮短為3 min.冷軋變形量為85%的試樣,在950℃保溫,當保溫時間從3 min延長至30 min時,σ相的體積分數從1.2%增大到11.8%.在875~950℃保溫5 min后,當溫度從875升高至950℃時,σ相的體積分數從8.9%降低至3.6%;在975℃保溫5 min后,組織中不存在σ相.

含砷/銅砷C-Mn鋼的高溫氧化行為

辛文彬, 宋波, 胡春林, 宋明明, 孫桂林

2015, 37(3): 317-323. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.03.009

[摘要](302)

[PDF 725KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
利用熱重分析儀、掃描電鏡和電子探針研究了含As或者Cu+As的C-Mn鋼的高溫氧化特性.1050℃氧化初期約500 s內,As鋼和Cu-As鋼為線性氧化階段,隨后轉為拋物線氧化,兩種鋼的拋物線氧化速率均高于C-Mn鋼.因氧化層分離,1150℃氧化增重小于1050℃氧化增重.鋼中Cu和As的存在促進了固相Fe₂SiO₄層的生長.由于As在氧化層/基體界面的富集,1050℃氧化時,As鋼中存在明顯的條帶狀內部氧化粒子層;C-Mn鋼中加入Cu和As后,其氧化層/基體界面變得崎嶇不平,內部氧化粒子的數量隨著氧化時間及氧化溫度的增加而增加.1050℃氧化時氧化層/基體界面處Cu和As的富集程度高于1150℃氧化.

微觀組織對X70管線鋼漿料磨損特性的影響

巨彪, 武會賓, 潘學福, 唐荻

2015, 37(3): 324-328. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.03.010

[摘要](170)

[PDF 667KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
利用濕砂橡膠輪磨損試驗機對同成分不同組織的三種管線鋼進行了漿料磨損實驗,隨后對磨損后的試樣表面進行掃描電鏡觀察和三維白光干涉分析,研究組織類型影響耐磨性的原因及磨損的微觀機理.結果表明:當磨損機理以微觀犁溝和微觀疲勞為主時,復相組織中共存的兩相硬度差別越大,磨痕的微觀變形越不易協調,磨損質量損失越明顯;當整體力學性能接近時,粒狀貝氏體+針狀鐵素體的復相組織最為耐磨,粒狀貝氏體+多邊形鐵素體復相組織次之,板條貝氏體+多邊形鐵素體復相組織耐磨性最差.

噴射成形含鈮M3型高速鋼的組織和耐磨性

王和斌, 侯隴剛, 盧林, 張金祥, 崔華, 黃進峰, 張濟山

2015, 37(3): 329-335. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.03.011

[摘要](151)

[PDF 758KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用噴射成形技術制備了M3型高速鋼和以Nb替代V的M3型高速鋼.利用掃描電鏡、X射線衍射、差示掃描量熱儀和金相顯微鏡研究了Nb對M3型高速鋼組織的影響.噴射成形能有效消除宏觀偏析,細化組織.以Nb代V,提高了MC型碳化物開始析出溫度,大量MC相先于共晶反應析出,呈獨立的近球形分布于晶界,同時其尺寸減小.由于消耗大量C,抑制了共晶反應,M₂C片層數量減少且厚度變薄,其在熱變形過程中更易于分解,進一步增加了組織均勻性.低溫低載荷時含鈮的M3型高速鋼抗磨損性能顯著優于M3高速鋼,溫度升高到500℃時磨損機制逐漸以氧化磨損為主,兩合金的抗磨損性能差距減小,主要原因是大量呈彌散球形分布的含鈮MC型碳化物能有效提高高速鋼的磨粒磨損抗性,而其對抗氧化性能并無明顯作用.

FGH96合金雙道次熱變形及其熱加工圖

方彬, 紀箴, 田高峰, 賈成廠, 胡本芙, 崔照雯

2015, 37(3): 336-344. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.03.012

[摘要](149)

[PDF 1105KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用Gleeble-1500熱模擬試驗機對FGH96合金進行雙道次真應變量為0.6＋0.6和0.3＋0.9的等溫間斷熱壓縮試驗,研究了變形溫度為1050~1125℃、變形速率為0.001~0.1 s^-1時合金的熱變形行為和組織演變.熱變形過程中合金發生了再結晶,第一道次較小的真應變量減輕了合金的開裂.當第一道次真應變量小時,隨著溫度和變形速率的上升,合金道次間再結晶軟化率增加.不同應變量以及不同道次真應變量均對合金熱加工圖產生明顯影響.在相同變形條件下,當能量耗散率隨應變量的增加而下降時,合金中組織由細晶向粗晶轉變,反之則由粗晶向細晶轉變;當能量耗散率不隨應變量的變化而變化時,能量耗散率低于20%的合金中出現大量的不完全再結晶組織,能量耗散率高于35%的合金中出現細小完全再結晶組織.

鍛造方式對Ti-6Al-4V合金組織及取向分布的影響

李偉, 彭桃, 張麥倉

2015, 37(3): 345-352. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.03.013

[摘要](257)

[PDF 1374KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
在快鍛液壓機上對Ti-6Al-4V合金進行了鍛造變形,采用掃描電鏡、背散射電子衍射技術以及X射線衍射技術研究了不同鍛造方式下合金組織及晶粒取向的變化規律.在單向鐓拔和換向鐓拔兩種不同鍛造方式下,難變形區、小變形區及大變形區中α相及β相的分布差別不大,組織均勻性基本一致,兩種變形方式下鍛坯不同區域的應變稍有差別.進一步對不同變形區域形變織構的定量分析可知:在應變較小的邊緣區域,變形主要以{0001}基面滑移為主,形成基面織構;在應變較大的內部區域,織構明顯轉向{1120}、{1010}等柱面織構;在應力集中的位置,會產生{1122}、{1011}等錐面織構.兩種鍛造方式均能提高Ti-6Al-4V合金中形變織構的均勻性,而且換向鐓拔優于單向鐓拔.

Ti-26Nb-4Zr合金冷軋板材的織構和力學性能

宋曉云, 葉文君, 王艷玲, 陳芝霖, 惠松驍

2015, 37(3): 353-358. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.03.014

[摘要](163)

[PDF 492KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用X射線衍射和室溫拉伸方法研究了冷軋變形和固溶處理對Ti-26Nb-4Zr合金板材的織構和力學性能的影響.研究發現,50%冷軋時形成了{001}〈uvw〉織構,隨著冷變形量的增加,逐漸形成了{121}〈111〉和{001}〈110〉混合織構,〈110〉方向由與軋制方向垂直轉到與軋制方向平行.800℃固溶處理后,隨著變形量的增加,{111}〈110〉再結晶織構形成并逐漸增強,但〈110〉方向始終保持與軋制方向平行.由于加工硬化及晶粒細化的作用,導致隨著變形量增加,冷軋板材的強度逐漸提高,塑性降低.固溶處理后,由于發生再結晶,使得板材的塑性相比冷軋態明顯提高.

矽卡巖型銅尾礦蒸壓制品水化過程及其強度發展

祝麗萍, 倪文, 陳偉, 黃曉燕, 高術杰

2015, 37(3): 359-365. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.03.015

[摘要](172)

[PDF 730KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
通過對尾礦蒸壓制品試塊的強度測試、X射線衍射分析和掃描電鏡觀察,探討了矽卡巖型銅尾礦-礦渣-硅砂-熟料-石膏體系的試塊在靜停期、高溫高壓蒸養階段和出高壓釜后的常溫養護中發生的水化反應,研究了原料中鈣質組分和硅質組分摻量變化對反應生成水化產物的種類和數量以及這些水化產物對試塊強度的影響.發現蒸壓制品制備過程中各個階段的強度取決于生成的水化產物種類和數量,而水化產物的種類和數量主要取決于原料中鈣質組分的含量和硅質組分的含量及存在形式.

基于先驗信息的低信噪比調頻連續波雷達信號處理

侯慶文, 胥志溦, 魯億方

2015, 37(3): 366-372. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.03.016

[摘要](239)

[PDF 434KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
針對惡劣測量條件下寬頻帶低信噪比調頻連續波雷達信號距離模糊問題,建立了固態料面調頻連續波雷達信號模型,并提出了以先驗信息為輔助,包含信號頻域預處理、頻帶截取及頻帶能量加權的距離反演方法.實際數據處理結果顯示:經過預處理的信號頻譜平均信噪比由原來的-5.55 d B提高到8.32 d B;采用包絡線截頻帶法和最小二乘截頻帶法進行距離反演后擬合料線與實際料線間的料形相似度由0.46分別提高到0.71和0.79.

40t單流中間包控流裝置的優化配置

趙立華, 王敏, 李寧

2015, 37(3): 373-377. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.03.017

[摘要](171)

[PDF 434KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
采用水模型和工業驗證的方法針對40 t單流中間包的控流裝置進行優化配置研究.通過對單獨湍流抑制器控流裝置、湍流抑制器+下擋墻組合控流裝置、湍流抑制器+下擋墻+上擋墻組合控流裝置的研究表明,下擋墻在改善鋼液流動形態和減少中間包內死區方面所起的作用大于上擋墻.平均停留時間隨下擋墻與長水口的距離增加呈先增大后減小的趨勢.確定了單流中間包以湍流抑制器+下擋墻的優化組合形式,死區比例由原來的25.9%降低到了13.6%.通過系統取樣分析發現優化后中間包內T.O和N含量大幅降低,正常坯中的大型夾雜物質量分數也由原來的8.4×10^-7降低到3.2×10^-7.

分數階對稱平移不變過完備小波的構造及其在軸承故障診斷中的應用

沈政偉, 史天, 申亞男

2015, 37(3): 378-384. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.03.018

[摘要](196)

[PDF 613KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
提出了一種分數階的對稱性近似平移不變過完備小波的構造方法.首先,給出一種構造具有對稱性且具有最小長度的低通濾波器方法.其次,通過拓普利茲矩陣分解法求出對應的具有近似平移不變性的高通濾波器,此方法比其他分解方法具有更低的計算復雜度.此外,利用此構造方法,也得到具有更高階消失矩的分數階過完備小波變換.最后,將構造出的分數階對稱平移不變過完備小波應用到軸承故障診斷中.實驗結果表明,提出的小波變換能有效地提取出軸承的故障特征.

一個廣義三次樣條光滑半監督支持向量機

張曉丹, 馬菁改

2015, 37(3): 385-389. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.03.019

[摘要](177)

[PDF 261KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
研究半監督支持向量機分類優化模型的非光滑問題.建立了光滑半監督支持向量機模型,采用廣義三彎矩法導出零點二階光滑的廣義三次樣條函數,并以此逼近半監督支持向量機優化中的非光滑部分.構造出基于上述樣條函數的具有一階光滑的半監督支持向量機,從而可以用優化中的光滑算法來求解該模型.分析了廣義三次樣條函數逼近對稱鉸鏈損失函數的逼近精度,證明了新模型的收斂性.數值實驗顯示新模型有較好的分類效果.

復合振沖碎石樁加固機理及施工過程數值模擬

劉洋, 閆鴻翔, 汪成林

2015, 37(3): 390-397. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.03.020

[摘要](147)

[PDF 725KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
采用振動荷載作用下超孔隙水壓力產生的能量模型,考慮耗散能量和孔徑擴張的影響及相互作用,并進行合理的簡化,對復合振沖碎石樁施工過程做了數值模擬.采用有限差分離散求解復合振沖碎石樁邊值問題,編制相應的數值程序,基于模擬結果詳細討論了排水井的存在對復合振沖碎石樁孔隙水壓力發展變化的影響.最后對普通碎石樁和復合碎石樁的地基加固效果進行對比分析.數值模擬結果表明,復合振沖碎石樁由于排水井的存在,使地基加固范圍明顯增大,并且可以應用于滲透系數較小的粉土和砂質粉土地基中.