工程科學學報

姓名
郵箱
手機號碼
標題
留言內容
驗證碼

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

郵發代碼：82-303

國內發行：北京報刊發行局

國內訂閱：全國各地郵局

郵　　箱：xuebaozr@ustb.edu.cn

單　　價：40元/期，全年480元

下載中心

重點征稿方向
征稿通知
版權協議
論文模板

Email alert

RSS

2015年第37卷第4期

上一期 | 下一期

選擇全部

顯示方式:

三軸受壓狀態下巖石試塊變形破壞過程中孔隙水壓的變化特征及其臨界破裂前兆

張月征, 紀洪廣

2015, 37(4): 399-406. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.001

[摘要](356)

[PDF 613KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
為討論飽水巖石中孔隙水壓與損傷變形過程的關聯性,探究巖石破壞的孔隙水壓前兆特征信息,采用三軸壓縮試驗、滲流實驗相結合的方法,分析了在不同孔隙水壓和不同圍壓條件下飽水巖石變形破壞過程中損傷擴展與孔隙水壓變化的內在聯系.研究表明:(1)開放飽和巖石單元體中,巖石在受荷破壞全過程中的初始壓密、彈性壓縮、塑性變形和破壞失穩階段,孔隙水壓呈現增高、穩定、逐漸減小和銳減變化;(2)巖石破壞的孔隙水壓前兆特征明顯,在主破裂前夕,內部損傷加劇,裂隙貫通,孔隙水壓將失去穩定狀態,孔隙水壓由穩態銳減可作為巖石破裂的前兆信息;(3)在應力變化大、高孔隙水壓以及高圍壓條件下,孔隙水壓對損傷發展更為敏感,響應也更明顯,孔隙水壓與損傷發展相互影響,互為關聯,損傷擴展造成孔隙水壓降低,孔隙水壓降低又促進損傷發展;(4)可以嘗試在深部開采工程中監測巖體內部孔隙水壓的變化來預測巖體失穩的突發性災害.

考慮二維降雨入滲的非飽和土邊坡瞬態體積含水率分析

付建新, 宋衛東, 杜建華

2015, 37(4): 407-413. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.002

[摘要](289)

[PDF 508KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
降雨是非飽和土邊坡失穩的關鍵因素之一,非飽和土體的強度與體積含水率有密切的關系.考慮二維降雨入滲條件,基于非飽和土達西滲流定理及質量守恒定律建立了非飽和土的二維降雨入滲模型方程.基于交替隱式有限差分法,采用MATLAB編制了計算程序,對方程進行了數值計算,研究了不同降雨條件、邊坡內部不同位置的瞬態體積含水率分布.研究表明,由于考慮了水平方向的入滲,邊坡內隨著深度和水平距離的增加,體積含水率都發生了變化,在距離邊坡表面1 m左右時,體積含水率變化率變小,邊坡表層的體積含水率變化遠遠大于邊坡深部.初始體積含水率越小,邊坡體積含水率變化越大,這對邊坡的穩定性不利.

赤泥-礦渣-脫硫石膏-少熟料膠結劑的適應性及早期水化

祝麗萍, 倪文, 高術杰, 黃曉燕

2015, 37(4): 414-421. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.003

[摘要](332)

[PDF 556KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
使用赤泥、礦渣、脫硫石膏和質量分數10%的水泥熟料制備了一種充填采礦用膠結劑,研究了將膠結劑應用到不同類型礦山的適應性,并通過掃描電鏡和核磁共振分析了凈漿試塊水化早期微觀結構以及硅酸鹽和鋁酸鹽結構變化.結果表明膠結劑制備的充填料適用于鐵礦及普遍采用充填法開采的鉛鋅礦、銅礦和金礦,且比水泥充填料在強度和保水性方面上具有更明顯的優勢.膠結劑2.5 h終凝,在2.5 h內鈣礬石開始形成,對凝結硬化起了重要作用.4 h后大量四配位鋁向六配位鋁轉化,硅酸鹽聚合度增加,鈣礬石、C-S-H凝膠和沸石等不斷形成.這些水化產物尺寸和形態各異,且交織在一起,試塊結構開始變得致密,這是膠結劑4 h后強度形成并快速發展的原因.

燒結礦應用于化學鏈燃燒的反應特性

曹歡, 劉訓良, 溫治, 樓國鋒

2015, 37(4): 422-428. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.004

[摘要](344)

[PDF 444KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
本文通過熱重實驗研究了燒結礦作為載氧體的H₂還原反應特性,將其與通過溶解法制備的Fe₂O₃/Al₂O₃載氧體進行了氧化還原反應性比較,在500~1250℃范圍內研究了溫度對于燒結礦還原反應過程的影響,在950℃下進行了30次循環反應實驗,采用四種模型進行了反應動力學分析.結果表明,燒結礦的H₂還原轉化率大于80%,可以完全再氧化,并具有良好的循環反應性能.在500~950℃范圍內,隨溫度升高還原反應速率及最終轉化率都顯著增加;而當溫度高于1100℃時,在反應后期還原反應速率和最終轉化率有下降的趨勢.在500~950℃范圍內,對燒結礦的還原過程第一反應階段(Fe₂O₃-Fe₃O₄/FeO,還原轉化率< 25%)可采用二階反應模型(M2)擬合,得到表觀活化能為E=36.018 kJ·mol^-1,指前因子為A₀=1.053×10^-2 s ^-1;第二反應階段(Fe₃O₄/FeO-Fe,還原轉化率> 25%)采用收縮核模型(M4)擬合,得到的表觀活化能為E=51.176 kJ·mol^-1,指前因子為A₀=1.066×10^-2 s ^-1.

鐵酸鋅氣體還原的熱力學分析

胡曉軍, 劉俊寶, 郭培民, 趙沛, 周國治

2015, 37(4): 429-435. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.005

[摘要](308)

[PDF 698KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
根據熱力學原理,計算并分析了含鋅冶金粉塵中的重要成分ZnFe₂O₄在CO-CO₂氣體還原過程中的熱力學行為.ZnFe₂O₄的氣體還原遵循逐級還原規律,且ZnFe₂O₄很容易被CO還原到ZnO和Fe₃O₄.較高溫度條件下,Zn O的氣體還原易于Fe O的還原.隨著反應溫度升高,鋅完全反應和揮發所需要的CO含量不斷降低,當反應溫度從1100 K升高到1400 K時所需的CO體積分數由0.4降低到0.01以下.要達到還原分離金屬鋅的目的,不必將鐵氧化物還原到金屬鐵,而只需將鐵氧化物還原到Fe₃O₄或FeO,同時滿足鋅的還原條件即可.在高爐爐身中上部,由于發生鋅的還原反應和內部循環,給高爐生產帶來危害,因此應減少和控制高爐的鋅負荷.

電鋁熱法冶煉釩鐵渣熔化性能

宋明明, 宋波, 曹敏, 辛文彬, 孫桂林, 毛璟紅

2015, 37(4): 436-440. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.006

[摘要](327)

[PDF 346KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
利用Fact Sage熱力學軟件Phase Diagram和Equilib模塊分別計算了CaO含量對CaO-Al₂O₃-22% MgO-1% SiO₂-2% FeO系液相線的影響以及CaO、調渣劑CaF₂和B₂O₃單獨或復合添加對Al₂O₃-MgO-25% CaO-1% SiO₂-2% FeO系1700℃液相量的影響.通過差熱分析測定了現場實驗爐渣的熔化開始溫度和結束溫度,驗證了理論計算變化規律.結果發現:電鋁熱法生產FeV的爐渣中CaO質量分數應該控制在25%左右,此時熔化性能較好;調渣劑CaF₂的調渣效果好于B₂O₃,且Al₂O₃/MgO質量比較高時二者不能復合使用;考慮到工業應用效果和環境保護,CaF₂添加量應控制在2%~5%.

基于熱膨脹法與相體積計算模型研究連鑄坯冷卻過程中奧氏體相變行為

龍木軍, 董志華, 陳登福, 張星, 盛俊豪, 陳春梅

2015, 37(4): 441-446. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.007

[摘要](335)

[PDF 413KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
采用熱膨脹儀測試研究了Q450NQR1鋼連鑄坯5℃·min^-1及20℃·min^-1冷卻速率下的線性熱膨脹(ΔL/L₀)和熱膨脹系數隨溫度的變化規律.在此基礎上,建立了一種基于平均原子體積的相體積計算模型,量化研究了奧氏體相變過程中各相體積分數的變化規律,并在將計算結果與顯微組織觀察結果對比分析基礎上,討論了連鑄冷卻速率對鑄坯奧氏體相變過程的影響.結果表明:該計算模型可以較為準確地描述鑄坯的奧氏體相變過程,適用于多相連續析出相變;隨著冷卻速率的增大,鑄坯熱膨脹曲線中對應于鐵素體和珠光體析出的兩個變化峰向低溫區移動,峰值明顯增大;冷卻速率由5℃·min^-1上升至20℃·min^-1時,鐵素體及珠光體起始析出溫度分別降低約32℃和37℃,最終體積分數分別由0.894和0.106變為0.945和0.055.

高淬透性硼微合金化特厚板鋼成分優化設計

高志玉, 潘濤, 王卓, 劉國權, 蘇航

2015, 37(4): 447-453. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.008

[摘要](331)

[PDF 529KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
海洋工程用特厚板鋼通常要求具有良好的淬透性,合理設計此類鋼化學成分是改善其淬透性的主要方法之一.傳統鋼成分設計大多以實驗為主,耗費巨大.本文以熱力學計算軟件Thermo-Calc和材料性能計算軟件JMat Pro為工具,采用計算、預測與實驗相結合的研究模式,對含B微合金化特厚板鋼進行成分優化,以期獲得高淬透性能.使用Thermo-Calc計算了B微合金化鋼的熱力學平衡析出相.通過對析出相的析出溫度、析出量及相間關系分析,闡述了此類鋼的成分設計原則,給出了可獲得高淬透性的B微合金化鋼的設計成分.采用JMat Pro對設計鋼淬透性進行預測,預測結果很好地說明了設計鋼成分的合理性.經過淬透性實驗和化學相分析,進一步肯定了優化設計結果.理論計算與實驗結果表明高鋁含量有利于改善硼微合金化鋼淬透性.

5Cr9Si3鋼的高溫變形行為及流變應力異常變化機理

吳云勝, 彭以超, 張麥倉, 鄭磊, 董建新

2015, 37(4): 454-460. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.009

[摘要](336)

[PDF 554KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
通過不同熱加工參數下的熱壓縮試驗,研究了新型閥門鋼5Cr9Si3的高溫變形行為.5Cr9Si3鋼在850~900℃和1000~1100℃溫度區間內峰值應力分別隨溫度的升高而減小,而在900~1000℃溫度區間內出現峰值應力隨溫度升高而增大的異常現象.進一步的微觀組織及相結構演化分析表明:5Cr9Si3鋼在900~1000℃溫度區間內發生了由鐵素體向奧氏體的轉變,產生奧氏體相變強化;同時,隨著變形溫度的提高,碳化物的回溶造成碳元素和鉻元素對5Cr9Si3基體固溶強化效果增強.相變強化和固溶強化是導致5Cr9Si3在900~1000℃溫度區間內流變應力異常變化的主要原因.

碳鋼油氣輸送管道不同沉積物下的腐蝕行為

喻能, 高繼峰, 張國安, 邱于兵, 郭興蓬

2015, 37(4): 461-472. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.010

[摘要](191)

[PDF 1143KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
利用失重法、電化學測試、絲束電極和微觀分析手段研究了在CO₂飽和地層水中X65碳鋼覆蓋不同沉積物的腐蝕行為.結果顯示,覆蓋沙粒、黏土和碳酸亞鐵可減輕X65鋼的腐蝕,而覆蓋硫化亞鐵、元素硫和混合物則明顯加速鋼的腐蝕.尤其是覆蓋元素硫,試樣的腐蝕速率急劇增大.覆蓋混合物試樣的腐蝕速率也有顯著的增大,混合物中元素硫起主導作用.試樣表面沉積的元素硫可自催化陰極反應而大大加速鋼的腐蝕.絲束電極的電位和電流分布顯示,覆蓋混合沉積物的電極,其電極電位比無沉積物覆蓋電極的電極電位正.隨著腐蝕進行,沉積物覆蓋下電極發生嚴重的局部腐蝕.絲束電極的電位和電流分布圖能夠有效反映沉積物下局部環境變化而導致的局部腐蝕行為差異.

pH值對Q235鋼在模擬酸性土壤中腐蝕行為的影響

李健, 蘇航, 柴鋒, 陳小平, 李向陽, 孟惠民

2015, 37(4): 473-479. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.011

[摘要](199)

[PDF 626KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
通過腐蝕失重計算、掃描電鏡、X射線衍射方法、極化曲線分析等手段,研究了pH值對Q235鋼在模擬酸性土壤中腐蝕行為的影響.在模擬酸性土壤環境中,Q235鋼的腐蝕速率隨土壤pH值升高而降低,經360 h腐蝕后,在pH值為4.0、4.5和5.1的土壤中試樣的腐蝕速率分別為0.68、0.48和0.42 mm·a^-1.隨土壤pH值升高,Q235鋼銹層更為致密,其表面蝕坑由窄深型發展變為寬淺型發展.腐蝕產物均為SiO₂、α-FeOOH、γ-FeOOH、Fe₂O₃及Fe₃O₄,隨土壤pH值升高,腐蝕產物中α-FeOOH/γ-FeOOH質量比升高.極化曲線分析表明,隨土壤pH值升高,Q235鋼腐蝕電位升高,自腐蝕電流密度降低,試樣腐蝕速率減小.

純鎳N6平面熱壓縮變形行為及加工圖

張兵, 朱樂樂, 王快社, 王文, 郝亞鑫

2015, 37(4): 480-487. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.012

[摘要](230)

[PDF 945KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
利用Gleeble-3800熱模擬試驗機對純鎳N6在變形溫度800~1100℃,應變速率5~40 s^-1,應變量70%條件下進行了高溫塑性變形壓縮試驗,分析純鎳N6高溫高應變速率熱變形行為,得到了材料在不同變形參數條件下的組織變化規律及流變應力變化曲線,利用動態材料模型繪制出了純鎳N6在不同應變條件下的熱加工圖.通過對組織及熱加工圖的分析研究,得出變形溫度為1000~1100℃,應變速率為5~7 s^-1或20~40 s^-1以及變形溫度為800~900℃,應變速率為5~10 s^-1為純鎳N6材料高溫高應變速率熱變形的兩個合理變形參數區間,在參數區間內N6組織均勻;而流變失穩區變形參數條件下得到的組織比較紊亂,晶粒大小不一.純鎳N6熱變形后的晶粒尺寸隨變形溫度升高及應變速率減小而增大.

Mo₂NiB₂基金屬陶瓷的制備與性能

易善杰, 尹海清, 殷小龍, 曲選輝, ZHENG Qingjun

2015, 37(4): 488-493. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.013

[摘要](169)

[PDF 551KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
采用單質硼粉、鎳粉和鉬粉結合反應硼化燒結法制備了Mo₂NiB₂基金屬陶瓷,研究了Mo₂NiB₂基金屬陶瓷在燒結過程中的物相轉變和尺寸變化以及燒結溫度和保溫時間對其力學性能和顯微組織的影響.結果發現:隨著燒結溫度升高,材料物相逐漸由單質相變為二元硼化物相和三元硼化物相,并且材料的尺寸先發生細微收縮,再在硼化反應過程中逐漸增加,最后在液相燒結過程中逐漸減小;隨著燒結溫度升高,Mo₂NiB₂基金屬陶瓷的抗彎強度和硬度先增加后減小,在1290℃達到最大,分別為1346.5 MPa和83.7 HRA,并且硬質相顆粒逐漸粗化;保溫時間對材料性能的影響與燒結溫度一致,但在保溫30min時抗彎強度最大(1453.3 MPa),保溫60 min時硬度最大(83.7 HRA).

建筑用玻璃與可伐合金潤濕規律

張敏, 李洋, 王曉南, 陳長軍, 包亦望, 萬德田

2015, 37(4): 494-498. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.014

[摘要](200)

[PDF 382KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
為實現建筑用玻璃與可伐合金的可靠激光封接,本文針對影響封接質量的主要因素(溫度、時間、粗糙度及氧化層)對兩者潤濕性能的影響開展了研究.當保溫溫度由800℃提高至900℃,液態玻璃黏度降低致使其在可伐合金表面的流動性增強,潤濕角由69.5°降低至31.1°.在850℃下延長保溫時間(5~40 min),液態玻璃在低黏度條件下有充分的時間鋪展,潤濕角降幅為30%.隨著可伐合金表面粗糙度的提高,液態玻璃向四周擴散需要克服的勢壘增加,當粗糙度值Ra由0.186μm升至0.563μm時,潤濕角由46.9°升至69.5°.由于可伐合金表面氧化層可與液體玻璃發生擴散而形成較強離子鍵,使得兩者潤濕性能顯著提高,潤濕角降低幅度達到23.6%.因此,在實際激光封接過程中,增加保溫溫度和時間、降低鋼板表面粗糙度及鋼板預氧化處理將有效地提高玻璃與鋼板的潤濕性能.

爐頂煤氣循環氧氣高爐一維氣固換熱與反應動力學模型

金鵬, 姜澤毅, 包成, 陸元翔, 張建良, 張欣欣

2015, 37(4): 499-508. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.015

[摘要](243)

[PDF 715KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
結合風口回旋區燃燒和爐外煤氣預熱、脫除和循環的平衡關系,建立了氧氣高爐一維氣固換熱與反應動力學模型,并采用傳統高爐的運行和解剖數據對模型進行了驗證分析.通過模型研究了氧氣含量和上部循環煤氣流量對氧氣高爐爐內過程變量的影響規律.結果表明:氧氣含量偏低和上部循環煤氣流量不足時,會降低鐵礦石還原效果,爐渣內出現大量未還原鐵氧化物;氧氣含量和上部循環煤氣流量的提高可以有效提高爐內CO含量和鐵礦石還原速度,但提高上部循環煤氣流量會大幅提升爐頂煤氣溫度,增大熱量損失.與傳統高爐相比,氧氣高爐內CO含量提高1.0~1.5倍,爐內氣體還原性更強;鐵礦石還原完成位置提高1.49 m,全爐還原反應速度更快;直接還原度降低55.2%~79.2%,爐內直接還原反應消耗的碳量更少.

球磨機制粉系統的線性自抗擾控制

董君伊, 孫立, 李東海

2015, 37(4): 509-516. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.016

[摘要](178)

[PDF 693KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
球磨機制粉系統具有大慣性、大時滯和強耦合等特點,很難建立精確的數學模型.本文分析了球磨機制粉系統的動態特性,并為其設計分散線性自抗擾控制方案.該方案綜合分散控制和線性自抗擾控制器的優點,結構簡單,不依賴于對象精確模型,可以對被控對象中存在的耦合、干擾和不確定性等進行估計并補償.根據實際現場要求,對球磨機制粉系統進行設定值跟蹤實驗、輸入擾動實驗和性能魯棒性實驗,并比較所設計方案與PID方案的控制性能.結果表明,分散線性自抗擾控制具有更強的解耦能力和抗干擾能力,且性能魯棒性更優.

基于多模態和加權支持向量機的熱軋軋制力智能預報

何飛, 石露露, 黎敏, 徐金梧

2015, 37(4): 517-521. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.017

[摘要](152)

[PDF 345KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
為了提高熱軋生產過程精軋機組的軋制力預設定精度,需要對軋制力進行高精度的預報.本文通過機理公式計算出軋制力的近似值,然后采集大量的實際生產數據修正軋制力預報值.首先利用聚類方法區分不同的生產狀態,其次在相同生產狀態下采用加權最小二乘支持向量機計算軋制力的修正系數,最后采用乘法方式修正軋制力,達到高精度的軋制力預測.結果表明,軋制力預報的平均相對誤差為3.2%,滿足現場的生產要求.

高平行度雙穩態夾持機構設計與分析

胡鋒, 邱麗芳, 周杰, 楊德斌

2015, 37(4): 522-527. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.018

[摘要](170)

[PDF 475KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
采用剛體代替綜合法設計了一個以高平行度的雙四邊形機構為提升平臺的平面折展柔順機構,克服了單平行四邊形提升機構的缺點,提高了提升平臺與地面的平行度.設計了一個雙穩態夾持機構,通過限制夾持機構滑塊的位移控制加持力的大小,以穩態二為工作狀態保證加持力的穩定.最后通過輔助機構將兩機構組合在一起,使一個驅動能夠同時完成提升和夾持兩個動作.建立了該機構的偽剛體模型,分析了該機構輸入力矩與轉角和位移之間的關系,并通過實例的理論計算和有限元仿真分析,驗證了偽剛體模型的正確性和機構設計的實用性.

基于云計算和工作流的煤礦設備管理EAM系統

李翠平, 張佳, 鐘媛

2015, 37(4): 528-534. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.019

[摘要](203)

[PDF 633KB](14) [施引文獻] ()

摘要:
在礦山實際生產管理的基礎上,針對目前礦山企業機電設備管理系統面臨的問題,探討了融合云計算架構、工作流技術和企業資產管理思想的煤礦設備管理系統.通過以全生命周期管理、預防性維護、點檢管理等企業資產管理理念設計煤礦設備管理系統九大功能模塊;采用三層云服務架構模式和兩類云部署方式構建具有四層結構的煤礦設備管理系統云平臺;運用工作流引擎輔助企業資產管理系統,實現設備管理業務流程的靈活流轉,進而提高企業級多礦設備管理效率.以國內典型煤礦企業為應用實例,驗證了基于云計算與工作流技術的煤礦企業設備管理EAM系統的有效性.

基于局部特征和稀疏表示的魯棒人耳識別方法

黃宏博, 穆志純, 張保慶, 陳龍

2015, 37(4): 535-541. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.020

[摘要](161)

[PDF 447KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
作為圖像局部特征區域的有效描述方法,局部二值模式是目前對二維圖像最有效的紋理分析特征之一.本文提出了基于局部二值模式特征的稀疏表示人耳識別方法.該識別算法首先提取訓練人耳圖像的局部二值模式特征描述子作為稀疏表示的字典,然后將測試樣本的局部二值模式特征描述子表示為字典中所有局部二值模式原子的稀疏線性組合,最后通過求解稀疏表示模型得到稀疏編碼系數,根據測試人耳圖像的重建誤差進行識別.在UND-J2人耳庫和USTB人耳庫上的實驗結果表明,基于局部二值模式特征的稀疏表示人耳識別方法對人耳圖像光照變化、姿態變化以及人耳遮擋具有更好的魯棒性,實現了更高的識別率.