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S1期

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鋼液中夾雜物粒徑與全氧的關系

王敏, 包燕平, 趙立華, 林路, 楊荃

2015, 37(S1): 1-5. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.001

[摘要](392)

[PDF 407KB](36) [施引文獻] ()

摘要:
研究了鋼中夾雜物粒徑、分布狀態與全氧的對應關系,并探討了大顆粒夾雜物含量與試樣中全氧波動的相關性,量化了全氧檢測法對潔凈度的評價,結果表明:(1)鋼中單位體積內夾雜物數量隨粒徑增大呈指數下降,粒徑小于10μm夾雜物占總夾雜物數量的95%以上,夾雜物在鋼中分布的均勻性隨夾雜物粒徑增大而降低;(2)鋼中粒徑小于10μm夾雜物中含氧量與鋼中平均全氧有很好對應關系,全氧可以反映鋼中分布均勻的夾雜物水平;(3)鋼中大顆粒夾雜物越多,同一試樣中全氧多次檢測結果的波動越大,全氧的波動可以反映鋼中大顆粒夾雜物的含量.

超寬帶鋼冷連軋機板形模式識別

包仁人, 張杰, 李洪波, 賈生暉, 劉海軍, 肖晟

2015, 37(S1): 6-11. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.002

[摘要](315)

[PDF 460KB](16) [施引文獻] ()

摘要:
引入以三次勒讓德多項式表達的基本板形模式,并采用基于最小二乘原理的回歸分析方法建立了板形模式識別模型.對某廠2180 mm CVC(continuously variable crown)超寬帶鋼冷連軋機和1550 mm UCM(universal crown mill)普通寬帶鋼冷連軋機的板形進行了識別與對比,結果表明對超寬帶鋼軋機板形而言,引入三次基本板形模式識別出的主要板形缺陷為"OS(operating side)單側肋浪加DS(driving side)單邊浪",未引入為"四分之一浪";對普通寬帶鋼軋板形,識別結果均為"中浪",驗證了在超寬帶鋼冷連軋機板形模式識別中引入三次基本板形模式的必要性,并討論了此模型在超寬帶鋼冷連軋機板形缺陷分析及非對稱板形控制方面的應用價值.

透射式磁彈性帶鋼應力無損檢測

曾杰偉, 張清東, 繆存孝, 蘇蘭海, 畢佳

2015, 37(S1): 12-17. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.003

[摘要](346)

[PDF 516KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
基于磁彈效應提出了采用電磁透射方式評價應力和殘余應力的方法.針對冷軋帶鋼磁彈性應力測量方案設計了標定裝置并以此對傳感器輸出特性展開了研究,闡述了其電磁應力檢測原理.通過ANSYS有限元數值方法對標定裝置結構承載能力進行了仿真分析,在此基礎上,采用50 Hz的正弦交流的激磁系統研制了磁彈性應力測量系統樣機,并通過搭建的測試平臺對樣機及標定塊進行了單側式與透射式兩種實驗方案的靜態加載比較試驗.試驗結果表明:在標定塊額定承載范圍內,透射式磁測方案能夠實現對鋼板內應力的線性響應,為磁彈性應力測量技術的工業化應用開辟了一條新途徑.

基于多激光線的鋼軌表面缺陷在線檢測方法

周鵬, 徐科, 張春陽, 楊朝霖

2015, 37(S1): 18-23. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.004

[摘要](304)

[PDF 549KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
用多激光線代替單激光線應用于鋼軌表面缺陷在線檢測,解決了單激光線模式下由于鋼軌跳動造成"偽缺陷"的問題.對相機采集到的多激光線單幅圖像進行了中心線提取、差值算法檢測、缺陷判別及缺陷圖像拼接等處理,實現了缺陷的在線檢測,并獲得缺陷的完整區域圖像.該方法利用多激光線單幅圖像光帶間的互相關和自相關深度信息提取圖像的特征區域進行檢測,避免了單激光線模式的深度拼接步驟,從根本上解決了由于鋼軌跳動造成的"誤檢"問題.該方法已經在線應用于鋼軌軌底的表面缺陷檢測,相對于單激光線檢測具有更高的準確率.

柔性基板的幾何參數對柔性電子系統延展性的影響

王曉玲, 李豪, 王國慶

2015, 37(S1): 24-28. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.005

[摘要](442)

[PDF 469KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
柔性電子系統主要由有機基板和附著其上的金屬導體構成,系統組件的幾何參數對柔性電子系統延展性能影響很大,良好的尺寸設計可以優化系統的力學性能.本文研究了柔性基板的尺寸參數(長度,寬度,厚度)對柔性電子系統延展性的影響.用ABAQUS軟件對附著在不同幾何參數的共聚酯材料上的兩種結構銅導體進行單軸拉伸模擬實驗,以此來確定基板的尺寸參數對整個系統延展性的影響.通過對模擬結果進行分析發現,柔性基板長度的改變對系統拉伸變形影響很小,而柔性基板寬度或厚度的增加可以減小整個系統的變形,但是會加大金屬導體的應變,因此需要根據實際情況對尺寸參數進行合理設計.這項工作可以為柔性電子系統中基板的幾何設計提供幫助.

后混合磨料水射流除鱗噴嘴內部流場數值模擬

劉國勇, 王寬寬, 陳欣欣, 董栗明, 朱冬梅, 張少軍

2015, 37(S1): 29-34. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.006

[摘要](369)

[PDF 583KB](16) [施引文獻] ()

摘要:
基于CFD多相流歐拉模型,針對后混合式磨料水射流除鱗噴嘴中磨料與水混合均勻性差、射流能量利用率低的缺點,應用Fluent軟件對磨料側進式、切進式和平行多射流式3種進料方式的噴嘴進行三維數值模擬,通過噴嘴內部流場速度矢量圖分析了3種進料方式下高壓水與磨料的作用機理,并通過磨料體積分數云圖比較了流場的均勻性.結果表明:與磨料側進式噴嘴相比,磨料切進式和平行多射流式噴嘴能夠改善磨料與水的混合效果,使流場內磨料分布均勻.但切進式噴嘴會增加噴嘴內部的磨損,需要采用更耐磨的材料.與前兩種噴嘴相比,平行多射流式噴嘴可得到磨料與水最好的混合均勻性,實際應用中還可以根據需要對水射流的流量及作用方式進行調節.

采用ASPEX掃描電鏡研究鋼中總氧和非金屬夾雜物的定量關系

于會香, 邵肖靜, 張靜, 王新華

2015, 37(S1): 35-44. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.007

[摘要](441)

[PDF 1019KB](51) [施引文獻] ()

摘要:
為了弄清鋼中總氧(T.O)和非金屬夾雜物的量、尺寸之間的關系,本文選取四類鋼種正常生產的鑄坯,采用能進行大面積試樣檢測的ASPEX自動掃描電鏡系統研究了鋼中的T.O、夾雜物及兩者之間的定量關系,并采用Thermo-calc熱力學軟件進行了計算和驗證.結果表明:夾雜物的主要組成與鋼的生產工藝有很大關系.隨著夾雜物尺寸的增加,單位檢測面積上該尺寸范圍的夾雜物數量顯著減少.與T.O<0.002%的鋼種相比,T.O為0.01%的鋼中夾雜物的數量、面積均明顯增加.當T.O<0.002%時,T.O與夾雜物的面積表現出較好的對應關系.相比于夾雜物的數量來說,T.O更準確的表征夾雜物的面積.大型夾雜物的出現具有偶然性.實驗結果與熱力學計算結果、鋼中氧硫含量吻合很好.

信息熵特征選擇方法定位熱軋帶鋼頭部拉窄原因

何飛, 肖會芳

2015, 37(S1): 45-50. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.008

[摘要](297)

[PDF 367KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
針對某熱軋帶鋼生產線時常會出現頭部拉窄現象,本文從實際生產數據出發,首先采用動態彎曲時間算法將長度不同的各變量轉換為相同長度,然后采用信息熵特征選擇算法分析各生產過程變量對產品質量的影響程度,找出對頭部拉窄影響最大的前若干個過程變量,初步定位熱軋帶鋼頭部拉窄原因.結果表明:信息熵特征選擇方法可以有效初選熱軋帶鋼頭部拉窄原因,為生產調整提供方法支撐,將來還可推廣到其他質量異常定位,甚至其他工序或者其他應用領域.

低碳鋼板冷軋織構的不均勻性

鄭盼盼, 陳冷

2015, 37(S1): 51-55. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.009

[摘要](277)

[PDF 351KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
用X射線衍射法測量了冷軋低碳鋼板的表層和心部織構.實驗結果表明,鋼板表層主要包含{112}〈110〉和{001}〈110〉織構組分,心部主要包含{112}〈110〉和{111}〈110〉織構組分,說明低碳鋼板冷軋織構具有不均勻性.用改進的Sachs模型模擬了體心立方金屬冷軋織構的演化過程,與實驗結果有較好的一致性.

基于數據挖掘的熱軋帶鋼質量分析方法

李揚, 王京, 張勇軍

2015, 37(S1): 56-64. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.010

[摘要](293)

[PDF 466KB](14) [施引文獻] ()

摘要:
帶鋼熱連軋是一個多階段的生產過程,在工序繁多的加工過程中與產品質量直接相關的控制參數和目標參數近百個.如何找到控制參數和目標參數之間存在的信息加以利用,提高熱軋帶鋼產品質量一直是科研人員和工程技術人員努力的目標.研究表明,利用數據挖掘方法結合熱連軋生產的工業特點,提取潛在的、有用的、最終可理解的工藝知識,得到質量缺陷與控制狀態的對應關聯關系,通過控制變量權值向量和數據挖掘高危關聯狀態集合綜合分析,可以迅速對帶鋼質量問題的產生原因進行定位,找出關鍵控制變量做出調整,減少經濟損失,提高生產效率,為熱軋帶鋼產品質量問題分析提供科學、準確的思路.

基于集合經驗模式分解和交叉能量算子的滾動軸承故障診斷

趙曉寧, 馮志鵬

2015, 37(S1): 65-71. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.011

[摘要](340)

[PDF 856KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
振動信號的周期性沖擊及其重復頻率是滾動軸承故障診斷的關鍵.本文提出了一種基于集合經驗模式分解和交叉能量算子提取滾動軸承故障特征的方法.首先,應用集合經驗模式分解方法將振動信號分解為本征模式函數以滿足交叉能量算子對信號單分量的要求.然后根據相關程度和峭度從本征模式函數中選取敏感分量,計算敏感分量和原始信號的瞬時交叉能量及其傅里葉頻譜.最后根據交叉能量的頻譜結構和特征頻率識別軸承故障.通過分析滾動軸承故障仿真信號和實驗測試信號,診斷了滾動軸承元件故障,驗證了該方法的有效性.

基于EEMD形態譜和支持向量機復合的滾動軸承故障診斷方法

姜萬錄, 鄭直, 胡浩松

2015, 37(S1): 72-77. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.012

[摘要](337)

[PDF 431KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
針對滾動軸承的內圈、外圈和滾動體故障提出了一種新的診斷方法,該方法融合了集總經驗模態分解(EEMD)、形態譜和支持向量機(SVM)三種方法的優勢.首先,利用經驗模態分解對滾動軸承故障振動信號進行分解,得到若干個具有物理意義的內稟模態分量(IMF);其次,基于最大能量法篩選出含有故障特征信息最豐富的一個內稟模態分量為故障診斷數據源;再次,對數據源在選定尺度范圍內進行形態譜的提取,從而構造故障特征向量;最后,利用支持向量機對滾動軸承的三種故障進行診斷.研究結果表明,該方法能夠有效地診斷出滾動軸承的三種故障,且具有很高的故障診斷正確率.

二十輥軋機軋輥磨床砂輪動不平衡對磨削顫振的影響

王利明, 袁意林, 邵毅敏, 王盛軍

2015, 37(S1): 78-83. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.013

[摘要](369)

[PDF 623KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
軋輥磨床磨削過程中軋輥表面經常產生振痕等表面質量缺陷,嚴重制約生產效率和磨削質量.本文基于磨床雙時延動力學模型,以砂輪動不平衡為輸入激勵,建立了軋輥磨床砂輪動不平衡模型,運用龍格-庫塔法進行求解,獲得了砂輪動不平衡時磨削系統的動力學特性.通過對正常工況與不同砂輪動不平衡量工況的仿真,獲得了其振動響應,并與試驗數據進行對比,驗證了軋輥磨床砂輪動不平衡模型的正確性和有效性.

二十輥軋機軋制打滑與扭振動力學建模及振動特性分析

吳勝利, 邵毅敏, 袁意林

2015, 37(S1): 84-89. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.014

[摘要](293)

[PDF 875KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
軋制過程中,軋制速度的波動和傳動系統的扭轉振動,都將導致軋輥與帶鋼表面之間產生相對滑動,嚴重影響帶鋼表面質量.為更進一步研究軋輥與帶鋼打滑特性,建立了森吉米爾二十輥軋機傳動系統打滑扭振動力學模型,對不同軋制速度和不同摩擦系數時軋輥扭矩的動力學進行了仿真分析,通過與實驗數據的對比,驗證了動力學模型的有效性,為分析軋制打滑時扭矩波動提供了新的、完善的分析模型.

彩涂板涂層分布均勻性的分析

朱冬梅, 董栗明, 劉國勇, 王寬寬, 王蕾, 張少軍

2015, 37(S1): 90-97. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.015

[摘要](328)

[PDF 866KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
基于CFD(Computational Fluid Dynamics)數值方法VOF(Volume of Fluid)模型,利用FLUENT軟件對彩涂板生產過程中帶料輥空轉的情況進行了數值模擬,研究了帶料輥旋轉速度、涂料盤內的涂料量、涂料盤的尺寸、進出口位置以及涂料進口的速度對涂料起泡性和涂層均勻性的影響.數值結果表明,對生產彩涂板來說,帶料輥旋轉速度越大,涂層的均勻性越差;涂料盤里的涂料高度越高,涂料較容易發生起泡現象;涂料盤長度和寬度越大,涂層的均勻性相對越好;涂料進口速度越大,涂料的起泡性越強;涂料盤進、出口位置也會對涂層均勻性造成影響.

基于連軋機垂扭耦合振動致變形區中性角振動研究

張義方, 閆曉強, 凌啟輝

2015, 37(S1): 98-102. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.016

[摘要](354)

[PDF 483KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
利用連軋機耦合振動在線監測系統獲得傳動軸上扭矩和軋制力信號,經回歸分析發現連軋機振動時變形區中性角也存在振動現象.利用軋制理論公式推導了振動時軋制變形區中性角變化規律,建立了由連軋機振動引起的變形區中性角變化增量方程,獲得振動時各參數變化對中性角振動的影響規律.研究結果表明,通過有效控制某些參數,可以提高變形區中性角的穩定性,進而抑制連軋機振動現象.

2450冷軋鋁合金板形缺陷的展平分析與工藝優化

梁萌, 楊海波

2015, 37(S1): 103-107. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.017

[摘要](267)

[PDF 602KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
展平機組在鋁帶材進入冷軋機前使其產生反復的拉伸彎曲變形,改善板形的同時,也改善了帶材的殘余應力分布,對帶材的軋制過程有著重要的影響.本文以某廠的2450冷軋鋁板帶生產線的五輥展平機組為研究對象,運用Abaqus有限元軟件對其展平過程進行仿真研究,并提出了相關的評價指標.文中對不同類型的板形缺陷帶材進行了系統的仿真計算,探討了不同的塑性變形程度對展平過程及效果的影響規律.結果表明,對于不同板形缺陷的帶材,最優的展平參數與其板形有關.

基于跟蹤微分器的網側電壓異常檢測方法研究

肖雄, 張勇軍, 王京, 蘇紅月

2015, 37(S1): 108-115. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.018

[摘要](287)

[PDF 876KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
現代電力電子設備對非平穩、時變電壓信號十分敏感,基于此提出了一種網側電壓異常檢測與預報的方法,通過對網側電壓信號進行實時檢測,向相關電力電子設備的控制電路發送網側電壓異常預報信號.為消除電壓信號中的常規噪聲干擾,首先采用線性跟蹤微分器對網側電壓信號進行濾波,在此基礎上,通過引入小波變換模極大值法檢測奇異點,對濾波后的信號進行電壓突變點的判斷,目標是準確預報出電網電壓中可能對電力電子設備造成危害的異常點.仿真與實驗結果表明,基于線性跟蹤微分器的小波信號檢測能夠實時準確地獲得理想信號的最佳逼近,提高了網側電壓故障檢測速度,通過實時的檢測與分析,該方法能夠為電力電子設備提供具有參考價值的預報信號.

軋機主傳動機電系統失穩模型研究與自抗擾控制

張永康, 張勇軍, 馬潤民

2015, 37(S1): 116-119. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.019

[摘要](274)

[PDF 327KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
從軋機主傳動控制系統的角度出發研究機電系統失穩模型和控制策略.在保證控制系統穩態和動態性能的前提下,對兩慣性主傳動機電系統模型進行簡化,采用線性擴張狀態觀測器對系統內外總擾動進行觀測,通過線性反饋和動態誤差反饋方法,達到檢測和控制機電系統失穩的目的.介紹了基于模型簡化系統微分方程的閉環控制器設計方法,并以仿真和實驗進行驗證.研究結果表明,本文所提出的方法在解決由軋機機電系統負荷變化引起的機電失穩方面具有顯著效果.