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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2018年第40卷第8期

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多機器人編隊控制研究進展

賈永楠, 李擎

2018, 40(8): 893-900. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.08.001

[摘要](1349)

[PDF 5487KB](115) [施引文獻] ()

摘要:
首先介紹了傳統的編隊控制方法的定義、特點和常用方法及優缺點，并將傳統編隊控制時代定義為前編隊控制時代.隨著多智能體技術的發展，將多智能體技術引入到編隊控制問題中，誕生了眾多新的研究成果，稱為后編隊控制時代.后編隊控制時代以多智能體技術為基礎，隨著通信技術、計算機技術、人工智能技術的發展而逐漸壯大起來，并受到了學者的廣泛關注.前編隊控制時代強調多機器人通過編隊協作完成單個機器人無法實現的任務，提高任務完成效率且縮短任務完成時間.后編隊控制時代則是在前編隊控制時代的基礎上，更強調低成本、同步性和協同性，但卻不那么重視每個個體的任務分工，甚至是按照規則自由分配任務，不再有"不可替代"的個體存在.最后給出了研究編隊控制問題的基本思路和目前尚待解決的關鍵問題.

鋰離子電池安全性研究進展

王爽, 杜志明, 張澤林, 韓志躍

2018, 40(8): 901-909. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.08.002

[摘要](1288)

[PDF 2089KB](120) [施引文獻] ()

摘要:
綜述了近年來電解液的熱穩定性影響因素、熱失控過程及產物成分、單體及電池組燃爆安全性、滅火措施的研究進展.指出電解液的熱穩定性受鋰鹽和有機溶劑的共同影響，當電池內部溫度達到120℃左右時放熱反應開始出現，在熱量持續積累的情況下熱失控將自發進行，同時產生氫氣和烷烴類具有燃燒爆炸危險的氣體產物.與二氧化碳和干粉類滅火劑相比，七氟丙烷和水的滅火效果較好.最后對鋰離子電池的應用前景做了展望，提出了不同濫用條件下的熱失控過程、熱失控產物生成機理，指出開發新型電解液和尋求高效滅火介質是今后研究的方向.

細粒層對浸礦表面形貌及鈍化的影響

尹升華, 王雷鳴, 潘晨陽, 陳勛

2018, 40(8): 910-917. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.08.003

[摘要](955)

[PDF 10204KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
由于礦石粒徑配比、表面粗糙度、密度等性質差異，筑堆過程中堆內極易出現礦石顆粒偏析現象.細粒層是導致礦石表面受侵蝕程度不均的關鍵因素，其嚴重制約了銅礦資源的高效浸取.為探究細粒層對礦石浸出效果、表面形貌及鈍化現象的影響，選取粗顆粒礦石（4 mm < d < 6 mm）與細顆粒礦石（2 mm < d < 4 mm），開展不同細粒層位置下次生硫化銅礦微生物浸出實驗.結合CT掃描與冷場電鏡掃描技術等分析手段，從宏、細、微觀多層面，探究不同細粒層位置下礦石宏觀浸出規律，細觀礦石團聚結塊，微觀表面形貌特征與鈍化.結果表明：細粒層導致銅浸出率普遍降低，均低于無細粒層、均勻粗顆粒介質的實驗組；不同礦堆位置處細粒層對浸出效果影響不同，細粒層位于頂部的實驗組銅浸出效果最優，浸礦60 d銅浸出率達71.3%；同一細粒層不同位置處礦石表面孔裂結構演化程度不一；浸礦60 d后，銅浸出率趨于峰值，礦石團聚結塊與鈍化現象顯著，礦石表面形成以黃鉀鐵礬、多硫化物、胞外多聚物、硫膜為主的鈍化物質層.

泵送劑對高含泥膏體流變特性影響及機理

張連富, 吳愛祥, 王洪江

2018, 40(8): 918-924. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.08.004

[摘要](802)

[PDF 4859KB](20) [施引文獻] ()

摘要:
高含泥尾礦由于其屈服應力大的特點，流動性能差，不利于管道輸送.為改善流動性能，設計流變特性試驗，對泵送劑影響高含泥膏體流變特性的機理進行分析.研究結果表明，膏體在不同泵送劑添加量情況下，漿體質量分數與屈服應力之間存在顯著的線性關系.對該線性函數作進一步分析，發現泵送劑添加量與該函數的截距和斜率之間存在顯著的指數關系.最終得出不同泵送劑添加量和漿體質量分數情況下的屈服應力預測函數，能夠有效表征泵送劑對高含泥膏體流變特性的影響，有利于泵送劑添加量的預測與膏體流動性能的控制.基于上述預測模型，提出泵送劑對高含泥膏體流變特性的影響機理.通過環境掃描電鏡（ESEM）發現泵送劑破壞了絮團結構，添加量在1%左右時破壞最明顯.泵送劑使得絮團尺寸變小，進而造成屈服應力的降低；后期由于絮團間距增加，絮團間的作用力削弱，絮團結構破壞速度放緩，與理論分析一致.

低溫對某銅礦膏體充填早期強度影響及工程建議

王勇, 吳愛祥, 王洪江, 楊柳華, 王貽明, 靳斐, 楊錫祥, 周發陸

2018, 40(8): 925-930. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.08.005

[摘要](845)

[PDF 1613KB](23) [施引文獻] ()

摘要:
以伽師銅礦冬季膏體料為背景，制備不同水質、水泥種類、水泥添加方式、泵送劑摻量和骨料添加量的膏體試塊129個，膏體溫度控制在8~12℃，放置于溫度20℃、濕度95%的標準養護箱，待養護齡期為3、7和28 d時測其單軸抗壓強度.實驗結果表明，膏體7 d和28 d強度分別是3 d強度的1.44倍、2.4倍，7 d強度演化規律符合2℃時水化反應度演化進程、強度發展較慢，而28 d強度演化規律符合20℃時水化反應度發展進程，溫度對其后期強度影響較小.基于低溫對膏體7 d內早期強度影響較大這一現象，提出了充填系統添加高溫補水點的工程建議：根據伽師銅礦膏體實際配比，理論計算出高溫補水量為6~8 m³·h^-1，水溫70~100℃，膏體溫度可由6℃提高至15~19℃；建議采用工業熱水器提供高溫水，熱水器功率保守選擇400 kW，充填成本每方充填料增加2.9元人民幣.

高磷硅錳合金還原脫磷實驗研究

周勝楠, 朱子宗, 周志強, 梁潔旗, 李東營

2018, 40(8): 931-936. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.08.006

[摘要](763)

[PDF 4704KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
在硅鉬爐中，1400℃的條件下，利用硅鈣合金、稀土硅、鋁基脫磷劑等對高磷硅錳合金進行還原脫磷實驗研究.脫磷實驗采用CaO-CaF₂（質量比為25∶75）為覆蓋渣，渣金比為0.2∶1.采用ICP光譜儀檢測脫磷后合金中的磷含量，X射線衍射檢測渣樣物相成分，著重分析了不同脫磷劑及其用量對高磷硅錳合金還原脫磷的影響.結果表明：隨脫磷劑用量的增加，硅錳合金脫磷率呈上升的趨勢.其中，鋁基脫磷劑脫磷效果最好，當其質量分數達到8%時，合金中磷的質量分數可降至0.21%，符合國標要求（≤ 0.25%），脫磷率達78%；硅鈣合金次之，當其質量分數達到10%時，脫磷率為47%；稀土硅的脫磷效果最差，當其質量分數達10%時，脫磷率僅22%.鋁基脫磷劑為本實驗條件下的最佳脫磷劑.

增氮析氮法去除硅錳脫氧鋼中夾雜物的研究

張杰, 劉建華, 閆柏軍, 李康偉, 劉洪波, 俞賽健

2018, 40(8): 937-944. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.08.007

[摘要](1542)

[PDF 4457KB](26) [施引文獻] ()

摘要:
以硅錳脫氧的SWRH82B熱軋盤條為實驗鋼種，研究增氮析氮法對硅錳脫氧鋼中夾雜物的去除效果，并設置0.02、0.035、0.05、0.065和0.08 MPa五組增氮壓力進行熱態實驗.實驗結果表明：在1873 K的溫度下，鋼液經過增氮20 min、真空處理30 min后，不同爐次鋼中T[O]均下降至1×10^-5以下，最低為4×10^-6，T[N]均下降至5×10^-6以下，最低為2×10^-6，夾雜物去除率均為40%以上，T[O]去除率均大于78%，表明該技術對硅錳脫氧鋼中的夾雜物及T[O]有良好的去除效果.此外，隨著增氮壓力的升高，鋼中T[O]與夾雜物去除率均有所升高，當充氮壓力為0.08 MPa時，T[O]與夾雜物去除率分別達到89.2%和87.4%.理論分析表明，隨著增氮壓力的升高，氣泡形核率增大、鋼中生成氣泡數量增多、鋼中氣泡的密度增加，從而提升氣泡去除夾雜物的效率.

協變相變組織原始奧氏體取向重構及其在奧氏體孿晶中的應用

王智權, 宋婷婷, 由洋, 王學林, 尚成嘉, 劉錕, 陳斌

2018, 40(8): 945-953. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.08.008

[摘要](816)

[PDF 5823KB](32) [施引文獻] ()

摘要:
基于電子背散射衍射（EBSD）技術，利用極射赤面投影圖，提出了一種不依賴于殘余奧氏體，對協變相變產物的原奧取向進行重構的簡易方法.計算結果表明，利用鐵素體的{110}_α極圖中三個貝恩組的交點可以成功重構出原始奧氏體取向，并且精度可達2°；同時，該方法還可以對局部微區或者變體選擇很嚴重的原奧取向進行重構，誤差仍可控制在2°之內，具有其他重構方法無可比擬的優點.位向關系具體種類并不影響對原奧取向的重構，采用該方法進行原奧取向重構時不需要預先知道具體的位向關系，并且適用于位向關系處在K-S與N-W關系之間的所有協變相變過程.通過運用該方法重構原奧取向，本文研究了高溫奧氏體化過程中的奧氏體行為.研究發現當采用較高的溫度奧氏體化時會出現奧氏體孿晶，奧氏體孿晶的出現與奧氏體化溫度有關.

軋輥交叉對中間坯鐮刀彎生成過程的影響

徐冬, 代振洋, 劉洋, 楊荃, 王曉晨, 孫友昭, 劉克東

2018, 40(8): 954-960. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.08.009

[摘要](701)

[PDF 3582KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
粗軋過程中出現的軋輥兩側軸承間隙差異較大的情況，會造成軋輥交叉，導致板帶兩側軋制力失衡，進而引起或加劇中間坯的鐮刀彎缺陷，影響最終產品質量精度和后續精軋的軋制穩定性.為研究軋輥交叉對中間坯鐮刀彎生成過程的影響，建立了軋輥交叉、偏移的軋件-輥系耦合動態有限元模型，利用模型分析了不同工況條件下，軋輥交叉位置、交叉角度對中間坯楔形、彎曲量及兩側軋制力差的影響，進而總結了由軸承間隙引起的軋輥非對稱交叉對中間坯鐮刀彎彎曲量的影響規律.結果表明：鐮刀彎彎曲量與交叉角、交叉位置比分別呈線性關系，與輥系間隙比呈二次曲線關系.

7A52鋁合金基體不同含量石墨烯復合涂層的制備及電化學噪聲特征分析

孫曉峰, 郝松松, 宋巍, 李占明, 史玉鵬

2018, 40(8): 961-968. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.08.010

[摘要](796)

[PDF 6640KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
將傳統涂料與改性石墨烯復合，在7A52鋁合金基體上制備防腐性能優良的石墨烯復合涂層.采用電化學噪聲技術監測石墨烯改性涂層在質量分數為3.5%的NaCl溶液中的初期腐蝕過程.通過電化學噪聲的時域分析、時域統計分析、傅里葉變換、頻域分析，對不同石墨烯含量復合涂層的腐蝕過程進行研究，確定石墨烯具有最佳防腐蝕性能含量，根據電化學噪聲特征參數的變化對涂層腐蝕情況進行具體研究.結果表明：添加不同含量的改性石墨烯，涂層在一定時間內出現不同程度的電化學噪聲；當石墨烯涂層發生腐蝕時，電流電位變化過程為：波動范圍由小變大→兩者同步波動→電位緩升急降→兩者波動范圍再次變小.涂層交流阻抗在高頻區的阻抗值隨改性石墨烯含量的增加而增加；涂層添加改性石墨烯后，涂層腐蝕電位明顯正移，自腐蝕電流密度減小，涂層的耐腐蝕性能明顯提高；不同石墨烯含量涂層在3.5% NaCl溶液浸泡后鋁合金表面出現不同程度點蝕，質量分數1%的石墨烯涂層僅出現少量點蝕坑；結合交流阻抗、極化曲線結果以及鋁合金表面腐蝕形貌，綜合分析確定石墨烯質量分數為1%時涂層防腐蝕性能最佳.

宏觀顆粒增強鐵基復合材料的制備與性能

邱博, 邢書明, 董琦

2018, 40(8): 969-978. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.08.011

[摘要](757)

[PDF 15839KB](17) [施引文獻] ()

摘要:
顆粒與基體之間難以均勻穩定的混合以及二者的界面結合強度較差是限制顆粒增強金屬基復合材料制備以及推廣應用的共性關鍵問題，而目前的主要解決措施"預制體法"以及"潤濕化預處理技術"又存在生產效率較低、制備成本較高等問題.基于此，在液態模鍛的基礎上，提出了不做預制體、也不進行潤濕化預處理的制備顆粒增強金屬基復合材料的新技術——"隨流混合＋高壓復合"技術，并采用此方法成功制備了復合效果良好的ZTA/KmTBCr26抗磨復合材料.研究了ZTA/KmTBCr26復合材料的微觀組織、硬度以及沖擊性能，發現復合材料內部顆粒分布比較均勻，顆粒與KmTBCr26基體的結合緊密，屬于微機械嚙合.沖擊試驗結果表明，復合材料的沖擊韌性與單一金屬基體相比顯著降低，沖擊斷口形貌顯示材料的斷裂是沿顆粒內部擴展的，沒有出現顆粒的整體脫落，說明陶瓷顆粒與金屬基體具有比較高的結合強度.考察了ZTA/KmTBCr26復合材料與單一KmTBCr26的干摩擦磨損性能，結果表明，低載荷條件下ZTA/KmTBCr26復合材料的磨損性能是KmTBCr26的1.82倍，而高載荷條件下復合材料的磨損性能則是KmTBCr26的3.3倍.

基于高爐料線的RCS測量及SAR成像驗證

王晨露, 陳先中, 侯慶文, 王正鵬

2018, 40(8): 979-988. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.08.012

[摘要](724)

[PDF 8773KB](19) [施引文獻] ()

摘要:
圍繞高爐雷達料面監測系統成像需求，針對高爐雷達測量目標的雷達橫截面積（radar cross section，RCS）展開應用研究，首次實現了微波暗室中高爐料線RCS的高精度自動化測量，為高爐雷達目標特性的深入研究奠定了硬件基礎.基于比較法測得10 GHz處的焦炭、燒結礦顆粒的RCS典型值分布以及高爐料線散射方向性圖，測量動態范圍為-10~15 dB.通過RCS測量和成像診斷等方法對工業現場布焦、布礦的雷達回波信號強度差別大等問題進行了探索和分析.模擬工業現場的焦炭、燒結礦等平臺加漏斗的料線形狀，對散裝物料進行了等比例縮小的實際擺放，對典型料線縮比模型進行了合成孔徑雷達（synthetic aperture radar，SAR）成像驗證，并深入分析了成像缺失和成像誤差原因，得知漏斗部分在低頻情況下成像效果不理想，需要提高測試頻段；利用標準球模擬料線分析成像誤差，方位向和距離向絕對誤差在1.2%和5.8%以內，暗室內方位向測量誤差不超過±0.01 m.

基于周期勢系統隨機共振的軸承故障診斷

張景玲, 楊建華, 唐超權, 黃大文, 劉后廣

2018, 40(8): 989-995. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.08.013

[摘要](744)

[PDF 4467KB](33) [施引文獻] ()

摘要:
提出基于普通變尺度和周期勢自適應隨機共振理論，檢測噪聲背景下軸承滾動體的故障特征.在具體實施過程中，首先用普通變尺度的方法滿足隨機共振中小參數的條件，然后用隨機權重粒子群優化算法作為自適應隨機共振參數尋優的優化算法，同時用改進的信噪比作為評價指標.噪聲背景下含軸承滾動體故障的實驗信號經過普通變尺度下的自適應隨機共振處理和優化后，微弱的故障特征可以有效的提取出來.將普通變尺度下的雙穩態自適應隨機共振和周期勢自適應隨機共振進行了對比，結果表明周期勢自適應隨機共振比雙穩態自適應隨機共振能進一步提高信噪比，并且比雙穩態自適應隨機共振迭代次數少，用時短.這說明提出的基于普通變尺度和周期勢系統自適應隨機共振的軸承滾動體故障診斷方法具有優越性，尤其是在工程實際中，故障監測所需的數據量大，計算時間長，如能較早的預警，可以提高診斷效率并減少不必要的損失.因此，這種軸承滾動體故障診斷方法對提高機械設備故障診斷效率具有參考價值.

聯合多種邊緣檢測算子的無參考質量評價算法

沈麗麗, 杭寧

2018, 40(8): 996-1004. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.08.014

[摘要](646)

[PDF 3788KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
提出了一種聯合多種邊緣檢測算子的無參考質量評價算法，同時考慮一階和二階邊緣算子，避免了單一算子的局限性.該方法首先將彩色圖像轉換為灰度圖像，然后計算灰度圖像的梯度，相對梯度以及LOG特征.本文所使用的特征分為兩部分，一部分提取相對梯度方向的標準差，另一部分利用條件熵來量化不同特征之間的相似性和相互關系，并且考慮到人眼特性進行多尺度計算，最后使用自適應增強（AdaBoost）神經網絡進行訓練和預測.在公共數據庫LIVE和TID2008上進行實驗，結果表明新方法對失真圖像的預測評分與主觀評分有較高的一致性，能很好地反映圖像質量的視覺感知效果，僅使用10維特征，性能優于現有的主流無參考質量評價算法.

外加強環式H型鋼梁-方鋼管角柱節點抗震性能

牟犇, 武夢龍, 牟在根, 王君昌

2018, 40(8): 1005-1016. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.08.015

[摘要](650)

[PDF 12491KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
通過對5個試件進行擬靜力加載試驗，研究了加載方式對角柱和邊柱節點抗震性能的影響.試驗通過對加載方式（單向加載、雙向軸對稱加載和雙向中心對稱加載）和鋼管柱寬厚比（D/t=22和33）主要參數的變化分析，著重研究了試件的滯回性能、剛度退化和耗能性能等特性.試驗結果表明：加載方式對試件剛度及承載力影響十分明顯.在雙向中心對稱荷載作用下，試件的承載力比在單向荷載作用下試件的承載力降低約20%；而在雙向軸對稱荷載作用下，試件的承載力與在單向荷載作用下試件的承載力基本相同.方鋼管柱寬厚比是影響試件承載力的主要因素之一，隨著寬厚比的增加，試件承載力逐步減小.所有試件的滯回曲線均呈飽滿的紡錘體狀，等效黏滯阻尼系數在0.2左右，具有穩定的耗能能力.