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

2019年第41卷第5期

上一期 | 下一期

選擇全部

顯示方式:

核殼結構復合吸波材料研究進展

黃威, 魏世丞, 梁義, 王博, 黃玉煒, 王玉江, 徐濱士

2019, 41(5): 547-556. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.001

[摘要](1757)

[HTML全文] (706)

[PDF 7911KB](67) [施引文獻] ()

摘要:
在綜述電磁波材料吸波工作原理的基礎上, 討論了核殼結構材料在吸波領域的優勢.重點介紹了近年來不同類型核殼結構復合吸波材料的研究進展, 主要包括鐵氧體型、磁性金屬微粉及其氧化物型、陶瓷型、導電聚合物型、碳系材料型等核殼結構復合吸波材料.同時對不同類型的核殼結構吸波材料的制備方法、組織結構和微波吸收性能進行了詳細的歸納評述.最后對核殼結構復合吸波材料的發展趨勢進行了展望, 主要包括多層核殼結構, yolk-shell結構以及與其他材料結構相復合的特殊結構, 為進一步研究核殼結構復合吸波材料提供參考.

中錳鋼的研究進展與前景

徐娟萍, 付豪, 王正, 巖雨, 李金許

2019, 41(5): 557-572. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.002

[摘要](2631)

[HTML全文] (1173)

[PDF 6236KB](370) [施引文獻] ()

摘要:
總結了國內外中錳鋼研究現狀, 對文獻中中錳鋼的成分設計、成型工藝、熱處理工藝、組織性能調控等進行匯總分析, 得到了合金元素、成型工藝、微觀組織結構和熱處理對力學性能的影響規律, 并對中錳鋼的性能例如lüders帶和PLC帶對加工硬化率的影響、氫致延遲開裂性能給予了重點關注和討論; 同時提出借鑒第二代先進高強鋼(純奧氏體相)"層錯能"這一控制形變模式的概念, 對中錳鋼中奧氏體相的形變模式提出預測; 最后對目前中錳鋼研究的爭議問題、發展前景及未來可能面對的問題進行闡述.

軟土地基堤圍穩定性計算方法

賈愷, 楊光華, 湯連生, 李澤源

2019, 41(5): 573-581. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.003

[摘要](1106)

[HTML全文] (478)

[PDF 2204KB](24) [施引文獻] ()

摘要:
在軟土地基上采用整體穩定分析方法確定的安全系數可能會存在偏大的危險, 當堤身強度高于堤基軟土的強度過多時, 可能存在堤基軟土失穩的安全系數小于整體穩定安全系數的情況, 因此, 對于軟土地基的堤圍穩定計算, 除進行整體穩定計算外, 還應復核堤基軟土的穩定性.并通過案例證明了該觀點的正確性, 同時提出了軟土堤基穩定計算的方法, 并以該方法為基礎, 提出了堤腳受沖刷情況下的整體穩定性計算方法.可為軟土地基的堤圍安全提供更合理安全的設計計算方法.

煤層深孔聚能爆破有效致裂范圍探討

郭德勇, 趙杰超, 呂鵬飛, 朱同功

2019, 41(5): 582-590. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.004

[摘要](931)

[HTML全文] (395)

[PDF 7009KB](30) [施引文獻] ()

摘要:
在對煤層深孔聚能爆破致裂分區研究的基礎上, 針對聚能爆破煤層裂隙擴展特征及范圍進行了數值模擬研究.結果表明, 炮孔周圍可劃分為爆破壓碎區、爆破裂隙區和彈性變形區, 根據裂隙類型及裂隙數目的差異, 爆破裂隙區又可劃分為裂隙密集區和主裂隙擴展區.受聚能裝藥結構的影響, 壓碎區的范圍呈聚能罩開口方向小于其他方向的類橢圓狀; 裂隙密集區和主裂隙擴展區的范圍均呈聚能罩開口方向大于其他方向的類橢圓狀.煤層深孔聚能爆破致裂增透工程試驗發現, 隨著遠離炮孔, 各個觀察孔內瓦斯體積分數增幅受聚能爆破的影響呈"強-中-弱"階梯狀變化, 與所構建的聚能爆破致裂分區模型比較一致, 即聚能爆破載荷下煤層裂隙具有明顯的分區特征, 壓碎區、裂隙密集區和主裂隙擴展區組成了煤層深孔聚能爆破的有效致裂范圍.

Acidithiobacillus ferrooxidans對軟錳礦浸出的影響

康金星, 馮雅麗, 李浩然, 杜竹瑋, 鄧祥意, 王洪君

2019, 41(5): 591-599. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.005

[摘要](1022)

[HTML全文] (439)

[PDF 6518KB](17) [施引文獻] ()

摘要:
利用循環伏安、交流阻抗譜和極化曲線研究了Acidithiobacillus ferrooxidans對軟錳礦在模擬浸出溶液(9K基礎培養基, A.ferrooxidans, Fe (Ⅲ), A.ferrooxidans+Fe (Ⅲ))中電化學腐蝕行為的影響; 利用模擬有菌/無菌浸出溶液中鈍化膜的Mott-Schottky理論比較了有無細菌存在情況下形成的鈍化膜的優劣性.結果表明, A.ferrooxidans促進MnO₂/Mn²⁺氧化還原轉化, 催化MnO₂/Mn (OH)₂電極反應; 加速軟錳礦/溶液界面電子交換, 無鐵存在時A.ferrooxidans使電荷轉移內阻降低34%, 比含Fe (Ⅲ)無菌體系低11%;引起軟錳礦電極極化, 增強其氧化活性; 加速MnO₂向MnO·OH轉化及其產物擴散.A.ferrooxidans與軟錳礦作用更傾向于間接作用機理.在選取的各模擬電解液(pH值為2.0)中, 0.2~0.4 V區間內軟錳礦形成耗盡層, 在模擬浸出溶液中形成的鈍化膜都表現出p-n-p-n型半導體性能.在選取的0.2 V極化電位下, 無鐵時引入A.ferrooxidans使膜中的施主/受主密度減少, 細菌含有多種基團參與半導體/溶液界面電子轉移反應, 接受界面間自由電子或填充空穴, 促使軟錳礦與溶液界面物質交換變頻繁; 含鐵溶液中加入A.ferrooxidans使得鈍化膜受主/施主密度增大, A.ferrooxidans降低了膜的耐腐蝕性, 因而促進軟錳礦浸出.

從腐泥土型紅土鎳礦制備共摻雜MgFe₂O₄物相轉化規律及催化性能

韓星, 閆治開, 陳婷, 張梅, 郭敏

2019, 41(5): 600-609. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.006

[摘要](1093)

[HTML全文] (468)

[PDF 8749KB](19) [施引文獻] ()

摘要:
采用酸浸-水熱-煅燒法從腐泥土型紅土鎳礦中制備磁性多金屬共摻雜型MgFe₂O₄異相類芬頓(Fenton)催化劑.利用X射線衍射(XRD)、傅立葉紅外光譜(FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)和比表面積及孔徑分布測定(BET-BJH)等手段, 考察了煅燒溫度對所制備產物結構、形貌和比表面積及孔徑分布的影響, 并研究了所制備產物作為異相Fenton催化劑降解羅丹明B (RhB)溶液的催化活性.結果表明, 水熱合成產物為層狀雙(多)金屬氫氧化物和尖晶石型MgFe₂O₄復合物.通過300℃的煅燒, 層狀雙(多)金屬氫氧化物就能分解并生成MgFe₂O₄; 隨著煅燒溫度的提高, 產物結晶度增加、粒徑尺寸變大, 形貌逐漸生長為近球型顆粒且分散度漸漸提高, 同時介孔數量減少、比表面積減小.經過500℃煅燒的試樣H-C500顯示出優異的催化降解活性.在體系反應溫度為45℃、pH值為6.44、催化劑用量為0.625 g·L^-1且H₂O₂體積分數為1.0%的條件下, 經過300 min, 10 mg·L^-1的羅丹明B溶液降解率可達到97.8%, 同時總有機碳(TOC)去除率達到77.8%.重復使用3次后, 催化劑仍能保持較高活性, 降解率和TOC去除率減少量分別少于3.0%和5.0%.

低溫取向硅鋼常化工藝和滲氮工藝對組織、織構和磁性能的影響

李霞, 楊平, 賈志偉, 張海利

2019, 41(5): 610-617. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.007

[摘要](806)

[HTML全文] (392)

[PDF 12589KB](31) [施引文獻] ()

摘要:
利用電子背散射衍射技術(EBSD)、掃描電鏡(SEM)分析了低溫取向硅鋼常化工藝、滲氮工藝對常化組織、再結晶組織與抑制劑的影響, 對比研究了常化冷卻速率、滲氮溫度和滲氮量對再結晶組織、織構和磁性能的影響規律.結果表明, 常化冷卻速率越快, 一次再結晶晶粒尺寸越小.常化冷卻速率較慢時, 高溫滲氮的樣品一次再結晶晶粒尺寸偏大, 使二次再結晶驅動力降低, 二次再結晶溫度提高, 且滲氮量低, 追加抑制劑不足, 最終二次再結晶不完善.高溫滲氮與低溫滲氮導致脫碳板中抑制劑尺寸不同, 高溫滲氮表層抑制劑與次表層抑制劑尺寸基本無差異, 低溫滲氮表層抑制劑尺寸比次表層抑制劑尺寸大.低溫滲氮且滲氮量低的樣品雖然二次再結晶較完善, 但由于其常化溫度低、常化冷卻速率快, 一次再結晶晶粒尺寸小, 二次再結晶開始溫度稍早, 黃銅取向晶粒出現, 最終磁性差.滲氮量較高的高溫滲氮和低溫滲氮樣品雖都能基本完成二次再結晶, 但磁性存在差異, 磁性差的原因是高溫滲氮樣品的最終退火板中出現較多的偏{210} < 001>取向晶粒.

外加拉應力對13Cr馬氏體不銹鋼的腐蝕行為影響

張慧娟, 趙密峰, 張雷, 馬磊, 王亞文, 岳小琪, 路民旭

2019, 41(5): 618-624. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.008

[摘要](1578)

[HTML全文] (438)

[PDF 4712KB](34) [施引文獻] ()

摘要:
采用電化學測試手段(開路電位、交流阻抗譜及動電位極化曲線測試), 結合接觸角測試及體視顯微鏡微觀形貌觀察探究在80 g·L^-1 NaCl溶液中拉應力對L80-13Cr馬氏體不銹鋼鈍化膜溶解與再修復機制的影響.結果表明, 拉應力大小與L80-13Cr的鈍化特性存在正相關關系.隨著外加拉應力的增大, L80-13Cr馬氏體不銹鋼的開路電位負移, 電子轉移電阻減小, 線性極化電阻減小, 反應速率隨著拉應力的增大而增大.而L80-13Cr馬氏體不銹鋼在高電位下再鈍化形成的鈍化區會縮短, 自腐蝕電位降低, 維鈍電流密度增加.接觸角測試和體視顯微鏡微觀形貌觀察發現, 拉應力使得表面接觸角減小, 不銹鋼表面容易發生點蝕.外加拉應力使得L80-13Cr馬氏體不銹鋼的表面能增加, 促進鈍化膜的溶解, 并且抑制鈍化膜的再生, 導致材料耐蝕性降低.

高溫高壓環境下不同濃度KBr溶液對13Cr不銹鋼的腐蝕行為影響

朱金陽, 鄭子易, 許立寧, 路民旭

2019, 41(5): 625-632. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.009

[摘要](994)

[HTML全文] (464)

[PDF 8957KB](28) [施引文獻] ()

摘要:
油氣工業中溴鹽完井液的使用極易導致油套管腐蝕失效的發生, 尤其是局部腐蝕風險.針對這一問題, 采用高溫高壓腐蝕模擬試驗、掃描電鏡觀察與分析、電化學測試等試驗研究方法, 研究了高溫高壓環境下不同濃度溴鹽溶液對普通13Cr和超級13Cr兩種典型油套管材腐蝕行為的影響.結果表明: 從平均腐蝕速率來看, 兩種13Cr管材在三種濃度溴鹽溶液中均表現出較好的耐蝕性能, 屬于輕度或中度腐蝕, 但從局部腐蝕速率來看, 兩種材料均達到嚴重或極嚴重腐蝕; 隨著溴鹽濃度的提高, 普通13Cr的自腐蝕電位和點蝕電位均明顯負移, 對應材料的平均腐蝕速率和局部腐蝕速率均明顯上升, 而超級13Cr僅點蝕電位明顯負移, 自腐蝕電位則相對穩定, 對應其平均腐蝕速率變化幅度較小, 局部腐蝕速率則明顯上升, 這說明相比普通13Cr, 超級13Cr對溴鹽溶液具有更強的整體耐受能力, 但局部腐蝕敏感性仍然較高; 激光共聚焦(LSCM)三維表征結果表明, 在高質量濃度溴鹽溶液(1.40 g·cm^-3)中, 不論是普通13Cr還是超級13Cr都有明顯的點蝕傾向, 這主要與溶液中高濃度的侵蝕性陰離子Br^-有關, 相比于普通13Cr, 超級13Cr的點蝕敏感性相對較低, 但其點蝕風險仍不可忽視.

銀包鋁棒材立式連鑄復合成形制備工藝

施兵兵, 劉新華, 謝建新, 謝明

2019, 41(5): 633-645. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.010

[摘要](864)

[HTML全文] (289)

[PDF 11793KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
以直徑20 mm, 包覆比50%的銀包鋁細棒為研究對象, 通過有限元數值模擬以及相應的實驗驗證, 得出了銀包鋁復合材料立式連鑄復合成形工藝的邊界條件.采用ProCAST軟件模擬了立式連鑄成形過程, 得出各工藝參數對連鑄結果的影響規律, 給出了可行的連鑄工藝參數范圍及工藝調控策略, 以模擬結果為指導, 制備出表面質量高、復合界面效果良好的銀包鋁復合棒材.實驗結果表明, 芯管長度、連鑄速度對結果的影響最大, 芯管長度影響了芯管出口處雙金屬的接觸溫度、接觸時間, 并直接改變了鋁芯固液界面的相對位置.當芯管長度過短時, 銀鋁界面反應較強烈, 當芯管長度過長時, 芯棒冷卻強度大, 芯部鋁產生明顯的冷隔.隨著連鑄速度的增大, 銀的固液界面到芯管出口距離逐漸減小, 鋁的固液界面距出口距離逐漸增大; 鋁液鑄造溫度升高, 冷卻水減少也會帶來相似的作用.結果顯示, 芯管長度30 mm, 速度37~67 mm·min^-1, 銀的鑄造溫度1225~1325℃, 鋁的鑄造溫度800℃, 冷卻水流量約300 L·h^-1是可行的銀包鋁連鑄工藝.

類松果狀NiMoO₄/MnO₂復合材料的合成及超級電容性能

張勇, 常翠榮, 王詩文, 高海麗, 閆繼, 賈曉東, 羅河偉, 高可政, 張愛勤

2019, 41(5): 646-651. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.011

[摘要](1035)

[HTML全文] (432)

[PDF 3265KB](23) [施引文獻] ()

摘要:
以Na₂MoO₄·2H₂O、NiSO₄·6H₂O和MnO₂為原料, 采用水熱法成功制備了類松果狀NiMoO₄/MnO₂復合材料.通過X射線衍射、掃描電子顯微鏡、恒電流充放電、循環伏安和交流阻抗對材料進行表征.結果表明, MnO₂的最佳質量分數為10%, 所得NiMoO₄/MnO₂復合材料具有類松果狀形貌, 其顆粒直徑為200~600 nm, 且表面粗糙、多孔; 在1 A·g^-1的電流密度下, MnO₂質量分數為0、5%、10%、15%、20%時, 所得復合材料NM0、NM5、NM10、NM15和NM20的放電比電容分別為260、248、650、420和305 F·g^-1.在電流密度為10 A·g^-1下, 最佳樣品NM10復合材料的首次放電比容量為102 F·g^-1, 經過100次循環后, 其放電比電容穩定在147 F·g^-1.該性能的提高, 主要是由于MnO₂的引入彌補了NiMoO₄單一材料存在的不足, 從而達到協同增效的作用.

電場驅動熔融噴射沉積高分辨率3D打印

趙佳偉, 蘭紅波, 楊昆, 彭子龍, 李滌塵

2019, 41(5): 652-661. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.012

[摘要](1218)

[HTML全文] (527)

[PDF 11668KB](38) [施引文獻] ()

摘要:
針對傳統熔融沉積成型面臨的成型精度低和打印材料受限, 基于電流體動力熔融沉積在成形高度、材料種類、基板導電性和平整性、3D成形能力等方面的不足和局限性, 本研究提出一種電場驅動熔融噴射沉積3D打印新工藝, 其采用雙加熱集成式噴頭并施加單極脈沖高電壓(單電勢), 利用電場驅動微量熱熔融材料噴射并精準沉積來形成高分辨率結構.引入兩種新的打印模式: 脈沖錐射流模式和連續錐射流模式, 拓展了可供打印材料的種類和范圍.通過理論分析、數值模擬和實驗研究, 揭示了所提出工藝的成形機理、作用機制以及成形規律.利用提出的電場驅動熔融噴射沉積3D打印方法, 結合優化工藝參數, 完成了三個典型工程案例, 即大尺寸微尺度模具、大高寬比微結構、宏微跨尺度組織支架和網格三維結構.其中采用內徑250 μm噴頭, 打印出最小線寬4 μm線柵結構, 高寬比達到25:1薄壁圓環微結構.結果表明, 電場驅動熔融噴射沉積高分辨率3D打印具有打印分辨率高、材料普適性廣、宏/微跨尺度的突出優勢, 為實現低成本、高分辨率熔融沉積3D打印提供了一種全新的解決方案.

基于預瞄距離的地下礦用鉸接車路徑跟蹤預測控制

孟宇, 甘鑫, 白國星

2019, 41(5): 662-671. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.013

[摘要](1118)

[HTML全文] (480)

[PDF 4887KB](59) [施引文獻] ()

摘要:
礦用車輛無人駕駛是實現礦山無人化開采的關鍵技術, 而路徑跟蹤控制是無人駕駛系統的核心技術之一.路徑跟蹤控制系統是多變量、多約束系統, 采用傳統方法在多約束條件下存在執行器飽和等問題.針對上述問題, 本文引入模型預測控制方法, 通過考慮車輛的姿態與位置之間的關系, 以跟蹤路徑的橫向偏差最小化和車輛的航向角偏差最小化為目標對預測控制的目標函數進行優化, 以獲得車輛速度和鉸接角度的最優控制量, 實現對多變量、多約束系統的求解.針對模型預測控制算法不能提前判斷道路曲率突變而導致跟蹤超調的問題, 提出基于預瞄距離的控制方法, 通過提前判斷道路突變信息, 提高車輛路徑跟蹤精確性和穩定性.使用Matlab/Adams仿真軟件進行對比仿真試驗, 結果表明: 使用模型預測跟蹤控制器能夠解決多變量、多約束系統控制問題, 有效防止執行器飽和; 而使用基于預瞄距離的模型預測跟蹤控制器能夠使車輛的橫向位置偏差保持在±0.04 m, 航向角偏差保持在±1.8°范圍內, 相較于改進前的控制器, 其橫向位置偏差減少了80.9%, 航向角偏差減少了59.1%, 證明改進后的控制器具有更好的橫向穩定性和精確性.

橢圓螺旋微管束反應器參數優化與性能評價

李珊珊, 張藍, 王玉琪, 王迪, 李海娣, 楊福勝, 吳震, 張早校

2019, 41(5): 672-681. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.014

[摘要](917)

[HTML全文] (395)

[PDF 4908KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
為提高儲氫反應器的傳熱及吸放氫速率, 對現有金屬氫化物反應器進行了系統的綜合分析與評價.基于強化傳熱傳質特性, 設計優化出了一種高效的新型橢圓螺旋微管束反應器(ESMBR), 其具有結構緊湊、傳熱效果好、反應速度快及操作方便等特點.對研究的儲氫反應器進行了建模, 并通過實驗驗證了該模型的準確性和有效性.通過COMSOL軟件對比ESMBR、圓形螺旋微管束反應器(SMBR)和直管微管束反應器(MTBR)的數值模擬結果得出, ESMBR在儲氫時具有優異的傳熱傳質性能.進一步的敏感性分析結果表明, ESMBR中橢圓螺旋管結構參數的敏感性順序為主直徑(D_c) >橢圓截面長軸(A) >橢圓截面短軸(B) >節距(Pt) >螺旋角度(α).采用多元價值取向模型對不同的反應器方案進行了系統的分析評估, 結果表明: ESMBR的綜合優度高達0.845, 對比結果也明顯優于其他反應器, 在氫能領域將有廣闊的應用前景.

基于屬性值集中度的分類數據聚類有效性內部評價指標

傅立偉, 武森

2019, 41(5): 682-693. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.015

[摘要](959)

[HTML全文] (440)

[PDF 1238KB](25) [施引文獻] ()

摘要:
針對分類數據, 通過數據對象在屬性值上的集中程度定義了新的基于屬性值集中度的類內相似度(similarity based on concentration of attribute values, CONC), 用于衡量聚類結果中類內各數據對象之間的相似度; 通過不同類的特征屬性值的差異程度定義了基于強度向量差異的類間差異度(dissimilarity based on discrepancy of SVs, DCRP), 用于衡量兩個類之間的差異度.基于CONC和DCRP提出了新的分類數據聚類有效性內部評價指標(clustering validation based on concentration of attribute values, CVC), 它具有以下3個特點: (1)在評價每個類內相似度時, 不僅依靠類內各數據對象的特征, 還考慮了整個數據集的信息; (2)采用幾個特征屬性值的差異評價兩個類的差異度, 確保評價過程不丟失有效的聚類信息, 同時可以消除噪音的影響; (3)在評價類內相似度及類間差異度時, 消除了數據對象個數對評價過程的影響.采用加州大學歐文分校提出的用于機器學習的數據庫(UCI)進行實驗, 將CVC與類別效用(category utility, CU)指標、基于主觀因素的分類數據指標(categorical data clustering with subjective factors, CDCS)指標和基于信息熵的內部評價指標(information entropy, IE)等內部評價指標進行對比, 通過外部評價指標標準交互信息(normalized mutual information, NMI)驗證內部評價效果.實驗表明相對其他內部評價指標, CVC指標可以更有效地評價聚類結果.此外, CVC指標相對于NMI指標, 不需要數據集以外的信息, 更具實用性.