工程科學學報

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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

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2012年第34卷第4期

欄目

資源與開發
冶金與材料
設備與能源
控制與決策
土木與建筑

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資源與開發

快慢凝預應力樹脂錨桿與圍巖相互作用的力學特征

吳愛祥, 李莉, 王貽明, 王洪江, 王春來

2012, 34(4): 363-367. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.04.001

[摘要](242)

[PDF 521KB](10) [施引文獻] ()

摘要:

對比分析了快慢凝預應力錨桿較普通全長樹脂錨桿的優勢,從錨桿的軸向作用和橫向作用兩方面進行力學特性研究,得到快慢凝預應力樹脂錨桿軸向和橫向的應力分布規律.錨桿的軸向作用有效地改善了圍巖的應力狀態.錨桿的橫向作用體現在兩個方面,即充填裂隙和抗滑移剪切,能有效改善圍巖的力學性質.最后,探討了節理巖體中錨桿的受力特征,錨桿存在多個應力峰值點,并對軸力公式進行了修正.

弱磁性鐵礦物的表面自磁化

艾永亮, 伍喜慶

2012, 34(4): 368-372. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.04.002

[摘要](280)

[PDF 431KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
利用菱鐵礦和赤鐵礦在酸性體系中的溶解特性,無需添加任何鐵離子,只需調節礦漿的pH值,然后通過控制反應溫度即可實現礦物表面的自磁化.實驗考察了反應時間、鐵離子濃度、過氧化氫添加量和反應溫度等因素對菱鐵礦在酸性體系中溶解行為的影響.在100℃條件下,通過表面自磁化反應,菱鐵礦磁選回收率從53.8%提高到94.6%,因此可以確定反應溫度是影響自磁化的重要因素.利用赤鐵礦和菱鐵礦的混合礦物重復菱鐵礦單礦物的自磁化實驗,混合礦物回收率從66.8%提高到了72.6%.最后利用含有赤鐵礦和菱鐵礦的實際礦石進行自磁化實驗,結果與單礦物實驗和混合礦物實驗相一致,磁選回收率從46.3%提高到了63.1%,實現了樣品的自磁化.

冶金與材料

燒結混合料適宜制粒水分的預測

范曉慧, 甘敏, 李文琦, 王強, 謝路奔, 胡林, 陳許玲, 袁禮順

2012, 34(4): 373-377. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.04.010

[摘要](139)

[PDF 415KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
水分是影響鐵礦混合料制粒、燒結的重要因素.研究結果表明,隨著制粒水分增加,制粒后混合料中細粒級顆粒含量減少,平均粒徑增大,透氣性迅速提高但隨后增幅放緩或有所下降.透氣性增幅達到緩和的水分點可作為適宜制粒水分的判據,且燒結速度在適宜制粒水分時達到最大值.通過篩分分級的方法將混合料分成-0.5 mm的黏附粉和+0.5 mm的核顆粒,并檢測核顆粒的比例X_+0.5,通過飽和吸水法檢測黏附粉的最大毛細水量W_p,通過離心法檢測核顆粒的持水量W_c,另外根據數學模型W=X_+0.5·W_c+0.72(1-X_+0.5)·Wp預測適宜的制粒水分.適宜制粒水分絕對誤差為±0.3%的情況下預測準確率可達93.3%,能滿足混合料適宜制粒水分預測對精度的要求.

鈦精粉氧化過程中物相轉變

司新國, 李傳維, 魯雄剛, 郭曙強, 丁偉中

2012, 34(4): 378-382. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.04.011

[摘要](135)

[PDF 534KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
采用熱重分析和恒溫實驗法研究了攀枝花鈦精粉氧化過程中相的存在形式及其轉變規律.X射線衍射結果和微觀形貌分析表明:溫度低于500℃,鈦精粉未發生氧化反應;600℃時產生Fe₂Ti₃O₉和TiO₂相,其和原相Fe₂O₃相衍射峰強度均隨溫度的升高而增強;900℃時,Fe₂Ti₃O₉相完全轉變為Fe₂TiO₅相,且隨溫度的升高,TiO₂相和Fe₂O₃相衍射峰強度逐漸減弱;在整個氧化過程中存在四個化學反應,其與燒結作用相互關聯,使得氧化產物表面形成較多孔隙,變得凹凸不平且疏松.

二次鋁灰制備α-Al₂O₃工藝

李菲, 郭學益, 田慶華

2012, 34(4): 383-389. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.04.012

[摘要](156)

[PDF 657KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
探索了以二次鋁灰為原料,通過低溫堿性熔煉-浸出-晶種分解制備α-Al₂O₃工藝.研究了堿灰比、鹽灰比、熔煉溫度、熔煉時間、浸出溫度、浸出時間和固液比等因素對鋁及硅浸出率的影響.探討了使用晶種分解法處理浸出液制取氧化鋁的工藝的可行性.結果表明:優化制備條件為堿灰比1.3,鹽灰比0.7,熔煉溫度500℃,熔煉時間60 min,浸出溫度60℃,浸出時間30 min,固液比1:4;鋁浸出率最高可達92.71%;晶種分解法處理浸出液的后續工藝可行有效.

汽車用高強度Q&P鋼的組織與力學性能

莊寶潼, 唐荻, 江海濤, 劉智

2012, 34(4): 390-396. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.04.018

[摘要](123)

[PDF 1446KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
研究了0.21C-1.43Si-1.35Mn鋼在兩相區及完全奧氏體區采用Q&P(Quenching and Partitioning)工藝加熱后的微觀組織與力學性能.結果表明:兩相區加熱可獲得馬氏體、殘余奧氏體和鐵素體組織,鋼的抗拉強度為1 013 MPa,延伸率為25%,強塑積為25 655 MPa·%;完全奧氏體區加熱可獲得馬氏體和殘余奧氏體組織,鋼的抗拉強度為1 257 MPa,延伸率為17%,強塑積為21 454 MPa·%;Q&P鋼中的馬氏體主要為板條狀,伴有大量位錯,并且發現有少量孿晶馬氏體,分析認為由配分過程后的淬火過程轉變而來;通過Q&P工藝可得到體積分數高達10.67%的殘余奧氏體,分布在板條馬氏體間,呈薄膜狀.

節鎳無磁不銹鋼Cr18Ni6Mn3N的組織及性能

李靜媛, 李東, 范光偉, 秦麗雁, 李國平

2012, 34(4): 397-403. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.04.003

[摘要](227)

[PDF 1475KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
研究了節鎳無磁不銹鋼Cr18Ni6Mn3N的熱軋及固溶后的力學性能和耐蝕性能,分析了其固溶和時效析出后的組織演變規律、冷變形過程中形變誘發馬氏體相變及其磁性能.結果表明:該不銹鋼的固溶組織為單相奧氏體,其力學性能和耐蝕性能均高于SUS304不銹鋼;800℃保溫4 h后,在晶界析出粒狀氮化物,隨著保溫時間延長,逐漸沿晶界凸起片層狀析出物并向晶內生長,保溫20 h后,凸出的片層狀析出物直徑達20μm.冷軋壓下率18.3%時尚未發現形變誘發馬氏體組織,隨著變形量增大,馬氏體含量增多,磁導率上升,但與相同條件下的SUS304不銹鋼相比,冷軋板固溶后相對磁導率可降至1.002,因此可用于低成本無磁不銹鋼領域.

固溶處理對00Cr25Ni7Mo3N雙相不銹鋼超塑性和連接性能的影響

陳曉輝, 任學平, 徐輝, 佟建國, 張海巖

2012, 34(4): 404-409. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.04.004

[摘要](227)

[PDF 1278KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
采用不同固溶工藝處理后的00Cr25Ni7Mo3N雙相不銹鋼,在恒溫的熱拉伸試驗機上進行超塑性測試,通過Gleeble3500熱模擬試驗機進行超塑性擴散連接實驗研究,并采用掃描電鏡對固溶處理金相及連接試樣界面孔洞進行觀察.結果表明,由于固溶處理溫度不同,α相和γ相體積比(x_α/x_γ)不同.超塑性拉伸測試中,在同一變形條件下,隨著初始x_α/x_γ的增大,延伸率和峰值應力相應增大.固溶溫度為1350℃的試樣,在960℃、1×10^-3s^-1條件下拉伸,延伸率達到1186%;超塑性擴散連接在1100℃溫度下進行時,壓力加載形式不同,擴散連接界面結合機理不同,但加載形式對試樣的界面剪切強度影響不大.在連接過程中,界面孔洞閉合情況和滯留位置與晶界遷移的相對速度有關.

基于組織均勻性的690合金管冷軋及退火工藝優化

楊亮, 董建新, 何智勇, 張麥倉

2012, 34(4): 410-416. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.04.005

[摘要](236)

[PDF 2299KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
針對國產690合金成品管晶粒組織均勻性控制差的問題,引入不均勻因子Z評定組織均勻性,設計單、雙道次冷軋和退火實驗.實驗結果表明:690合金荒管經變形量50%的單道次冷軋,在1100℃下保溫5 min的中間退火處理后晶粒組織最均勻;荒管經一二道次變形量依次為50%、70%的雙道次冷軋,兩道冷軋工序之間采用1100℃保溫時間5 min的中間退火,最后在1060℃下保溫5 min或者1100℃保溫3 min進行固溶處理獲得的組織均勻性最好.

熱處理對含Y元素AZ31鎂合金板材組織和性能的影響

李成, 蔡慶伍, 江海濤, 孟強, 王哲

2012, 34(4): 417-423. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.04.006

[摘要](216)

[PDF 1361KB](17) [施引文獻] ()

摘要:
對含Y元素AZ31鎂合金板材進行退火處理后的組織和性能進行了研究.結果表明:隨著退火溫度的升高,鎂合金晶粒尺寸逐漸增大,力學性能略有提高然后降低;退火時間對鎂合金晶粒尺寸影響不大;在300℃下退火1 h后板材性能達到最佳,抗拉強度為255 MPa,屈服強度為170 MPa,延伸率為24%;經過熱處理后鎂合金斷裂方式為準解理斷裂和韌性斷裂的復合形式.

鈦鋼復合板彎曲過程的掃描電鏡原位觀察

劉繼雄, 趙愛民, 江海濤, 唐荻, 水恒勇

2012, 34(4): 424-429. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.04.007

[摘要](224)

[PDF 1768KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
為了研究鈦鋼復合板在彎曲過程中的斷裂行為,利用掃描電鏡原位觀察了爆炸和爆炸-軋制兩種工藝生產的鈦鋼復合板在彎曲過程中裂紋的萌生和擴展.結果表明:外彎過程裂紋萌生的角度小于內彎過程,鈦鋼復合板內彎比外彎具有更強的抗裂紋產生能力.在爆炸鈦鋼復合板的彎曲過程中,裂紋主要在波頭的界面結合處和漩渦中心處萌生;在爆炸-軋制鈦鋼復合板的彎曲過程中,裂紋在Ti-Fe金屬間化合物硬塊界面處萌生.產生裂紋的主要原因爆炸鈦鋼復合板的波頭界面結合處和漩渦中心處、爆炸-軋制鈦鋼復合板的界面塊狀Ti-Fe金屬間化合物具有較高的硬度,在變形的過程中難以協調變形.

設備與能源

高爐噴吹煤粉的粉體流動性與煤質相關性

張衛東, 祁成林, 張建良, 馬超

2012, 34(4): 430-436. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.04.013

[摘要](130)

[PDF 382KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
利用Carr粉體流動指數法評價高爐噴吹煤粉的流動特性及噴流特性,研究了煤巖顯微組分、變質程度等煤質特性對高爐噴吹煤粉流動性的影響.研究發現,流動特性與噴流特性幾乎呈負相關.煤變質程度對煤粉流動特性及噴流特性都有顯著影響.變質程度低的煙煤,流動特性差,噴流特性好;變質程度高的無煙煤,流動特性好,噴流特性差.鏡質組體積分數為60%~70%時,流動特性指數較差;體積分數在83%~95%,由于影響因素較多,流動特性與鏡質組沒有相關性.絲質組與噴流特性正相關,與流動特性負相關.礦物質與煤粉流動性無相關性.

基于核主成分分析的熱軋帶鋼頭部拉窄分析

何飛, 徐金梧, 陽建宏, 黎敏

2012, 34(4): 437-443. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.04.008

[摘要](244)

[PDF 536KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
將核主成分分析方法引入熱軋生產過程的監控與診斷中,根據平方預測誤差統計量進行生產過程監控,然后利用數據重構和優化的鄰域選取策略相結合的方法求出各工藝參數對平方預測誤差統計量的作用,分析引起過程異常的主要工藝參數,最后利用仿真和熱軋帶鋼實際生產數據進行實驗.結果表明:基于核主成分分析的平方預測誤差統計量能較準確診斷過程的異常,并可以找出引起異常的原因,為調整生產過程提供方法支撐,防止次品的出現.

狹縫射流沖擊柱狀凸形表面流動換熱特性

柳翠翠, 姜澤毅, 張欣欣, 馬強, 孫雨生

2012, 34(4): 444-449. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.04.020

[摘要](121)

[PDF 394KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
采用數值方法研究了狹縫射流沖擊柱狀凸形表面的流動換熱特性,通過四種湍流模型計算結果與實驗數據對比,確定了湍流模型適用性.以壓力梯度分布為依據,重點分析了狹縫射流沿柱狀凸形表面的流動結構和邊界層分離特點及柱狀凸形表面的強化換熱特性.結果表明:RNG k-ε和Realizable k-ε模型具有預測適應性;狹縫射流沖擊至柱狀凸形表面,氣體沿表面運動,速度降低,并在流動下游發生邊界層分離;量綱一的逆壓梯度隨量綱一的曲率半徑(D/B)的減小而增大,使得邊界層分離更早出現;駐點區域換熱Nu隨量綱一的曲率半徑(D/B)的減小而獲得增強,但流動進入下游后,D/B對換熱基本無影響;壓力梯度是影響狹縫射流沖擊柱狀凸形表面換熱分布的重要因素.

控制與決策

基于遺傳算法的電爐載能值綜合優化

艾立翔, 汪紅兵, 徐安軍, 杜曦

2012, 34(4): 450-456. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.04.014

[摘要](115)

[PDF 420KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
引入載能體的方法,統籌電爐爐料結構、電爐供氧、配碳和供電等多種因素,建立了電爐載能值綜合優化模型.模型約束復雜,采用線性規劃難以求解,本文采用遺傳算法進行求解.對BH1H、BHDDQ和SUS304鋼種進行能值計算.結果表明:在保證電爐出鋼鋼水化學成分、溫度和渣的堿度等指標符合要求的前提下,每爐鋼水能值分別降低了22.8%、21.4%和23.6%.

板坯熱軋批量計劃數學模型及求解算法

楊業建, 姜澤毅, 張欣欣

2012, 34(4): 457-463. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.04.009

[摘要](198)

[PDF 383KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
根據熱軋工藝特點將板坯熱軋批量計劃編制問題歸結為不確定旅行商數的多旅行商問題,建立了以生產成本最小化和產品質量最優化為主次目標且考慮加熱區段能耗的生產調度數學模型,并采用遺傳算法和禁忌搜索相結合的混合算法進行求解.基于實際生產數據的計算結果表明:該模型充分滿足了現場熱軋批量計劃編制的需求,在軋制單元數最優的基礎上,縮短了傳擱時間,提高了熱送熱裝率,優化了產品質量.與人機結合方式相比,本文模型的計算結果體現了更好的高產和節能效果.

基于交替迭代混沌系統的圖像加密算法

徐剛, 張亞東, 張新祥, 張嘯劍

2012, 34(4): 464-470. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.04.015

[摘要](135)

[PDF 765KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
基于logistic映射和時空混沌系統,設計了一個密鑰長度為256bit的圖像分組密碼算法,將256bit的明文圖像分組加密為等長的密文圖像.該算法引入的輔助密鑰和設計的迭代次數敏感地依賴于明文分組和密鑰,交替迭代混沌系統及Arnold映射實現了像素值的擾亂和位置置亂.計算機仿真和密碼分析表明,該算法具有對明文和密鑰敏感、密鑰空間大和可擴展性強等特點,具有良好的加密效果和較強的抗攻擊性能,適用于安全通信領域.

遺忘遺傳算法及其在信用評分中的應用

張玉潔, 孟祥武

2012, 34(4): 471-475. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.04.016

[摘要](120)

[PDF 287KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
為解決局部最優問題,將遺忘機制引入傳統遺傳算法中,提出了一種改進的遺忘遺傳算法,給出了一種遺忘算子及其遺忘概率,通過在遺傳過程中遺忘某些基因,增加了算法的搜索空間,使算法跳出局部最優,從而最大限度地避免早熟收斂.將該算法用于不同欠費率下的電信客戶初始信用評分,找到信用權重的優化解,較好地解決了對高欠費率群體進行信用評分時,信用權重的適應值偏低的問題.實驗結果表明所提算法有效可行.與標準遺傳算法相比,本文所提算法可以獲得更高質量的解.

土木與建筑

流固耦合對脫硫塔結構簡化模型的動力反應分析

賀文山, 宋波, 王樹和

2012, 34(4): 476-481. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.04.019

[摘要](126)

[PDF 564KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
為研究流固耦合對脫硫塔結構簡化模型動力反應的影響,采用有限元程序(Adina)模擬脫硫塔結構簡化模型在地震作用下的流固耦合效應.首先對脫硫塔結構進行合理簡化,在不同液位下進行了脫硫塔結構的模態分析,研究了塔內液位高度對脫硫塔結構的頻率和振型的影響;其次,通過對脫硫塔結構進行地震波加載,研究了塔內液位高度、地震波輸入角度和加速度峰值對脫硫塔結構的位移和加速度的影響,并與試驗結果進行比較.結果表明,脫硫塔結構的頻率會隨著液位增高而減小,塔內液位高度、地震波加載方向及加速度峰值對脫硫塔結構加速度的影響比較大,而對其位移影響不大.

土石交界隧道爆破開挖數值分析

劉洋, 趙學同, 吳順川

2012, 34(4): 482-488. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.04.017

[摘要](140)

[PDF 936KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
運用FLAC^3D對黑山隧道土石交界段爆破開挖時爆破振動對隧道穩定情況的影響進行了數值分析.采用球面爆破沖擊波的方法對爆破開挖進行了數值模擬,根據數值模擬結果提出了安全裝藥量,最后就其在爆破控制中的應用進行了分析.研究表明隧道爆破開挖過程中,拱頂及兩側拱腰底部發生了明顯的應力重分布現象,拱頂土體對爆破振動敏感,易于發生塑性破壞,中部土體也有部分破壞,但并不影響開挖.