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6期

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采動影響型地下煤火誘發地表裂隙率的時空分布模型

王少鋒, 李夕兵, 王德明

2015, 37(6): 677-684. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.001

[摘要](327)

[PDF 1362KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
基于隨機介質移動理論,構建了采動影響型地下煤火誘發地表裂隙率的時空統一分布模型,并實例分析了矩形火區引發地表線（張）裂隙率、面裂隙率以及剪裂隙率的分布及動態變化規律.地表線（張）裂隙率、面裂隙率和剪裂隙率的極大值分別分布在采（燃）空區邊界內側約20 m（約為煤層厚度的3~4倍）的位置、四周邊界線的四個中點位置和四個邊角端點所對應的地表區域.隨著煤層燃燒,垂直于煤火發展方向上的線裂隙率以及空區邊界處對應的地表面裂隙率均呈半正態曲線形式變化并最終穩定于最大值;而剪裂隙率、煤火發展方向上的線裂隙率及空區內部對應的地表面裂隙率均呈正態曲線形式變化.

邊坡鉆孔作業中粉塵分布及其影響因素的數值模擬

陳舉師, 姜蘭, 蔣仲安

2015, 37(6): 685-692. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.002

[摘要](287)

[PDF 961KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
為了改善露天礦邊坡鉆機穿孔作業粉塵質量濃度超標的現狀,依據氣固兩相流動及梯度輸送理論,對粉塵在風流中運動、擴散及沉降過程進行分析,建立粉塵在空氣中的運動、擴散及沉降方程.以某鐵礦S03^#采場為例,運用計算流體力學的Fluent軟件對邊坡鉆機粉塵質量濃度分布進行數值模擬,并與現場實測數據對比分析,模擬結果與實測數據基本吻合.研究結果表明:采場內粉塵質量濃度沿測點線方向先急劇上升,達到最大值后迅速下降至一個較小值,后逐步緩慢下降;穿孔開始后,粉塵質量濃度隨時間推移逐步升高,至一定值時保持恒定.當采場風速為3.5 m·s^-1、供氣壓力為1 MPa、鉆孔深度為12 m及鉆具轉速為84 r·min^-1時,粉塵質量濃度較低.

基于模糊C均值聚類和圖形技術的結構面產狀分析方法

修國林, 李國清, 彭康, 王澤偉, 劉志祥

2015, 37(6): 693-699. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.003

[摘要](282)

[PDF 1031KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
針對傳統的利用極點等密度圖和玫瑰圖的結構面分組方法主觀性強和聚類分析方法不夠直觀的缺點,建議利用模糊C均值(FCM)聚類的隸屬度的結果,結合圖形技術繪制隸屬度等值線圖來進行結構面分組.隸屬度等值線圖充分利用了模糊C均值聚類中隸屬度的信息,展現每個聚類的隸屬度的空間分布規律,并且可以分辨出因隨機因素形成的結構面,還可以直觀地讀出聚類中心的范圍.三山島金礦的實例證明,該方法同時具有傳統方法直觀和聚類分析方法客觀的優點,并且能夠適應優勢組不明顯的數據.

鋁耗及終脫氧氧位對IF鋼水口結瘤的影響

李翔, 包燕平, 王敏, 林路

2015, 37(6): 700-705. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.004

[摘要](281)

[PDF 1115KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
通過對IF鋼水口結瘤物各層成分及形貌的分析,得出造成水口結瘤的主要原因是Al₂O₃夾雜物在水口內壁不斷聚集和燒結.比較了不同鋁耗對塞棒桿位的影響,鋁耗較高時,塞棒桿位明顯上漲,當鋁耗超過3.5 kg·t-1時,可能導致鋼水斷澆等生產事故.對平均鋁耗及平均終脫氧氧位作了定義,隨著平均鋁耗的增加,單支下水口澆鑄時間呈下降趨勢,當平均鋁耗超過3.5 kg·t^-1時,單支下水口澆鑄時間低于50 min.鋁耗隨終脫氧氧位提高呈增加趨勢,當終脫氧氧位在600×10^-6以上時,鋁耗可能超過3.0 kg·t^-1;而平均終脫氧氧位超過600×10^-6時,單支下水口澆鑄時間可能低于50 min.

熱軋Nb微合金化TRIP鋼高溫區變形過程中Nb的析出行為

馮慶曉, 李龍飛, 楊王玥, 孫祖慶

2015, 37(6): 706-713. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.005

[摘要](342)

[PDF 1917KB](21) [施引文獻] ()

摘要:
通過Gleeble熱模擬實驗研究了含0.038%Nb(質量分數)的熱軋TRIP鋼在高溫奧氏體區的熱加工工藝,借助光學顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡分析了組織演變和Nb的析出行為,并利用電感耦合等離子體發射光譜儀定量分析了Nb的固溶/析出程度.在1250℃奧氏體化5 min后添加Nb有70%固溶于奧氏體.在1000℃以上的奧氏體再結晶區變形過程中Nb的析出量僅占總固溶量的3%,不能有效抑制靜態再結晶,奧氏體晶粒得到明顯細化.在900℃的奧氏體未再結晶區變形前析出Nb量已達到總固溶量的9%,再結晶被抑制而獲得拉長狀奧氏體.奧氏體未再結晶區變形可促進鐵素體轉變并細化鐵素體晶粒.再結晶奧氏體或形變奧氏體狀態下冷卻至650℃時分別有占總添加量的48%和40%的Nb仍以固溶態存在.

激光焊接速度對焊縫組織和硬度分布的影響

曹鑫源, 羅奎林, 陸永浩, 李兆登

2015, 37(6): 714-720. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.006

[摘要](343)

[PDF 1879KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
利用激光焊接工藝焊接核級不銹鋼,通過改變激光焊接速度得到不同的焊接接頭.采用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡等手段研究了熔深比、δ/γ比、組織形貌以及焊縫中各相的成分.通過顯微硬度測試了焊縫接頭上硬度分布.隨著焊接速度的增加,焊縫熔深比線性增加,焊縫中δ-鐵素體含量增加,島狀組織增多,板條狀組織增多,蠕蟲狀組織減少,焊縫區的平均硬度值增加.

基于兩相流EWF模型的樣品表面相變行為及液膜變化的CFD預測

陳潔, 時鵬, 文磊, 閆松濤, 曹宗寶, 金瑩

2015, 37(6): 721-730. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.007

[摘要](430)

[PDF 1025KB](37) [施引文獻] ()

摘要:

提出了一種利用兩相流Eulerian Wall Film(EWF)模型和自定義結露量公式相結合來預測樣品表面相變行為及液膜變化的方法.首先利用自搭建環境實驗箱開展結露物理實驗,并分別基于兩相流EWF模型與單相流模型進行仿真實驗.結果表明,相對于單相流模型,EWF模型因考慮了相變過程而能夠更加精確地模擬樣品表面相變行為.然后通過自定義公式計算所得結露量與實測結露量的對比,驗證了所提出結露量公式的正確性.最后在模擬與實測的溫濕度曲線以及結露量吻合較好的前提下,模擬了樣品表面液膜變化過程,過程中液膜呈現的形態與物理實驗中原位攝像系統捕捉到的液膜形態初步吻合.

無電鍍鎳浸金處理電路板在NaHSO₃溶液中的腐蝕電化學行為與失效機制

丁康康, 李曉剛, 董超芳, 易盼, 劉明, 肖葵

2015, 37(6): 731-738. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.008

[摘要](315)

[PDF 1472KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
采用交流阻抗譜研究了無電鍍鎳浸金處理電路板在模擬電解質溶液(0.1mol·L^-1 NaHSO₃)中的電化學腐蝕行為,并結合體視學顯微鏡、掃描電鏡、X射線能譜分析等手段分析了試樣表面腐蝕產物形貌、組成和鍍層失效機制.無電鍍鎳浸金處理電路板在NaHSO₃溶液中的耐蝕性較差,浸泡12h試樣表面局部即發生變色,伴隨有微裂紋的產生.電解液能夠通過裂紋直接侵蝕Cu基底,并在微裂紋周圍生成較多的枝晶狀結晶產物,其主要組分為Cu₂S.該結晶腐蝕產物的不斷生成使局部區域中間Ni過渡層與Cu基底結合部位存在較大的橫向剪切應力,最終造成Ni鍍層的脫離與鼓泡現象.

銅納米粒子的電化學制備及其氧化物的光電催化分解水性能

郭欣, 許頔, 項民, 刁鵬

2015, 37(6): 739-745. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.009

[摘要](279)

[PDF 1051KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
以五水硫酸銅(CuSO₄·5H₂O)為前驅體,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為包裹劑,在水溶液中采用電化學方法在氧化銦錫(ITO)表面制備得到了形貌和尺寸均一的銅納米粒子,并研究了前軀體的濃度、包裹劑的種類和濃度以及電化學沉積電位對產物的形貌和生長密度的影響.將得到的產物經過熱處理后,會在表面生成一層黑色的氧化銅,經過測試發現其對光電分解水制氫具有良好的催化作用.

鹽酸改性對天然斜發沸石孔道特征、成分、表面電位及陽離子交換性能的影響

霍漢鑫, 林海, 董穎博, 劉泉利, 曹麗霞, 程皝, 汪涵, 傅川

2015, 37(6): 746-750. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.010

[摘要](152)

[PDF 625KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
采用不同濃度鹽酸對天然斜發沸石進行改性,并系統地研究了改性沸石的孔道特征、化學成分、表面電位及陽離子交換性能的變化.鹽酸改性后,沸石晶體結構破壞較小,表面變得疏松粗糙,K⁺、Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺元素含量均小幅下降;表面負電荷增加,陽離子交換容量減小;比表面積和總孔體積均有所提高,最高分別從原沸石的35.97 m²·g^-1和0.0761 m³·g^-1提高至64.46 m²·g^-1和0.1156 m³·g^-1.鹽酸改性對沸石微孔、介孔和大孔的分布影響明顯.從遲滯回線形狀判斷沸石孔道類型均為不均勻狹縫型孔道,鹽酸改性不會改變沸石孔道類型.

利用反應燒結法制備多孔碳化物陶瓷

張雷, 龐曉露, 高克瑋

2015, 37(6): 751-756. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.011

[摘要](158)

[PDF 1991KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
利用反應燒結的方法,通過甲烷碳化還原三種過渡金屬氧化物(Cr₂O₃、TiO₂和WO₃)壓坯,制備了其相應的多孔形態的碳化物(Cr₃C₂、TiC和WC)陶瓷.通過掃描電子顯微鏡觀察檢測,對反應燒結產物的表面和截面形貌進行了分析,并對這三種過渡金屬碳化物的孔隙結構進行了初步的表征.通過物相分析研究了反應燒結的動力學過程,發現利用含體積分數10%甲烷的混合氣體碳化還原制備多孔TiC和WC陶瓷的起始溫度分別為1200℃和1000℃,低于這兩個溫度時發生其他相變,有其他中間產物生成.利用反應燒結的方法制備多孔Cr₃C₂陶瓷時,反應燒結溫度越高,碳化鉻陶瓷的骨架和孔隙平均尺寸越大.

鈣硅氧化物的質量比對10%Al₂O₃高爐渣—尾礦—粉煤灰微晶玻璃性能的影響

劉召波, 宗燕兵, 馬浩源, 代文彬, 李宇

2015, 37(6): 757-763. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.012

[摘要](134)

[PDF 1102KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
利用高爐渣、尾礦和粉煤灰各自成分特點,在未添加任何晶核劑和其他化學試劑條件下,使用燒結法制得了不同CaO/SiO₂質量比的10%Al₂O₃(質量分數)礦渣微晶玻璃.通過差熱分析、X射線衍射、掃描電子顯微鏡等分析手段,分析了CaO/SiO₂質量比和析晶溫度對高爐渣-尾礦-粉煤灰微晶玻璃樣品的晶相變化規律、析晶行為和主要力學性能的影響.隨著CaO/SiO₂質量比增大,析晶活化能不斷減小,Si-O四面體連接強度下降,質點移動加強,各組開始析晶溫度和晶化溫度逐漸減小.當玻璃樣品中鈣硅氧化物的質量比為0.4時,分別在886℃和982℃形核、析晶保溫1 h后,可以得到抗折強度103.59 MPa、顯微硬度5.3 GPa、耐酸性0.25%(質量損失率)、耐堿性小于0.1%,主晶相為透輝石的最佳力學性能的微晶玻璃樣品.

制備條件對反式聚合物穩定膽甾相織構膜電光性能的影響

曹暉, 尹聿海, 肖玲, 王冬, 楊洲

2015, 37(6): 764-770. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.013

[摘要](143)

[PDF 1348KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
選用1,4-雙[4-(6-丙烯酰氧基己氧基)苯甲酰氧基]-2-甲苯(C6M)/(S)-4'-(2-甲基丁基)-4-聯苯腈(CB15)/安息香二甲醚(IRG651)/SLC1717復合體系,通過紫外光聚合誘導相分離法制備了反式聚合物穩定膽甾相織構(R-PSCT)膜.研究了聚合溫度和紫外光輻照度對所制備的R-PSCT膜電光性能的影響.隨著聚合溫度的升高或紫外光輻照度的減小,R-PSCT膜的驅動電壓、對比度和開態響應時間減小,而關態響應時間增大.在聚合溫度為293 K和紫外光輻照度為0.75 m W·cm^-2時,所制備的R-PSCT膜具有較佳的電光性能.

三元乙丙橡膠紫外老化表觀行為及納米防老化劑作用機制

陳紅婷, 高瑾, 盧琳, 李曉剛, 方月華, 郭春云

2015, 37(6): 771-776. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.014

[摘要](176)

[PDF 1149KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
基于熒光紫外加速老化實驗,追蹤三元乙丙橡膠的老化過程,研究添加納米防老化劑對材料表觀老化行為和抗老化能力的影響,并利用傅里葉紅外光譜和紫外吸收光譜分析納米防老化劑的作用機制.隨著老化時間的延長,試樣表面粗糙度增加,色差和失光率變大,羰基指數上升,紫外吸收率下降.傅里葉紅外光譜分析顯示,表面二氧化硅膜包覆抑制了納米二氧化鈦的光催化作用,延緩了三元乙丙橡膠的老化進程.添加納米防老化劑后,試樣表面孔洞密度減少,色差和失光率分別降低0.97和22.29%,羰基指數下降0.06,紫外光吸收率升高3.92%,三元乙丙橡膠的抗紫外老化能力提高.

小斷面收縮率楔橫軋件的變形規律

劉文科, 張康生, 楊光, 胡正寰

2015, 37(6): 777-781. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.015

[摘要](141)

[PDF 762KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
對楔橫軋軸類零件的成形過程進行有限元數值模擬與軋制實驗.從斷面收縮率角度研究了軋件的金屬變形特點,發現小斷面收縮率與常規斷面收縮率的分界點在35%左右.對比分析了小斷面收縮率與常規斷面收縮率軋件的金屬變形規律.結果顯示:小斷面收縮率軋件的主要變形發生在軋件外層附近,而常規斷面收縮率軋件的主要變形是在軋件內部;小斷面收縮率軋件比常規斷面收縮率軋件存在更大的軸向拉伸不均勻變形,易導致軋件在橫截面上呈現出橢圓化.

鋼球斜軋成形的金屬流動規律

鄭振華, 王寶雨, 胡正寰

2015, 37(6): 782-788. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.016

[摘要](143)

[PDF 871KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
基于鋼球斜軋成形原理,采用DEFORM-3D有限元軟件建立了鋼球斜軋成形的有限元模型.相應的實驗結果表明有限元模型是可信的.利用有限元結果研究了鋼球斜軋成形過程的金屬徑向和軸向變形規律.研究表明:坯料的金屬以周期振蕩方式累積變形.在軸線方向上,球體間的連接頸是變形最劇烈的位置,離連接頸越近,金屬的徑向變形和軸向變形越大.在橫截面方向上,球體前半球的金屬,離軸線中心越近,徑向壓縮量越小,軸向位移越大;球體后半球的金屬,離軸線中心越近,徑向壓縮量越小,軸向位移越小.

薄帶材浪形缺陷生成與拉伸矯直過程數值仿真

張清東, 周歲, 銀家琛

2015, 37(6): 789-798. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.017

[摘要](141)

[PDF 1497KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
基于ABAQUS有限元軟件建立了薄帶材浪形生成與拉伸過程有限元模型,研究了帶材在初應變作用下的浪形缺陷生成規律及其在張力拉伸作用下的應力特性及其變形行為,并進一步分析了浪形缺陷拉伸矯直矯平功效的主要影響因素及其影響規律.薄帶鋼變形過程可分為浪形生缺陷生成、拉伸矯直和彈性回復三個階段.針對薄鋼帶彈性后屈曲浪形和鋁帶彈塑性后屈曲浪形兩類典型浪形形式,研究了浪形缺陷在后屈曲和拉伸變形階段的浪形陡度變化與系統能量變化規律.研究表明:彈性后屈曲浪形在拉伸矯直過程中浪數和浪高均發生變化,而彈塑性后屈曲浪形僅發生浪高的連續變化.彈性后屈曲浪形矯直后的殘余應力分布形式與初始應力分布類似,而彈塑性后屈曲浪形的殘余應力分布發生顯著差異.浪形缺陷的殘余陡度隨初始浪形陡度增大而增大,隨帶厚增加而減小,且彈塑性后屈曲浪形缺陷的矯直效果更為顯著.

永磁球形電動機定子線圈座的應變分析

吳鳳英

2015, 37(6): 799-803. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.018

[摘要](125)

[PDF 484KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
利用氣隙磁通密度解析模型和洛侖茲力公式建立了球坐標系下空心定子線圈所受切向電磁力和徑向電磁力的解析模型.利用定子殼體和線圈座的有限元模型計算定子線圈座在電磁力作用下的應變,分析了定子殼體厚度、線圈座連接桿長度和直徑對應變的影響.最后利用有限元法和解析法對樣機進行分析并對結果進行比較,驗證了解析模型的正確性和準確性.分析表明,當定子殼體厚度和連接桿直徑線性減小而連接桿長度線性增大時,定子線圈座在電磁力作用下產生的應變量在一定范圍內線性增加,然后顯著增加.

基于灰度信息和支持向量機的人眼檢測方法

于明鑫, 周遠松, 王向周, 林英姿, 王渝

2015, 37(6): 804-811. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.019

[摘要](119)

[PDF 1241KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
提出一種基于灰度信息和支持向量機的人眼檢測方法.首先,利用人眼區域灰度變化比人臉其他部位灰度變化明顯的特征,采用圖像灰度二階矩(方差)建立人眼方差濾波器,在固定人眼搜索區域內,應用人眼方差濾波器搜索候選人眼圖像;然后,使用訓練的支持向量機分類器精確檢測人眼區域位置;最后,采用圖像灰度信息率定位人眼中心(虹膜中心).該方法在BioID、FERET和IMM人臉數據庫中的測試結果顯示:沒有佩戴眼鏡人臉圖像正確率分別為98.2%、97.8%和98.9%,406幅佩戴眼鏡人臉圖像正確率為94.9%;人眼中心定位正確率分別為90.5%、88.3%和96.1%.通過與目前方法比較,該方法獲得較好的檢測效果.

鋼鐵工業逆向供應鏈服務過程模型

王蕾, 夏緒輝, 熊穎清, 劉軍偉, 周敏

2015, 37(6): 812-821. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.020

[摘要](162)

[PDF 2085KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
根據鋼鐵工業逆向供應鏈流程,分析了鋼鐵工業逆向供應鏈及其服務的基本定義和三個服務主體的特征.在此基礎上,構建了一種二層級三維度鋼鐵工業逆向供應鏈服務過程模型.在服務抽象維、服務組織與協同運作維、服務網絡跨級控制與服務增值維等三個維度構成的空間里,完成由服務方案匹配與決策實現的三階段構成的第一級服務響應以及由服務功能實現的兩階段構成的第二級服務響應過程.探討了服務過程實現中的服務模塊化、服務知識獲取與共享、服務模塊智能匹配等關鍵技術.以某鋼鐵企業廢鋼逆向供應服務為實際應用案例,驗證了模型的可行性.