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

國內發行：北京報刊發行局

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單　　價：40元/期，全年480元

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2010年第32卷第10期

欄目

資源與開發
冶金與材料
設備與能源
控制與決策

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資源與開發

預測陷落柱突水災害的物理模型及理論判據

王家臣, 李見波

2010, 32(10): 1243-1247. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.001

[摘要](227)

[PDF 382KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
通過分析滲水井與陷落柱的聯系和區別,借鑒滲水井等相關理論,建立了預測陷落柱突水的物理模型,確定了陷落柱的突水危險區域。陷落柱與采動工作面之間的突水危險區域可分為三部分:陷落柱周邊圍巖塑性破壞區、采場前方塑性破壞區與陷落柱周邊滲透區域。根據彈塑性力學、流體力學的相關理論,推導出了預測陷落柱突水的理論判據,可用于礦井陷落柱突水災害的預測。

基于聲波測速的充填體完整性檢測

鄧代強, 高永濤, 吳順川, 朱偉亞, 杜子建

2010, 32(10): 1248-1252. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.002

[摘要](226)

[PDF 389KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
為檢測水泥-尾砂充填體內部構造和力學性能,采用鉆芯法從采場充填擋墻或相應部位施工覆蓋整個采場的地質孔取樣,使用SY-1型聲波儀對樣品進行聲波測試,通過配套軟件分析波形和頻譜.結果表明:波速和動彈性力學指標的差距源自強度和疏密構造差異;雖不同充填體聲波波速不同,但其聲波波形和頻譜成分基本相同;聲波延時長、主頻集中、頻譜較簡潔且振幅較高,反映出充填體內部夾雜、孔洞和空穴等缺陷少,結構較完整.

齊大山鐵尾礦粉磨特性

黃曉燕, 倪文, 祝麗萍, 王中杰

2010, 32(10): 1253-1257. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.003

[摘要](150)

[PDF 807KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
利用掃描電鏡(SEM)、場發射掃描電鏡(FE-SEM)和激光粒度儀(LPS)研究齊大山磨細鐵尾礦的顆粒形貌和粒度分布特征,并以比表面積為評價指標,比較了鐵尾礦與水淬高爐渣的易磨性.結果表明:鐵尾礦的易磨性遠遠優于水淬高爐渣;鐵尾礦經實驗用球磨機粉磨140min后,能夠填充水泥粉體堆積結構間隙的粒徑小于5μm的顆粒質量分數為62.60%,并且還含有大量亞微米級和納米級顆粒.

焙燒溫度對高鐵提釩尾渣煤基直接還原效果的影響

楊慧芬, 王靜靜, 景麗麗, 黨春閣

2010, 32(10): 1258-1263. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.004

[摘要](211)

[PDF 935KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
利用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)等手段考察了焙燒溫度對提釩尾渣煤基直接還原效果的影響,并利用磨礦-磁選方法對焙燒產物進行了金屬鐵的分離實驗.結果表明:最有利于金屬鐵析出、兼并、長大以及金屬鐵和渣相單體解離的焙燒溫度是1200℃,在此溫度下,提釩尾渣中的Fe₂O₃基本還原成了金屬鐵,Fe₂TiO₅基本轉變成了金屬鐵和TiO₂.鐵質量分數36.54%、TiO₂質量分數9.28%的提釩尾渣,經1200℃焙燒所得產物經過二段磨礦-二段磁選可獲得鐵質量分數90.90%、TiO₂質量分數0.56%的金屬鐵粉.

冶金與材料

靜磁場下氣泡在板坯連鑄結晶器內運動行為的物理模擬

張浩斌, 雷作勝, 金小禮, 任忠鳴, 鄧康, 鐘云波

2010, 32(10): 1264-1270,1378. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.005

[摘要](235)

[PDF 1002KB](10) [施引文獻] ()

摘要:

以水銀和氬氣作為模擬介質,通過物理模擬研究了高拉速板坯連鑄結晶器內電磁制動和水口吹氬耦合作用下的氣泡運動和分布行為.采用電阻探針測量了結晶器內氣泡的運動和分布情況,分析了磁場、吹氬量等不同工藝參數對氣泡占空比、氣泡數量和氣泡脈沖寬度的影響規律.實驗結果表明:在一定的拉速條件下,施加磁場改變了氣泡在結晶器內的分布規律,有利于氣泡的上浮,降低了氣泡在結晶器內的沖擊深度,減少了到達結晶器窄面的氣泡數量;磁場的施加和吹氬量的增加都使得脈沖寬度較大的氣泡數量增多,且主要集中在結晶器1/4寬度和水口之間區域.

氧含量對易切削鋼中硫化物生成行為的影響

夏云進, 王福明, 王金龍, 趙晶

2010, 32(10): 1271-1276. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.006

[摘要](307)

[PDF 824KB](31) [施引文獻] ()

摘要:
通過實驗研究了氧含量對硫化物形態的影響.結果表明:隨著氧含量的增加,MnS夾雜物的形態由Ⅱ類向Ⅰ類轉變,其平均直徑和面積分數增大,數量減少,長寬比減小.通過數學模型以及Fe-Mn-S和Fe-Mn-S-O體系的四元相圖研究了氧含量對硫化物形態產生影響的機理.在氧質量分數高達0.022%時,凝固初期形成了大量的MnO系低熔點液態氧化物,促進了MnS的形成方式從共晶方式向偏晶方式轉變,形成Ⅰ類MnS;氧質量分數在0.01%以下時,凝固初期形成的MnO系低熔點液態氧化物較少,大部分MnS是在凝固末期以共晶形式析出,形成Ⅱ類MnS.

430鐵素體不銹鋼中Ti₂O₃+TiN復合核心形成的熱力學研究

施曉芳, 成國光, 趙沛

2010, 32(10): 1277-1281. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.007

[摘要](257)

[PDF 572KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
通過理論分析Ti₂O₃、TiN在430鐵素體不銹鋼中的形成規律,提出了凝固前沿形成Ti₂O₃+TiN復合核心所需的Ti、Al、O和N含量.根據該成分要求,在真空感應爐中進行實驗得到鑄錠,制備金相試樣在掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)上觀察析出物的特征.通過SEM發現,析出物細小彌散分布,尺寸約為2μm.從形貌上看,它由兩層組成,氮化鈦圍繞氧化鈦析出.通過析出物的TEM衍射花樣進一步確認,析出物的中心層為Ti₂O₃,外層為TiN.合理控制鋼液成分,即使在較低鈦含量時也可以形成Ti₂O₃+TiN的復合核心.

SCM435鋼熱變形動態再結晶動力學模型參數的確定

吳晉彬, 劉國權, 王浩, 韓永珍

2010, 32(10): 1282-1286. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.008

[摘要](214)

[PDF 430KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
通過分析冷鐓鋼SCM435在溫度為950～1150 ℃、應變速率為0.1～1 s^-1范圍內發生動態再結晶的熱/力模擬試驗數據,利用其應變硬化速率θ與流變應力σ的θ-σ曲線,準確確定了其發生動態再結晶的臨界應變ε_c、峰值應變ε_p、臨界應力σ_c和峰值應力σ_p,用應力-應變(σ-ε)曲線方法計算SCM435鋼的動態再結晶Avrami動力學曲線和時間指數n.結果表明:SCM435鋼發生動態再結晶的臨界應變與峰值應變的平均比值ε_c/ε_p=0.73,動態再結晶Avrami時間指數平均值n=1.91;在溫度950～1150℃,應變速率0.1～1s^-1范圍內,應變速率是SCM435鋼的動態再結晶動力學敏感因素,溫度對其影響不大;動態再結晶率50%的時間t₅₀與應變速率成反比.

超高強度冷軋雙相鋼組織與性能

趙征志, 牛楓, 唐荻, 趙愛民, 金光燦

2010, 32(10): 1287-1291. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.009

[摘要](251)

[PDF 1105KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
在Gleeble-3500熱模擬試驗機上進行冷軋超高強度雙相鋼的連續退火工藝研究,利用光學顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡和拉伸試驗研究了連續退火過程中各個參數對1000MPa級冷軋雙相鋼組織性能的影響.結果表明:試驗用鋼在退火溫度800℃下保溫80s,可以得到抗拉強度為1030MPa、延伸率為14%超高強雙相鋼;隨著退火溫度的升高,屈服強度和抗拉強度降低.當退火溫度為830℃時,顯微組織中粒狀的非馬氏體組織明顯增多.過時效溫度低于300℃時,屈服強度和抗拉強度變化不大;當過時效溫度超過300℃時,抗拉強度急劇下降,屈服強度先降低后升高,在過時效溫度為360℃時開始出現屈服平臺.

螺旋高翅片管孔型斜軋的軸向延伸機理

張琳, 韓靜濤, 劉靖, 鐘敏

2010, 32(10): 1292-1296. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.010

[摘要](149)

[PDF 464KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
在建立孔型斜軋幾何模型的基礎上對螺旋高翅片管孔型斜軋變形區的運動規律進行研究,發現軸向延伸與變形區軋件圓周旋轉速度的分布有關.在變形區軋件從咬入到軋出圓周旋轉速度存在遞增的趨勢,在孔型等螺距的情況下使軸向速度也在遞增,這是導致軋件軸向延伸的本質原因.通過理論分析給出了軸向延伸率的理論計算公式,用兩種規格的坯管在不同的壓下量下進行軋制實驗,結果表明延伸率的計算值與實測值基本吻合.

大直徑單晶銅棒材的連續定向凝固制備

袁寶龍, 王自東, 吳春京, 張鴻

2010, 32(10): 1297-1301. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.022

[摘要](157)

[PDF 443KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
采用自制真空熔煉、氬氣保護連續定向凝固設備成功制備出了大直徑單晶純銅棒材,研究了工藝參數對大直徑連續定向凝固純銅棒材凝固組織與表面質量的影響,分析測試了連續定向凝固大直徑純銅棒材的力學性能和電學性能.結果表明:在熔體溫度1150～1180℃、結晶器出口溫度750℃、冷卻水量900 L·h^-1、冷卻距離50mm以及拉坯速度9mm·min^-1時,可連續穩定地制備直徑為φ16mm的表面光亮的單晶純銅棒材.其抗拉強度128.52MPa,延伸率76.7%,導電率105.2%IACS,具有優良的力學性能和電學性能.

大厚度紫銅攪拌摩擦焊接

賀地求, 鄔紅光, 羅維

2010, 32(10): 1302-1305. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.011

[摘要](112)

[PDF 541KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
采用攪拌摩擦焊接方法對厚度為30mm和50mm的T2紫銅板分別進行單面和雙面焊接實驗,并對焊縫的微觀組織與力學性能進行了分析.結果表明:在一定的參數范圍內,可獲得表面成形美觀、內部無缺陷且變形小的對接接頭.30mm T2紫銅板單道焊焊后平均抗拉強度為177.2MPa,達到母材的81.7%,斷后平均伸長率為25.4%;焊縫橫切面顯微硬度分布波動較大,最低值位于前進側熱影響區底部,說明了此處位置是焊縫薄弱環節.

氫促進鐵磁性形狀記憶合金Ni₅₀Mn₃₀Ga₂₀的納米壓痕蠕變與壓痕回復

沈連成, 宿彥京, 何健英, 李金許, 褚武揚, 喬利杰

2010, 32(10): 1306-1310. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.012

[摘要](158)

[PDF 649KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
采用納米壓痕法研究了氫對Ni₅₀Mn₃₀Ga₂₀取向多晶室溫納米壓痕蠕變和壓痕塑性形變的影響.結果表明,Ni₅₀Mn₃₀Ga₂₀取向多晶在室溫下能夠發生納米壓痕蠕變.在試樣室溫真空充氫之后,引入的氫不僅能夠促進納米壓痕蠕變,還可以使得馬氏體相變的"偽彈性"存儲的彈性能得以釋放,發生逆轉變,使部分塑性變形回復.

反應合成AgCuO復合材料中CuO的長大動力學分析

周曉龍, 曹建春, 陳敬超, 黎敬濤, 于杰, 張昆華, 杜焰, 吳大平

2010, 32(10): 1311-1315. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.013

[摘要](140)

[PDF 461KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
通過分析銀銅顆粒表面銅與氧的反應,計算銀銅合金中銅的沉淀析出量、銅在銀基體中的擴散速率以及CuO顆粒大小,研究了反應合成AgCuO復合材料中CuO的長大動力學行為.結果表明:在反應合成制備過程中,氧化銅顆粒長大動力學行為滿足拋物線規律;銀銅合金表面銅與氧的反應是一種銅擴散控制型反應,該氧化銅顆粒的長大與銅在銀銅合金中的含量、擴散速率和所處位置(晶內、晶界)有關.計算得到的CuO顆粒大小與實際獲得的氧化銅顆粒大小相吻合.

新型復合稀土摻雜ZnO-Bi₂O₃基壓敏陶瓷

徐東, 程曉農, 趙國平, 徐紅星, 范曰娥, 施利毅

2010, 32(10): 1316-1320. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.021

[摘要](127)

[PDF 1125KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
采用固相法制備新型復合稀土Sc₂O₃和Y₂O₃摻雜ZnO-Bi₂O₃基壓敏陶瓷,并對其顯微組織和電性能進行了分析.結果表明,復合稀土摻雜可提高壓敏陶瓷的綜合性能,并明顯優于單一稀土摻雜,復合稀土摻雜對壓敏陶瓷電性能的影響規律仍遵循單一稀土摻雜對壓敏陶瓷電性能的影響規律.新型復合稀土Sc₂O₃和Y₂O₃摻雜ZnO-Bi₂O₃基壓敏陶瓷,在相同的Sc₂O₃摻雜比例下,隨Y₂O₃摻雜量的增加,電位梯度呈增加的趨勢;在相同的Y₂O₃摻雜比例下,隨Sc₂O₃摻雜量的增加,非線性系數呈增加的趨勢.當摻雜Sc₂O₃的摩爾分數為0.12%、Y₂O₃的摩爾分數為0.20%時,復合稀土摻雜ZnO-Bi₂O₃基壓敏陶瓷的綜合電性能最為理想,電位梯度為410 V·mm^-1,非線性系數為38.0,漏電流為0.58μA.

地熱水環境中PTFE/PPS復合涂層表面CaCO₃垢成核行為

吳坤湖, 李衛平, 劉慧叢, 朱立群

2010, 32(10): 1321-1326. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.014

[摘要](120)

[PDF 1436KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
采用掃描電子顯微鏡和能譜儀等測試方法研究了聚四氟乙烯(PTFE)/聚苯硫醚(PPS)復合涂層在靜態模擬地熱水環境中的阻垢性能,分析了PTFE/PPS涂層表面的微觀結構對CaCO₃垢成核行為的影響.結果表明:使用PTFE乳液摻雜PPS獲得的復合涂層的表面呈多孔結構,PTFE在涂層孔內外的分布不均導致CaCO₃垢晶核趨于在孔內和孔壁處優先形成和生長;PTFE/PPS涂層的接觸角隨著浸泡時間的延長而變小,表面結垢速度要明顯小于304不銹鋼和PPS涂層.

設備與能源

高爐圓周方向焦炭非均一消耗條件下固體流研究

范正赟, 張建良, 蔣海冰, 楊天鈞, 有山達郎, 王傳琳

2010, 32(10): 1327-1332. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.015

[摘要](125)

[PDF 579KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
利用三維離散元法對5000 m³高爐圓周方向風口回旋區焦炭非均一消耗條件下,爐內固體爐料的速度、應力分布以及爐墻和爐底的受力情況進行了分析.結果發現,爐口料面料層結構、爐料速度和應力以及爐墻爐底受力呈非對稱性分布,死焦堆增高,且在其表面存在狹長的滑動粒子帶.

漩渦撞擊法燒結脫硫煙氣流場仿真研究

張洪祥, 黃重國, 袁清華, 龐建平

2010, 32(10): 1333-1339. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.016

[摘要](127)

[PDF 766KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
采用Fluent軟件對均氣環、冷卻預處理器和漩渦撞擊元件三項關鍵技術進行模擬仿真,并用MATLAB擬合其對煙氣流場的影響規律.結果表明:煙氣分布最優時,均氣環安裝位置與寬度呈線性關系時;冷卻預處理器噴水速度越大,煙氣溫度越低,當噴水速度大于30m·s^-1時,隨著噴水量增大,溫度變化不明顯,最佳噴水速度范圍為25～30m·s^-1;壓力損失隨漩渦撞擊元件切向速度的增大而增大,當切向速度大于20m·s^-1時,壓力損失急劇上升,漩渦撞擊元件最大切向速度應該控制在20m·s^-1左右,即托盤轉速應該為85r·min^-1左右.

UCM冷連軋機硅鋼邊降控制技術

孫文權, 楊荃, 邵健, 何安瑞, 李明喜

2010, 32(10): 1340-1345. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.017

[摘要](197)

[PDF 672KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
以馬鋼四機架UCM酸洗冷連軋聯合機組為研究對象,采用顯示動力學有限元方法建立了六輥軋機輥系與軋件一體化有限元仿真模型.在分析其邊降控制性能的基礎上,提出通過調整UCM軋機中間輥竄輥位置控制帶鋼邊降的方法.采用自主研發的適用于UCM軋機的U-EDC工作輥輥形,取得了硅鋼邊降≤5μm合格率由46.0%躍升到99.3%以上的顯著生產實績,在工作輥不能竄動的六輥軋機上成功實現邊降控制.

柔性關節臂式測量機的誤差仿真分析

黃奎, 莫健華, 鐘凱, 余立華, 史玉升

2010, 32(10): 1346-1352. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.020

[摘要](147)

[PDF 914KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
基于局部指數積(localPOE)公式建立了柔性關節臂式測量機的理想運動學模型,依據各種誤差因素修正得到實際運動學模型,詳細分析了各種運動學參數誤差對測量精度的影響.仿真結果表明,長度類的運動學參數誤差對測量結果不會引起放大或縮小,而角度類的運動學參數誤差會引起測量結果的嚴重放大.

控制與決策

熱連軋液壓活套系統非線性多變量建模及控制

李壯舉, 石馨, 劉賀平, 楊衛東

2010, 32(10): 1353-1359. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.023

[摘要](129)

[PDF 817KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
為進一步提高帶鋼熱連軋厚控精度及控制品質,在液壓活套的工作點附近,考慮帶鋼自重、液壓伺服系統和活套本身的非線性,建立了液壓活套系統的非線性多變量動態數學模型,并驗證了該模型的有效性.針對該模型,考慮未建模動態和各種擾動,提出了一種基于反推控制和擴張狀態觀測器(ESO)補償的解耦控制方法.用Lyapunov穩定理論證明了閉環系統是魯棒穩定的.仿真表明新的模型和解耦控制方法都是有效的.

基于IAGA的冷連軋機預防打滑的規程優化設計

車海軍, 韓欣艷, 楊景明, 楊志芬

2010, 32(10): 1360-1365. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.018

[摘要](121)

[PDF 398KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
為解決冷連軋軋制過程中的打滑問題,在引入打滑因子的基礎上,建立了以預防打滑為目標的規程優化模型.針對標準遺傳算法存在的早熟收斂、振蕩和隨機性太大等缺點,利用改進的自適應遺傳算法進行優化.該算法提出了一種基于排序的多輪輪盤賭選擇算子,提高了算子的選優能力,也減少了隨機性所產生的誤差,同時依據個體適應度的值確定染色體的交叉概率和變異概率,使前期變異明顯,后期趨于穩定,保證了種群開發和搜索的平衡及全局收斂性.現場試驗及生產實踐情況證明,該優化規程模型能夠有效地降低打滑發生的概率,提高產品的質量,獲得更好的經濟效益.

慣性特征系統最速特征模型PID控制參數辨識

孟慶波, 尹怡欣, 喬桂玲

2010, 32(10): 1366-1371. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.024

[摘要](159)

[PDF 759KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
以慣性特征系統作為研究對象,針對常規PID控制器參數的設置問題提出了基于系統最速特征模型的辨識算法,該算法利用慣性特征系統的輸入輸出特性,通過最小二乘法辨識出系統的一階特征模型,然后再根據一階特征模型、控制律和系統的動、穩態性能的要求辨識出系統的二階最速特征模型,同時也計算出PID控制器的參數.仿真結果表明,該算法能夠使PID控制具有最速響應的特征,為PID參數設置提供了一種計算方法.

具有時變時滯耦合的兩個不同復雜網絡的自適應同步

王健安, 劉賀平, 石馨

2010, 32(10): 1372-1378. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.10.019

[摘要](176)

[PDF 485KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
針對兩個不同的時變時滯耦合復雜網絡,提出一個新的網絡同步模型.該模型中的兩個網絡在節點數目、拓撲結構、內部耦合、耦合時滯及節點動態均可不相同.基于LaSalle不變原理,設計自適應控制器使得兩個網絡獲得同步.進一步研究了具有未知拓撲結構的兩個復雜網絡的自適應同步問題.數值結果表明了本文方法的有效性.