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

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2019年第41卷第9期

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中國致密油藏開發理論研究進展

朱維耀, 岳明, 劉昀楓, 劉凱, 宋智勇

2019, 41(9): 1103-1114. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.001

[摘要](1568)

[HTML全文] (1299)

[PDF 2039KB](112) [施引文獻] ()

摘要:
為保持國家能源安全，我國油氣開發領域在常規油氣藏維持產量進行剩余油挖潛的基礎上，積極推進非常規油氣資源的勘探與開發.致密油藏地質勘探資源儲量高，但儲層條件差，油水關系復雜制約著其大規模高效開發.雖然我國已經在低滲-超低滲油藏的開發中積累了大量的經驗并取得了豐碩的成果，但致密油藏無論從開發規模還是理論研究都處于起步階段，急需借鑒和開展適用于致密油藏的開發方法與滲流機理研究.本文首先概述了致密油藏的資源分布、地質特點與開發現狀.在此基礎上介紹了致密油藏開發方法并抽提了4類基本科學問題，圍繞基本科學問題系統論述了相應的流動規律以及數學模型理論研究進展，并針對各問題提出了未來發展趨勢，為促進我國致密油開發提供一定的指導意義.

脈動熱管的理論研究與應用新進展

厲青峰, 王亞楠, 何鑫, 練晨, 李華

2019, 41(9): 1115-1126. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.002

[摘要](1447)

[HTML全文] (586)

[PDF 5216KB](117) [施引文獻] ()

摘要:
作為一種工作機理獨特的新型傳熱裝置，脈動熱管具有極高的傳熱效率、較高的抗燒干能力、良好的環境適應性，且結構簡單、可變，成本較低，具有很高的實際應用價值，是目前傳熱技術領域的研究熱點.本文在對脈動熱管的優點、結構形式和工作原理進行總體介紹的基礎上，首先從理論建模研究入手歸納了目前研究中通常采用的直管、單彎頭管、部分單彎頭管等結構模型和質量-彈簧-阻尼模型，質量、動量、能量方程模型以及其他數學模型，然后從實驗可視化研究和計算可視化研究兩方面綜述了脈動熱管的運行過程、工作機理以及近年來國內外在脈動熱管方面的最新研究進展，從啟動性能、傳熱性能和傳熱極限三方面系統介紹了管徑、長度、截面形狀、加熱方式、充液率、傾斜角度、輸入功率和工作流體種類等不同設計和使用參數對脈動熱管性能的影響.進一步從設計與應用方面，對脈動熱管在電子設備、太陽能集熱、動力裝置熱管理和低溫環境換熱等方面的研究進行了綜述，展示了脈動熱管在實際應用中的效果和優勢.最后對今后的研究方向與發展趨勢進行了展望，指出可通過更詳細的理論和仿真建模研究脈動熱管的工作機理、工作性能、工作過程和優化設計方法.

次生硫化銅礦制粒試驗

尹升華, 陳威, 劉家明, 宋慶

2019, 41(9): 1127-1134. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.003

[摘要](914)

[HTML全文] (446)

[PDF 3548KB](14) [施引文獻] ()

摘要:
為解決堆浸過程中由于大量礦粉存在而導致礦堆滲透性差、浸出率低等問題，以次生硫化銅礦為原料，開展了制粒試驗研究.考察了不同制粒黏結劑對礦粉的黏結效果，確定了最佳的制粒黏結劑、制粒工藝以及制粒方法.通過正交制粒試驗，明確了影響制粒試驗的主要因素.試驗結果表明：不同制粒黏結劑的黏結效果排序依次為：SFS-2 > SFS-3 >水泥>半水石膏> SFS-1 > SFS-0 >硅酸鈉>陽離子型聚丙烯酰胺.當選用黏結劑SFS-2，黏結劑占礦粉質量分數為8%、加酸量為25 kg·t^-1以及制粒過程噴水質量分數為30%時，所制礦團效果最佳.其濕強度達到94.62%，抗壓強度達到417.44 N，礦團酸浸維持完好時間超過25 d，礦團形態基本維持不變，無明顯破裂現象.正交制粒試驗得到多因素對次生硫化銅礦制粒的影響由大到小依次為：黏結劑占礦石質量分數、加酸量和制粒噴水量.對選定的黏結劑進行細菌接種試驗顯示，黏結劑對細菌群落無明顯影響.添加黏結劑試驗組細菌數量為8.79×10⁷ mL^-1，未添加黏結劑試驗組細菌數量為8.86×10⁷ mL^-1.對制粒后礦團進行浸礦試驗結果顯示，礦粉制粒后銅浸出率提高了12.74%，制粒通過增大礦物之間的孔隙，增加浸出液與礦石的接觸，進而提高銅浸出率.

超聲對熔鹽電解法制備Al-7Si-Sc合金組織的影響

郭志超, 劉軒, 薛濟來, 張鵬舉

2019, 41(9): 1135-1141. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.004

[摘要](1047)

[HTML全文] (465)

[PDF 10454KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
Al-Si系合金在現代工業、交通等領域廣泛應用，合金元素鈧可進一步改善其加工和使用性能.采用超聲協同熔鹽電解法制備Al-7S-Sc三元合金，研究探索超聲作用對合金組織及強化相分布的影響.發現超聲協同熔鹽電解制得合金中Sc含量提高，團簇共晶硅組織和AlSi₂Sc₂相顯著細化，共晶硅團簇尺寸由約500降低至200 μm，減小約60%，細化后AlSi₂Sc₂相分布均勻.超聲協同電解法可顯著優化Al-7Si-Sc合金組織，有助于控制改善現行工藝中合金元素偏聚、組織不均勻現象.

球化組織對AISI 420型鋼淬回火特性及耐蝕性能的影響

呂穿江, 張樂, 陳旋, 吳曉春

2019, 41(9): 1142-1151. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.005

[摘要](994)

[HTML全文] (444)

[PDF 10425KB](30) [施引文獻] ()

摘要:
對比研究了兩種AISI 420型鋼球化組織的平均粒徑和圓整度，并對兩種鋼材進行了不同淬火和回火處理工藝.然后通過硬度測試、掃描電子顯微鏡（SEM）和X射線衍射儀（XRD）來比較球化組織對淬回火特性的影響，同時借助動電位極化曲線測試和質量分數3.5% NaCl溶液浸泡腐蝕來分析耐蝕性能的差異.結果表明：細小彌散的球化組織在淬火時可以提高AISI 420型鋼的C元素的固溶量，提高了其淬硬性，但是會提高殘留奧氏體的含量；尺寸更小的退火態碳化物可以使AISI 420型鋼的基體在奧氏體化過程中溶解更多的Cr元素，從而使得其在淬回火后基體Cr含量更高，減小貧Cr區產生幾率，最終顯示出更好的點蝕抗力；更少的大尺寸的未溶碳化物在腐蝕環境中降低了點蝕形核幾率，提高了AISI 420型鋼的耐蝕性能.所以在250℃回火時，AISI 420型鋼耐蝕性好且硬度高，在480℃回火后，耐蝕性最差.

S355海洋鋼表面微弧氧化復合膜層耐蝕性能

賀星, 孔德軍, 宋仁國

2019, 41(9): 1152-1161. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.006

[摘要](930)

[HTML全文] (534)

[PDF 14463KB](36) [施引文獻] ()

摘要:
采用激光熔覆與微弧氧化技術相結合在海洋鋼表面制備了復合膜層.運用掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜儀（EDS）和X射線衍射儀（XRD）表征復合膜層的微觀結構，采用極化曲線、電化學阻抗譜、腐蝕磨損實驗和浸泡腐蝕實驗等測試方法研究膜層在質量分數3.5%的NaCl水溶液中腐蝕行為，并與熔覆涂層和基體進行對比.結果表明：復合膜層主要分為內致密層和外疏松層，疏松層主要由γ-Al₂O₃組成，致密層主要由α-Al₂O₃組成，與基底層結合較好，復合膜層表面硬度最大能達到HV_0.2 1423.3，比熔覆涂層高47.6%，其硬度較S355海洋鋼有顯著提升.基體在腐蝕和磨損交互作用中主要以腐蝕加速磨損為主，涂層在交互作用中主要以磨損加速腐蝕為主，在經過微弧氧化處理后，膜層的自腐蝕電位負移，鈍態電流密度上升，抗磨蝕性能明顯提高.熔覆涂層的浸泡腐蝕方式以點蝕為主，復合膜層腐蝕較輕微，阻抗模值最大能達到10^5.3 Ω·cm²，比熔覆層提高兩個數量級，這表明復合處理可進一步提高涂層的耐腐蝕性.

石墨烯含量對石墨烯/Al-15Si-4Cu-Mg復合材料微觀組織和力學性能的影響

水麗, 張凱, 于宏

2019, 41(9): 1162-1167. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.007

[摘要](960)

[HTML全文] (386)

[PDF 6280KB](28) [施引文獻] ()

摘要:
低溫球磨分散結合真空熱壓燒結工藝制備了石墨烯增強的Al-15Si-4Cu-Mg基復合材料.采用掃描電鏡、X射線衍射、能譜分析和透射電鏡表征了復合材料微觀結構，通過抗拉強度和硬度測試，研究了石墨烯添加量對石墨烯/Al-15Si-4Cu-Mg復合材料微觀組織和力學性能的影響.結果表明：當石墨烯質量分數分別為0.4%和0.8%，石墨烯沿基體晶界均勻分布，釘扎晶界，石墨烯與Al-15Si-4Cu-Mg基體界面結合良好，初晶β-Si、Mg₂Si和Al₂Cu相彌散分布于基體中.當石墨烯質量分數上升至1%，石墨烯分散困難，過量石墨烯富集于晶粒邊界處，誘發脆性魚骨狀Al₄Cu₂Mg₈Si₇相沿晶界析出.當石墨烯質量分數為0.8%時，石墨烯/Al-15Si-4Cu-Mg復合材料的拉伸強度和硬度分別達到321 MPa和HV 98，相比純Al-15Si-4Cu-Mg復合材料分別提高了19.3%和46.2%；當石墨烯質量分數為0.4%時，復合材料的屈服強度高達221 MPa，硬度和塑性亦獲得明顯改善.

原位合成SiC顆粒增強MoSi₂基復合材料的900℃長期氧化行為

王超, 段立輝, 張來啟

2019, 41(9): 1168-1175. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.008

[摘要](951)

[HTML全文] (360)

[PDF 5839KB](28) [施引文獻] ()

摘要:
研究了不同體積分數原位合成SiC顆粒增強MoSi₂基復合材料在900℃空氣中1000 h的長期氧化行為.復合材料氧化1000 h后，均未發生pest現象.6種材料都表現出優異的氧化抗力，原位合成的復合材料的氧化抗力好于傳統的通過熱壓商用MoSi₂粉末和SiC粉末混合物制備的復合材料（外加復合材料）.復合材料氧化膜表層為連續致密的α-SiO₂（α-石英），下層為Mo₅Si₃，復合材料的氧化過程不僅是O₂與MoSi₂的作用，SiC也同時發生了氧化.材料900℃下發生硅的選擇性氧化，正是這種硅的選擇性氧化在MoSi₂的表面自發形成一層致密的SiO₂保護膜，使材料表現出優異的長期氧化抗力.

具有狀態約束與輸入飽和的全向移動機器人自適應跟蹤控制

鄭文昊, 賈英民

2019, 41(9): 1176-1186. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.009

[摘要](1161)

[HTML全文] (585)

[PDF 3928KB](85) [施引文獻] ()

摘要:
研究了全狀態約束與輸入飽和情況下的全向移動機器人軌跡跟蹤控制問題.首先，針對一類三輪驅動的全向移動機器人，考慮系統存在模型參數不確定與外部擾動，建立了運動學與動力學模型；其次，利用障礙Lyapunov函數，結合反步設計方法，有效處理全向移動機器人跟蹤過程中存在的狀態約束，保證所有狀態變量不會超出狀態約束的限制區域；然后，針對系統參數不確定和未知有界擾動，設計相應的自適應律進行處理；同時，提出一種抗飽和補償器保證機器人輸入力矩滿足飽和約束；并且利用Lyapunov理論分析證明了當選取合適的控制參數時閉環系統中的所有信號均能保證一致有界；最后，通過與未考慮狀態約束和輸入飽和的控制器以及經典比例-微分控制器進行仿真對比，驗證了該方法的有效性和魯棒性.

自抗擾控制在推力矢量飛機大迎角機動中的應用

劉俊杰, 陳增強, 孫明瑋, 孫青林

2019, 41(9): 1187-1193. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.010

[摘要](1012)

[HTML全文] (392)

[PDF 1390KB](41) [施引文獻] ()

摘要:
為實現推力矢量飛機的大迎角機動控制，提出一種基于自抗擾控制的三通道解耦控制策略.以第三代戰機F16公開數據為基礎，添加推力矢量模型，利用雙發推力矢量噴管組合偏轉產生大迎角機動的期望三軸力矩.在縱向、橫向和航向通道分別獨立設計自抗擾控制器，將系統中未建模動態、不確定性以及通道間的強耦合視作總擾動進行估計并補償，并在縱向和航向通道引入角速度阻尼反饋項，使原始飛行器開環動力學閉環近似為一個廣義對象，降低了自抗擾控制器的設計階次.選取眼鏡蛇機動和赫伯斯特機動兩種典型的過失速機動動作進行控制策略驗證，數值仿真結果表明，所設計的三通道獨立自抗擾控制器能夠消除通道間的強耦合，完成推力矢量飛機的大迎角機動控制.蒙特卡羅仿真測試表明，所提控制策略具有較強的魯棒性.

基于有限時間濾波控制的電機驅動系統結構/控制一體化設計

曾添一, 任雪梅

2019, 41(9): 1194-1200. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.011

[摘要](895)

[HTML全文] (317)

[PDF 1381KB](20) [施引文獻] ()

摘要:
針對電機驅動系統進行了基于有限時間控制器的結構/控制一體化設計.針對電機驅動系統跟蹤控制問題，采用有限時間收斂方法設計了跟蹤控制器.考慮系統狀態信息不可測的情況，設計了有限時間濾波控制器，在估計系統速度信息的同時實現了有限時間跟蹤控制.為進一步提升系統控制性能，考慮結構與控制之間存在的耦合問題，對電機驅動系統進行結構/控制一體化設計.首先針對電機驅動系統設計了同時考慮結構優化和控制器優化的一體化性能指標.所設計一體化性能指標能夠在滿足控制性能要求的同時，得到所能驅動的最大負載.同時優化系統的結構參數與控制器參數能夠使控制系統達到全局最優，從而取得良好的控制效果.隨后，采用嵌套優化策略對電機驅動系統的一體化設計問題進行簡化，采用自適應步長的布谷鳥搜索算法對控制器參數優化問題進行求解，得到了一體化最優解.通過數值仿真驗證了所提方法的有效性.

基于BiLSTM的公共安全事件觸發詞識別

易士翔, 尹宏鵬, 鄭恒毅

2019, 41(9): 1201-1207. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.012

[摘要](1223)

[HTML全文] (406)

[PDF 799KB](49) [施引文獻] ()

摘要:
提出基于雙向長短期記憶網絡（bidirectional long short-term memory，BiLSTM）和前向神經網絡的融合模型完成公共安全事件的觸發詞識別任務.首先通過BiLSTM提取整段文本的高層語義特征，避免了以往機器學習方法需要人工提取特征的問題，其次采用特征拼接并在前向神經網絡中識別并分類事件觸發詞.實驗結果表明相較于基準模型，本文方法在中文突發事件語料庫（Chinese emergency corpus，CEC）上取得了更為突出的性能，Micro-F1值為78.47%.此外本文討論了不同拼接特征在觸發詞識別任務中的重要性，對文本分析中3類特征（詞性、句法、實體）的重要程度進行了比較和分析，得出句法特征對于事件觸發詞識別任務助益最大的結論.

一種面向網絡長文本的話題檢測方法

鄭恒毅, 廖城霖, 李天柱

2019, 41(9): 1208-1214. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.013

[摘要](916)

[HTML全文] (306)

[PDF 1152KB](24) [施引文獻] ()

摘要:
提出了一種面向網絡長文本的話題檢測方法.針對文本表示的高維稀疏性和忽略潛在語義的問題，提出了Word2vec&LDA（latent dirichlet allocation）的文本表示方法.將LDA提取的文本特征詞隱含主題和Word2vec映射的特征詞向量進行加權融合既能夠進行降維的作用又可以較為完整的表示出文本信息.針對傳統話題發現方法對長文本輸入順序敏感問題，提出了基于文本聚類的Single-Pass&HAC（hierarchical agglomerative clustering）的話題發現方法，在引入時間窗口和凝聚式層次聚類的基礎上對于文本的輸入順序具有了更強的魯棒性，同時提高了聚類的精度和效率.為了評估所提出方法的有效性，本文從某大學社交平臺收集了來自真實世界的多源數據集，并基于此進行了大量的實驗.實驗結果證明，本文提出的方法相對于現有的方法，如VSM（state vector space model）、Single-Pass等擁有更好的效果，話題檢測的精度提高了10%~20%.

確定性多變量自校正控制的穩定性、收斂性和魯棒性

趙櫟, 張維存, 楚天廣

2019, 41(9): 1215-1221. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.014

[摘要](1019)

[HTML全文] (361)

[PDF 778KB](29) [施引文獻] ()

摘要:
本文用基于傳遞函數概念的虛擬等價系統方法統一分析各種類型的多變量確定性自校正控制系統的穩定性、收斂性和魯棒性，分別針對參數估計收斂到真值、參數估計收斂到非真值以及參數估計不收斂的3種情況給出若干定理、推論和注釋.在各個判據的基礎上，進一步深化對確定性多變量自校正控制系統的理解.所得結論說明：參數估計的收斂性不是確定性多變量自校正控制系統穩定和收斂的必要條件；系統自身的反饋信息對確定性多變量自校正控制是充分的，即外加激勵信號不是必要的.

基于參考模型的視網膜特征量化

童何俊, 付冬梅

2019, 41(9): 1222-1227. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.015

[摘要](946)

[HTML全文] (317)

[PDF 4074KB](16) [施引文獻] ()

摘要:
提出一種基于參考模型的視網膜特征量化方法，結合醫生診斷過程中關注的視網膜形態變化特征，提出一系列適用于計算機判斷分析視網膜狀態的可量化特征.在完成正常光學相干斷層成像（OCT）中視網膜內界膜（ILM）、光感受器內外節交界處（ISOS）、布魯赫膜（BM）分割提取的基礎上，利用統計方法構建正常視網膜參考模型.結合參考模型和醫生所關注的視網膜厚度、邊界平滑度以及邊界連續性，實現視網膜不同區域厚度特征、厚度比值特征、梯度特征、曲率、標準差、相關系數特征的計算.基于正常OCT圖像所構建的參考模型，獲取了正常視網膜的厚度及形態特征量化數值.通過分析比較異常OCT圖像與參考模型特征數值之間的差異，可以對應表征出異常圖像中病變導致的異常形態所在位置及嚴重程度.實驗結果表明，通過參考模型獲得的正常視網膜特征信息可以為醫生提供數值參考，同時對異常OCT圖像量化得到的特征數值可以表現出圖像中的異常形態，為后續的異常判斷提供基礎.