工程科學學報

低合金鋼焊接熱影響區的微觀組織和韌性研究進展

對鋼結構而言，諸如海洋平臺、船舶、橋梁、建筑和油氣管線等，焊接后的性能直接決定了其服役壽命和安全性，重要性不言而喻.在針對焊接相關問題的研究中，焊接熱影響區的韌性提升一直是重點和難點.焊接熱影響區會經歷高達1400℃的高溫，從而形成粗大的奧氏體晶粒，如果焊接參數控制不當，不能通過后續冷卻過程中的相變細化組織，就會造成韌性的降低.而多道次焊接的情況更為復雜，前一道次形成的粗晶區還會在后續焊接過程中經歷二次熱循環，從而形成鏈狀M-A，造成韌性的急劇下降.本文旨在對一些現有焊接熱影響區的相關研究結果進行總結，探討母材的成分、第二相及焊接工藝等因素對熱影響區微觀組織和性能的影響，為低溫環境服役的大型鋼結構的焊接性能改善提供一些設計思路.

工程科學學報. 2017 39(5): 643-654.

模擬深海采礦混響環境實驗裝置研究

針對真實深海采礦環境下實時微地形超聲探測聲信號獲取難的問題，設計并建立了一套能模擬真實深海采礦混響環境的超聲探測實驗系統.在對螺旋采掘頭結構簡化的基礎上，利用Fluent模擬了螺旋采掘頭與多組葉輪模型對水下流場的影響，對二者所得的水下流場進行比較后，確定所選葉輪模型能較好地反映真實采礦環境.隨后針對葉輪模型，實驗測量了泥沙垂向濃度分布，驗證了設計模型的正確性.最后進行超聲探測實驗，結果表明，懸浮泥沙不僅對聲波產生黏滯和吸收，而且會產生嚴重的混響干擾，通過該超聲探測系統的時間增益補償，可有效抑制混響干擾，增加目標檢測概率.本項研究為深海采礦混響環境下的超聲微地形探測提供了研究基礎.

工程科學學報. 2017 39(5): 655-662.

銅尾礦流變特性與管道輸送阻力計算

流變參數是管道輸送系統設計的基礎，采用RST-SST型軟固體流變儀進行尾礦漿體流變特性試驗，確定了不同固相質量分數下尾礦漿體的屈服應力、黏度系數.當漿體固相質量分數大于70%后，屈服應力會隨著固相含量的增加而顯著上升.對礦漿進行剪切變稀試驗發現，屈服應力可下降40.9%.針對不同尾礦漿體開展標準坍落度試驗，當固相質量分數小于74%時，尾礦漿具有良好的流動性及較大的坍落度.利用得到的尾礦漿體的流變特性參數，進行了臨界流速、摩阻損失的計算，為尾礦管道輸送系統設計提供參考.

工程科學學報. 2017 39(5): 663-668.

城市再生水中大腸桿菌在浮選過程中遷移規律

通過再生水模擬浮選試驗和吸附、解吸附試驗分析研究了城市再生水中大腸桿菌在浮選過程中的遷移規律.研究結果表明：再生水中大腸桿菌能夠快速被礦物顆粒吸附，尾礦廢水繼續回用于浮選流程是安全的，但精礦、中礦、尾礦中吸附了大量的大腸桿菌，在特定暴露水平下會對從業人員構成健康風險；礦物顆粒對大腸桿菌的吸附是影響再生水中大腸桿菌在浮選過程遷移的主要因素；隨著大腸桿菌濃度的升高，大腸桿菌衰減率、吸附速率隨之下降；礦物顆粒對大腸桿菌的吸附對pH變化敏感，隨著pH升高，礦物顆粒對大腸桿菌的吸附呈下降趨勢，捕收劑煤油、Pj053和調整劑CaO的加入會明顯提高礦物顆粒對大腸桿菌的吸附.

工程科學學報. 2017 39(5): 669-675.

高硫卡林型金精礦中碳質表征及其對生物預氧化提金的影響

為分析金精礦中碳質在生物預氧化提金工藝中的影響，以貴州泥堡高硫卡林型金精礦為原料，以氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS）分析了樣品中有機碳可能的有機組分；結合拉曼光譜分析了該碳質在微觀空間尺度上碳原子的空間排布特征和規律，并討論了其與劫金性質的關系；結合劫金指數（PRI）測定以及對不同含金溶液的吸附實驗，進一步分析其劫金能力和載金能力；最后結合生物預氧化產品炭漿法（CIP）氰化提金實驗，分析了該碳質在實際生物預氧化提金工藝中的影響.結果表明：礦樣中有機碳組分為干酪根，其裂解氣含有多種干酪根母源有機質，不利于氰化；拉曼光譜分析結果與PRI測試結果吻合，均表明礦樣中碳質具有高劫金性質；在實際生物預氧化產品CIP氰化提金過程中，采用添加活性炭與劫金碳質競爭吸附，可減少10.14%已溶出的金被劫金碳質吸附，后續金浸出率可達80.17%.

工程科學學報. 2017 39(5): 676-682.

優化配礦強化西澳超細粒磁鐵精礦球團焙燒研究

進行了西澳超細粒磁鐵精礦分別配加國產磁鐵精礦和巴西赤鐵精礦制備氧化球團礦的實驗研究.結果表明，以100%西澳超細磁鐵精礦為原料制備氧化球團礦時，球團預熱及焙燒性能較差，在預熱溫度為1050℃、預熱時間20 min及焙燒溫度1300℃、焙燒時間40 min的條件下，預熱球團和焙燒球團礦抗壓強度分別為每個502和2313 N.西澳超細粒磁鐵精礦配加40%國產磁鐵精礦或20%巴西赤鐵精礦時，球團適宜預熱溫度由1050℃分別降低到950和975℃，適宜的焙燒溫度由1300℃分別降低到1250和1280℃；而且焙燒球團礦的抗壓強度分別提高到每個2746 N和每個2630 N.焙燒球團礦的微觀結構研究表明：配加國產磁鐵精礦后，焙燒球團礦中Fe<sub<2</sub<O<sub<3</sub<晶粒發育優良，晶粒間互聯程度提高，晶粒粗大，孔隙率低，固結更加緊密.配加20%巴西赤鐵精礦時，焙燒球團礦中Fe<sub<2</sub<O<sub<3</sub<晶粒基本連接成片，Fe<sub<2</sub<O<sub<3</sub<晶體發育良好.優化配礦是改善西澳超細粒磁鐵精礦球團礦預熱及焙燒性能的有效途徑.

工程科學學報. 2017 39(5): 683-692.

影響燒結工藝過程NO<sub<<i<x</i<</sub<排放質量濃度的主要因素解析

在燒結煙氣脫硫治理取得成效之后，煙氣脫硝迅即擺上鋼鐵企業的環保治理議程.在尚無經濟有效的末端治理脫硝工藝的前提下，有必要在燒結生產中進行工序過程控制，從而保持燒結煙氣NO<sub<<i<x</i<</sub<排放質量濃度處于較低水平.本文通過統計解析的研究方法，系統分析了2013至2014年寶鋼實際燒結過程中原燃料條件參數、工藝條件參數對煙氣中NO<sub<<i<x</i<</sub<排放質量濃度的影響規律.研究結果表明：適當降低赤鐵礦的使用比例，提高燒結粉、返礦的配比，提高鈣質熔劑中石灰石的使用比例，降低鎂質熔劑使用比例，保持燒結礦較高的堿度水平，強化制粒提高料層透氣性，堅持厚料層燒結等措施均有利于抑制燒結煙氣NO<sub<<i<x</i<</sub<的排放質量濃度水平.

工程科學學報. 2017 39(5): 693-701.

Al-Ca復合合金鋼水脫氧機理的研究

通過Al-Ca復合合金鋼水脫氧的平衡熱力學計算，確定了鋼液的氧的質量分數在3×10<sup<-6</sup<~1×10<sup<-4</sup<條件下，1600℃時的Al-Ca復合合金脫氧產物的穩定區域圖.以此為基礎，假定鈣的收得率為100%，預測了鋼液在Al-Ca復合合金Ca/Al質量比為5，加入量為<i<M</i< kg；Al-Ca復合合金Ca/Al質量比為0.2，加入量為<i<M</i< kg；Al-Ca復合合金Ca/Al質量比為0.2，加入量為0.2<i<M</i< kg三種不同脫氧制度下夾雜物的演變歷程.結果表明，在Ca/Al=5，復合合金加入量使初始鋼液中的[Ca]為0.01%，[Al]為0.002%時，夾雜物在鋼液精煉過程中的演變歷程為：12CaO·7Al<sub<2</sub<O<sub<3</sub<（l）/CaO·Al<sub<2</sub<O<sub<3</sub<（l）→CaO （s）→12CaO·7Al<sub<2</sub<O<sub<3</sub<（l）/CaO·Al<sub<2</sub<O<sub<3</sub<（l）→CaO （s）→12CaO·7Al<sub<2</sub<O<sub<3</sub<（l）/CaO·Al<sub<2</sub<O<sub<3</sub<（l），并確定了固態和液態脫氧產物在脫氧過程中交替形成為最理想的Al-Ca復合合金脫氧制度，可為鋼鐵企業脫氧劑的選擇和應用提供參考和借鑒.

工程科學學報. 2017 39(5): 702-709.

FeCrAl不銹鋼的平衡凝固相變與析出行為

借助Thermo-calc軟件對FeCrAl不銹鋼所屬的Fe-（18~21） Cr-（3~5） Al-（0~0.03） C-（0~0.2） Si-（0~0.2） Mn多元體系在凝固過程中的相變及析出行為進行了研究.采用Thermo-calc中TCFE7數據庫對該體系的垂直截面圖進行計算，分析了不同組元對凝固和冷卻過程中相變的影響，并得到FeCrAl不銹鋼的平衡凝固相變路徑圖.結果表明FeCrAl不銹鋼由1600℃平衡冷卻至300℃的過程中完整的平衡相變路徑為：L→AlN+αδFe→AlN+αδFe+Cr<sub<7</sub<C<sub<3</sub<→AlN+αδFe+Cr<sub<7</sub<C<sub<3</sub<+Cr<sub<23</sub<C<sub<6</sub<→AlN+αδFe+Cr<sub<23</sub<C<sub<6</sub<→AlN+αδFe+Cr<sub<23</sub<C<sub<6</sub<+σ→AlN+αδFe+Cr<sub<23</sub<C<sub<6</sub<+σ+α'→AlN+αδFe+Cr<sub<23</sub<C<sub<6</sub<+α'.凝固過程中Cr<sub<7</sub<C<sub<3</sub<與σ相是否析出分別取決于體系中C、Si含量；Al含量的提高可擴大αδFe+Cr<sub<7</sub<C<sub<3</sub<的穩定區，降低α'相的析出溫度，抑制σ相的析出；Cr含量的提高可以減小αδFe+Cr<sub<7</sub<C<sub<3</sub<的穩定區，擴大σ相和α'相的穩定區.

工程科學學報. 2017 39(5): 710-720.

高溫時H13鋼中初生碳氮化物的分解研究

利用光學顯微鏡、掃描電鏡和電子探針研究了H13鋼中初生碳氮化物高溫分解時的形貌、尺寸、成分變化規律.原始初生碳氮化物主要為10~30 μm的長條狀（V<sub<<i<x</i<</sub<，Mo<sub<1-<i<x</i<</sub<）（C<sub<<i<y</i<</sub<，N<sub<1-<i<y</i<</sub<）及少量方形的（Ti<sub<<i<x</i<</sub<，V<sub<1-<i<x</i<</sub<）（C<sub<<i<y</i<</sub<，N<sub<1-<i<y</i<</sub<）.在1200℃保溫2.5 h后碳氮化物邊緣變為凹凸不平的鋸齒狀，然后形成細小的分解顆粒，10 h后碳氮化物平均長度減小為12.9 μm，主要為（Ti<sub<<i<x</i<</sub<，V<sub<1-<i<x</i<</sub<）（C<sub<<i<y</i<</sub<，N<sub<1-<i<y</i<</sub<）.當經過1250℃×5 h保溫后87%的碳氮化物發生分解，（V<sub<<i<x</i<</sub<，Mo<sub<1-<i<x</i<</sub<）（C<sub<<i<y</i<</sub<，N<sub<1-<i<y</i<</sub<）溶解消失，碳氮化物長度在20 μm以下，當保溫時間延長到10 h后碳氮化物長度均在10 μm以下，70%為方形并且93%分解形成細小顆粒，未分解的碳氮化物為（Ti<sub<<i<x</i<</sub<，V<sub<1-<i<x</i<</sub<）（C<sub<<i<y</i<</sub<，N<sub<1-<i<y</i<</sub<）.電子探針分析（Ti<sub<<i<x</i<</sub<，V<sub<1-<i<x</i<</sub<）（C<sub<<i<y</i<</sub<，N<sub<1-<i<y</i<</sub<）的分解與Fe元素擴散有關，高溫時Fe在（Ti<sub<<i<x</i<</sub<，V<sub<1-<i<x</i<</sub<）（C<sub<<i<y</i<</sub<，N<sub<1-<i<y</i<</sub<）中含量逐漸增加而Ti、V減少，優先在邊部曲率半徑較小部位或缺陷處分解，形成0.1~1 μm的細小分解顆粒，并由外向內以區域溶解方式使原始碳氮化物逐漸消失.雙亞點陣模型分析兩種碳氮化物的平衡溶解溫度和組成有關，試樣中大部分（Ti<sub<<i<x</i<</sub<，V<sub<1-<i<x</i<</sub<）（C<sub<<i<y</i<</sub<，N<sub<1-<i<y</i<</sub<）平衡溶解溫度在1200~1246℃之間，與實驗吻合較好.

工程科學學報. 2017 39(5): 721-730.

20CrMnTi齒輪鋼的點蝕敏感性及裂紋萌生風險

利用弱腐蝕傾向的溶液環境，控制20CrMnTi鋼產生有限的亞穩態蝕點分布.運用電化學噪聲法，研究了20CrMnTi鋼亞穩態蝕點的萌生規律，結合ANSYS有限元計算，導入真實腐蝕形貌，對比研究了不同腐蝕條件下蝕孔周邊的應力分布與裂紋萌生風險.結果表明，20CrMnTi具有較高的點蝕敏感性，其亞穩態蝕點集中在雜質相邊緣優先形核，隨Cl<sup<-</sup<濃度的升高，點蝕孕育期明顯縮短，點蝕敏感性增大.不同Cl<sup<-</sup<濃度下引起的形核速率上升會縮短蝕點間距，表面微裂紋易連接蝕點而發生擴展，增大裂紋萌生風險.

工程科學學報. 2017 39(5): 731-738.

低碳鋼在濕熱工業海洋大氣中的腐蝕特征

以0.1 mol·L<sup<-1</sup<NaCl+0.01 mol·L<sup<-1</sup< NaHSO<sub<3</sub<溶液為腐蝕介質，采用干/濕周浸加速腐蝕實驗、腐蝕失重、X射線衍射、掃描電鏡和能譜分析等方法，研究了濕熱工業海洋大氣中低碳鋼的腐蝕行為.結果表明：實驗鋼的腐蝕過程均遵循冪函數<i<d</i<=<i<At</i<<sup<<i<n</i<</sup<分布規律，鋼種不同，常系數<i<A、n</i<的值不同；腐蝕產物主要由非晶物質和少量Fe<sub<3</sub<O<sub<4</sub<、α-FeOOH、β-FeOOH、γ-FeOOH晶體組成.所得銹層可分為主體銹層和界面疏松帶兩部分，由內至外銹層中Fe、O含量梯度變化很小.Cl<sup<-</sup<、SO<sub<2</sub<與水分的長期協同作用會導致內銹層結構變差，而添加穩定性或耐蝕性較高的元素可以改善銹層質量，進而增強鋼材的耐腐蝕性能.

工程科學學報. 2017 39(5): 739-746.

不同送進量對皮爾格軋制成形的影響及驗證

皮爾格冷軋無縫鋼管過程中為了獲得性能較好的成品需要選擇合理的送進量數值，本文以冷軋304不銹鋼為研究對象，借助有限元模擬軟件對不同送進量下的皮爾格冷軋過程進行了完整的仿真，對比分析了送進量對金屬流動速度、軋制力、等效應力、殘余應力及管材回彈的影響規律.結果表明軋制過程中孔型背脊和與軋輥接觸的孔型側壁處管材金屬流動速度隨送進量增加而增加，軋制力、等效應力及殘余應力均隨送進量的增加而增大，并且送進量的增大還會顯著增加管材的回彈量.借助試驗軋機對不同送進量下皮爾格冷軋管進行軋制試驗，對試驗得到的管材進行尺寸和殘余應力測量，測量結果與有限元仿真結果基本一致，為皮爾格軋制過程不同送進量的選擇提供依據.

工程科學學報. 2017 39(5): 747-755.

分區分級雙P型輻射管噴口結構位置特性

為了對分區分級雙P型燃氣輻射管噴口結構、位置進行優化，提高燃燒效率.首先對分區分級雙P型燃氣輻射管進行了實驗和數值研究，結果發現，除NO<sub<<i<x</i<</sub<體積分數的誤差為11.6%外，其他參數的偏差都在1%以內，證明該模型具有可靠性.在此基礎上，通過研究主管和支管的噴口位置及噴口結構等參數，進行了氣體溫度和壁面溫度的研究分析.結果顯示：隨著主管噴口位置向外移動，分區分級燃氣輻射管表面溫度的最高值逐漸減小，壁面溫度的最低值逐漸增大.支管噴口位于三通管與支管交線處時，可以減少高溫氣體對輻射管管壁的沖擊作用，提高支管徑向的溫度均勻性，延長輻射管使用壽命；主管噴口的形式為完全預混式噴口時，壁面溫差最小；支管噴口的形式為不對稱式時，分區分級燃氣輻射管壁面溫差最小，燃燒熱效率最高.

工程科學學報. 2017 39(5): 756-761.

打通型雙串聯與三串聯柔性鉸鏈設計與性能比較

平面折展柔順機構（lamina emergent mechanisms，LEMs）的重要組成部分之一是柔性鉸鏈，因此設計新型的平面折展扭轉鉸鏈（lamina emergent torsional joint，LET）能夠對其運動起到十分關鍵的作用.本文提出了一種打通型LET柔性鉸鏈，設計了打通型雙串聯柔性鉸鏈和打通型三串聯柔性鉸鏈的兩種結構形式，分別推導出了兩種鉸鏈的彎曲等效剛度計算公式.通過對設計實例的理論分析與有限元分析，驗證了等效剛度計算公式的正確性.將外形尺寸相同的打通型雙串聯、三串聯柔性鉸鏈與外LET鉸鏈進行了彎曲以及拉壓性能的對比，結果表明，打通型三串聯LET柔性鉸鏈在拉壓性能下降不明顯的情況下，能夠較大幅度地提升彎曲性能.

工程科學學報. 2017 39(5): 762-768.

基于多域流形的行星齒輪箱局部故障識別

行星齒輪箱振動信號包含多種頻率成分和噪聲干擾，頻譜具有復雜的邊帶結構，容易對故障識別造成誤導甚至引起錯判.在不同故障狀態下，行星齒輪箱振動信號的多域特征量將偏離正常范圍且偏離程度不同，根據這一特點，提取振動信號的時域、頻域特征參量用于故障識別.為了避免傳統分析方法中負頻率及虛假模態問題，增強對噪聲干擾的魯棒性，采用局部均值分解法將信號自適應地分解為單分量之和，提取時頻域單分量瞬時幅值能量.針對多域特征空間構造過程中出現的高維及非線性問題，采用流形學習對數據進行降維處理.提出基于改進的虛假近鄰點的本征維數估計及最優<i<k</i<鄰域確定方法，并通過等距映射對多域特征空間進行降維分析.對于行星齒輪箱實驗信號，根據樣本流形特征聚類結果，分別識別出了太陽輪、行星輪和齒圈的局部故障，從而驗證了上述方法的有效性.

工程科學學報. 2017 39(5): 769-777.

基于按需和貪婪轉發的移動自組網路由協議

移動自組網的動態拓撲特性給路由協議的設計帶來了一定的挑戰，尤其是在高動態的網絡環境中.本文針對該問題，提出了一種新的基于按需和貪婪轉發的路由協議，該協議是在RGR模式的基礎上提出以下三點改進，即：（1）通過受限的洪泛機制降低網絡在路由發現階段的控制開銷；（2）通過移動預測機制，在被動尋路階段監視被動路徑的狀態和在GGF階段幫助節點選取適當的鄰居作為下一跳節點；（3）通過路徑請求延遲機制以減少不必要的資源浪費.仿真結果表明：改進的RGR協議與現有的RGR、AODV、Modified-RGR和Optimized-RGR相比，不僅具有較高的數據包接收成功率，而且平均路由開銷和端到端時延也相對較低.

工程科學學報. 2017 39(5): 778-785.

高地應力硬巖下雙孔并行隧道相似模型試驗及數值模擬

基于相似模擬理論，通過試驗臺架設計、監測系統設計、加載系統設計和巖體模型制作等流程，完成了雙孔并行隧道模型試驗系統的研制工作；試驗中實時監控模型各關鍵位置的位移變化、應力變化及隧道巖壁破壞情況.研究表明，試驗觀測結果與基于Mohr-Coulomb模型所得數值模擬結果相對誤差較大，而基于Plastic-Hardening模型進行數值模擬計算時，所得巖土體屈服狀態和變化規律與相似模型試驗結果吻合度較高.綜合各方面分析研究結果，認為Plastic-Hardening模型能夠更為精確合理的反映實際工程及試驗中巖土體狀態的真實變化情況，可為相似地質條件下的雙孔并行隧道施工及維護提供重要參考.

工程科學學報. 2017 39(5): 786-793.

基于云理論的隧道結構健康診斷方法

隧道健康狀態診斷過程作為一個模糊系統，具有隨機性和模糊性的特點.傳統的隧道結構健康診斷方法無法妥善地將系統的模糊性和隨機性關聯在一起.基于此，針對隧道結構健康狀態診斷系統的模糊性和隨機性特點，提出了基于云理論的隧道結構健康狀態診斷方法.首先，建立反映隧道結構健康狀況等級評語集的正態云模型.然后，依據逆向云發生器原理，將隧道結構健康狀態指標的監測數據的歸一化結果值轉化為隸屬度云模型.將健康狀態指標的重要性語言值轉化為權重云，用于表征各健康狀態指標的重要程度.最后，運用云理論的計算方法對隧道結構健康狀態等級進行診斷，得到健康狀態等級診斷結果的云模型.應用云模型的改進方法，對某市地鐵2號線盾構隧道結構健康狀態進行了診斷，極大提高了診斷結果的可視化和魯棒性.

工程科學學報. 2017 39(5): 794-801.

偏心框架結構采用扭轉調諧液柱阻尼器的設計方法

扭轉調諧液柱阻尼器（torsional tuned liquid column damper，TTLCD）是一種有效的扭轉振動控制裝置.本文對該阻尼器在偏心框架結構中的設計方法進行研究，針對不同的傾斜管道投影點和傾斜角，建立了三種形式的扭轉調諧液柱阻尼器在地震作用下的運動方程和控制力方程，給出TTLCD參數優化的具體公式，其方法為對比扭轉調諧液柱阻尼器-偏心結構和扭轉調頻質量阻尼器（torsional tuned mass damper，TTMD）-偏心結構，將兩控制系統轉化，利用Den Hartog或Ikeda給出的調頻質量阻尼器（tuned liquid mass damper，TMD）參數優化公式來實現TTLCD參數優化，最后給出TTLCD的設計流程.通過對一個四層偏心框架結構進行模擬，驗證了理論設計方法的合理性.

工程科學學報. 2017 39(5): 802-809.