工程科學學報

高疲勞壽命軸承鋼潔凈度現狀及研究進展

2021-03-26

對比了國內外高疲勞壽命軸承鋼主要雜質元素、主要夾雜物特征等冶金性能的差異，并對比了不同冶金質量下，軸承鋼的疲勞性能及誘發疲勞斷裂的因素，總結了國產軸承鋼潔凈度現狀及與國外優質軸承鋼的差距。在此基礎上，圍繞高疲勞壽命軸承鋼，以進一步提高國產軸承鋼質量為目的，分析梳理了國產軸承鋼冶煉技術及夾雜物控制方法的發展軌跡，探討了國產軸承鋼進一步提高疲勞壽命及質量的發展方向。

工程科學學報. 2021 43(3): 299-310. Published 2021-03-26

熱噴涂制備非晶合金涂層性能的研究進展

2021-03-26

首先介紹了非晶合金的理論基礎，然后從耐磨性和耐蝕性兩個方面入手，詳細地闡述了國內外對于熱噴涂非晶合金涂層性能研究進展情況，并系統地總結了非金合金涂層在耐磨性和耐蝕性上的本質聯系和根本矛盾，最后指出熱噴涂非晶合金涂層性能研究上的局限性，提出三點問題：對于非晶合金基礎理論的研究還處在起步階段、熱噴涂制備非晶合金涂層的合金體系種類少、制備非晶合金涂層的熱噴涂技術有待開發，并針對以上三點問題提出熱噴涂制備非晶合金涂層性能研究的未來發展方向。

工程科學學報. 2021 43(3): 311-320. Published 2021-03-26

高強度低合金鋼中納米析出相對腐蝕行為影響的研究進展

2021-03-26

高強度低合金鋼中Nb、V和Ti等微合金化元素的納米析出相對于調控鋼的組織和性能具有重要作用，它可以確保鋼基體同時擁有較高的力學性能和較強的耐蝕性能。本文基于國內外最新研究現狀，系統闡述了納米析出相在高強度低合金鋼中的存在形態以及其對鋼中氫擴散、均勻腐蝕、應力腐蝕開裂以及各類氫損傷等腐蝕行為的影響規律和機制。研究表明，納米析出相對鋼基體腐蝕行為的影響受其尺寸、數量和分布狀態的控制。細小且與基體共格或半共格的納米析出相不僅可以通過改善鋼的微觀組織（包括亞結構）提高耐蝕性能，其導致的不可逆氫陷阱及對氫擴散的強烈抑制作用還可以極大提高抗應力腐蝕和各類氫損傷的能力。而大尺寸的非共格析出相則可能惡化鋼基體的耐蝕性能和促進氫損傷。最后展望了目前關注較少的納米析出相對腐蝕疲勞影響的相關研究。明確納米析出相對高強度低合金鋼腐蝕行為的影響規律與機制將有助于更高品質耐蝕鋼的開發和應用。

工程科學學報. 2021 43(3): 321-331. Published 2021-03-26

石墨烯基超疏水材料制備及其應用研究進展

2021-03-26

超疏水表面是具有獨特性能的一類表面，本身就具有廣泛應用前景。石墨烯材料作為理化性質出眾的一類材料，由于其高電導率、高導熱系數、高比表面積、高透光率和有優異的機械性能，廣泛應用于航空航天、石油化工、海洋船舶等領域。目前，基于石墨烯材料構建超疏水表面，是超疏水表面研究中一個較新的方向。本文對超疏水表面的原理進行了概述，重點總結歸納了石墨烯基超疏水材料制備技術的研究現狀，包括表面修飾法、沉積改性法、激光誘導法、涂覆法、層層自組裝法等，簡要介紹了石墨烯超疏水材料在自清潔、油水分離、防覆冰、耐腐蝕、抗菌等領域的應用，并對石墨烯超疏水材料的下一步研究方向進行了展望。

工程科學學報. 2021 43(3): 332-344. Published 2021-03-26

制備類石墨相氮化碳多孔光催化劑的模板法發展

2021-03-26

氮化碳作為一種具有高催化性能的光催化劑，具有無毒無害，自然環境下穩定的性質，在水解制氫氣氧氣以及降解有機污染物領域得到了廣泛的關注. 其中類石墨相氮化碳(g-C<sub<3</sub<N<sub<4</sub<)因其特殊的片層結構而具有較高比表面積，常配合孔結構的構造，提供光生載流子及反應物質的運輸通道以及大量活性位點用于氧化還原反應，是具有高光電性能的一種光催化劑.制備該種催化劑孔結構的方法有硬模板法，軟模板法與非模板法，其中硬模板法需要在實驗后除去模板，軟模板法的模板會隨著高溫除去，非模板法的制備過程沒有模板的參與。本文根據近年文獻的整理，著重闡述和比較各制備方法的優劣，結合常用的修飾手段總結各制備方法的變化趨勢和發展方向，并對后續研究中制備方法的使用前景做出判斷.

工程科學學報. 2021 43(3): 345-354. Published 2021-03-26

基于人機協同的車道保持輔助系統研究進展

2021-03-26

基于人機動態協同控制的車道保持輔助系統有助于兼顧汽車的安全性與駕駛員的舒適性，分析了該系統在車道偏離決策模型、駕駛權動態分配及性能評估等方面的研究現狀和發展趨勢。在車道偏離決策模型方面，應根據駕駛員的狀態制定不同的決策模型，既可以建立自適應調節的決策模型，又應允許駕駛員根據自己的喜好和外部駕駛環境手動調整決策模型中預設的參數；在駕駛權分配方面，應探索更加合理的駕駛權動態分配方式，設計智能的優化算法或控制模型；在性能評估指標方面，應加入與降低人機沖突及減少駕駛員控制量相關的評估指標，制定科學完善的主觀評估體系。未來研究應該深度融合駕駛員因素，實時發出警報與主動干預，并能夠對系統進行完善的測試與評估。

工程科學學報. 2021 43(3): 355-364. Published 2021-03-26

強降雨條件下孔隙氣壓作用的高臺階排土場滲流與穩定性

2021-03-26

強降雨作用下排土場非飽和帶中的孔隙氣壓力會阻礙散土體的雨水入滲，從而進一步影響排土場的安全穩定。然而傳統分析方法往往將孔隙氣壓力視為大氣壓力而忽略其對排土場安全的影響。本文依托江西某礦山高臺階排土場工程，基于現場實驗和調查結果，結合水平分層的排土場典型剖面，分析了傳統方法與考慮孔隙氣壓力的高臺階排土場滲流規律及其安全穩定性，探討了強降雨條件下孔隙氣壓對高臺階排土場濕潤鋒、孔隙水壓力和邊坡安全系數的影響。研究結果表明：降雨入滲初期的孔隙氣壓不顯著，其對高臺階排土場穩定性不產生直接影響；但隨著降雨的持續，孔隙氣壓作用開始顯現，使得高臺階排土場的入滲速率降低，濕潤鋒下移速度變慢，孔隙水壓上升變緩，強降雨對高臺階排土場穩定性的影響也出現一定延時；在降雨入滲中期，孔隙氣壓將保持恒定，延時效應會隨入滲深度的增加而增強；在降雨入滲后期，當濕潤鋒下移至分層臨界面時，孔隙氣壓平衡被破壞，將繼續增大直至新的恒定值，對高臺階排土場的影響加劇；在濕潤鋒下移至相同深度時，孔隙氣壓作用下的高臺階排土場安全系數明顯降低。研究成果將為強降雨條件下的高臺階排土場的長期安全運行和災害監測預警提供理論依據。

工程科學學報. 2021 43(3): 365-375. Published 2021-03-26

生物質替代焦粉鐵礦石燒結過程中的堿金屬遷移行為

2021-03-26

通過揮發–冷凝實驗裝置進行小型燒結實驗，運用X射線熒光光譜（XRF）、掃描電鏡–能譜儀（SEM–EDS）及電感耦合等離子體發射光譜儀（ICP–OES）等分析檢測手段，結合Factsage熱力學模擬，對比研究了以木炭和焦粉為燃料，配加含鐵粉塵的鐵礦石燒結過程中，床層堿金屬隨煙氣揮發遷移的規律、燒結前后的堿金屬脫除率以及工藝措施對堿金屬脫除的影響。結果表明，K相對于Na更容易被脫除，揮發至煙氣中的堿金屬化合物主要是KCl，其次為NaCl。增加燃料配比促進了堿金屬元素的脫除；在燃料配比相同的條件下，木炭燒結的堿金屬脫除效果不及焦粉燒結。燒結過程中，排入廢氣中的堿金屬化合物被下部混合料層大量捕獲、吸附，下部床層內捕集的堿金屬氯化物促進了堿金屬的氯化脫除。添加CaCl<sub<2</sub<后，以木炭為燃料時K和Na的脫除率高于焦粉工況，且產物中K和Na的含量較低。配合氯化脫除工藝將生物質應用于鐵礦石燒結是燒結生產發展的可行方向。

工程科學學報. 2021 43(3): 376-384. Published 2021-03-26

射頻磁控濺射制備(In, Co)共摻ZnO薄膜的電學和磁學性質

2021-03-26

(In, Co)共摻的ZnO薄膜（ICZO薄膜）在100 ℃下通過射頻（RF）濺射沉積至玻璃基板上。沉積過程采用In、Co、Zn三靶共濺射。通過調節靶功率，獲得了不同In含量的ICZO薄膜。研究了不同In含量下薄膜電學性質和磁學性質的變化。分別使用掃描電子顯微鏡（SEM）、高分辨透射電子顯微鏡（HR-TEM）、原子力顯微鏡（AFM）、電子探針掃描（EPMA）、X射線衍射儀(XRD)、霍爾測試（Hall measurement）和振動樣品磁強計（VSM）對薄膜的成分、形貌、結構、電學特性和磁學特性進行了表征和分析。詳細分析了薄膜中載流子濃度對磁學性質的影響。實驗結果表明，隨著薄膜中In含量的提高，薄膜中載流子濃度顯著提高，薄膜的導電性得到優化。所有的薄膜均表現出室溫下的鐵磁特性。與此同時，束縛磁極化子（BMP）模型與交換耦合效應兩種不同的機制作用于ICZO半導體材料，致使薄膜的飽和磁化強度隨載流子濃度發生改變，并呈現在三個不同的區域。

工程科學學報. 2021 43(3): 385-391. Published 2021-03-26

1300 MPa級Nb微合金化DH鋼的組織性能

2021-03-26

設計了不同相構成的超高強DH鋼，抗拉強度均大于1300 MPa，組織由鐵素體、馬氏體、殘留奧氏體和極少量碳化物構成。對比了不同相構成對超高強DH鋼力學性能和應變硬化行為等的影響，并深入研究了殘留奧氏體在超高強度DH鋼中的作用機制。結果表明：隨著馬氏體和殘留奧氏體體積分數的增大，鐵素體體積分數的減小，實驗鋼屈服和抗拉強度同時升高，而延伸率呈先增大后減小趨勢。軟韌相鐵素體體積分數的減小和硬相馬氏體體積分數的增大導致屈服強度和抗拉強度增加。相對于回火馬氏體，淬火馬氏體對強度的提升更顯著，在拉伸過程中轉變的殘留奧氏體的量是引起延伸率變化的主要原因，組織中顯著的帶狀組織會造成頸縮后延伸率的明顯降低。通過對應變硬化行為的分析表明，隨著真應變的增大，應變硬化率呈減小的趨勢，在真應變大于2%后的大范圍內，對于應變硬化率，DH1>DH2>DH3，主要與鐵素體體積分數有關；在真應變大于5.73%后，DH2鋼的應變硬化率高于DH1鋼和DH3鋼，主要與DH2鋼中更顯著的TRIP效應有關。除了殘留奧氏體體積分數，殘留奧氏體中的碳含量對TRIP效應同樣有顯著的影響。較高比例的硬相馬氏體組織結合適當比例的軟韌相鐵素體和殘留奧氏體有助于DH2鋼獲得最良好的強塑積13.17 GPa·%，其中屈服強度達880 MPa，抗拉強度達1497 MPa，均勻延伸率為6.71%，總伸長率為8.8%，頸縮后延伸率為2.09%，屈強比0.59。

工程科學學報. 2021 43(3): 392-399. Published 2021-03-26

PH13-8Mo不銹鋼在半鄉村大氣環境中長周期腐蝕行為

2021-03-26

在北京半鄉村大氣環境中對未經預鈍化及硝酸預鈍化后的PH13-8Mo不銹鋼進行5 a的長周期暴曬試驗，通過表面形貌觀察、質量損失分析、表面鈍化膜及腐蝕產物膜層分析、力學性能檢測及斷口分析等方法，研究了硝酸預鈍化處理對PH13-8Mo長周期腐蝕行為的影響規律及機理。結果表明，經5 a大氣暴曬試驗，硝酸預鈍化處理減輕了PH13-8Mo不銹鋼的點蝕、降低其均勻腐蝕速率，通過降低PH13-8Mo不銹鋼鈍化膜中的氫氧化物含量、提高Cr/Fe原子比并提高大氣暴曬后表面的Kelvin電位，延遲了Cl<sup<?</sup<對鈍化膜的破壞及點蝕的形核，進而提高了表面膜層對基體的保護作用。硝酸預鈍化處理能減少在半鄉村大氣環境中PH13-8Mo不銹鋼力學性能的下降，但對試樣的斷裂方式幾乎沒有產生影響，二者均為韌性斷裂，斷口均呈現典型的“杯錐狀”。

工程科學學報. 2021 43(3): 400-408. Published 2021-03-26

金屬層合板板形翹曲變形行為

2021-03-26

采用經典彈性力學方法建立了金屬層合板翹曲解析計算力學模型，獲得了厚度方向不均勻延伸與板形翹曲之間的定量關系；并分別建立了在線和離線兩種狀態下金屬層合板翹曲變形的有限元數值模擬模型，對解析計算力學模型進行了驗證；在此基礎上，揭示了金屬層合板產生板形翹曲缺陷的力學根源以及各因素對金屬層合板板形翹曲缺陷演變的影響規律，同時對比分析了雙層和三層結構層合板與均質板的翹曲變形差異以及銅/碳鋼層合板與不銹鋼/碳鋼層合板二者之間的翹曲變形差異。研究表明，金屬層合板翹曲高度與延伸差、厚度比呈正比關系，與厚度呈反比關系，且基層與覆層的切變模量相差越大，厚度比對金屬層合板翹曲變形的影響越大。基于數值模型，模擬研究了層合板在理想均勻分布的初始溫度下，歷經去應力退火過程時，其板形翹曲的變形行為及規律，并與均質板進行比較。最后，在工業生產現場取樣已翹曲層合板，通過測量其彎曲變形量進而反求其初始延伸差，驗證了解析計算力學模型的準確性。

工程科學學報. 2021 43(3): 409-421. Published 2021-03-26

基于改進差分進化算法的加熱爐調度方法

2021-03-26

提出一種以燃料消耗量最小為優化目標的加熱爐生產調度新方法。首先基于熱力學第一定律分析了流入及流出加熱爐的各項能量，并對燃料消耗量的計算式進行了理論推導。進而根據加熱爐區實際生產調度特點歸納各約束條件，以多臺加熱爐總燃料消耗量最小為優化目標，構建調度優化數學模型。采用自適應差分進化算法搭配禁忌搜索算法進行綜合求解，并通過9組實際鋼坯生產案例模擬驗證了該算法的可行性和有效性。同時，為了探究加熱爐燃料消耗量的影響因素，提出了分別衡量加熱爐區緩沖等待、爐內加熱兩部分時間同理想生產時間匹配程度的評價參數<i<μ</i<<sub<1</sub<和<i<μ</i<<sub<2</sub<，并分析了燃料消耗量對二者的敏感性，結果表明：當連鑄坯到達加熱爐節奏與熱軋工序出坯節奏之比由0.5增至2時，燃料消耗量對兩評價參數的敏感性逐漸減弱。

工程科學學報. 2021 43(3): 422-432. Published 2021-03-26

基于DL-T及遷移學習的語音識別研究

2021-03-26

為解決RNN–T語音識別時預測錯誤率高、收斂速度慢的問題，本文提出了一種基于DL–T的聲學建模方法。首先介紹了RNN–T聲學模型；其次結合DenseNet與LSTM網絡提出了一種新的聲學建模方法— —DL–T，該方法可提取原始語音的高維信息從而加強特征信息重用、減輕梯度問題便于深層信息傳遞，使其兼具預測錯誤率低及收斂速度快的優點；然后，為進一步提高聲學模型的準確率，提出了一種適合DL–T的遷移學習方法；最后為驗證上述方法，采用DL–T聲學模型，基于Aishell–1數據集開展了語音識別研究。研究結果表明：DL–T相較于RNN–T預測錯誤率相對降低了12.52%，模型最終錯誤率可達10.34%。因此，DL–T可顯著改善RNN–T的預測錯誤率和收斂速度。

工程科學學報. 2021 43(3): 433-441. Published 2021-03-26

飛機機翼緣條緊固孔細節原始疲勞質量評估方法

2021-03-26

為了對飛機機翼緣條緊固孔細節原始疲勞質量進行評估，本文首先對飛機機翼緣條結構中常用的BXXX鋁合金緊固孔試件分別開展了高、中、低3種應力水平下的疲勞試驗，通過斷口判讀和反推得到3組關于裂紋長度<i<a</i<和疲勞壽命<i<t</i<的（<i<a</i<?<i<t</i<）數據，在此基礎上應用當量初始缺陷尺寸（EIFS）控制方程對每個試件的EIFS值進行計算并初步評估，驗證了在不同應力水平下緊固孔結構細節的EIFS無顯著性差異；得到了緊固孔結構細節的裂紋萌生時間（TTCI）分布，在指定應力水平下對緊固孔結構細節95%置信水平下的經濟壽命進行預測，并與設計壽命進行對比，提出了一種不同超越概率<i<P</i<下的結構細節當量初始缺陷尺寸模型，基于給定5%的裂紋超越概率，對結構細節的通用EIFS分布進行評估。通過以上對飛機機翼緣條緊固孔細節原始疲勞質量的三重評估，得到綜合評估結果：飛機機翼緣條緊固孔細節原始疲勞質量滿足要求。

工程科學學報. 2021 43(3): 442-450. Published 2021-03-26