工程科學學報

金屬礦膏體流變行為的顆粒細觀力學作用機理進展分析

李翠平, 黃振華, 阮竹恩, 王少勇 — 2022-07-06

李翠平, 黃振華, 阮竹恩, 王少勇金屬礦膏體料漿顆粒間以及顆粒與水間的相互作用是膏體表現出復雜流變行為的根本原因。流變學是指導膏體充填工藝的重要基礎理論，然而膏體作為一種多尺度、高濃度顆粒懸浮液，其流變行為十分復雜，現有流變模型難以描述膏體在剪切作用下的流變行為。通過分析傳統膏體流變模型的局限性，綜述國內外文獻，以顆粒的表面特性以及顆粒與水的相互作用為出發點，剖析尾砂顆粒表面氫鍵網絡結構的形成原因及其影響因素，闡述受氫鍵網絡結構影響的剪切作用下顆粒間細觀摩擦力的來源及其變化，分析剪切過程中出現的剪切條帶、剪切稀化以及剪切增稠等流變行為的內在機理，歸納隨剪切速率變化的膏體流變行為的摩擦耗散規律，提出準確衡量膏體體系的宏觀摩擦力是分析其流變行為的關鍵，以便明晰膏體復雜流變行為發生的細觀力學機理，從而推動金屬礦膏體流變學從宏觀流變向細觀致因的發展。工程科學學報. 2022 44(8): 1293-1305.

條形藥包爆炸全場應變以及裂紋動態斷裂特性研究

左進京, 楊仁樹, 汪文良, 龔敏, 趙勇 — 2022-07-06

左進京, 楊仁樹, 汪文良, 龔敏, 趙勇為了探究不同起爆位置下條形藥包全場應變以及裂紋動態斷裂特性，采用爆炸荷載動態焦散線實驗系統和數字圖像相關方法（DIC），開展了爆破模型實驗研究。研究結果表明：條形藥包一端起爆時，起爆點處翼裂紋擴展長度最小，隨著炸藥爆轟的傳播，翼裂紋擴展長度增長；中心起爆時，中心位置翼裂紋擴展長度小于兩端位置翼裂紋擴展長度，一端起爆時非起爆端翼裂紋擴展長度最長。無論中心起爆或一端起爆，條形藥包中心區域翼裂紋擴展主要為Ⅰ型裂紋，并且中心翼裂紋起裂韌度最大，端部翼裂紋為以Ⅱ型為主的Ⅰ?Ⅱ型復合裂紋。一端起爆時，拉壓應變作用范圍沿炸藥傳爆方向傳遞，且非起爆端拉壓應變作用區域大于起爆端，壓應變最大值為距起爆點約0.67 ~ 0.83倍的裝藥長度。中心起爆時，拉壓應變的作用過程沿起爆中心向兩端呈對稱形式傳播，中心點位置應變最大。兩種起爆方式下都出現端部壓應力集中現象。工程科學學報. 2022 44(8): 1306-1314.

張拉作用下巖石破裂的聲發射特性及P波初動極性

劉希靈, 劉清林, 杜坤, 李夕兵, 謝秦 — 2022-07-06

劉希靈, 劉清林, 杜坤, 李夕兵, 謝秦為深入探討巖石在張拉作用下破裂的聲發射特性，設計了一種膨脹劑擴張破裂的聲發射實驗，詳細分析了花崗巖、大理巖和紅砂巖聲發射信號的特征參數及P波初動極性。實驗結果表明：聲發射信號的累積計數和能量在三種巖石試樣宏觀開裂時均呈指數增長；花崗巖、大理巖和紅紗巖試樣聲發射信號的中心頻率分別主要集中在100 ~ 300 kHz、200 ~ 400 kHz、200 ~ 500 kHz；花崗巖低頻率事件占比最多，大理巖高頻率事件占比較多，而紅砂巖高頻事件占比最多，三種巖樣膨脹力荷載后期低中心頻率聲發射信號增多，說明大尺度破裂增加；三種巖樣聲發射信號的RA主要集中在0~1.9之間，大理巖和紅砂巖AF值主要集中在50 ~ 100 kHz之間，花崗巖AF值主要集中在200 ~ 250 kHz之間，RA?AF的分布特性表明，實驗中巖樣主要以張拉破壞為主；通過P波初動極性分析法，獲得各巖樣聲發射信號的初動極性，結果顯示，花崗巖、大理巖和紅砂巖分別有77.82%、79.5%和87.42%的T-型破裂源，花崗巖、大理巖幾乎不產生S-型破裂源，而紅砂巖因為天然節理裂隙較多，有9.93%的S-型破裂源。RA?AF分布分析和p波初動極性分析都是統計分析法，可以定性描述巖石破裂類型。工程科學學報. 2022 44(8): 1315-1323.

真空條件下鋼液脫氣過程的模擬研究

張國磊, 成國光, 代衛星, 張旭, 姜新巖 — 2022-07-06

張國磊, 成國光, 代衛星, 張旭, 姜新巖基于相似的動力學機理，利用水溶液中溶解氧的去除過程模擬了鋼液的真空脫氣行為. 在負壓25 kPa條件下發現，容器壁面或測氧探頭表面會析出大量細小氣泡，這一現象與以往脫氣數學模型假設的內部脫氣反應非常類似；為了驗證內部脫氣位點的存在，通過引入機械攪拌，對溶池表面和內部脫氣速率進行了分析計算. 實驗結果表明，在整個脫氣過程中溶池表面脫氣速率很低，內部脫氣位點析出的氣泡會極大地提高溶解氧的去除速率，尤其當真空壓力為25 kPa時，其脫氣速率約為自由表面的脫氣速率的10倍，但內部反應僅局限于脫氣的初始階段，即高溶解氧濃度范圍內. 另外，水溶液中溶解氧的去除為一級反應過程，其體積傳質系數（k · A · V^?1）為常數，因此可以利用溶解氧在水溶液中的去除過程模擬鋼液的真空脫氣行為. 為了描述真空壓力和吹氬流量對k · A · V^?1的影響，引入攪拌動能密度（ε）的概念，通過線性回歸得到了lg (k · A · V^?1)與lg ε之間的函數關系，并與以往的模擬研究進行了對比. 工程科學學報. 2022 44(8): 1324-1330.

冷凍鑄造A356鋁合金微觀組織分析

楊浩秦, 單忠德, 劉豐, 王怡飛 — 2022-07-06

楊浩秦, 單忠德, 劉豐, 王怡飛基于數字化無模冷凍鑄造精密成形技術實現了冷凍砂型的快速成形，對其澆注A356高溫鋁合金獲得冷凍鑄造平板試件。采用電子探針顯微分析技術對冷凍鑄造和樹脂砂型鑄造鑄件微量元素的分布進行了表征，同時對冷凍鑄造和樹脂砂型鑄造鑄件斷裂形貌進行了分析。結果表明，冷凍鑄造Si元素在鋁基體相中的溶解度較樹脂砂型鑄造顯著提高，冷凍鑄造較樹脂砂型鑄造試件中Mg元素分布均勻，樹脂砂型鑄造試件中出現較多的Mg元素成分偏析區；冷凍鑄造試件斷裂方式為韌性和脆性的混合斷裂模式，樹脂砂型鑄造試件的斷裂形貌為解理臺階破壞形貌和長方狀的撕裂結構形貌，合金偏向于脆性斷裂。工程科學學報. 2022 44(8): 1331-1337.

基于改進降噪自編碼器半監督學習模型的熱軋帶鋼水梁印識別算法

陳兆宇, 荊豐偉, 李杰, 郭強 — 2022-07-06

陳兆宇, 荊豐偉, 李杰, 郭強針對水梁印識別困難且工作量大問題，提出一種基于改進降噪自編碼器半監督學習模型的熱軋帶鋼水梁印識別算法。該算法在降噪自編碼器（Denoising auto-encoder, DAE）的基礎上對編碼層的每一層添加隨機噪聲，在隱藏層后添加分類層，并對數據添加偽標簽，在解碼的同時進行分類訓練，使得DAE具有半監督學習能力。通過提取熱軋帶鋼粗軋出口溫度數據中的溫差特征，用相應特征對模型進行訓練。實驗結果表明，算法能夠準確識別出帶鋼的水梁印，在模型精確度上，與主流分類識別模型對比，提出的模型在帶標簽樣本數量較小時，分類精度相比其他模型高5.0%～10.0%；在帶標簽樣本數量較大時，提出的模型分類精度達到93.8%，現場能夠根據模型的識別結果提高生產效率。工程科學學報. 2022 44(8): 1338-1348.

基于金屬有機骨架材料的電阻傳感器在檢測VOCs中的應用

牛犇, 張秀玲, 翟振宇, 郝肖柯, 李從舉 — 2022-07-06

牛犇, 張秀玲, 翟振宇, 郝肖柯, 李從舉化學電阻傳感器由于其結構簡單、分析快速等特點在眾多氣體傳感方式中脫穎而出，因此成為了目前應用廣泛的傳感器類型。其中，用于檢測揮發性有機化合物（VOCs）的電阻傳感器中敏感材料對氣體的選擇性吸附和相應的檢測至關重要，此外也需要一些額外措施保證檢測的選擇性。因此，傳感材料的比表面積、孔尺寸、功能官能團以及輔助材料等決定了傳感器的響應程度、選擇和敏感程度。金屬有機框架材料（MOF）是一類新型的有機?無機雜化材料，具有豐富多孔、高比表面積、結構多樣性、化學穩定性良好等特點，除此以外一些MOF衍生物也具有比表面積大、導電性良好等特點，因此MOF及MOF衍生物已在氣體傳感器中得到廣泛研究和應用。基于化學電阻傳感器基本原理、MOF及MOF衍生物在電阻傳感器檢測揮發性有機化合物中起到的作用、原理、及其應用，對其發展前景和面臨的挑戰進行了展望。工程科學學報. 2022 44(8): 1349-1359.

不同鈦酸四丁酯含量對GO?TiO₂復合材料組織結構和性能的影響

于凱倫, 王博, 韓慶, 陳建設, 李斌川, 魏世丞 — 2022-07-06

于凱倫, 王博, 韓慶, 陳建設, 李斌川, 魏世丞以氧化石墨烯和鈦酸四丁酯為原料，采用一步水熱法制備氧化石墨烯/二氧化鈦（GO?TiO₂）復合材料，研究不同鈦酸四丁酯含量對GO?TiO₂復合材料組織和性能的影響規律。通過掃描電鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）、紅外光譜（IR）、拉曼光譜（RS）、紫外?可見分光光度計（UV?vis）、熱重分析儀（TGA）等對復合材料的微觀形貌、物相組成、結構、吸光性和熱穩定性進行表征。研究結果表明，隨著鈦酸四丁酯含量的增加，有利于GO?TiO₂復合材料的均勻分散，提高了GO?TiO₂復合材料的吸光性和熱穩定性，但鈦酸四丁酯含量過高會使GO?TiO₂復合材料分散性、吸光性和熱穩定性下降。當氧化石墨烯質量為320 mg、鈦酸四丁酯含量為100 mL時，反應生成的復合材料表面TiO₂分散均勻，缺陷少，D峰與G峰的峰強比（I_D/I_G）值為0.91，氧化石墨烯和二氧化鈦復合程度高，復合材料中的TiO₂吸收邊緣紅移至可見光范圍內，并且在440~800 nm可見光范圍內的吸收峰明顯增強，防腐防污能力增強，復合材料在800 ℃熱穩定性相比于氧化石墨烯提高了84.89%。工程科學學報. 2022 44(8): 1360-1367.

智能阻銹劑LDH-NO₂在鋼筋混凝土中的控釋機制及緩蝕性能

文成, 田玉琬, 楊德越, 王貴, 鄧培昌, 董超芳 — 2022-07-06

文成, 田玉琬, 楊德越, 王貴, 鄧培昌, 董超芳為解決傳統阻銹劑過早失活、過量投放的問題，研究了一種具有控釋、長效、靶向特征的智能阻銹劑LDH-NO₂。采用第一性原理計算、物理檢測技術、浸泡實驗和電化學方法研究了智能阻銹劑LDH-NO₂的微觀和宏觀控釋規律及緩蝕行為。結果表明：(1) 在氯離子侵蝕或碳化的混凝土環境中，LDH-NO₂中的

\begin{document}$ {\text{NO}}_2^ - $\end{document}

可快速、自發釋放，1 h內達到釋放平衡，從而及時修復鋼筋的腐蝕損傷；(2) LDH-NO₂對碳化環境比氯離子環境更加敏感，其與

\begin{document}$ {\text{CO}}_3^{2 - } $\end{document}

發生離子交換反應的化學能更大，反應產物的層間距更小、層間作用力更強、穩定性更好；(3) 含氯碳化混凝土環境中，5 g·L^?1 LDH-NO₂對碳鋼鋼筋的緩蝕效率約99%，使碳鋼鋼筋腐蝕速率下降一個數量級；(4) 相較于傳統阻銹劑NaNO₂，智能阻銹劑LDH-NO₂可有效延長碳鋼鋼筋的腐蝕起始時間、減少其腐蝕面積、降低其腐蝕程度；(5) LDH-NO₂的緩蝕性能主要源于LDH對

\begin{document}$ {\text{NO}}_2^ - $\end{document}

的釋放，而非其對腐蝕性離子的吸附。因此，智能阻銹劑LDH-NO₂在鋼筋混凝環境中具有優異的緩蝕性能和長效性。工程科學學報. 2022 44(8): 1368-1378.

甲酸濃度對316L不銹鋼腐蝕鈍化?活化轉變行為的影響

杜晨陽, 劉暢, 張銘, 楊金曉, 王旭東 — 2022-07-06

杜晨陽, 劉暢, 張銘, 楊金曉, 王旭東為深入認識316L不銹鋼在甲酸溶液中的鈍化-活化轉變行為，在90 ℃、質量分數為0~30%的甲酸溶液中對316L不銹鋼進行全浸試驗和陽極極化曲線測試。研究了甲酸質量分數對316L不銹鋼腐蝕速率、腐蝕形貌、開路電位、初始鈍化電位、臨界電流密度、鈍化電流密度和鈍化膜破裂電位的影響規律，分析了H⁺ 和HCOO^? 含量對活化區、過渡區和鈍化區陽極反應的影響機制。結果表明，316L不銹鋼在甲酸溶液中發生非均勻的全面腐蝕。當甲酸質量分數達到30%、腐蝕速率為1.2×10^?3 mm·a^?1時，316L不銹鋼就具有明顯的鈍化?活化轉變。隨著甲酸質量分數增加，316L不銹鋼的初始鈍化電位正移、臨界電流密度增大、鈍化電流密度增大、鈍化膜破裂電位負移。甲酸溶液中H⁺ 和HCOO^? 含量的增加，會加速316L不銹鋼活性溶解，抑制鈍化膜生長，促進鈍化-活化轉變。工程科學學報. 2022 44(8): 1379-1385.

基于改進YOLACT實例分割網絡的人耳關鍵生理曲線提取

袁立, 夏桐, 張曉爽 — 2022-07-06

袁立, 夏桐, 張曉爽在人耳形狀聚類、3D人耳建模、個人定制耳機等相關工作中，獲取人耳的一些關鍵生理曲線和關鍵點的準確位置非常重要。傳統的邊緣提取方法對光照和姿勢變化非常敏感。本文提出了一種基于ResNeSt和篩選模板策略的改進YOLACT實例分割網絡，分別從定位和分割兩方面對原始YOLACT算法進行改進，通過標注人耳數據集，訓練改進的YOLACT模型，并在預測階段使用改進的篩選模板策略，可以準確地分割人耳的不同區域并提取關鍵的生理曲線。相較于其他方法，本文方法在測試圖像集上顯示出更好的分割精度，且對人耳姿態變化時具有一定的魯棒性。工程科學學報. 2022 44(8): 1386-1395.

基于協調變量的多機協同打擊制導方法與試驗驗證

唐鐘南, 辛宏博, 王玉杰, 陳清陽, 王鵬, 楊希祥 — 2022-07-06

唐鐘南, 辛宏博, 王玉杰, 陳清陽, 王鵬, 楊希祥根據多無人機協同打擊的作戰特點和要求，提出了一種通用性集群時空協同打擊制導控制方案。該方案分析了比例導引律(Proportional navigation law, PN)在滿足特定協調變量一致時具有下彈道唯一的特性，以此為基礎，通過選取協調變量，將制導段分為協調段和末制導段。協調段的航跡控制采用改進Dubins方法，實現了協調變量的時空同步收斂；末制導段將三維空間制導解耦為縱向平面與側向平面的制導，基于同系數比例導引實現集群攻擊時間一致。分段航跡控制實現了集群在考慮目標防御射界約束下的時空協同。數值仿真和實際飛行試驗結果表明，該方案具有實時的在線規劃能力，能夠實現大規模集群時空協同下的全向飽和攻擊，打擊時間精度和空間精度較高。工程科學學報. 2022 44(8): 1396-1405.

轉子發動機徑向密封片的研究綜述

紀常偉, 楊振宇, 楊金鑫, 汪碩峰, 黃雄輝, 常珂 — 2022-07-06

紀常偉, 楊振宇, 楊金鑫, 汪碩峰, 黃雄輝, 常珂徑向密封片作為轉子發動機最重要的密封部件，安裝在轉子的三個頂點，徑向密封片直接暴露在高溫高壓燃氣中，存在振拍、漏氣和磨損三大關鍵問題，這些問題會導致稱為“魔鬼爪痕”的缸體振紋的出現，這些問題直接影響轉子發動機的工作性能和使用壽命。NSU、Mazda等公司對徑向密封片的發展做出巨大，開發了多種型號徑向密封片并采用了多種材料。隨著材料技術的發展，一些新型材料與表面處理工藝可以應用于徑向密封片，例如：碳纖維、石墨烯等納米材料，激光表面處理、新型涂層等工藝。本文綜述了NSU、Mazda和Curtiss-Wright在徑向密封片上取得的成果，最后結合新型結構、新型材料與處理工藝，對徑向密封片的未來發展提出建議。工程科學學報. 2022 44(8): 1406-1424.

被蓋層分隔儲層油源斷裂輸導油氣有效時期厘定方法及其應用

梁木桂, 付廣, 董金夢, 李喬喬 — 2022-07-06

梁木桂, 付廣, 董金夢, 李喬喬為了準確研究含油氣盆地被蓋層分隔儲層油源斷裂在油氣成藏中的作用，在被蓋層分隔儲層油源斷裂輸導油氣機理及有效時期研究的基礎上，通過斷裂停止活動時期、斷裂開始破壞泥巖蓋層封閉能力時期和斷裂填充物開始封閉時期確定出油源斷裂輸導油氣時期，利用源巖地化特征確定出源巖排烴時期，將二者疊合建立了一套被蓋層分隔儲層油源斷裂輸導油氣有效時期的厘定方法。應用結果表明：在測線L2處F1油源斷裂向東一段儲層輸導油氣有效時期相對較長，為5.3 Ma，較有利于油氣在東一段儲層中運聚成藏（目前構造高部位尚未鉆探）；在測線L8處F1油源斷裂向東一段儲層輸導油氣有效時期相對較短，為2.4 Ma，且主要為斷裂填充物輸導油氣，不利于油氣在東一段儲層中大規模運聚成藏，和F1油源斷裂在測線L8附近東一段雖已發現油氣，但規模有限一致。該方法可有效用于厘定被蓋層分隔儲層油源斷裂輸導油氣有效時期。工程科學學報. 2022 44(8): 1425-1432.

模糊層次分析法在我國深空探測方案優選應用探究

劉彤杰, 宋洪慶, 張杰, 駱笑天, 彭如意, 張賢國 — 2022-07-06

劉彤杰, 宋洪慶, 張杰, 駱笑天, 彭如意, 張賢國中國深空探測是復雜的系統工程，涉及領域多、技術難度大、經費需求高，目前方案優選方法是論證組論證和中介機構專家評估后形成，該方法論證周期長，不易快速做出科學決策。本文基于模糊層次分析模型，考慮技術、科學、經費等多指標多層次結構，建立系統指標評價模型。以中國探月工程中嫦娥四號任務方案為具體算例，綜合專家判斷和理論分析，建立各層次指標的判斷矩陣，計算權重系數，進而實現總體方案的優選應用評價。結果表明，技術、科學和經費這三個因素相對于周期和效益更為重要。在4個備選方案中，由長征四號丙發射中繼星，長征三號乙發射著陸器和巡視器組合體的方案，排序權值最大，因此該方案為最優方案，這也與實際情況一致。本研究可為我國后續各類深空探測方案制定提供快速及科學的理論支撐。工程科學學報. 2022 44(8): 1433-1443.

爆破P波作用下直埋壓力管道安全振速研究

朱斌, 蔣楠, 周傳波, 賈永勝, 吳廷堯 — 2022-07-06

朱斌, 蔣楠, 周傳波, 賈永勝, 吳廷堯基于爆破產生的P波入射作用下均勻內壓薄壁管道的受力特點，采用擬靜力分析和疊加原理建立壓力管道爆破地震波作用下的應力解析計算模型；基于壓力管道材料屈服特性及Tresca屈服理論，建立爆破P波作用下壓力管道的振動安全判據計算模型，并結合爆炸影響的直埋壓力薄壁管道工程案例進行解析驗算。研究結果表明：爆破荷載施加前管道僅受均勻內壓，具有初始軸向和切向應力，爆破發生后，管道同時受到內壓和爆破地震波P波動荷載作用；管?土界面入射波臨界角較小，管道峰值應力隨入射角度增大減小，垂直入射時主要發生拉伸破壞，全反射時主要為切向破壞；壓力管道安全控制振速隨入射角的增大而增大，隨運行內壓的增大而減小，實際工程中根據管道內壓實際情況，選擇較小的值作為安全控制值。工程科學學報. 2022 44(8): 1444-1452.

橫向聲波擾動下的乙醇燃燒火焰結構和振蕩特性

張玉濤, 林國鋮, 史學強, 張玉杰, 王興明 — 2022-07-06

張玉濤, 林國鋮, 史學強, 張玉杰, 王興明為研究聲波滅火的機理，分析聲波對非封閉火焰的具體控制行為，對3、4和5 cm直徑油池火焰在30 ~ 90 Hz聲波作用下的火焰形態及燃燒特征進行了分析。對火焰圖像的分析發現，橫向聲波加劇了渦旋的不穩定運動，聲強迫下的火焰形態可歸結為間歇截斷、偏轉和穩定燃燒三種狀態。火焰幾何尺寸的數值分析表明：間歇截斷和偏轉狀態下的火焰表面高度扭曲皺褶，具有更高的分形維數。對火焰面積、高度和寬度的頻域信號分析表明：在間歇截斷狀態下火焰信號極不穩定，頻域峰值集中在0 ~ 10 Hz之間，聲頻率在火焰寬度信號的頻域分布中始終突出。基于火焰傾角和Richardson數的關系提出了Ri數在聲波作用下的形式，Richardson數分析表明：在50 ~70 Hz之間，火焰對聲波頻率的響應尤為顯著，聲頻高于或低于該段頻率時對火焰的影響存在邊際效應，間歇截斷和偏轉狀態的臨界Ri_a^?1數（聲波作用下的火焰Richardson數的倒數）分別為10.32和2.92。工程科學學報. 2022 44(8): 1453-1461.

基于文獻計量解析VOCs催化氧化的發展趨勢

邢奕, 張暉, 蘇偉, 張文伯, 馬志亮, 王嘉慶, 張洪碩 — 2022-07-06

邢奕, 張暉, 蘇偉, 張文伯, 馬志亮, 王嘉慶, 張洪碩以VOCs的催化氧化為主題，利用Web of Science數據庫對4654篇論文進行了數據處理，并通過文獻計量學的方法分析了該主題的發展趨勢與研究現狀。結果表明，近25年期間，VOCs催化氧化相關課題的研究底蘊豐富，發展前景良好，年度發文數量呈指數型增長趨勢。中國是世界上發表VOCs催化氧化為主題的論文最多的國家，占研究總量的34%；研究最深的機構和期刊分別是中國科學院大學（6.66%）和Applied Catalysis B-Environmental（11.68%）；Chemistry和Engineering是最受歡迎的科目。此外，對近年來的研究熱詞分析表明，應用于VOCs催化氧化的催化劑中，最熱門的元素是Mn，實驗中最常見的VOCs類底物是甲苯。總結了常見的催化劑物質和VOCs底物，這反映了目前的主要研究方向，也為今后的研究提供了指導。工程科學學報. 2022 44(8): 1462-1470.