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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2010年第32卷第5期

欄目

資源與開發
冶金與材料
設備與能源
控制與決策
土木與建筑

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資源與開發

西藏弄如日金礦礦石礦物組成、金銀賦存狀態及工藝特性

謝玉玲, 陳偉, 李臘梅, 李應栩, 王化軍, 王愛國, 謝向陽, 許興祥

2010, 32(5): 543-551. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.015

[摘要](293)

[PDF 591KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
通過對西藏弄如日金礦主要礦石類型的巖礦相鑒定,主要組成礦物的掃描電鏡/能譜(SEM/EDS)、電子探針(EPMA)和激光消融剝蝕-等離子體-質譜(LA-ICP-MS)分析,研究了該礦床的礦石礦物組成、金的賦存狀態和工藝特性.結果表明:金主要以獨立金礦物形式呈細粒-微細粒、不規則粒狀產于黏土礦物粒間或黏土礦物與石英粒間,成色高(992～996);另有少量以"不可見金"的形式賦存于黃鐵礦和毒砂中,"不可見金"對礦石金品位的貢獻較小.銀主要呈超顯微包裹物,賦存于磷酸鹽礦物中.在對自然金和載金礦物的粒度統計分析的基礎上,對載金礦物在各種類型礦石中的質量分布進行了估算.

基于高精度微震監測的特厚煤層綜放工作面頂板運動規律

孔令海, 姜福興, 楊淑華, 宋金旺, 王存文

2010, 32(5): 552-558,588. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.014

[摘要](105)

[PDF 968KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
采用高精度微地震監測技術,研究了微震事件的動態發展規律和分布規律,結合巖石力學和礦山壓力與巖層運動理論,推斷得到了特厚煤層綜放工作面頂板巖層運動規律.隨工作面的推進,微震事件先在高位巖層以低密度分布,后在低位巖層呈高密度分布.微震事件發生層位與其最大振幅能量和的對比研究表明,微震事件在高度和時間上具有周期性分布規律,根據礦山壓力與巖層運動理論,進而推知特厚煤層綜放工作面的頂板巖層運動規律.現場支架工作阻力宏觀觀測表明,研究得到的特厚煤層綜放工作面頂板巖層的周期性運動規律是存在的.

考慮地震影響的地下連續墻穩定性擬靜力法研究

王運永, 高永濤, 蔡嗣經, 曾正文, 吳順川

2010, 32(5): 559-564. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.023

[摘要](129)

[PDF 556KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
研究了在地震作用下,地下水位、錨桿極限抗拔力、土體的內摩擦角及墻體嵌入深度對地下連續墻穩定性的影響.土壓力和水壓力以及墻體的慣性力利用"一般楔體地震分析法"計算.墻體的穩定性利用擬靜力法,從抗傾覆安全系數和抗滑移安全系數的角度分析.實例計算結果顯示:隨著地震水平加速度系數的增加,其穩定性逐漸降低;非開挖側地下水位高度、土體內摩擦角、錨桿極限抗拔力以及墻體嵌入深度對地下連續墻的穩定性也有著重要影響;此外,土體的內摩擦角對地下連續墻的抗滑移安全系數的影響比抗傾覆安全系數的影響大,而錨桿極限抗拔力對墻體抗傾覆安全系數的影響相對比較大.

冶金與材料

金屬間化合物的比熱容估算模型

趙定國, 郭培民, 趙沛

2010, 32(5): 565-569. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.016

[摘要](168)

[PDF 365KB](16) [施引文獻] ()

摘要:
在分析已有的熱力學數據基礎上,建立了估算二元金屬間化合物比熱容的雙參數模型.用此模型可以估算由簡單金屬形成的二元金屬間化合物的比熱容,涉及Fe、Si、Nb、Ti、Cu、Co和Mg等多個體系.估算了132個已知金屬間化合物AlCa、AlCo、CrNi、FeTi、FeSi、FeNb和MoSi等的比熱容,平均誤差為2.74J·mol^-1·K^-1,標準差為3.84J·mol^-1·K^-1.用雙參數模型估算的比熱容精度高,其估算誤差小于離子束縛模型.

硫化錳夾雜物在YF45MnV鋼中行為的原位觀察

邵肖靜, 王新華, 王萬軍, 黃福祥, 姜敏

2010, 32(5): 570-573. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.021

[摘要](139)

[PDF 503KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
采用共焦激光掃描顯微鏡首次原位觀察YF45MnV鋼中MnS夾雜在連續升溫過程中的變化.結果表明:在勻速加熱過程中,細長條狀MnS首先轉變為近球狀硫化物組成的串狀夾雜物,然后近球狀硫化物發生擴散長大,數量減少;溫度增加到一定程度后,MnS夾雜發生固溶現象,其面積反而減小.

VN微合金鋼中Ti脫氧夾雜物誘導晶內鐵素體析出行為

杜松林, 金友林, 高振波, 楊應東, 包燕平

2010, 32(5): 574-580. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.018

[摘要](117)

[PDF 1168KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
通過熱力學計算及熱態實驗,研究了Ti脫氧VN微合金鋼中,含Ti夾雜物析出行為及其誘導晶內鐵素體析出行為.結果發現,夾雜物與鐵素體、珠光體之間的相對位置關系存在六種形式,通過賦予這些形式不同的誘導能力系數,定量比較夾雜物類型、尺寸與誘導能力的關系.Ti的復合氧化物誘導能力最強,Al₂O₃最弱.Ti的復合氧化物誘導最佳尺寸4～6μm,其他夾雜物最佳尺寸為2～4μm.通過控制夾雜物種類、尺寸促進晶內鐵素體析出,能夠細化晶粒.

Cl^-作用下碳鋼和耐候鋼大氣初期腐蝕的Kelvin探針研究

徐龍嬌, 董超芳, 肖葵, 生海, 李曉剛

2010, 32(5): 581-588. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.004

[摘要](301)

[PDF 1077KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
利用掃描Kelvin探針(SKP)技術,結合腐蝕產物的形貌分析和物相分析,研究了Q235碳鋼和Q450耐候鋼在鹽霧腐蝕實驗早期階段的腐蝕行為和電位分布.結果表明,Cl-對碳鋼有強烈的侵蝕作用,在鹽霧腐蝕過程的初期,金屬表面出現明顯的陰極區和陽極區,表面電位隨時間逐步正移,呈現局部腐蝕的特征,且由于合金元素的作用,Q450耐候鋼腐蝕較為均勻,SKP測試的表面電位高于Q235碳鋼,形成的銹層較為致密,耐大氣腐蝕性能優于Q235碳鋼.

低碳沖壓鋼板桔皮缺陷的成因

李蕭, 楊平, 林瑞民, 劉西峰, 陳冷

2010, 32(5): 589-594. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.005

[摘要](297)

[PDF 1031KB](30) [施引文獻] ()

摘要:
利用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)和電子背散射衍射(EBSD)技術,針對SPCD冷軋板沖壓制品中的桔皮缺陷的成因進行分析,探討了晶粒取向可能對桔皮產生的影響.結果表明:鐵素體晶粒過度粗大是導致沖壓件表面產生桔皮缺陷的根源;{111}織構強度較弱和較大沖壓量是加劇桔皮產生的兩個因素.桔皮自由表面由平緩區和粗糙區組成,兩個區域均顯現以{112}〈110〉與{111}〈110〉為主導的取向特征,表明表面形貌與晶粒取向的對應性不顯著,表面接觸狀況不同是造成這種形貌差異的主要原因.

含磷TRIP鋼的CCT圖

張宇光, 趙愛民, 趙征志, 唐荻, 李本海, 朱國森

2010, 32(5): 595-598. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.019

[摘要](158)

[PDF 804KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
為了探索合金元素在TRIP鋼相變過程中的重要作用,利用金相、顯微硬度等方法研究了四種不同合金成分C-Mn-Al-PTRIP鋼的CCT圖.結果表明:Al元素強烈地縮小奧氏體相區,提高Ac₃與Ms;Al元素促使CCT圖左移和上移.P元素能夠阻礙碳化物生成,當鋼中P質量分數達到0.14%時,能顯著地將CCT圖中的珠光體區與貝氏體區右移;P元素對鐵素體相變和馬氏體相變沒有顯著的影響.結果還顯示出隨著冷卻速率的增加,材料的顯微硬度隨之增加.對于每一種成分,超過其臨界冷卻速率時,將得到完全的馬氏體組織.

熱處理對1000MPa級工程機械結構用鋼組織和性能的影響

錢亞軍, 余偉, 武會賓, 楊躍輝

2010, 32(5): 599-604. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.006

[摘要](239)

[PDF 939KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
設計了一種低碳Mn-Mo-Nb-Cu-B系超高強度工程機械結構用鋼,研究了在同種成分條件下TMCP(thermo-mechan-ical control-process)+回火與控軋+直接淬火+回火兩種工藝對鋼組織和性能的影響.對比分析了熱處理前后鋼板各項力學性能和組織的變化.結果表明,兩種工藝條件下鋼的屈服強度和沖擊性能的變化趨勢相似,經500～620℃回火1h后鋼的屈服強度均有大幅度提高.控軋+直接淬火+回火得到的鋼板綜合性能明顯優于TMCP+回火,前者在600℃回火后屈服強度仍達到1000MPa以上,同時延伸率達到18%,-40℃沖擊功大于30J,而后者塑性較好但強度稍低;隨回火溫度的升高,控軋+直接淬火+回火工藝條件下的組織演化速度要快于TMCP+回火工藝.

稀土對2Cr13不銹鋼夾雜物的變質及對沖擊韌性的影響

劉曉, 楊吉春, 高學中

2010, 32(5): 605-609. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.020

[摘要](143)

[PDF 946KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
采用金相、掃描電鏡和能譜等分析手段研究了稀土元素鈰對2Cr13不銹鋼中夾雜物的變質作用以及對沖擊性能的影響.結果表明:稀土元素改善了2Cr13不銹鋼夾雜物的形貌和大小,未加稀土的鋼的斷口是典型的解理斷裂,加稀土后鋼的斷口是準解理+韌窩型,韌窩中出現的細小球狀稀土硫氧化物夾雜是其轉變的主要原因;加微量稀土元素鈰的試樣低溫橫向沖擊性能比未加稀土的試樣大幅度提高,-40℃時提高了54.55%.

錐形管連續無模拉拔速度控制模型的理論與實驗分析

毛浩恩, 劉雪峰, 秦芳, 何勇, 謝建新

2010, 32(5): 610-615. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.009

[摘要](208)

[PDF 509KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
基于金屬體積非壓縮性原理建立了錐形管連續無模拉拔速度控制模型,分析了無模拉拔變形過程中拉拔速度等工藝參數對變形區體積以及錐形管形狀和尺寸的影響,并進行了實驗驗證.結果表明:拉拔速度不僅與進料速度、坯料尺寸、拉拔后錐形管的形狀和尺寸有關,還與冷熱源距離等工藝參數有關;拉拔速度隨時間呈非線性增加;隨著拉拔速度的增大,變形區的體積減小;冷熱源距離越長、進料速度越大,變形區體積變化越大;當速比一定時,減小進料速度、增大冷熱源距離,可以減小錐形管形狀和尺寸誤差、提高控制精度.

取向硅鋼板坯高溫抗氧化涂料

段方苗, 孔祥華, 胡守天, 權繼鋒, 沈奎

2010, 32(5): 616-621,627. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.011

[摘要](122)

[PDF 902KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
為了提高取向硅鋼板坯的抗高溫氧化性能,采用漿料法制備MgO-Cr₂O₃系的取向硅鋼用高溫抗氧化涂料.通過氧化增重、X射線衍射和電子掃描電鏡等測試方法,研究涂層保護下的取向硅鋼在不同溫度下的氧化增重規律以及1400℃下氧化產物截面形貌、元素分布特征.結果表明,該涂料對于取向硅鋼具有良好的高溫防護功能,且具有寬泛的抗氧化區域.

板帶鋼乳化液摩擦學性能與軋制工藝特征

張旭, 王士庭, 孫建林, 朱廣平, 王一助

2010, 32(5): 622-627. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.012

[摘要](145)

[PDF 717KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
采用不同的基礎油及添加劑配制板帶鋼軋制乳化液后,通過四球摩擦磨損試驗機考察了基礎油及添加劑對乳化液摩擦學性能的影響,并通過冷軋實驗對各乳化液的軋制工藝潤滑效果進行了實際驗證.結果表明:運動黏度和皂化值是根據實際的潤滑需求選擇基礎油的主要參數,且基礎油的選擇影響添加劑的分散與穩定;極壓抗磨劑對軋制乳化液的摩擦學性能有顯著的提高作用;納米六方氮化硼(h-BN)作為新型納米潤滑添加劑,不但自身具有優異的摩擦學性能,而且與傳統添加劑有良好的協同提高作用;在使用含納米氮化硼的乳化液進行潤滑的冷軋過程中,各軋制工藝特征參數(軋制力、軋制功率等)有顯著的降低,初步體現了良好的納米潤滑效應.

鎳基耐蝕合金C-276鑄錠元素偏析和均勻化工藝

朱冠妮, 畢中南, 董建新, 張麥倉, 鄭磊, 章清泉

2010, 32(5): 628-633,656. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.017

[摘要](150)

[PDF 996KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
利用光鏡、掃描電鏡和能譜儀等顯微組織分析方法研究了鎳基耐蝕合金C-276經真空冶煉+電渣重溶后鑄錠的枝晶特點和元素偏析情況,根據殘余偏析指數模型計算結果選取了四種均勻化實驗制度,并通過均勻化實驗后的組織分析和Gleeble1500試驗機熱模擬鍛造實驗驗證,最終確立了適合C-276合金的均勻化工藝.結果表明:合金中偏析程度最嚴重的元素為Mo;在選取的四種均勻化制度中,采用1170℃下加熱20h的處理方式不僅可以較好地實現成分均勻化,還能保證晶粒尺寸不過度長大,從而確保合金的熱加工塑性,是最為合理的均勻化制度.實驗也證明利用殘余偏析指數模型,計算結果與實驗結果基本吻合,在預測和評價C-276合金均勻化工藝上是可信的.

Ti-6Al-4V合金置氫動力學與氫分布規律

王耀奇, 李紅, 侯紅亮

2010, 32(5): 634-637. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.001

[摘要](271)

[PDF 706KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
通過Ti-6Al-4V合金750℃條件下的置氫實驗,分析了置氫過程的動力學規律,利用光學金相顯微鏡和二次離子質譜儀研究了保溫時間對氫分布的影響規律.結果顯示,Ti-6Al-4V合金置氫動力學遵循二維擴散機制,滿足Valensi方程g(α)=α+(1-α)ln(1-α),氫在試樣徑向方向的二維擴散是置氫反應的控制步驟.置氫保溫時間大于60min時,氫壓趨于穩定,氫在試樣徑向方向的二維擴散停止,試樣中心的微觀組織和氫離子強度與邊緣的相一致,氫均勻分布于試樣當中.

微波法合成硫化鉍納米棒

秦帆, 吳際良, 呂中, 余響林, 陳嶸

2010, 32(5): 638-643. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.007

[摘要](203)

[PDF 892KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
以檸檬酸鉍、硫脲為反應原料,在表面活性劑存在下,采用微波法合成了直徑為30～50nm的硫化鉍納米棒.利用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)等對其進行了表征.考察了表面活性劑種類、用量對硫化鉍納米棒形貌和晶型的影響.結果表明:β-環糊精(β-CD)和十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)有利于形成硫化鉍納米棒,并且較低濃度的β-CD(約0.005 mol·L^-1)有利于形成分散性較好的硫化鉍納米棒.初步探討了制備方法對硫化鉍納米棒晶型和合成時間的影響.結果發現,微波法制備納米硫化鉍與回流法相比,其晶格的生長方向不同,并且可以節省約80%的反應時間.

抗菌吸附材料的制備及其在再生水處理的應用

林海, 郭麗麗, 江樂勇

2010, 32(5): 644-649. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.008

[摘要](217)

[PDF 801KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
以具有良好脫氮效果的改性沸石為原材料,制備抗菌吸附材料.將其用于處理大腸菌群濃度和氨氮含量較高的市政污水廠二級出水結果表明,分別采用銀、鋅和銅三種金屬離子制備抗菌吸附材料,其中銀離子的抗菌性能最好,有助于氨氮的去除.最佳制備條件為:AgNO₃用量85mg·g^-1,pH6～7,制備時間120min,制備溫度40℃,轉速150r·min^-1.優化后材料的載銀量為49.79mg·g^-1.將該材料應用于再生水處理,在混合投加抗菌吸附材料0.5g·L^-1和沸石2g·L^-1條件下,反應120min,該材料的殺菌率98.87%,氨氮去除率66.54%,剩余氨氮的質量濃度為8.36mg·L^-1,出水達到城市雜用水水質指標.

設備與能源

凸輪軸楔橫軋精確成形機理

鄭振華, 王寶雨, 胡正寰

2010, 32(5): 650-656. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.002

[摘要](238)

[PDF 700KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
基于凸輪軸楔橫軋精確成形原理,針對一種簡單典型凸輪軸的楔橫軋精確成形,采用DEFORM-3D有限元軟件,利用三維剛-塑性有限元法對整個凸輪軸楔橫軋軋制過程進行了數值模擬,得到了較為理想的凸輪形狀成形結果,系統分析了凸輪軸楔橫軋軋制過程中軋件的應變分布狀態,以及軋件金屬的軸向、徑向和周向的流動規律.根據凸輪軸楔橫軋的實際實驗結果和數值模擬結果的對比,結果表明,數值模擬結果與實驗結果相符合,利用楔橫軋精確成形凸輪軸是可行的.

硬質薄規格鍍錫板平整軋制變形行為與輥形技術

于孟, 張清東, 周俊, 黃鋼, 徐展

2010, 32(5): 657-662. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.003

[摘要](247)

[PDF 949KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
以某廠鍍錫板連退機組雙機架HCM平整機為研究對象,理論分析結合有限元仿真和現場實驗,對硬質薄規格鍍錫板的平整軋制變形行為進行了研究,揭示了硬質薄規格鍍錫板平整時軋制力偏大、實際延伸率達不到設定目標延伸率以及實物板形質量較差的原因,確定了相應的解決問題的技術思路.在此基礎上,運用基于有限元仿真的輥形設計方法和軟件,研制了新的中間輥端部輥形.生產應用結果表明,該中間輥端部輥形能夠有效地減輕壓靠、穩定實現設定的目標延伸率且實際平整軋制力降低10%～20%,而且還可以根據需要在正常平整軋制力下使實際延伸率增加0.1%～0.2%.

變壓吸附制氧過程中不連續反吹對回收率的影響

劉應書, 曹永正, 劉文海, 張德鑫, 曹紅程

2010, 32(5): 663-666,690. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.010

[摘要](117)

[PDF 980KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
為了提高變壓吸附制氧過程中氧氣的回收率和體積分數,提出了一種在反吹步驟中采取適當中斷次數和時間的不連續反吹方法,并實驗研究了該方法對氧氣的回收率和體積分數的影響.結果表明:不連續反吹步驟可以顯著提高變壓吸附制氧系統的回收率和產品氣純度;在本實驗條件下,優化后反吹中斷次數為2、反吹中斷時間為0.3s時,與連續反吹相比,氧氣回收率最大提高了9.2%,產品氣中氧氣的體積分數最大提高了4.0%.

控制與決策

熱連軋凸度反饋控制策略

劉天武, 何安瑞, 楊荃, 吳中梁, 吳劍飛

2010, 32(5): 667-672. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.013

[摘要](113)

[PDF 392KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
針對凸度反饋控制策略選擇較難的問題,結合濟鋼1700ASP控制項目,從理論上推導出機架出口凸度可調范圍計算的方法,由此實現了凸度反饋控制策略的選擇,得出機架組合參與控制的策略,并推導出凸度偏差分配計算的公式.在此基礎上,建立了熱連軋凸度反饋控制模型,完成了在線編程、調試和投入工作.至今凸度反饋控制系統已經穩定運行兩個多月,生產數據統計表明,投入凸度反饋控制以后,凸度控制精度得到很大提高.

對一種基于排序變換的混沌圖像置亂算法的商榷

劉婷, 閔樂泉

2010, 32(5): 673-681. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.024

[摘要](86)

[PDF 591KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
針對"基于排序變換的混沌圖像置亂算法"一文提出的密碼系統進行了安全性分析.在有限數字精度下,密鑰空間小不足以抵抗唯密文攻擊.在選擇明文攻擊或選擇密文攻擊下,置換地址碼可以重現.在此基礎上,結合Logistic混沌映射的反向迭代,提出了一個密鑰恢復算法.理論和實驗結果均表明,該密鑰恢復算法是實際可行的.有限數字精度的限制和線性變換的弱點,是導致該密碼系統不夠安全的兩個主要原因.最后討論了五種可能采取的改進措施及其效果.

土木與建筑

不規則高層混合結構整體模型模擬地震振動臺試驗研究

蔡斌, 牟在根, 沈銀瀾, 田春雨, 肖從真

2010, 32(5): 682-690. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.05.022

[摘要](85)

[PDF 1335KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
以廈門福隆大廈為背景,對不規則高層結構的1/20整體模型進行模擬地震振動臺試驗研究,測試了模型結構的動力特性、阻尼比及其在7度多遇、7度基本、7度罕遇烈度地震作用下的加速度和位移反應等,研究了模型結構的破壞機理和破壞模式.結果表明:模型結構前三階振型頻率依次為:1.74Hz(Y向平動)、2.28Hz(X向平動)和3.12Hz(整體扭轉),其中X向和Y向平動對應阻尼比分別為6.5%和6.3%.在7度多遇和罕遇地震作用下,X向結構最大層間位移角分別為1/956和1/147,Y向結構最大層間位移角分別為1/570和1/83.因此原型結構的布置基本合理,整體抗震性能較好.最后對原型結構的抗震設計方案提出了一些改進建議.