工程科學學報

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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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2011年第33卷第11期

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基于巖體加卸載響應原理的強礦震危險性預測

李鐵, 孫學會, 呂毓國, 盛繼權, 梅亭亭

2011, 33(11): 1307-1311. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.007

[摘要](176)

[PDF 506KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
以撫順老虎臺礦田為工程背景,采用加卸載響應比理論,開展強礦震預測技術應用研究.研究表明:0≤M_L≤0.5礦震在各開采深度作為加卸載響應震級的預測效能均較好,對于階段峰值震級的平均預測信度為0.72;M_L≥1.4礦震作為加卸載響應震級,具有深度尺度效應,響應震級與開采深度成正比,一般小于預測震級0.5～1.0,對于階段峰值震級的平均預測信度0.60;0.6≤M_L<1.4礦震作為加卸載響應震級的隨機性較大,分析是兩種不同機制礦震混合的結果,不適宜作為加卸載響應震級;開采深度越大,地應力環境強度越高,預測敏感性和效果越好.在阜新煤田和門頭溝礦田進行普適性檢驗,預測信度分別為0.8和0.73.試驗結果表明,加卸載響應比理論和方法預測強礦震具有較好的效能和應用前景.

不同圍壓條件下花崗巖壓縮破壞聲發射特征細觀數值模擬

宿輝, 李長洪

2011, 33(11): 1312-1318. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.001

[摘要](267)

[PDF 721KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
采用顆粒流軟件PFC2D從細觀上對側限壓縮下的非均勻花崗巖巖樣進行了聲發射(AE)時空特征研究.結果表明,隨著圍壓的增加,巖樣破壞的峰值荷載提高,破壞形式由突發失穩逐漸轉變為漸進式破壞.巖樣聲發射的峰值出現時間和巖樣的峰值破壞不同步,存在一定的滯后,大約出現在峰后90%峰值荷載處.在巖樣破壞前均存在聲發射的相對平靜期,圍壓的大小不僅對聲發射的時序特征有顯著影響,而且聲發射相對平靜期也隨著圍壓的增加而延長.通過對應變能的追蹤,發現在聲發射相對平靜期存在應變能被吸收的現象,驗證了在巖石破壞過程中存在損傷愈合過程.

中度嗜熱菌浸出黃鐵礦過程中礦物表面硫的化學形態

何環, 楊益, 夏金蘭, 陶秀祥, 趙屹東

2011, 33(11): 1319-1324. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.008

[摘要](242)

[PDF 911KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
利用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)和硫的K邊X射線吸收近邊結構光譜(XANES)等分析手段研究了中度嗜熱菌(Sulfobacillus thermosulfidooxidans)浸出黃鐵礦過程及礦物表面硫的化學形態.結果表明:中度嗜熱菌明顯促進了黃鐵礦的溶出,24 d浸出液中總鐵的質量濃度達到5.3 g·L^-1.經24 d細菌處理后,礦物表面形貌變化明顯,出現良好結晶狀態的晶體.浸出過程中累積在黃鐵礦表面的主要成分是黃鉀鐵礬.礦物表面硫的形態組分主要為黃鐵礦和黃鉀鐵礬,其質量分數分別為34.8%和65.2%.

低品位赤鐵礦球團成核劑強化還原機理研究

朱德慶, 春鐵軍, 潘建

2011, 33(11): 1325-1330. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.015

[摘要](131)

[PDF 585KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
對某低品位赤鐵礦球團直接還原過程中成核劑作用機理進行了研究.結果表明:在直接還原過程中,成核劑能夠使金屬鐵晶粒形核位壘降低50%以上,有效促進了金屬鐵晶粒快速形核.同時,添加成核劑后,球團的還原表觀活化能由18.10kJ·mol^-1降低到10.15 kJ·mol^-1,降低了43.92%.表觀活化能越低,還原反應越容易進行,即成核劑能夠有效促進鐵礦物還原,從而提高還原球團的金屬化率.

釩鈦磁鐵精礦直接還原反應行為及其強化還原研究

陳德勝, 宋波, 王麗娜, 齊濤, 王偉菁

2011, 33(11): 1331-1336. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.016

[摘要](124)

[PDF 885KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
通過在釩鈦磁鐵精礦中添加還原煤粉和少量添加劑,研究了還原溫度、還原時間和添加劑等因素對釩鈦磁鐵精礦金屬化率的影響,并對添加劑強化還原機理進行了探討.結果表明:還原溫度、還原時間、碳鐵摩爾比及添加劑對金屬化率的影響較大.在還原溫度1200℃、還原時間120 min的條件下,未添加添加劑時金屬化率最高可達84.5%;添加質量分數3.0%Na₂CO₃或CaF₂的條件下,釩鈦磁鐵精礦的金屬化率可以分別達到96.5%和93.3%.

CaO-MnO-SiO₂渣系作用濃度的計算模型

馬小春, 成國光, 張鑒

2011, 33(11): 1337-1340. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.017

[摘要](143)

[PDF 423KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
基于爐渣結構的共存理論,建立了CaO—MnO—SiO₂三元渣系組元作用濃度的計算模型,考察了堿度、溫度對組元MnO作用濃度N_MnO的影響.結果表明:模型計算值N_MnO與文獻實測活度值a_MnO非常吻合,說明本模型能夠較好地反映該渣系的結構本質;當B<2.0時,N_MnO隨著堿度的增加而增加;當堿度B=2.0時,N_MnO達到最大值;當B>2.0時,N_MnO隨著堿度的增加而降低;在低堿度范圍內,堿度對N_MnO的影響更為明顯;溫度對N_MnO的影響則不是很明顯.

LCAK鋼連鑄頭坯亞表層hook結構特征

楊文, 許志剛, 薛勇強, 曹晶, 王新華, 王萬軍

2011, 33(11): 1341-1348. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.018

[摘要](145)

[PDF 1191KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
對LCAK鋼頭坯亞表層hook結構的特征進行了研究.結果顯示:hook各特征之間存在著顯著的相關性,比如隨著hook傾角的增加,hook的長度、深度和厚度等也都呈現增大趨勢;隨著振痕深度增加、拉速減小,hook各特征也都呈現出增加的趨勢;hook的長度、深度和厚度等隨著澆鑄長度的增加而減小,在澆鑄7.9 m后hook各特征基本不變,這與結晶器熱流呈現出相反的關系,熱流越大,hook越短.最后提出了一種hook的形成機理,認為彎月面凝固發生于正滑脫后期和負滑脫前期兩個階段,此機理能夠解釋實驗中觀察到的hook起始點偏離振痕波谷的現象,并對hook的影響因素進行了討論.

基于有效拉速和有效過熱度的連鑄二冷控制模型

竇志超, 張曉峰, 尹佳, 張建峰, 劉青, 孫玉虎, 胡志剛, 李金波

2011, 33(11): 1349-1353. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.019

[摘要](117)

[PDF 576KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
針對連鑄生產中拉速及澆注溫度波動頻繁,導致靜態二冷配水控制下鑄坯表面溫度波動過大的問題,提出了一種基于有效拉速、有效過熱度的新型二冷控制模型.該模型不需要在線實時計算溫度場,只需要在已有參數控制模型的基礎上,實時計算有效拉速及有效過熱度即可對連鑄坯的表面溫度進行很好的控制.計算機仿真實驗表明,該控制模型對連鑄過程中拉速及過熱度的變化具有良好的適應能力,滿足連鑄生產的要求,而且模型簡單易行.

X70管線鋼中含Nb相的析出行為

王鳳琴, 解家英, 胡本芙

2011, 33(11): 1354-1359. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.009

[摘要](214)

[PDF 849KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
以首鋼生產的某X70管線鋼成分為基礎,利用Thermo-Calc軟件計算了不同溫度下鋼中析出相的組成、相的析出溫度及Nb元素的析出規律,研究了鋼中Nb和C含量對Nb析出規律的影響,利用熱模擬和掃描電鏡等手段分析了鋼中Nb合金相的析出溫度.結果表明,平衡態下該X70管線鋼中的析出相主要為Ti、Nb的碳氮化物、合金滲碳體、Ti₄C₂S₂、MnS、AlN、M₇C₃和Mo碳化物.Nb析出相主要以Nb和C元素為主,其中固溶Ti和N元素.隨Nb和C含量的增加,Nb合金相的析出溫度升高,在同一溫度下Nb的析出量增加.

熱鍍鋅DC54鋼板耦合變形的摩擦行為

伍嬋娟, 付艷超, 韋習成, 王武榮

2011, 33(11): 1360-1365. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.010

[摘要](113)

[PDF 1251KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
采用自行研制的耦合變形的摩擦試驗機,研究了熱鍍鋅DC54鋼帶與淬回火處理的DC53冷作模具鋼對偶滑塊在耦合變形條件下的摩擦磨損行為,并用有限元分析了耦合變形的摩擦條件下鋼帶沿厚向和摩擦面的應力分布.結果表明,在耦合變形的摩擦條件下,塑性變形是影響鋼帶摩擦行為的主要因素,隨載荷的增加,鍍鋅鋼帶與滑塊間的摩擦因數增大,磨損越劇烈.

固溶溫度和穩定化工藝對GH864合金疲勞裂紋擴展特征的影響

張麗娜, 董建新, 張麥倉

2011, 33(11): 1366-1372. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.011

[摘要](153)

[PDF 902KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
研究了不同固溶溫度和穩定化處理工藝后GH864合金的裂紋擴展情況.通過分析合金的微觀組織,斷口形貌以及lga-lgN_i/N_f、da/dN-a及da/dN-N曲線特征,定量計算了裂紋萌生期、穩態擴展期及失穩瞬斷期在整個疲勞斷裂過程中所占比例,并進一步分析影響各自比例的微觀組織因素.結果表明:隨著固溶溫度的升高,晶粒尺寸增加,合金的裂紋擴展速率降低,同時裂紋的萌生期的比例降低,而裂紋的擴展期比例則會增加;隨穩定化時間的延長和溫度的升高,晶界碳化物析出量增加,降低了合金的裂紋擴展速率,但是裂紋萌生期的比例在逐漸增加.

粉末注射成形制備Si₃N₄顆粒增強316L不銹鋼

田常娟, 何新波, 梅敏, 曲選輝

2011, 33(11): 1373-1377. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.020

[摘要](112)

[PDF 893KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
以多組元水溶性黏結劑為黏結劑,采用粉末注射成形工藝成功制備出了Si₃N₄顆粒增強316L不銹鋼復合材料.研究表明:以聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)和硬脂酸(SA)為主要成分的水溶性黏結劑表現出較好的水溶脫脂性能,注射坯在蒸餾水中脫脂6 h后,黏結劑總脫除率約為55%,其中PEG的脫除率約為78.6%;復合材料經燒結后組織均勻致密,性能良好,其致密度、硬度和拉伸強度分別為97.5%、HRB 81.7和620 MPa,其硬度和拉伸強度分別比采用石蠟基黏結劑制備的PIM-Si₃N₄增強316L不銹鋼復合材料提高5%和20.4%.

MgAlON結合鎂質、鎂鋁尖晶石質與剛玉質材料的組織與性能

程竹, 孫加林, 吳學真, 陳肇友, 王金相, 萬龍剛

2011, 33(11): 1378-1386. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.002

[摘要](231)

[PDF 1380KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
采用反應燒結法制備了MgAlON結合的鎂質、鎂鋁尖晶石質和剛玉質試樣,研究了不同主晶相對MgAlON單相結合相形成溫度的影響及化學反應引起的體積膨脹和氧化物揮發對材料燒結的影響.結果表明:雖然用以形成MgAlON結合相的混合細粉的組成和數量都相同,但MgAlON結合的鎂質、鎂鋁尖晶石質和剛玉質試樣中形成MgAlON單相結合相的溫度是不同的,依次呈升高趨勢;MgAlON結合鎂質試樣在燒成過程中體積顯著膨脹,MgO大量揮發,燒后試樣鎂砂顆粒和基質結合松散,密度低,強度小;MgAlON結合剛玉試樣在燒成過程中體積膨脹小,氧化物揮發少,燒后試樣剛玉顆粒和基質結合緊密,密度較高,強度較大;而MgAlON結合鎂鋁尖晶石試樣燒成過程中的體積膨脹量、氧化物揮發量,燒后試樣顆粒和基質的結合程度、密度和強度都介于前兩者之間.

多壁碳納米管的表面改性及電化學儲能

關慧, 范麗珍, 喬素燕, 曲選輝

2011, 33(11): 1387-1390. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.005

[摘要](287)

[PDF 615KB](18) [施引文獻] ()

摘要:
采用體積比為3∶1的濃硫酸和濃硝酸混合溶液對多壁碳納米管進行表面氧化改性,利用場發射掃描電鏡(FE-SEM)、比表面分析儀(BET)以及X射線光電子能譜(XPS)等手段分析了酸處理前后多壁碳納米管的形貌、比表面積和表面官能團,利用循環伏安測試和充放電測試分析了酸處理前后多壁碳納米管的電化學性能.結果表明,通過酸氧化改性,多壁碳納米管的管長變短,比表面積增加,表面含氮和含氧官能團增加,從而導致其電化學性能大幅度地提高,在1 mol·L^-1的硫酸電解液中比電容從7 F·g^-1增加到66 F·g^-1.

軋制復合生產特厚板工藝

余偉, 張燁銘, 何春雨, 徐立善, 蔡慶伍

2011, 33(11): 1391-1395. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.012

[摘要](134)

[PDF 737KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
采用Q345連鑄坯料,經過表面清理、焊接組坯和抽真空至1×10^-3 Pa后密封,分別采用兩階段控軋和再結晶型控軋兩種軋制工藝進行軋制.用剪切、拉伸和冷彎試驗檢驗復合板的力學性能,利用掃描電鏡觀察分析復合板的組織與結合面.結果表明:兩種軋制工藝生產出的鋼板各項力學性都能達標;再結晶控軋工藝比兩階段控軋工藝復合效果更好,并生產出的鋼板厚向性能更加均勻.試驗條件下的軋制復合包含機械嚙合與再結晶兩種機制.

楔橫軋成形GH4169合金的熱力耦合數值模擬

張寧, 王寶雨, 胡正寰

2011, 33(11): 1396-1401. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.013

[摘要](134)

[PDF 624KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
采用有限元軟件DEFORM-3D對GH4169合金的楔橫軋成形進行了熱力耦合數值模擬,得到了GH4169合金軋件的金屬流動情況、溫度場的分布規律以及軋件與軋輥間的軋制力和力矩,并與45#鋼進行了對比分析.結果表明:在楔橫軋成形中,GH4169合金軋件的軸向金屬流動規律不同于45#鋼,其外層金屬的軸向流動大幅度滯后于心部;各力能參數都要大于45#鋼,且最高為45#鋼的2.15倍;變形溫度始終高于45#鋼,最高溫升比45#鋼多6.21%.

先進變凸度工作輥輥形及其控制特性

李洪波, 張杰, 曹建國, 李慧慧, 周一中, 黃為民

2011, 33(11): 1402-1405. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.014

[摘要](139)

[PDF 451KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
跟蹤某2250 mm熱軋生產線CVC輥形實際竄輥數據發現,連續變凸度(CVC)輥形常竄到兩端極限位置.分析表明,CVC輥形的二次凸度調控能力隨帶鋼寬度減小而呈二次方下降趨勢,表現出對較窄帶鋼凸度控制能力的明顯不足.Smart-Crown輥形也存在同樣問題.提出一種新的先進變凸度(AVC)工作輥輥形曲線,其二次和四次凸度與竄輥量呈線性關系,且隨著四次凸度控制能力的增大,二次凸度控制能力隨帶鋼寬度的變化明顯放緩,有助于提高寬帶鋼或超寬帶鋼軋機對不同寬度帶鋼的板形控制能力.

功能梯度材料零件層片路徑掃描算法

王素, 王彥, 高峰

2011, 33(11): 1406-1411. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.006

[摘要](221)

[PDF 509KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
提出了一種用于加工功能梯度材料零件的路徑掃描算法.首先將功能梯度材料零件進行分層處理,把每一層片內連續分布的材料離散為若干個材料均勻分布的子區域,再對每個子區域分別加工從而實現一定精度要求下功能梯度材料零件的加工制造.給出了路徑規劃實例,驗證了路徑掃描算法的正確性.

變質量流動吸附床內的速度分布

鄭新港, 劉應書, 李永玲, 張輝, 劉文海

2011, 33(11): 1412-1418. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.003

[摘要](222)

[PDF 679KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
在氣體吸附分離過程中,吸附床內氣體流動過程實質上是一個變質量流動過程.借助二維模型對吸附床內氣體的速度分布進行了研究,在模型中考慮了吸附引起的質量變化和床層的徑向空隙率的分布.結果表明:(1)多孔介質本身對流動有著重整作用,使流動趨于均勻分布,但是進口端的吸附劑受入口效應的影響較大,在此區域速度呈W形分布,部分區域達到流化狀態;(2)在吸附步驟,速度在傳質區有著較大的變化,在其他的三個步驟內,速度沿吸附劑床層近似線性變化;(3)降壓步驟中,床中氣體速度較高,對顆粒沖擊較大,易引起摩擦和粉化,應合理控制降壓速率;(4)氣體吸附引起的質量變化對壓力和速度有著重要影響,不能輕易忽略.

離子液體酸催化小球藻油脂轉化生物柴油

尹春華, 徐佩, 何歡聚, 賈璇, 王海鷗, 姜澤毅, 王戈, 張欣欣, 閆海

2011, 33(11): 1419-1423. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.004

[摘要](275)

[PDF 493KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
以提取得到的小球藻(USTB-01)油脂為原料,采用離子液體酸([C₄MIm]HSO₄)為催化劑,研究了通過酯交換反應制備生物柴油的適宜條件,并采用氣相色譜-質譜聯用儀(GC-MS)對小球藻油脂及所制備的生物柴油的脂肪酸組成進行了分析測定.結果表明,研磨破碎藻細胞壁能顯著提高索氏法提取藻脂的提取率,石油醚是最適宜的提取溶劑.提取得到的小球藻脂富含C16和C18脂肪酸.藻脂轉化生物柴油的適宜條件是:醇油摩爾比為9∶1,催化劑用量占藻脂質量的8%,反應時間為6 h,反應溫度為150℃.在此條件下,生物柴油的產率為64%.氣質聯用儀(GC-MS)分析表明該生物柴油主要成分為棕櫚酸(C16:0)甲酯和不飽和的亞油酸(C18:2)甲酯,是可行的石化柴油替代品.

一種基于節點關聯的報警置信度計算方法

周芳, 于真, 鄭雪峰

2011, 33(11): 1424-1429. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.021

[摘要](103)

[PDF 452KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
大部分入侵檢測系統的實現都會產生大量的報警信息,在一定程度上影響了系統管理,誤報率也較高,影響了入侵檢測的效果.針對這個問題,提出了一種基于節點關聯的報警置信度計算方法,位于對等網絡之上,節點在收到一系列入侵報警之后,需要進行節點關聯,從而對報警信息進行融合,提取有效報警信息.其中根據關聯對象的不同,節點關聯又包括報警關聯和信任關聯兩個層次,報警關聯可用來判斷入侵報警的有效性,信任關聯可用來判斷發起報警節點的可信性,給出了相關算法.仿真實驗表明,使用該報警置信度計算方法可以提高入侵報警的檢測準確率.

混雜FRP加固腐蝕鋼筋混凝土圓柱基于位移性能的抗震設計

鄧宗才, 李建輝, 張永方

2011, 33(11): 1430-1436. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.022

[摘要](109)

[PDF 692KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
采用簡化的雙線性纖維增強聚合物(FRP)約束混凝土應力-應變曲線模型,對地震荷載作用下的混雜FRP約束完好混凝土圓柱進行了近似的截面延性分析,再從鋼筋有效截面面積的減少、鋼筋力學性能的降低和鋼筋-混凝土黏結界面的弱化三個方面考慮鋼筋腐蝕對截面延性的影響,建立了計算混雜FRP加固腐蝕混凝土圓柱潛在塑性鉸區延性的簡單適用模型,并編寫了無需迭代的混雜FRP加固腐蝕混凝土柱基于位移性能的抗震設計程序.