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6期

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露天-地下聯合開采中洞室群動力響應分析

任紅崗, 譚卓英, 蔡學峰, 謝智謙

2011, 33(6): 647-652. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.010

[摘要](144)

[PDF 643KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
利用FLAC^3D軟件模擬了露天爆破荷載作用下地下洞室群的動態響應.采用IDTS3850測試儀實測爆破振動數據,利用薩道夫斯基經驗公式計算在最大裝藥量和最短爆心距情況下的爆破振動參數;將速度時程轉換為應力時程,并利用FLAC^3D內置的Fish函數,通過在邊界節點或內部節點上輸入動力荷載時程來實現動力加載,然后從塑性區、位移和應力方面對動力模擬和靜力分析結果進行比較,得出動力荷載對洞室群穩定性的影響狀況.研究表明:爆破振動會加大洞室群的豎直位移,尤其是洞室間交叉區域的位移;施加動力荷載后,對靜力作用下所產生的應力集中有一定的卸荷作用,還會增大洞室壁的片幫,但不會使洞室群整體破壞.

煤巖強度及變形特征的微細觀損傷機理

楊永杰, 王德超, 王凱, 黃冬梅

2011, 33(6): 653-657. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.011

[摘要](161)

[PDF 546KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
利用MTS815.03電液伺服巖石力學試驗系統和S250Mk3掃描電鏡對三種煤巖性能及形貌進行分析觀察,采用損傷力學分析方法對煤巖強度和變形特征的微細觀機理進行了研究.結果表明,煤巖微細觀損傷變量對其宏觀力學參數影響很大,同為石炭二疊系兗州煤田的鮑店礦3煤和許廠礦3煤的原生損傷變量分別比新河礦3煤減少68.5%和50.6%,其單軸抗壓強度分別增加224.8%和109.9%,彈性模量分別增加147.3%和66.9%.同時,隨損傷變量減小,煤的單軸壓縮破壞逐漸由塑性向脆性轉變.煤巖宏觀力學性質與其微細觀損傷密切相關.

三軸及孔隙水作用下煤的變形和聲發射特性

李玉壽, 楊永杰, 楊圣奇, 馬占國

2011, 33(6): 658-663. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.007

[摘要](232)

[PDF 619KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
在MTS815.02巖石力學試驗系統上進行了煤的單軸壓縮、三軸壓縮及孔隙水作用下全應力應變試驗及聲發射檢測.結果表明:煤的三軸強度、殘余強度隨圍壓增高而增大,隨孔隙水壓增高而降低;在低圍壓試驗范圍內,煤的彈性模量不隨圍壓變化.煤在不同試驗條件下呈現的聲發射特征有顯著差異性:單軸試驗時各個階段均有聲發射事件產生,三軸及孔隙水試驗條件下煤樣屈服之前聲發射事件較少,而屈服之后聲發射趨于活躍;單軸試驗時煤的聲發射能量最大,隨孔隙水壓增大,煤樣變形過程釋放的聲發射能量逐漸減小.

類巖石材料聲發射參數與應力和應變耦合本構關系

薛云亮, 李庶林, 林峰, 徐宏斌

2011, 33(6): 664-670. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.003

[摘要](254)

[PDF 884KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
利用液壓伺服試驗系統和聲波監測儀開展了巖石和混凝土材料聲發射特性試驗研究,并在試驗基礎上研究了損傷變量與聲發射參數之間的量化關系.結果表明,損傷變量與聲發射參數呈線性關系.采用基于Weibull分布的損傷本構模型及損傷變量與聲發射數間的經驗公式,推導出應力、應變參量與聲發射數參量的耦合模型,該模型參數可以根據應力-應變全曲線及損傷變量與聲發射數關系曲線的幾何邊界條件確定其表達式,方式簡單適用.通過與巖石和混凝土試樣單軸壓縮試驗實測結果對比,證實模型可以很好地反映單軸受壓狀態下巖石和混凝土的應力、應變與聲發射數的耦合關系.

巖石低溫單軸壓縮力學特性

李云鵬, 王芝銀

2011, 33(6): 671-675. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.004

[摘要](276)

[PDF 401KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
以非線性熱彈性理論為基礎,建立了考慮巖石冰脹效應的變物性本構方程,給出了干燥低溫和飽和凍結狀態下單軸壓縮強度和力學特性參數隨溫度的變化關系.借助花崗巖在兩種狀態下的壓縮試驗結果,探討了低溫花崗巖的單軸壓縮力學特性.飽和凍結狀態下的抗壓強度大于干燥低溫狀態的抗壓強度,其相差量隨著溫度降低有增加趨勢;在同種狀態下抗壓強度隨溫度降低呈增長趨勢,增長率逐漸減小.低溫附加強度主要由巖石基質熱力效應所貢獻,而由巖石孔隙冰脹效應引起的附加強度相對較小.花崗巖在干燥低溫和飽和凍結狀態下,變形模量均隨溫度的降低呈增大趨勢,而泊松比變化相對較小.

全尾砂濃密特性研究及其在濃密機設計中的應用

王洪江, 陳琴瑞, 吳愛祥, 翟永剛, 張新普

2011, 33(6): 676-681. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.008

[摘要](248)

[PDF 483KB](10) [施引文獻] ()

摘要:

在實驗裝置中添加了轉子導流系統,使模型裝置更接近于現場高效濃密機.采用均勻設計方法,以單位面積固體處理量和底流體積分數作為尾砂濃密效果的評價指標,考察各因素對尾砂濃密效果的影響.結果表明:單位面積固體處理量與絮凝劑單耗正相關,最佳入料體積分數為6.56%;底流體積分數與入料體積分數、停留時間和絮凝劑單耗均正相關.最后通過凱奇沉降模型對沉降曲線進行分析,速度限制層一般為過渡區與壓縮區的交界處,根據實驗結果和尾砂日處理量計算得出濃密機的最小直徑為14m.

石英對微生物浸出黃銅礦的作用

莫曉蘭, 林海, 董穎博, 傅開彬, 徐承焱

2011, 33(6): 682-687. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.018

[摘要](143)

[PDF 990KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
為探明石英在微生物浸出銅過程中的作用與影響,選擇粒度<43μm的石英,與黃銅礦和黃鐵礦形成礦漿浸出體系,考察了石英質量濃度對黃銅礦浸出效果的影響.結果表明:適量的石英,其粒度越細越能促進黃銅礦的浸出.當石英質量濃度為50g·L^-1、粒度<43μm時,黃銅礦的浸出率最高可達54.09%,比不添加石英的浸出率提高了近20%;通過對微生物浸出過程的氧化還原電位、pH值、Fe²⁺、Fe³⁺變化分析,以及浸渣的掃描電鏡和能譜分析發現,石英促進黃銅礦浸出主要表現在能縮短微生物浸出的延遲時間,它對浸出過程新生成的沉淀具有吸附作用,能在一定程度上減輕沉淀對黃銅礦浸出的阻礙.

復雜銀銅精礦的沸騰焙燒綜合回收工藝

徐斌, 王成彥, 王忠, 趙海

2011, 33(6): 688-693. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.009

[摘要](227)

[PDF 454KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
采用沸騰焙燒綜合回收工藝對呷村復雜銀銅精礦難浸出問題進行實驗,以沸騰焙燒脫硫、脫砷→硫酸浸出銅、鋅→氯鹽浸出銻、銀→NaClO₃氧化浸金→碳銨轉化鉛的工藝進行處理,實現銅、鋅、銀、銻、鉛、金、砷和硫等有價元素的綜合回收.在硫酸化沸騰焙燒過程中控制1.1倍空氣過剩系數、0.25-0.35m·s^-1的工況爐膛線速度以及600-630℃的焙燒溫度,可以避免高鉛復雜銀銅精礦的燒結,脫硫率為49.68%,煙氣中SO₂體積分數為5.5%可滿足制酸要求.

釩鈦燒結料床豎向不均勻燒結

白永強, 程樹森

2011, 33(6): 694-701. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.019

[摘要](129)

[PDF 878KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
通過對釩鈦燒結料床的不同料層進行測溫,研究了不同深度燒結料成礦過程的溫度變化曲線,利用火焰前鋒速度和成礦前鋒速度兩個參數評價了臺車豎向燒結的不均勻程度.結果表明:隨著料層深度的增加,火焰前鋒和成礦前鋒遷移速度下降,說明臺車下部料床的結構變化大,燒結透氣性惡化;加強偏析布料效果,增大臺車下部料粒的平均粒度和熱態強度,對提高釩鈦礦燒結利用系數至關重要.同時,對不同深度處的燒結礦進行礦相分析表明,釩鈦燒結礦由磁鐵礦、赤鐵礦、鐵酸鈣、硅酸鈣、鈣鈦礦和玻璃相六種主要礦物組成,隨著料層深度的增加,磁鐵礦、硅酸鈣和鈣鈦礦含量增多,鐵酸鈣和赤鐵礦含量下降.

大方坯連鑄結晶器電磁攪拌三維電磁場的數值模擬

魏寧, 包燕平, 吳華杰, 呂明, 肖超平, 留津津

2011, 33(6): 702-708. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.020

[摘要](124)

[PDF 738KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
借助ANSYS有限元分析軟件對240mm×280mm大方坯結晶器電磁攪拌磁場進行了數值模擬,系統研究了電磁攪拌參數對結晶器內磁場和電磁力的影響規律.結果表明:磁場在結晶器電磁攪拌器內產生的旋轉電磁力在水平截面上形成一對力偶,驅使鋼液順時針旋轉;結晶器高度方向上磁場分布呈"兩端小中間大"分布特征.數值計算的磁感應強度與實測結果基本吻合.提出了杭鋼大方坯45^#鋼電磁攪拌優化后的工藝參數為電流350A和頻率3Hz,實驗表明在此工藝參數下鑄坯質量得到顯著提高.

氣體滲氮對中碳車軸鋼超長壽命疲勞性能的影響

魯連濤, 張繼旺, 崔國棟, 沈訓梁, 張衛華

2011, 33(6): 709-714. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.012

[摘要](120)

[PDF 812KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
研究了氣體滲氮在材料表面層由表及里逐次形成的氧化物層、氮化物層及N固溶層對中碳車軸鋼超長壽命旋轉彎曲疲勞性能的影響.與未處理試樣相比,帶有氧化物層、去除氧化物層及去除氮化物層的滲氮試樣的疲勞強度逐級提高.去除氧化物層和去除氮化物層的試樣在超長壽命區分別發生次表面和內部破壞.通過斷口觀察和斷裂分析,闡明了滲氮處理材料的表面層對超長壽命疲勞性能的影響.

回火溫度對Q960鋼析出物組織特征的影響

于浩, 張道達, 肖榮亭, 周平, 李燦明

2011, 33(6): 715-720. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.013

[摘要](127)

[PDF 707KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
利用透射電鏡、能譜儀(EDX)及多功能內耗儀系統地研究了在相同成分、軋制工藝、淬火工藝和不同回火溫度條件下Q960鋼組織中析出物的形態、分布和組成,給出了回火溫度對析出物組織特征的影響規律.結果顯示:回火溫度低于400℃時,馬氏體內固溶碳量下降趨勢較劇烈;回火溫度高于400℃時,馬氏體內固溶碳量下降非常緩慢.此外,大量細小且平行析出的θ-碳化物溶解并最終被沿馬氏體板條界析出的Cr的碳化物代替.隨著回火溫度的升高,Nb、V和Ti的復合碳氮化物長大,形狀也由方形向橢圓形演變.

卷取溫度對熱軋X70管線鋼層流冷卻過程殘余應力的影響

余偉, 盧小節, 陳銀莉, 徐耀文

2011, 33(6): 721-726. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.014

[摘要](153)

[PDF 576KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
通過熱膨脹儀和Gleeble3500熱模擬試驗機檢測X70鋼的膨脹系數、高溫屈服強度和彈性模量,采用Marc有限元軟件計算了熱軋帶鋼在層流冷卻中卷取溫度分別為500、550和600℃時的溫度場、相變體積分數、殘余應力隨時間的變化.結果表明:層流冷卻過程中,在水冷前期帶鋼邊部的應力超過了該溫度下鋼板的屈服強度,帶鋼板形會向著邊浪發展;水冷結束時,邊部應力值再次超過屈服強度并發生了塑性變形,帶鋼板形會向著中浪發展.在保證X70管線鋼性能的條件下,降低卷取溫度有利于鋼板貝氏體相變的完成和層流冷卻階段殘余應力的降低.

恒電流脈沖法研究鋼筋在模擬混凝土孔溶液中的腐蝕行為

施錦杰, 孫偉, 耿國慶

2011, 33(6): 727-733. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.015

[摘要](123)

[PDF 597KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
通過恒電流脈沖法研究了鋼筋在不同pH值模擬混凝土孔溶液中的腐蝕行為.應用時間常數與雙電層電容計算了鋼筋的極化電阻.結果表明:鈍化鋼筋的時間常數大于活化腐蝕鋼筋,鈍化鋼筋的雙電層電容比活化腐蝕鋼筋小;腐蝕末期較好的抗腐蝕能力證實了鋼筋在CP模擬液(pH13.6)中形成的鈍化膜比在CH模擬液(pH12.5)中更致密,耐蝕性更好,而在CN模擬液(pH11.0)中基本無法形成完整的鈍化膜;SO₄^2-與SiO₃^2-加入CP模擬液能提高鋼筋的極化電阻,鋼筋表面形成了更致密的鈍化膜,在腐蝕末期鋼筋表現出了更好的耐蝕性.最后,比較了恒電流脈沖、線性極化及電化學阻抗譜所測的極化電阻與腐蝕電流密度,表明這三種電化學方法在測試鋼筋腐蝕速率方面具有較好的相關性.

Ⅰ-Ⅲ型復合加載下鋁合金疲勞裂紋擴展速率

王建國, 李璐, 王連慶, 王紅纓

2011, 33(6): 734-738. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.002

[摘要](222)

[PDF 619KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
通過有限元數值模擬和疲勞裂紋擴展試驗,研究了鋁合金材料在Ⅰ-Ⅲ復合型加載條件下的疲勞裂紋擴展規律,得到了在不同加載情況下裂紋的應力強度因子、裂紋前緣能量場和塑性區半徑.在分析Ⅰ型拉力載荷對裂紋擴展的基礎上,著重分析了Ⅲ型加載對Ⅰ型裂紋應力強度因子及裂紋前緣能量場的影響.結果表明:應力強度因子K_Ⅰ隨著Ⅲ型加載的增大而減小,而裂紋附近塑性區半徑增大.進行Ⅲ型靜態加載會使疲勞裂紋擴展速率減小,在一定范圍內,Ⅰ-Ⅲ復合型疲勞裂紋擴展速率隨著Ⅲ型加載的增加而減小;而在進行Ⅲ型循環加載會使疲勞裂紋擴展速率增大,在一定范圍內,Ⅰ-Ⅲ復合型疲勞裂紋擴展速率隨著Ⅲ型加載的增加而增大.

金屬顆粒分散壓電陶瓷復合材料的壓電性能

張賞, 邱紅梅, 張海龍

2011, 33(6): 739-744. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.022

[摘要](123)

[PDF 481KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
金屬顆粒分散壓電陶瓷復合材料是一種新型的3-0型壓電復合材料,其有效壓電性能受金屬相體積分數的影響.利用基于格林函數的有效介質理論,結合由于金屬相的彌散導致壓電陶瓷內電疇的取向分布變化,對金屬相體積分數對復合材料有效壓電性能的影響進行理論計算.結果表明,復合材料的有效壓電性能隨金屬相體積分數的增加呈下降趨勢,理論計算和文獻報道的實測結果基本吻合,表明該方法能夠預測壓電陶瓷/金屬復合材料體系顯微結構與壓電性能之間的關系.

納米SiO₂粒子復合對聚脲涂層耐蝕性能的影響

李全德, 孟惠民

2011, 33(6): 745-750. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.016

[摘要](136)

[PDF 997KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
采用紫外光暴露+冷凝的紫外加速老化試驗,結合表面形貌觀察測試了納米SiO₂粉體復合聚脲涂層的光老化性能,采用3.5%NaCl溶液浸泡試驗測試了涂層的耐海水浸泡腐蝕性能,通過場發射掃描電子顯微鏡、自腐蝕電位和交流阻抗圖譜等分析了不同涂層的耐蝕性能.結果表明:納米SiO₂粉體顯著提高了芳香族聚脲涂層的耐蝕性能,自腐蝕電位由-40mV升高至60mV,電化學阻抗模值增加了約一個數量級,涂層進入迅速老化階段的時間延長了約120h,在3.5%NaCl溶液中的浸泡壽命提高了約600h.

超聲乳化法制備納米Fe₃O₄磁性顆粒及殼聚糖表面改性

季業, 邵慧萍, 郭志猛, 林濤, 楊棟華

2011, 33(6): 751-755. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.005

[摘要](224)

[PDF 417KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
采用超聲乳化法制備納米Fe₃O₄磁性顆粒,以殼聚糖作為表面活性劑,制備具有生物親和性的水基Fe₃O₄磁流體.研究了Fe²⁺/Fe³⁺摩爾比、超聲時間和表面活性劑用量對磁流體性能的影響.結果表明:當Fe²⁺/Fe³⁺摩爾比為1:1.5,滴加氨水時反應溫度為70℃時,可制備理想納米Fe₃O₄磁性顆粒;超聲時間為7.5min左右,質量分數1%的殼聚糖溶液體積占FeO溶液總體積的50%時,有利于殼聚糖分子的包覆,使磁流體具有較高的比飽和磁化強度及穩定性.

基底預處理對于水熱法制備ZnO微/納米管陣列的影響

劉政楠, 郭瀟, 郭敏, 張梅

2011, 33(6): 756-761. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.006

[摘要](266)

[PDF 1001KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
采用水熱法系統研究了基底預處理(基底鋪膜、不鋪膜吹氮氣處理和鹽酸浸泡處理等)方式對于制備ZnO微/納米管陣列的影響;結合ZnO晶體的微觀結構,探討了基底特征與ZnO微/納米管陣列生長的內在聯系.結果表明,采用高純氮氣和鹽酸浸泡預處理基底均能制備得到ZnO微/納米管陣列,并且這兩種預處理方法制備出的納米管在尺寸、形貌和分布上有所不同.ZnO微/納米管成管機理研究表明,ZnO頂部鋅終端對于生長微/納米管起著決定性作用.

小斷面收縮率軸類零件楔橫軋成形的可行性分析

劉文科, 張康生, 胡正寰

2011, 33(6): 762-765. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.017

[摘要](145)

[PDF 344KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
利用ANSYS/LS-DYNA軟件,對楔橫軋小斷面收縮率軸類零件的成形過程進行了有限元數值模擬,通過與常規斷面收縮率軋件對比,分析了小斷面收縮率軋件的表面和心部質量情況.結果表明:相同工藝參數條件下,小斷面收縮率軋件橫截面的橢圓度大于常規斷面收縮率軋件;由于小斷面收縮率軋件中心點處的平均應力和最大主應力均較大,因而更容易發生心部缺陷.提出了改善軋件表面和心部質量的措施.經軋制實驗驗證,楔橫軋成形小斷面收縮率軸類零件是可行的.

基于可靠度與置信度的雙可靠性指標安全系數方法

晏青, 熊峻江, 邱濤

2011, 33(6): 766-770. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.001

[摘要](278)

[PDF 297KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
在可靠度指標的基礎上引入了置信度指標,提出可靠度與置信度的雙可靠性指標的安全系數概念,并根據可靠性理論推導出新計算公式.該公式考慮了實驗數據樣本容量的影響,給出了小子樣實驗數據條件下的安全系數取值.將新安全系數應用于結構可靠性設計,算例結果表明,與其他方法相比,此方法計算結果安全系數更合理,且簡單實用,能滿足結構可靠性設計的要求,可取得顯著的減重效果.

煙氣組分及飛灰對汞形態轉化的影響

羅津晶, 張龍東, 黃華偉, 張杰儒

2011, 33(6): 771-776. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.021

[摘要](132)

[PDF 673KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
模擬研究O₂、SO₂和HCl三種煙氣氣體與飛灰存在狀態對汞形態轉化的影響,并探討溫度對其轉化的作用.結果表明:在不同氣氛中,反應溫度升高有利于汞的氧化,但N₂-SO₂的煙氣體系則相反;O₂、SO₂和HCl單獨存在于煙氣中時,對汞的氧化起到不同程度的促進作用,其中HCl的效果最好;煙氣中含有O₂和HCl將使汞的氧化率明顯提高;當SO₂與HCl同時存在于煙氣中時,SO₂會通過與HCl反應抑制汞的氧化過程.飛灰為氧化反應提供反應介質和催化劑,促進煙氣中汞的形態轉化.