• 电弧焊接数值模拟中热源模型的研究与发展

    朱志明;符平坡;杨中宇;郭吉昌;

    焊接过程的数值模拟作为一种有效的计算手段,在焊接温度场及残余应力分布的评价中获得了广泛应用,而焊接热源模型的选择及模型参数的确定直接影响到计算和评价结果的准确性.本文通过对近年来常用的电弧焊接热源模型进行梳理,介绍了其研究进展,分析了不同热源模型的特点及适用性.高斯面热源模型和双椭球体热源模型作为基础热源模型,广泛应用于较小尺寸工件和规则轨迹的焊接过程数值模拟,且具有较高的计算精度;简化热源模型和温度替代型热源模型多用于大厚工件的多层多道焊接及复杂轨迹焊接过程的数值模拟,能够实现效率和精度的统一;多丝电弧焊接热源较为复杂,采用修正后的双椭球体叠加热源模型,计算结果能保证一定的精度;结合型热源模型对熔池形状的描述更灵活,在深熔电弧焊的数值模拟中具有优势.本文可为电弧焊接过程数值模拟的热源模型选择和模型参数确定提供有益参考.

    2018年04期 v.40;No.288 389-396页 [查看摘要][在线阅读][下载 238K]
  • 三维确定性模型在浅层黄土滑坡稳定性预测中的应用

    辛星;张帆宇;

    浅层黄土滑坡是黄土高原广泛分布和频繁发生的地质灾害,造成了巨大的人员伤亡和财产损失.尽管二维确定性模型已被广泛用于浅层滑坡稳定性预测,但不能充分考虑岩土性质、地层结构、地下水等条件的三维空间变化,这可能与实际的斜坡稳定性不相符.因此,利用能考虑复杂斜坡环境的三维确定性模型评价滑坡稳定性,对获取更真实的评价结果以及指导滑坡防治工作具有重要意义.本文利用Scoops3D三维确定性模型评价了在浅层黄土滑坡稳定性预测中的适应性和可靠性.首先,模型计算参数敏感性的分析发现黏聚力、滑动视倾角和栅格单元重量对安全系数准确度影响较大,并用于指导获取详细的关键参数.然后,选取不同分辨率的数字高程模型(DEM)数据,利用Scoops3D模型对典型黄土沟壑中的浅层黄土滑坡稳定性进行预测,并通过详细的点状和面状滑坡分布图与预测结果的对比发现,该模型对黄土沟壑区的浅层滑坡稳定性预测准确度较高,且点状滑坡分布图可能更适合模型适应性的检验.最后,混淆矩阵法和成功率曲线法对不同分辨率数字高程模型预测结果可靠性的检验显示,该模型能够有效地预测黄土浅层滑坡的稳定性,且在高分辨率数字高程模型数据下可以获得可靠的预测精度.

    2018年04期 v.40;No.288 397-406页 [查看摘要][在线阅读][下载 626K]
  • 基于MSR300雷达监测的凹山采场降雨条件下的边坡变形及滑坡

    章亮;任奋华;王培涛;赵健存;

    降雨是诱发滑坡的主要因素之一,尤其在暴雨条件下,更易激发滑坡.随着南帮边坡开采高陡化,滑坡发生频繁.为研究降雨条件下南山矿凹山采场南帮边坡稳定性特征,采用MSR300型雷达对边坡进行了连续4 a的实时稳定性监测,基于采集到的采场降雨数据和边坡滑移数据,分析了降雨量和降雨强度与边坡变形规律,对凹山采场滑坡各阶段进行了划分,建立了凹山采场边坡失稳模型和预警阈值.结果表明:凹山采场变形与降雨量呈正相关,服从幂函数规律;边坡变形速度曲线与降雨强度有良好的一致性,滑坡一般发生在最大降雨强度之后;滑坡阶段主要包括初始变形阶段,稳定变形阶段和加速变形阶段;报警阈值分别为:6 h时序内,位移阈值为20 mm,速度阈值1.5 mm·h-1;12 h时序内,位移阈值为30 mm,速度阈值为2.5 mm·h-1.凹山采场滑坡曲线与岩土体非稳定蠕变曲线具有较高的相似性,位移曲线出现了"阶跃"现象,速度曲线出现了"尖凸"现象,这种情况易引起滑坡事故,其中在位移曲线的"拐点"处和相应速度曲线的"凸点"处发生滑坡的可能性最大.研究成果为类似矿山边坡稳定性监测和破坏机制提供了科学依据和参考.

    2018年04期 v.40;No.288 407-415页 [查看摘要][在线阅读][下载 613K]
  • 不同粒径煤吸附瓦斯过程中的热电效应

    陈立;张英华;黄志安;高玉坤;杨锐;

    选取3种不同变质程度的原煤,制成5种不同粒径的煤粒,并压制成型煤,在压力3 MPa和温度25℃条件下对型煤试样进行等温吸附实验,并利用SH-X多路温度测试仪和CHI660E型电化学工作站测试煤吸附瓦斯过程中的温度变化和电流-时间曲线,基于Clausius-Clapeyron方程和相关性系数,分析和研究不同粒径煤吸附瓦斯过程中煤的热电效应及其相关性,试图从煤的热电效应方面研究煤的吸附能力.结果表明:煤在吸附瓦斯过程中伴随有明显的热电效应,在吸附平衡时,煤的温度升高了0.93~8.74℃,煤的电阻率比稳定时降低了0.14~0.16倍;煤的温度随粒径减小和吸附量的增加而升高,煤的电阻率变化却相反;煤体温度和电阻率变化与瓦斯吸附量变化呈现很强的相关性,相关性系数rw和rd分别介于0.9502~0.9899和-0.9316~-0.9916之间,均接近于±1.因此,吸附过程中的热电效应可反映煤的吸附能力,在吸附平衡时,煤体温度变化越大,温度越高,电阻率越小,说明煤的吸附能力越强;相反,说明煤的吸附能力越弱.

    2018年04期 v.40;No.288 416-426页 [查看摘要][在线阅读][下载 805K]
  • 基于云理论的油气管道滑坡危险性综合评价

    张满银;王生新;孙志忠;徐震;王沪生;

    管道滑坡危险性评价是长输油气管道沿线滑坡灾害预防和治理中规划决策的重要依据.该评价组织由定量和定性两类指标构成,评价系统具有随机性和模糊性的特点.针对常用的定性和半定量评价法在处理系统的随机性和模糊性上存在顾此失彼和人为主观性强的问题,引入能同时有效反映事物随机性和模糊性的云理论,运用黄金分割率法构建5级标度的管道滑坡危险性状态标尺云和指标重要性权重云,提出定量指标的不确定性推理过程和定性指标专家群语言云转化的浮动云偏好集结算法,构建了油气管道滑坡危险性的综合评价模型并进行了工程例证分析.4处待评样本的综合评价结果与半定量法结果基本一致,并与实际相符.该模型软化了指标边界的硬划分,简化了指标数据的预处理;实现了评价的定量与定性融合和集成决策;提高了结果的精确性、合理性和可视化.

    2018年04期 v.40;No.288 427-437页 [查看摘要][在线阅读][下载 477K]
  • 赤泥—煤矸石基公路路面基层材料的耐久与环境性能

    刘晓明;唐彬文;尹海峰;Emile Mukiza;

    以拜耳法赤泥、煤矸石和粉煤灰等工业固废为基本原料在实验室制备了一种公路路面基层材料,并研究了其力学性能、耐久性能和环境性能.通过开展干湿循环以及冻融循环试验研究了该公路路面基层材料的耐久性能,并利用ICP浸出试验和放射性检测研究其环境性能.结果表明,赤泥-煤矸石基路面基层材料赤泥和煤矸石掺量之和75%、固废总掺量97%时,7 d养护后无侧限抗压强度达到6 MPa以上;经过20个干湿循环后,矿渣掺量为5%的路面基层试块强度为5.98 MPa,满足国家标准;经过5个冻融循环后,路面基层材料的7 d抗压强度仍然达到6.89 MPa,具有良好的耐久性能.浸出试验结果显示,浸出液中Na+浓度均符合国家饮用水标准,同时浸出液中Zn、Hg、Cu、Pb、Ni等重金属均未检测出;放射性试验结果表明,试验所用纯赤泥的放射性符合相应的国家标准.通过对该路面基层材料进行固碱分析以及能谱分析发现,硅铝体系能有效固结钠离子.此公路路面基层材料具有良好的环境效益和社会效益,拓宽了路面基层材料的选材范围.

    2018年04期 v.40;No.288 438-445页 [查看摘要][在线阅读][下载 646K]
  • 添加纳米二氧化硅对氧化铁颗粒表观黏度的影响

    王浩然;张延玲;安卓卿;赵世强;郭占成;

    借鉴流体黏性的表征方式,引入粉体颗粒表观黏度的概念表征粉体颗粒间的相互作用力,基于能量耗散原理,利用旋转黏度计测定了含SiO_2纳米添加剂的Fe_2O_3颗粒在不同温度条件下的表观黏度.实验结果表明,Fe_2O_3颗粒表观黏度随温度升高而增大,纳米SiO_2的加入使颗粒表观黏度明显降低,主要原因是纳米SiO_2对Fe_2O_3颗粒形成了包覆,抑制了颗粒间的团聚和烧结.此外,本研究利用微型流化床研究了含纳米SiO_2的Fe_2O_3颗粒在流化还原过程中发生黏结失流的过程,进一步验证了纳米SiO_2对Fe_2O_3颗粒表观黏度的影响.结果表明,加入纳米SiO_2显著提高了还原样品的金属化率,延长了还原过程中的黏结时间;扫描电镜分析表明纳米SiO_2有效包覆在Fe_2O_3颗粒表面,降低了铁原子的扩散活性,并充分阻隔新鲜铁之间的接触,抑制新鲜铁的烧结,从而导致Fe_2O_3颗粒之间难以形成黏结点,由此证明纳米SiO_2对流化床内Fe_2O_3颗粒的还原过程中的黏结失流具有明显抑制作用.

    2018年04期 v.40;No.288 446-452页 [查看摘要][在线阅读][下载 738K]
  • RH真空室内气泡行为的研究

    赵立华;郭建龙;徐佳亮;张超杰;

    Ruhrstahl-Hereaeus(RH)上升管内的气液两相流是整个装置的重要动力源,并对钢液的流动、混匀及精炼过程有重要影响.上升管及真空室内的气液两相流决定了钢包内钢液的流动状态,为了研究真空室及上升管内气液两相流,通过1∶6的300 t RH的物理模型模拟了RH上升管及真空室内气泡行为过程,并测量了RH循环流量的变化用于计算上升管内含气率以及气泡运动速度最终得到气泡在真空室内的停留时间,同时记录了气泡在真空室内的存在形式.气泡在真空室的存在形式的主要影响因素为提升气体流量,研究发现了气泡从规则独立的大气泡经历聚合长大,碰撞破碎成小气泡,最后变成小气泡和不规则大气泡共存的现象.液面高度达到80 mm之后,气泡在真空室内的停留时间达到一个平衡值,不再随真空室液面高度的增加而发生改变.当提升气体量达3000 L·min-1,气泡停留时间减小趋势弱,对应3000 L·min-1情况下,真空室内气泡开始聚合长大.研究认为对于300 t RH的真空室液面高度应为80 mm,提升气体量应在3500 L·min-1左右,优化后,脱碳时间由原工艺的21.4 min缩短至现工艺的17.5 min.

    2018年04期 v.40;No.288 453-460页 [查看摘要][在线阅读][下载 924K]
  • 基于声发射监测的316LN不锈钢的疲劳损伤评价

    张进;柴孟瑜;项靖海;段权;

    疲劳裂纹的萌生与扩展容易导致压力容器及管道的严重疲劳失效.因此就设备的安全可靠性而言,非常有必要对疲劳裂纹扩展过程进行监测,并对疲劳损伤程度进行评估.本文针对316LN不锈钢材料进行疲劳实验研究,利用直流电位法测量实验中的裂纹长度,得到了材料的疲劳裂纹扩展曲线.利用声发射技术对疲劳裂纹扩展过程进行监测,通过声发射多参数分析对疲劳损伤状态进行评价,同时建立了声发射参数与线弹性断裂力学参数之间的关系,并进行寿命预测.研究表明:声发射能够对316LN不锈钢的疲劳裂纹损伤进行有效评估,声发射累积参数如累积计数、累积能量和累积幅值曲线上的转折点标志着疲劳裂纹进入快速扩展阶段,这可以为工程人员提供失效预警;声发射波形和频谱分析表明,噪声信号的幅值较小且信号持续时间较长,信号包含的频率成分比较复杂,而裂纹扩展信号是突发型信号,衰减较快,信号频率主要集中在80~170 k Hz范围内;声发射计数率、能量率和幅值率与应力强度因子幅度以及疲劳裂纹扩展速率之间呈线性关系,裂纹长度预测结果与实测值接近.本研究工作对于工程结构的疲劳失效预警和剩余寿命预测具有重要意义.

    2018年04期 v.40;No.288 461-468页 [查看摘要][在线阅读][下载 473K]
  • 热压316L/Q345R复合板的结合性能

    秦勤;邓俊超;臧勇;谢璐;朱学辉;

    热轧双金属复合板由于其优良性质而得到广泛使用,而如何改善其结合性能也成为业界内的研究热点问题.本文尝试采用分子动力学模拟的方法对316L/Q345R双金属板的高温结合性能进行系统研究.在建立316L/Q345R体系的原子结构模型的基础上,使用MD模拟方法对316L/Q345R体系的热压复合过程进行模拟,其中采用嵌入原子势函数来描述Fe、Cr和Ni之间的相互作用.分析了不同温度与压缩应变率对热压复合变形机制以及扩散层厚度的影响,并探讨了添加金属层对界面结合性能的改善效果.研究表明:温度的提高有利于形成较厚的扩散层,当双金属热压复合温度接近熔点时,此时在双金属复合界面获得的扩散层厚度远大于在较低温度复合时的扩散层厚度;应变率的提高会降低扩散层厚度,这主要因为在达到相同的压缩应变时,随着应变率增大和压缩时间缩短,原子的扩散时间缩短;在双金属之间添加一个晶格厚度的Ni层后,复合界面扩散层厚度比不含Ni复合时增加了134.5%,表明添加镍层能够明显提高扩散层厚度,但添加铬层对提高扩散层厚度的影响不大.

    2018年04期 v.40;No.288 469-477页 [查看摘要][在线阅读][下载 745K]
  • 钛铝异质自冲铆接头疲劳性能及失效机理

    刘洋;何晓聪;张先炼;

    对纯钛(TA1)和铝锂合金(AL1420)异质单搭自冲铆接头进行静力学实验和疲劳实验研究,通过三参数经验公式采用S-N曲线拟合法绘制接头的S-N曲线,分析接头的疲劳性能;采用扫描电子显微镜对接头疲劳断口进行观测,研究接头的微观疲劳失效机理.结果表明:接头的静力学性能与疲劳性能不具有一致性,TA1-AL1420(TA)接头静力学性能更优,但其疲劳性能比AL1420-TA1(AT)接头差;TA接头疲劳失效形式为下板断裂,疲劳裂纹萌生于靠近铆钉脚处的板材区域,随后沿着板宽方向扩展,最终导致下板完全断裂.AT接头在短寿命区因铆钉断裂失效,铆钉的断口属于脆性疲劳断裂;在中长寿命区出现铆钉断裂和下板断裂的混合失效形式,疲劳裂纹从下板一端萌生,沿着板宽向另一端方向扩展,导致下板断裂失效.

    2018年04期 v.40;No.288 478-484页 [查看摘要][在线阅读][下载 1171K]
  • 基于M-K理论的6016铝合金成形极限曲线预测

    杨晓明;王宝雨;校文超;马卫平;康艺;

    近年来,为实现汽车车身轻量化,大量的铝合金材料被用于汽车车身制造,由于6016铝合金具有良好的烘烤性能,被大量使用.但是传统的冷成形技术并不能成形复杂零件,因此热冲压-冷模具淬火成形技术被用到铝合金的成形过程中,板材成形领域中一个重要的性能指标是成形极限.本论文使用理论预测和试验两种方法对6016铝合金成形极限曲线进行了研究.首先,建立了考虑应变强化和应变速率强化的Fields-Bachofen本构方程,并将此本构方程引入到成形极限理论推导过程中;然后,基于M-K凹槽理论,对6016铝合金成形极限曲线进行了理论预测,并且采用Nakazima试验方法对预测结果进行了验证.结果显示,随着初始厚度不均度的增加,预测曲线向纵坐标的正方向移动;通过实验值和预测值的对比发现M-K凹槽理论对成形极限曲线的预测是可行的、准确的.

    2018年04期 v.40;No.288 485-491页 [查看摘要][在线阅读][下载 415K]
  • 基于驻极体静电俘能器的优化设计与实验测试

    路俊虎;金磊;高世桥;高春晖;吕庆山;刘海鹏;

    针对环境中的低频振动能量,建立了一种双端固支梁振动式驻极体静电俘能器理论模型.利用Matlab/Simulink数值仿真对静电俘能器的各项关键参数进行了优化.分别研究了静电俘能器的输出功率、谐振频率、半功率带宽与驻极体表面电位、空气间隙以及负载电阻的关系.在研究中,外部激励加速度幅值及驻极体尺寸保持恒定.数值分析结果如下:(1)存在一个最佳表面电位使得静电俘能器的输出功率达到最大值,随着表面电位的增加,软弹簧效应逐渐增强使得俘能器谐振频率发生偏移,半功率带宽逐渐增大.(2)当表面电位一定时,存在一个最佳初始空气间隙使得功率达到最大,随着间隙的增大,半功率带宽随之减小.(3)当表面电位和空气间隙保持一定时,存在一个最佳负载使得功率达到最大,随着负载的减小,谐振频率发生偏移.(4)当空气间隙一定时,存在一个最佳负载使得带宽达到最大,且表面电位越大,相同负载下的带宽越大.实验测试了不同负载电阻下俘能器的输出特性:输出功率及半功率带宽都随着负载电阻的增大,先增大而后减小.当负载电阻为90MΩ时,对应的最大输出功率为0.188 m W;当负载电阻为330 MΩ时,对应的半功率带宽达到最大值为4.7 Hz.

    2018年04期 v.40;No.288 492-499页 [查看摘要][在线阅读][下载 520K]
  • 混沌人工鱼群的鲁棒保性能控制权值矩阵优化方法

    李腾辉;谢寿生;彭靖波;贾伟洲;何大伟;

    针对鲁棒保性能控制中的权值矩阵依赖经验选取,无法最大限度的减小系统保守性的问题,提出了一种基于混沌人工鱼群算法的鲁棒保性能控制权值矩阵优化方法.该方法中,将保性能控制鲁棒界作为优化的目标函数来寻找最优权值矩阵是整个算法实现的关键.该种改进的人工鱼群优化算法融合了混沌搜索与自适应步长和视野的人工鱼群优化算法,有效的解决了基本人工鱼群算法的后期收敛速度慢、易陷入局部最优等缺点.通过测试函数对比验证了该种改进人工鱼群优化算法的优越性,并通过应用实例验证了该权值矩阵优化方法的有效性.

    2018年04期 v.40;No.288 500-507页 [查看摘要][在线阅读][下载 474K]
  • 立体视频延时的事件相关电位研究

    沈丽丽;吴子阳;

    立体视频在无质量保证的互联网上传输时会引发立体视频左右视图的帧延时,影响观看质量.本文提出一种利用主观评价与客观脑电(electroencephalogram,EEG)相结合的方式分别对深度和水平延时运动立体视频刺激进行分析,并对二者的差异性进行比较.共有十名被试参加实验,被试观看随机呈现的不同延时等级包括无延时、延时1帧、延时2帧和延时3帧的立体视频片段,并对是否感知到延时效应做出主观判断,同时记录被试的EEG信号.从EEG信号中提取出事件相关电位(event related potentials,ERPs)并结合主观行为数据进行分析与比较.实验结果表明,为保证观看质量,深度运动立体视频中所能存在的最大延时帧数为1帧,水平运动中则不能存在延时效应.与水平延时运动相比,深度延时运动刺激产生的P300成分幅值变化范围更大,表明在深度延时运动刺激下大脑的活跃程度更高.同时,相同延时帧数的深度运动与水平运动刺激所产生的P300成分中,深度延时运动的潜伏期更长,这表明处理深度延时运动刺激所需时间更长.

    2018年04期 v.40;No.288 508-515页 [查看摘要][在线阅读][下载 529K]
  • 《工程科学学报》征稿简则

    <正>《工程科学学报》是由教育部主管、北京科技大学主办的学术类科技期刊,1955年创刊,月刊,国内外公开发行.主要刊载与冶金工业及材料研究有关的具有创新意义或有较大应用价值的高水平研究论文及快报,栏目设有矿业与环境、冶金与材料、设备与能源、控制与决策,为中文核心期刊(综合性科学技术类)、中国科技论文统计源期刊和中国科学引文数据库来源期刊,被美国《工程索引》(Ei)、美国《化学文摘》(CA)、美国《剑桥科学文摘社网站》、俄罗斯《文摘杂志》(AJ)和德国《数学文摘》等国外著名检索刊物或数据库收

    2018年04期 v.40;No.288 516页 [查看摘要][在线阅读][下载 65K]
  • 不同粒径煤吸附瓦斯过程中的热电效应

    陈立;张英华;黄志安;高玉坤;

    选取3种不同变质程度的原煤,制成5种不同粒径的煤粒,并压制成型煤,在压力3MPa和温度25℃条件下对型煤试样进行等温吸附实验,并利用SH-X多路温度测试仪和CHI660E型电化学工作站测试煤吸附瓦斯过程中的温度变化和电流-时间曲线,基于Clausius-Clapeyron方程和相关性系数,分析和研究不同粒径煤吸附瓦斯过程中煤的热电效应及其相关性,试图从煤的热电效应方面研究煤的吸附能力.结果表明:煤在吸附瓦斯过程中伴随有明显的热电效应,在吸附平衡时,煤的温度升高了0.93~8.74℃,煤的电阻率比稳定时降低了0.14~0.16倍;煤的温度随粒径减小和吸附量的增加而升高,煤的电阻率变化却相反;煤体温度和电阻率变化与瓦斯吸附量变化呈现很强的相关性,相关性系数r_w和r_d分别介于0.9502~0.9899和-0.9316~-0.9916之间,均接近于±1.因此,吸附过程中的热电效应可反映煤的吸附能力,在吸附平衡时,煤体温度变化越大,温度越高,电阻率越小,说明煤的吸附能力越强;相反,说明煤的吸附能力越弱.

    2018年04期 416-426页 [查看摘要][在线阅读][下载 2501K]
  • 赤泥-煤矸石基公路路面基层材料的耐久与环境性能

    刘晓明;唐彬文;尹海峰;EmileMukiza;

    以拜耳法赤泥、煤矸石和粉煤灰等工业固废为基本原料在实验室制备了一种公路路面基层材料,并研究了其力学性能、耐久性能和环境性能.通过开展干湿循环以及冻融循环试验研究了该公路路面基层材料的耐久性能,并利用ICP浸出试验和放射性检测研究其环境性能.结果表明,赤泥-煤矸石基路面基层材料赤泥和煤矸石掺量之和75%、固废总掺量97%时,7 d养护后无侧限抗压强度达到6 MPa以上;经过20个干湿循环后,矿渣掺量为5%的路面基层试块强度为5.98 MPa,满足国家标准;经过5个冻融循环后,路面基层材料的7d抗压强度仍然达到6.89MPa,具有良好的耐久性能.浸出试验结果显示,浸出液中Na~+浓度均符合国家饮用水标准,同时浸出液中Zn、Hg、Cu、Pb、Ni等重金属均未检测出;放射性试验结果表明,试验所用纯赤泥的放射性符合相应的国家标准.通过对该路面基层材料进行固碱分析以及能谱分析发现,硅铝体系能有效固结钠离子.此公路路面基层材料具有良好的环境效益和社会效益,拓宽了路面基层材料的选材范围.

    2018年04期 438-445页 [查看摘要][在线阅读][下载 2063K]
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