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期刊信息

月刊,1955年创刊

主管单位:教育部

主办单位:北京科技大学

编  辑:《工程科学学报》编辑部

出  版:科学出版社

主任委员:杨仁树

副主任委员(主编):吴爱祥

地  址:北京市海淀区学院路30号

电  话:(010)62333436

传  真:(010)62333436

标准刊号:ISSN 2095-9389
CN 10-1297/TF

邮发代码:82-303

国内发行:北京报刊发行局

国内订阅:全国各地邮局

邮  箱:xuebaozr@ustb.edu.cn

单  价:40元/期,全年480元

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TiO2光催化强化[HO2MMim][HSO4]-H2O2脱除煤中有机硫研究
王兰云, 温兴琳, 刘洋, 张亚娟, 卢晓冉, 刘泽键, 周华健, 徐永亮
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.24.003
[摘要](5) [PDF 780KB](4)
摘要:
燃煤中的硫严重影响了煤炭的高效利用,将光催化氧化引入到萃取脱硫体系,可以显著地提高离子液体反应型萃取脱硫效率。为了进一步研究脱硫机理,采用实验结合计算机仿真模拟对其进行了分析。实验结果表明将光催化反应过程与离子液体萃取过程耦合,可有效的脱除煤中的有机硫,[HO2MMim][HSO4]-H2O2-TiO2(10:10:4)光催化处理后的煤的有机硫脱硫率最高可达40.54%。Materials Studio分析得出由光催化产生的羟基自由基(?OH)具有强的氧化性,?OH的氧原子附近所在区域呈负电性,容易与噻吩中S原子的正电势点产生静电引力并形成S=O双键,另外,离子液体的加入使得原本噻吩环上的最低空轨道消失,还降低了HOMO轨道和LUMO轨道的能级差,使反应更容易进行。使用COSMO软件分析发现离子液萃取作用体现在[HO2MMim][HSO4]中咪唑的五元杂环结构通过范德华力与噻吩,砜分子之间成键,使硫化物不断被萃取到离子液体相中;外加氧化剂使反应中化学势较高的砜比噻吩更容易进入到化学势低的离子液[HO2MMim][HSO4]中。
榆神府矿区采煤地表裂缝发育规律及治理模式
谢晓深, 侯恩科, 冯栋
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.29.001
[摘要](8) [PDF 1776KB](3)
摘要:
榆神府矿区是陕北一个重要的原煤产地,煤炭开发利用规模大、强度高,但脆弱的生态环境使得采煤诱发的矿山地质环境问题尤为显著。为全面掌握榆神府矿区采动地表裂缝“静”、“动”态发育规律、揭示其形成机理、提出科学合理的治理模式,以榆神府矿区的安山煤矿、柠条塔煤矿和小保当一号煤矿的典型工作面为研究对象开展了研究。研究结果表明:① 地表裂缝分为台阶型、挤压隆起型、滑动型和拉张型4种类型以及塌陷槽、平行并列2种组合方式。地表裂缝表现特征与采深才采厚比呈负相关关系;② 极浅埋煤层开采、浅埋煤层开采以及中深埋煤层开采地表裂缝分别具有滞后回采位置1.0m、超前回采位置8.5m和滞后回采位置30.14m的动态扩展规律;③ 边界裂缝、面内正向坡裂缝具有“只开不合”,面内逆向坡裂缝具有“先开后合”,面内平坦区裂缝具有“先开再合后开”和“先开后合”的裂缝活动特征,平均活动时间3.7~7.0 d;裂缝“先开再合后开”的活动受覆岩结构动态演化控制,“只开不合”和“先开后合”的裂缝活动受地表动态演化控制;④ 构建的“裂缝治理”和“沟道恢复治理”模式适合对沟底贯通型裂缝进行综合治理,“裂缝填充”和“垄沟改造”的治理模式有利于黄土沟壑区斜坡裂缝科学治理和生态恢复。
二维过渡金属碳化物/碳氮化物(MXene)的稳定性及改进方法
郑子祥, 王恩会, 侯新梅, 杨涛
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.16.008
[摘要](6) [PDF 2609KB](4)
摘要:
MXene作为一种新型二维(2D)过渡金属碳化物/碳氮化物,因其良好的亲水性、导电性、柔韧性以及高赝电容等特性,在储能、海水淡化、催化、电磁干扰屏蔽、透明导电薄膜等领域有着巨大的应用潜力。然而,由于MXene材料中活性过渡金属和表面官能团的存在以及自身的结构缺陷,使其很容易被氧化和降解,导致稳定性较差。MXene材料的氧化破坏了其片状结构,导致其电导率降低,进而限制了其更广泛的应用。本文简要介绍了MXene的结构和合成方法;综述了MXene在不同条件下不稳定的机理,即表面官能团、缺陷等和周围介质发生氧化反应,并从储存条件、合成方法、气氛热处理、表面电性修饰等方面讨论了提高MXene稳定性的方法。
OFDM系统中基于最优阈值ACE的PAPR抑制
吴群, 周晓, 王成优
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.15.001
[摘要](1) [PDF 1805KB](0)
摘要:
动态星座图扩展(ACE)是一种能够有效降低正交频分复用(OFDM)系统峰均功率比(PAPR)的方法,目前在OFDM系统中使用的ACE算法大多是在迭代过程中设置一个固定的限幅阈值。由于每次迭代后,OFDM信号的统计特性会发生改变,因此使用同一个限幅阈值会使得系统抑制PAPR的能力受到限制。针对这一问题,提出一种最优阈值ACE(OTACE)方法,该方法能够在每次迭代时根据信号功率找到合适的阈值,从而提高系统抑制PAPR的能力。另外,还通过仿真得到了合适的实验迭代次数,在此基础上对抑制PAPR性能和系统误码率性能进行仿真实验。实验结果表明,所提的OTACE算法不会损失系统的误码率性能,并且与现有ACE方法相比,OTACE算法能够更有效地抑制OFDM系统的PAPR。
高温与尺寸效应耦合作用下的砂岩巴西劈裂特性
孙浩, 苏楠, 金爱兵, 陈帅军, 韦立昌, 徐浩淳
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.07.26.001
[摘要](6) [PDF 1014KB](3)
摘要:
为研究高温与尺寸效应耦合作用下的砂岩巴西劈裂特性,分别对经过25 ℃、200 ℃、400 ℃、600 ℃、800 ℃和1000 ℃高温处理后的标准砂岩试件进行巴西劈裂室内试验,并基于颗粒流软件开展不同尺寸高温砂岩巴西劈裂数值模拟,研究砂岩巴西劈裂强度及其劣化规律、孔隙率增加相对于裂纹扩展贯通的滞后性规律。研究结果表明:(1) 在25~1000 ℃的温度范围和50~100 mm的直径范围内,温度与尺寸效应对砂岩巴西劈裂强度均有显著影响。随着温度升高,砂岩劈裂强度在400 ℃前有所增大,400 ℃之后持续下降,整个过程各砂岩试样劈裂强度下降约34.66%~35.10%;随着尺寸增大,砂岩劈裂强度降低,各砂岩试样下降约55.61%~56.99%。在所研究的取值范围内,尺寸效应对砂岩巴西劈裂强度影响程度更大。(2) 砂岩巴西劈裂强度劣化幅值与其直径之间满足负指数函数关系,可用于预测不同尺寸高温砂岩的巴西劈裂强度,对灾后顶板维护等具有一定参考意义。(3) 砂岩在巴西劈裂过程中的孔隙率增加相对于裂隙扩展贯通的滞后时间随温度升高以及尺寸增大而增大;考虑两因素的耦合作用,尺寸效应对滞后时间的影响程度随温度的升高而降低,温度对滞后时间的影响程度随砂岩尺寸的增大而降低。研究结果可为核废料处理、地热资源开发和深井工程等涉及高温和尺寸变化的岩体工程设计提供有益参考。
质子交换膜电解制氢氢气渗透研究进展
叶青, 宋洁, 侯坤, 郭志远, 徐桂芝, 邓占锋, 李宝让
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.02.003
[摘要](6) [PDF 2317KB](3)
摘要:
质子交换膜(PEM)电解制氢,由于对间歇性、波动性电源具有出色的响应能力,已成为可再生能源制氢领域的研究热点。基于质子交换膜优异的机械强度与气体隔绝能力,已成功实现PEM电解堆的高压运行并形成商业化。然而,由于膜的吸水特性,高压PEM制氢(尤其是差压式,氢侧高压/氧侧常压)仍存在氢气渗透问题,影响电解堆的运行安全与效率。本文综述了PEM电解制氢氢气渗透的研究进展,首先介绍了渗透的基本理论,基于菲克定律描述的渗透通量与渗透率、分压差的关系,综述了温度/压力、膜水合程度、氢气分压差对氢气渗透的影响规律。考虑到电解制氢实际运行环境中存在电流,综述了电流密度对氢气渗透的影响。此外,对上述参数影响氢气渗透的相关理论机制进行了总结。
全尾砂-废石膏体流变特性及阻力演化
尹升华, 闫泽鹏, 严荣富, 李德贤, 赵国亮, 张鹏强
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.07.31.002
[摘要](7) [PDF 812KB](2)
摘要:
粗骨料膏体充填是当今矿山发展的核心方向。为了研究全尾砂-废石膏体的管道输送特性,采用流变仪测试了不同尾废比及固含量条件下膏体的流变特性,构建了综合考虑密实度、水灰比及体积浓度的输送阻力方程。将该方程代入Comsol软件中进行模拟计算并与环管实测结果进行对比验证,数值模型所测误差均在7%以内,说明该模型用于计算全尾砂-废石膏体的阻力特性是合理的,还模拟了不同浓度、尾废比及初始速度条件下管道输送阻力的变化特征。实验结果表明:塑性粘度和屈服应力随着粗骨料膏体固含量和尾废比的增加而增大;由于颗粒间的摩擦效应导致阻力损失随尾废比的增加呈先增大后减小的趋势;固含量增大导致水含量的降低,使粗骨料浆体难以流动,从而导致阻力损失快速增长;初始流速增加,颗粒运动变得不稳定,摩擦加剧,并于“拐点”—2.2 m·s-1处阻力损失的增长率大大提高。根据矿山实际生产需求,建议采用尾废比5:5、初始流速2.2 m·s-1进行充填。
基于剩余充电电量的锂离子电池模组内短路在线定量诊断算法
来鑫, 李彬, 孟正, 李相俊, 靳文涛, 汪湘晋, 马瑜涵, 郑岳久
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.02.002
[摘要](9) [PDF 1786KB](6)
摘要:
通过对锂离子电池的内短路的在线诊断可以有效预防热失控的发生。本文利用锂离子电池模组的充电曲线提出一种基于剩余充电电量的内短路在线定量诊断算法,并对该算法在不同的电压采集精度与采样周期、温度变化、老化程度等条件下进行仿真与实验验证。结果表明所提出的算法在一定条件下能准确定量地诊断出内短路电阻:(1) 对于10 Ω级别的严重内短路,即使在10 mV的采集精度、10s的采样周期、变温度条件下也能得到很高的诊断精度。对于100Ω级别的早期内短路,所诊断的内短路阻值比实际值偏小,诊断时间变长。为了提高早期内短路诊断的精度与时效性,电压采集精度与采样频率应该分别在1mV 与 1Hz 以上;(2) 电池老化会降低内短路的诊断精度,但是对于10 Ω级别的内短路影响很小。极端温度变化同样会影响内短路定量诊断精度,极端高温下的诊断误差比极端低温下的诊断误差要大,在极限低温(-20 ℃)下的内短路内阻的诊断误差在6%以内。研究结论为提高锂离子内短路的定量诊断精度具有重要意义。
电磁搅拌对特大方坯结晶器内流场及温度场影响研究
赵立华, 苑一波, 邢立东, 包燕平
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.25.001
[摘要](21) [PDF 1677KB](8)
摘要:
对于方坯来说,电磁搅拌具有均匀结晶器流场及温度的作用,施加电磁搅拌后的钢液液面呈旋转抛物面。本文以某厂断面为410 mm × 530 mm的特大方坯结晶器为原型,利用ANSYS有限元软件建立三维数值模型,研究电磁搅拌对结晶器流场及温度场的影响。结晶器内钢液最大切向速度随着电流的增加而增大,随着频率的增加而减小。电磁搅拌的电流大小由0 A增加到500A时,液面波动由1.21 mm增加到4.35 mm。电磁搅拌能够使钢水的高温区局限于连铸结晶器上部,使钢水温度更加均匀。综合分析该厂在实际生产时合理的电磁搅拌的电流应大小为400 A,频率为1.5 Hz,此时钢渣液面波动约为2.73 mm,温度场较为均匀。
校庆专刊+模拟冻结法施工环境对大体积混凝土的性能影响
吴瑞东, 刘娟红, 纪洪广, 车树武, 周昱程, 张广田
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.07.01.002
[摘要](28) [PDF 1188KB](9)
摘要:
矿产资源开采深度的不断增加,井壁混凝土厚度和标号随之增加,导致水化热较大。深部建井施工常用冻结法,井壁混凝土处于一侧高温一侧低温的环境,严重影响混凝土性能。模拟大体积混凝土在冻结法施工环境的状态,将混凝土浇筑7 h后施加-5/60 ℃和-5/70 ℃温差,测试施加模拟环境后混凝土的超声波参数、抗压强度、劈裂抗拉强度、氯离子扩散系数和冲击倾向性,分析混凝土的SEM微观形貌。结果表明,冻结施工环境对于混凝土内部会造成一定的损伤,且平行于加温方向的损伤要大于垂直方向,C50混凝土的损伤大于C70混凝土,温度梯度会加剧混凝土内部的损伤。模拟冻结环境会对混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、氯离子渗透性能和冲击倾向性造成不利影响,温差与性能降低率正相关,且这种影响对于低强度混凝土更加显著。模拟冻结环境造成混凝土试块的内部微观结构不均匀,低温端混凝土结构比较疏松,高温端结构比较致密,导致混凝土性能的降低。
应力波形对岩石预制裂纹扩展机制影响的数值模拟研究
李永祺, 梁正召, 钱希坤, 刘洪波
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.14.004
[摘要](21) [PDF 1818KB](11)
摘要:
炸药的类型、配比与装药方式会产生不同的应力波形,不同应力波形对岩石裂纹扩展行为影响很大。由于波形参数如峰值、波长、能量与上升/下降速率之间相互影响规律复杂,且物理力学试验条件有限,爆破试验中难以定量控制波形参数,数值模拟在揭示应力波的影响规律方面具有优势。本文运用RFPA3D动力分析软件模拟了冲击动力作用下含预制裂纹岩石的裂纹扩展过程,探究了应力波峰值、能量、上升及下降速率对岩石裂纹扩展过程的影响。研究表明动载下岩石裂纹扩展形态受应力波上升速率影响,应力波上升速率越快,孔周边岩石越破碎;应力波能量影响裂纹扩展长度,能量越大裂纹扩展越长,而相同能量条件下,应力波上升速率越小,裂纹扩展距离越远,但孔边破碎程度越弱;上升速率和应力波上升沿能量共同影响着炮孔粉碎区半径。数值模拟结果很好地揭示了不同应力波峰值、能量与上升/下降速率对岩石的破碎机制,在实际爆破作业中可以通过水炮泥封口或者采用空气柱间隔装药结构来延长应力波作用时间,以达到扩大爆破影响范围的目的,而通过选取合适类型与配比的炸药来提升应力波上升速率从而增强孔边破碎效果。
考虑端部摩擦的中心直裂纹巴西圆盘断裂参数解析解
刘建, 乔兰(通讯作者), 李庆文, 李远, 赵国彦
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.07.006
[摘要](11) [PDF 1676KB](5)
摘要:
运用权函数法推导出考虑加载端摩擦的四种形式分布载荷加载下中心直裂纹巴西圆盘试样在任意I/II复合型断裂模式下I、II型应力强度因子及T应力的解析解,并探究端部摩擦及载荷分布角度对断裂参数的影响。研究结果表明:(1)当中心裂纹相对长度β较小时,纯I型、纯II型断裂的几何参数YI、YII及T*均随摩擦系数及载荷分布角度增大而减小;但是,当β较大时,摩擦系数增大可使纯I型YI增大,而载荷分布角度增大可使纯II型T*增大。(2)接触载荷分布形式为常数函数时,载荷分布角度对断裂参数的影响最显著,而四次函数下载荷分布角度对断裂参数的影响相对最小。(3)当中心裂纹相对长度β较小时,纯II型断裂角度随载荷分布角度增大而减小;当β较大时,其随载荷分布角度的增大而增大;当载荷分布角度一定时,摩擦系数增大可使纯II型断裂角度增大。
源储被盖层分隔型油源断裂输导油气有效时期厘定方法及其应用
梁木桂, 付广, 董金梦, 李乔乔
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.28.001
[摘要](10) [PDF 1241KB](3)
摘要:
为了准确研究含油气盆地源储被盖层分隔型油源断裂在油气成藏中的作用,在源储被盖层分隔型油源断裂输导油气机理及有效时期研究的基础上,通过确定断裂开始破坏泥岩盖层封闭能力时期、断裂停止活动时期、断裂填充物开始封闭时期和源岩排烃时期,将四者叠合建立了一套源储被盖层分隔型油源断裂输导油气有效时期的厘定方法。应用结果表明:在测线L2处F1油源断裂向东一段储层输导油气有效时期相对较长,为5.3Ma,较有利于其输导沙一段~东三段源岩生成的油气穿过东二段泥岩盖层向东一段储层中聚集成藏(该处东一段未见油气,是圈闭不发育所致);在测线L8处F1油源断裂向东一段储层输导油气有效时期相对较短,为2.4Ma,且主要为断裂填充物输导油气,不利于其输导沙一段~东三段源岩生成的油气穿过东二段泥岩盖层向东一段储层中大规模聚集成藏,与目前南堡5号构造F1油源断裂在测线L8附近东一段虽已发现油气,但规模有限相吻合,表明该方法用于厘定源储被盖层分隔型油源断裂输导油气有效时期是可行的。
质子交换膜燃料电池用膜增湿器仿真分析
李志远, 李娜, 李庆雨, 包成, 滕越, 张欣欣
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.30.002
[摘要](24) [PDF 572KB](2)
摘要:
膜增湿器作为质子交换膜燃料电池水热管理系统的关键部件,与燃料电池的工作参数强耦合。本文基于Matlab/Simulink建立了膜增湿器稳态数学模型,并进行了膜增湿器运行参数和几何参数的敏感性仿真模拟研究。分析了湿侧和干侧的入口质量流量、温度和压力以及膜厚度和面积对膜增湿器传热量、水分传递量、干侧出口相对湿度和水分传递率的影响。研究表明:提高入口质量流量能有效的提高水分传递量,但会使水分传递率降低;较高的温度能强化传质,但过高的温度会降低活度梯度,从而使膜两侧传质量下降;压力主要影响湿空气含湿量,高压下水分传递量较低,但水分传递率较高;较大的膜面积以及较低的膜厚度能够提高膜水分传递量和水分传递率,可以有效的提高膜增湿器和燃料电池系统水热管理性能。
基于灰度共生矩阵和工业CT扫描的受载含瓦斯煤裂隙动态演化特征
王登科, 吴岩
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.17.008
[摘要](14) [PDF 1077KB](2)
摘要:
为研究受载含瓦斯煤在三轴压缩作用下的裂隙演化规律,利用受载含瓦斯煤显微工业CT扫描系统,开展了三轴加载条件下受载含瓦斯煤的工业CT扫描测试,获取了受载含瓦斯煤的应力-应变曲线和各变形阶段的CT扫描图形。运用图像分析软件对CT扫描数据进行了三维数字重建,实现了煤样内部裂隙的三维可视化和定量表征,并基于灰度共生矩阵(GLCM)理论分析了受载含瓦斯煤的裂隙动态扩展特征及规律。研究结果表明:瓦斯压力的存在一定程度上弱化了受载含瓦斯煤的力学性质,同时也加速了裂隙的扩展;受载含瓦斯煤二维裂隙先闭合后扩展,峰后快速扩展并形成连通二维裂隙网络;三维裂隙体积和裂隙密度呈现出先减小后增大的变化趋势,总体上可划分为裂隙压密闭合、新裂隙萌生扩展和主裂隙加速扩展贯通3个变化阶段;灰度共生矩阵分析中,对比度先减小后增大,能量和同质性先增大后减小,相关性呈现出单调递减趋势,准确描述了受载含瓦斯煤内部裂隙随应力增加不断变化的总体发展规律。
基于微振动监测的AFT厂房结构-浆液耦合振动特性研究 收稿日期:2020-10-04基金项目:国家自然科学基金资助项目(52078038)
李邦
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.04.002
[摘要](13) [PDF 1475KB](3)
摘要:
AFT氧化风机房是脱硫工艺中的一种钢筋混凝土结构支撑钢罐的复合结构,结构产生的明显振动不利于正常生产运营,因此针对AFT结构进行现场监测和模拟计算。首先对AFT结构进行现场调查,基于一种AFT结构视频监测与局部监测相结合的方法对其进行监测,随后又提出简化搅拌机及氧化风作用的模拟方法,通过数值模拟对AFT结构振动特性进行研究。结果表明:对AFT结构进行视频监测可快速明确结构运动轨迹;局部监测结果搅拌机作用是结构振动的主要因素,氧化风的鼓入加剧了结构振动响应,因此造成了结构各柱间填充墙不同程度的损伤;将数值模拟结果与监测结果对比,验证了简化搅拌机及氧化风作用的计算方法,可为分析此类结构振动响应、损伤机制以及加固设计提供参考。
基于深度神经网络的点击率预测模型
刘弘历, 武森, 魏桂英, 李新, 高晓楠
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.23.002
[摘要](28) [PDF 558KB](10)
摘要:
针对现有深度神经网络点击率预测模型在对用户偏好建模时,难以有效且高效地处理用户行为序列的问题,提出长短期兴趣网络(Long and Short Term Interests Network, LSTIN)模型,充分利用用户历史记录上下文信息和顺序信息,提升点击率预测精准性和训练效率。使用基于注意力机制的Transformer和激活单元结构完成用户长、短期兴趣建模,对用户短期兴趣进一步使用RNN、CNN进行处理,最后使用全连接神经网络进行预测。在亚马逊公开数据集上开展实验,将提出的模型与DeepFM、Deep-Interest-Network(DIN)等点击率预测模型对比,结果表明提出的模型实现了考虑上下文信息和顺序信息的用户历史记录建模,且因区分用户长、短期兴趣,模型能够在提升预测精准性的同时保障训练效率。
校庆专刊---基于上覆巷道保护的千米深井近距离下伏煤层安全回采研究
周超, 宋大钊(通讯作者), 李振雷, 何学秋, 钟涛平
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.24.002
[摘要](17) [PDF 1721KB](7)
摘要:
针对千米深井近距离重要巷道下压煤回采需保证上覆巷道稳定性问题,通过理论分析、数值模拟和现场实测,研究了下煤层开采上覆岩层巷道变形破坏机理、破坏类型和防治办法。通过对开采条件和开采形成的覆岩空间结构的研究,得到了走向和倾向方向上巷道变形破坏规律;通过研究下工作面不同开采阶段、不同充填率条件对上覆巷道的采动影响,得到了巷道变形破坏的应力演化规律。结果表明:下伏煤层开采,上覆巷道变形破坏的根本原因是大埋深、强采动应力、煤层距巷道较近且距离不均等的影响,直接原因是巷道底板、两帮应力的突增以及底板的下沉。巷道潜在的破坏类型主要有两种,一是巷道断面缩减型破坏,二是巷道走向阶梯下沉型破坏。在开采的过程中,工作面走向开采范围为0~130m和超过400m时,巷道断面缩减型破坏和走向阶梯下沉型破坏会相互叠加,诱发巷道更大的破坏。为此,设计了沿工作面下巷部分充填和加固巷道方案,通过现场实测发现上述方案能够满足上覆巷道稳定性和下伏工作面高效高产的要求。研究结果可为千米深井巷道下压煤的安全回采提供一定的借鉴。
基于机器学习的边坡安全稳定性评价及防护措施研究
武梦婷, 陈秋松, 齐冲冲
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.02.008
[摘要](22) [PDF 888KB](9)
摘要:
近年来,由于失稳而造成的边坡事故不计其数,给人类的生产、生活带来了不可估量的代价。因此正确认识边坡,对其进行合理分析与设计,采取适当的防护措施,把失稳导致的损失和危害降到最低,具有重要意义。为了更加快捷、高效地判定边坡稳定与否,本文基于机器学习,融合主成分分析法(PCA)、参数调整、影响因素权重分析等,建立了一种边坡安全稳定性评价体系。研究发现,运用PCA可以在保留80%信息的前提下将输入变量维度从六维降至三维,但此时模型效果有所下降;随机森林及XGBoost两种学习算法均可搭建有效的边坡安全稳定性评估模型,通过对其预测效果的对比分析,确定XGBoost为最佳评价模型。与此同时,本文采取卡方检验、F检验以及互信息法三种相关性检验手段,并通过计算评价因子的重要程度且加以可视化展示,明确了单位重量、坡高、内摩擦角以及内聚力四个内在因素的重要性,最终将评估结果与实际结合提出了边坡安全防护措施。
新型复合粘结剂提高生球质量的作用机理及构效关系研究收稿日期: 2021-07-基金项目:国家自然科学基金资助面上项目(51774005)
雷杰, 汪名赫, 周江虹, 孙社生, 龙红明
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.30.003
[摘要](28) [PDF 884KB](9)
摘要:
降低膨润土用量是提高球团品位、实现节能减排的有效途径之一。基于新型高效复合粘结剂,通过生球制备、线性拟合分析、生球力学特征分析等手段研究了复合粘结剂对生球质量的影响规律及与重要指标的构效关系,阐明了复合粘结剂提高生球质量的作用机理。结果表明:配比为1.2%膨润土+0.028%有机粘结剂的复合粘结剂球团,落下强度达到6.2 次·(0.5m)-1、抗压强度达到14.5 N·P-1、爆裂温度达到542℃,与2.0%膨润土球团相比,生球质量相近,膨润土消耗减量40%;构效关系研究结果表明:有机粘结剂对生球落下强度、爆裂温度作用显著,膨润土对干球强度影响更大;复合粘结剂提高生球质量机理研究表明,有机粘结剂通过增强颗粒的亲水性、毛细力和黏性力强化了生球落下强度,干燥时在表层形成少量孔隙,有利于球团内水分的排出,提高了生球爆裂温度。
钠离子电池层状氧化物正极材料研究进展
菅夏琰, 金俊腾, 王瑶, 刘永畅
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.26.001
[摘要](43) [PDF 1248KB](15)
摘要:
钠离子电池凭借资源和成本优势在大规模储能和低速电动车领域极具应用前景。然而,钠离子较大的离子半径和质量导致其迁移动力学缓慢,制约其在电极材料中的可逆脱嵌,阻碍了钠离子电池的实用化进程。由于正极材料很大程度上决定了电池的成本和电化学性能,开发性能优异的正极材料对钠离子电池的发展至关重要。在各类储钠正极材料中,层状氧化物的容量较高,合成简便,近年来受到广泛关注,但也面临诸多挑战,比如较低的容量保持率和较差的空气稳定性。如何改善层状氧化物的稳定性并进一步提升其能量密度是当前的科学前沿问题。从化学式的元素组成和相对含量控制,到微观结构调控和表界面层设计,研究者已经开发出多种改性手段。本文综述了层状氧化物正极材料的几种典型改性方法,包括组分设计、结构设计、表面设计方面的最新进展,总结了面临的挑战,对未来层状氧化物储钠正极材料的发展进行了展望并提供了新的研究思路。
硅铁合金中金属钙元素对铝脱氧钢中夹杂物的影响
刘南, 成功, 张立峰, 任英, 温昕
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.12.004
[摘要](31) [PDF 94323KB](24)
摘要:
本文通过实验室实验、样品分析和热力学计算,研究了硅铁合金中金属钙元素对铝脱氧钢中夹杂物的影响。研究发现,加入硅铁合金后,钢中总钙(T.Ca)含量增加,钢中的Al2O3和MgO·Al2O3夹杂物被改性为CaO-Al2O3类夹杂物,夹杂物尺寸随着夹杂物中CaO含量增加而减小,钢中并未生成大尺寸CaO-Al2O3类夹杂物。随着钢中T.Ca含量增加,夹杂物平均尺寸降低,钢中T.O含量增加,表明硅铁合金中金属钙元素不会直接引起钢中大尺寸CaO-Al2O3类夹杂物的生成。但是生成的小尺寸固相CaO-Al2O3类夹杂物在水口处粘附结瘤,结瘤物脱落后会成为钢中大尺寸CaO-Al2O3类夹杂物的来源之一。
非氧化物陶瓷氧化动力学的研究现状与进展
杨亚锟, 王恩会, 侯新梅
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.29.002
[摘要](24) [PDF 1173KB](5)
摘要:
非氧化物陶瓷作为一种性能优异的高温结构材料,广泛应用于冶金、化工等高温行业。在实际应用过程中氧化和应力耦合的服役环境加速了非氧化物陶瓷高温性能失效最终降低服役寿命,甚至引发安全事故。因此研究非氧化物陶瓷在复杂服役环境下尤其应力条件下的氧化进程尤为重要,建立此条件下的氧化动力学模型是掌握材料实际服役行为规律的有效手段。本文对比了非氧化物陶瓷分别在无应力和应力条件下的氧化机理和相应动力学模型,通过对不同模型的应用对比分析,从量化角度明确了应力对非氧化物陶瓷氧化过程的影响,在此基础上初步建立了考虑应力的非氧化物陶瓷氧化动力学模型,为进一步揭示非氧化物陶瓷在复杂条件下的服役行为提供科学模型,为提高材料服役寿命提供有效理论指导。
软体机械臂的驱动方式及建模和控制研究进展
杨妍, 刘志杰, 韩江涛, 李擎, 贺威
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.10.001
[摘要](24) [PDF 1801KB](5)
摘要:
软体机械臂是一个新的机器人分支,不同于刚性机械臂,它是由完全由柔软的材料打造,利用它可以完成刚性机械臂无法完成的任务,比如非结构环境下探测,易碎物品的抓握,更安全的人机协作等等。目前全世界许多国家正在投入到软体机械臂的研究当中,研究者设计出形状与功能都不尽相同的软体机械臂,从制作材料的多样性到驱动方式的多样性,再从建模方式的多样性到控制方式的多样性,无不展示出软体机械臂的独特性。由于任务目的的不同,软体机械臂的驱动方式有所不同,本文就首先研究了三种主流的软体机械臂的驱动方式——绳索驱动(Tendon驱动)、形状记忆合金驱动(Shape Memory Alloys,SMA驱动)、气动驱动(Pneumatic驱动),然后由此展开,分别研究了软体机械臂在不同驱动方式下的建模方式和控制方法,最后对软体机械臂的发展从驱动方式,建模方法,控制方法三个方面进行总结展望。
基于Pareto的电池容量衰退权衡优化控制策略
林歆悠(通讯作者), 叶常青, 苏炼
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.01.005
[摘要](12) [PDF 2067KB](6)
摘要:
由于插电式混合动力汽车电池可以通过电网获取比较廉价的电量,传统的控制策略只考虑充分利用电池电量,但忽略了过度使用电池,会加快动力电池容量的衰退。因此,如何权衡充分利用电池电量与抑制电池容量衰退是新的研究重点。基于电池的半经验衰退模型,引入电池利用程度因子,建立权衡电池容量衰退的能量管理策略。通过Pareto非劣目标域选取合适的权重因子,将多目标优化问题转化为单目标问题,采用动态规划算法获得权重系数全局最优解,通过权衡不同权重下的油耗和电池容量衰退程度选择最优权重系数。在燃油消耗相当的情况下,当权重系数为0.9时,可有效的抑制电池寿命的衰减速度。最后通过运用ECMS策略在线仿真再与在同一权重下的动态规划解进行比较来验证其有效性。
短壁连采连充式胶结充填采煤技术应用研究
林海, 杨仁树
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.13.003
[摘要](19) [PDF 1915KB](11)
摘要:
针对西部脆弱环境地区高强度开采产生的矸石减排及地表沉陷控制现实需要与意义,提出了采用短壁巷式胶结充填采煤技术。在研究短壁巷式胶结充填采煤技术开采原理基础上,介绍了该技术工作面布置方式、采充工艺流程;在充填材料方面,分析了多种充填原材料矿物成分和微观特性,并测试了不同配比条件下胶结充填材料的强度和流动特性;提出了该技术充填系统组成及整体设计思路,包括料浆制备系统、管道输送系统、监测系统、工作面充填系统等四大部分;工业实践表明:短壁连采连充式胶结充填采煤技术在5 m厚近水平煤层中充实率可达98 %以上,顶板最大下沉量为102 mm,地表最大下沉量为8.9 mm,共消耗了24.5万吨矸石,应用效果良好。
基于有限元极限平衡法的三维边坡稳定分析
苏振宁, 邵龙潭
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.29.002
[摘要](31) [PDF 2097KB](16)
摘要:
本文提出了一种基于有限元弹塑性应力场和极限平衡状态的三维边坡稳定分析方法——三维有限元极限平衡法。首先,基于有限元应力场计算滑动体的唯一整体主滑方向,再根据刚体极限平衡假定计算滑动面上各点滑动方向,定义局部安全系数为抗剪强度与滑动方向上剪应力投影的比值,最后基于三维边坡整体极限平衡条件将局部安全系数通过积分中值定理转变为整体安全系数。该方法计算简单且无滑动面形状限制,具备合理性与有效性。算例验证结果表明,该方法安全系数与严格的三维极限平衡法结果一致,适用于任意形状滑动面。
烧结烟气中含钾化合物对钒钨钛催化剂脱硝/二噁英性能的影响
丁龙, 钱立新, 张洪亮, 龙红明
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.07.005
[摘要](38) [PDF 1056KB](10)
摘要:
采用钒钨钛催化剂可有效减排烧结烟气中NO和二噁英,而烟气中含有的钾盐会造成催化剂活性降低。在实验室采用湿式浸渍法对新鲜钒钨钛催化剂进行强制失活,研究了三种钾盐(K2SO4、K2O和KCl)负载于催化剂表面对其脱硝和脱二噁英活性的影响,并采用水洗和酸洗手段考察了失活催化剂的再生性能。结果表明,不同形态钾盐会造成催化剂的脱硝和脱二噁英活性降低,两种污染物的活性降低顺序遵循相同的规律,即KCl> K2O> K2SO4。催化剂的失活机理主要包括物理失活和化学失活。物理失活主要是指钾盐在催化剂表面沉积并堵塞其孔道;化学失活主要是指钾盐与催化剂表面的活性组分产生相互作用,钝化表面活性位点,降低表面酸性,减弱氧化和还原性能,进而降低催化剂的脱硝和脱二噁英活性。再生实验结果表明,水洗可以一定程度上恢复催化剂的脱硝活性,酸洗会导致催化剂表面活性物质流失,但水洗和酸洗均无法有效恢复催化剂的脱二噁英活性。最后,提出了不同形态钾盐对钒钨钛催化剂的中毒机理。
离子液体对不粘煤煤粉自燃特性的影响研究
马砺, 何铖茂, 魏泽, 魏高明, 王洋
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.18.003
[摘要](30) [PDF 946KB](6)
摘要:
为了研究煤粉储运过程中堆积煤粉在漏风环境下氧化升温导致其氧化自燃特征,揭示[BMIM][BF4]离子液体抑制煤粉氧化阻燃反应机制。本文选用高效阻化剂[BMIM][BF4]离子液体对红柳煤矿(HL)不粘煤煤粉进行阻化处理,通过煤粉恒温氧化实验测定5%、10%、15%质量浓度的[BMIM][BF4]处理煤粉的自燃临界参数,即煤粉最低点火温度Tm和点火延迟时间ti,分析[BMIM][BF4]对煤粉加热、自热反应的影响;测试同一高温环境下(各煤粉均被点燃)[BMIM][BF4]对煤粉的宏观阻化特性;通过FT-IR实验表征[BMIM][BF4]对煤粉的微观阻化特征,验证煤粉自燃临界参数变化规律。结果表明:[BMIM][BF4]能够抑制煤粉自热反应并提高煤粉Tm和ti值,降低煤粉自燃危险性,且其浓度越大,煤粉自燃临界参数越大,其中15%质量浓度的[BMIM][BF4]处理煤粉的Tm为156℃,较原煤粉冗余度提高+26℃,ti为80 min,较原煤粉点火延迟32 min。在同一环境温度Ta下(Ta>Tm),[BMIM][BF4]处理煤粉的中心点温度、耗氧速率、CO产生量均小于原煤粉,且[BMIM][BF4]的阻化效果随质量浓度的增大而增大。[BMIM][BF4]的阻化作用体现在强电负性氟原子与煤中羟基氢原子形成较强的氢键,溶解破坏煤中羟基基团,阻断煤氧链式反应。
阴离子F掺杂钙钛矿材料的氧还原性能研究
董雨龙, 李宗宝, 王傲, 花仕洋
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.21.005
[摘要](9) [PDF 1094KB](1)
摘要:
固体氧化物燃料电池(SOFC)因其高效、清洁及便携性等优点被认为是当前最具应用前景的新能源技术之一。传统SOFC因高工作温度(>800°C)而限制了商业推广,中温SOFC成为当前研究的热点。钙钛矿阴极材料La1-xSrxCo1-yFeyO3-d(LSCF)因具有较高的电子离子混合导电性而成为中温SOFC阴极材料的较佳选择,同时实验证明F替代O位能有效提升SOFC稳定性。基于已有实验报道,本文采用第一性原理计算了F掺杂对LSCF电子结构影响、氧气分子在(100)表面吸附能的变化、阴极体内氧空位形成能及氧离子迁移活化能的影响。通过与未掺杂材料性能的比较,证明:适量F掺杂LSCF在有效提升阴极表面对氧气分子吸附能力同时能进一步提高体内氧离子迁移效率,从而提升阴极氧化还原反应能力。
转子发动机径向密封片的研究综述
纪常伟, 杨振宇, 杨金鑫, 汪硕峰, 黄雄辉, 常珂
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.02.002
[摘要](49) [PDF 2640KB](6)
摘要:
转子发动机的发明是对内燃机结构上的一次重大变革,转子发动机具有结构简单、体积小、运转平稳、高速性能好等优点,但是转子发动机密封部件多、气密性差,严重制约转子发动机的发展。径向密封片作为转子发动机最重要的密封部件,存在振拍、漏气和磨损三大关键问题,直接影响转子发动机的工作性能和使用寿命,本文在NSU、Mazda等公司对径向密封片结构与材料的研究成果基础上,综述了径向密封片结构设计和材料选取的发展,最后结合新型结构与激光处理工艺、石墨烯、碳纤维以及纳米陶瓷等材料,对径向密封片的未来进行了展望。
基于协调变量的多机协同打击制导方法与试验验证 收稿日期:2020-12-30 基金项目:国家自然科学基金资助项目(61801495,61903369)
唐钟南
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.30.001
[摘要](25) [PDF 1084KB](10)
摘要:
根据多无人机协同打击的作战特点和要求,提出了一种通用性集群时空协同打击制导控制方案。该方案分析了比例导引律(Proportional Navigation law ,PN)在满足特定协调变量一致时具有下弹道唯一的特性,以此为基础,通过选取协调变量,将制导段分为协调段和末制导段。协调段的航迹控制采用改进Dubins方法,实现了协调变量的时空同步收敛;末制导段将三维空间制导解耦为纵向平面与侧向平面的制导,基于同系数比例导引实现集群攻击时间一致。分段航迹控制实现了集群在考虑目标防御射界约束下的时空协同。数值仿真和实际飞行试验结果表明,该方案具有实时的在线规划能力,能够实现大规模集群时空协同下的全向饱和攻击,打击时间精度和空间精度较高。
中国非开挖水平定向钻进装备与技术研究应用进展
孙平贺, 刘伟胜, 杨涵涵, 韦帮第, 夏余宏烨
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.02.24.001
[摘要](22) [PDF 2122KB](7)
摘要:
非开挖水平定向钻进技术(Horizontal Directional Drilling,HDD)被广泛应用于市政生命线工程新建与修复、长距离油气管线敷设、山体定向勘察等领域,是非开挖工程关键技术之一。中国HDD经历近30年的发展,在装备与技术的研究应用有了较大进步,并创造了世界纪录。论文从既有地下生命线探测技术、地下生命线工程的信息化、HDD装备技术、双向对穿HDD技术、HDD回拖力计算模型、风险识别与控制等六个方面开展了文献调研工作,分析了HDD装备与技术研究应用进展。根据地下生命线的材质属性,电磁感应法、探地雷达法和惯性导航法等被广泛用于既有生命线的空间探测,复杂干扰下的数据解析与精度提高仍是研究重点。基于三维数据,融合BIM、人工智能、大数据等技术,借鉴美国“811”体系,局部完成了地下生命线的信息化。在HDD装备方面,设计并研发了世界上最大回拖力(2000吨)的电驱动钻机;采用对穿技术完成了世界上最长(5100m)的海底生命线敷设。基于过程化的HDD工艺参数、设备参数和控制监测技术被大量应用,有效提升了应用中的风险识别能力。针对不同地层条件下的回拖力计算为设备选型提供了依据,并为HDD多学科融合研究提供了途径。复杂地质条件下的冒浆、钻屑床、河流冲涮深度演变等热点和难点也得到初步探索研究,构建了理论、实验和数值分析模式,为提高HDD的应用效率和质量提供了依据。综合上述进展,论文进一步分析HDD的发展趋势。
新型装配式双舱综合管廊节点力学性能试验研究
匡亚川, 姜厉阳, 刘胤虎, 莫小飞, 伏亮明, 罗时权
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.07.002
[摘要](44) [PDF 1604KB](8)
摘要:
预制装配综合管廊结构中,节点是结构的薄弱环节,其力学性能直接影响整体结构的变形和承载力等。本文提出了一种“U型套箍插筋连接”新型装配式双舱综合管廊,通过4个节点足尺试件试验,包括1个底部L型装配边节点试件,1个底部L型现浇对比节点试件,1个顶部L型装配节点试件,1个底部T型装配节点试件,以此来验证连接方法的有效性。试验得到了节点足尺试件的开裂荷载、裂缝发展规律、承载能力、破坏方式、构件延性等力学性能。试验结果表明:新型装配式管廊节点试件都在靠近角点区域发生弯剪破坏,具有较高的承载力和延性;采用“U型套箍插筋”性能可靠,能够获得与现浇节点试件相当的力学性能。
连续驱动摩擦焊接技术的研究与工程应用
张晗, 朱志明
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.13.001
[摘要](24) [PDF 1736KB](3)
摘要:
在对摩擦焊接进行分类并简要说明的基础上,对连续驱动摩擦焊接技术的研究发展和应用现状进行了全面梳理和深入剖析,涉及焊接工艺过程特征和主要工艺参数、工艺探索及工艺参数对接头性能的影响、数值分析和模拟及工艺参数优化、异种金属和非金属材料摩擦焊接与工艺创新、实际工程应用和焊接设备等方面。从摩擦焊接技术的潜在应用、核心科学问题、新型摩擦焊接设备的研发、数值分析和模拟、与新兴技术的结合等方面,对连续驱动摩擦焊接技术进行了评述和探讨。
建筑环境中有机磷酸酯污染特征和控制技术进展
韩旭, 厉文辉, 刘杰民, 吴传东, 庄媛, 裴素云
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.11.001
[摘要](39) [PDF 580KB](7)
摘要:
有机磷酸酯(organophosphate esters, OPEs)作为一类阻燃剂和增塑剂,在建筑材料和室内装修材料中广泛使用。由于该类物质主要以物理添加而非化学键合的方式加入到材料中,因此易在使用过程中进入环境。研究表明OPEs普遍存在于室内环境中,并且浓度较高,人体长期暴露在高浓度OPEs的室内环境,可能存在一定的健康风险。本文综述了常见有机磷酸酯的性质、应用和生物毒性,并总结了其在建筑环境中的污染特征、环境行为和暴露水平,介绍了建筑环境中OPEs的释放规律、控制技术与人体暴露风险,并对未来研究方向进行了展望。
金属矿山固废充填研究现状与发展趋势
程海勇, 吴爱祥, 吴顺川, 朱加琦, 李红, 刘津, 牛永辉
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.08.001
[摘要](60) [PDF 2235KB](22)
摘要:
金属矿山固废充填技术在我国已有半个多世纪的发展史,在矿产资源综合开发利用、环境保护及工程安全等方面发挥了不可替代的作用。综述了近年来充填采矿技术发展与变革进程,总结了现代充填设计理念与技术路线是在以信息技术、自控技术和装备技术主导下,围绕合理的充填方法、充分的强度功能和优良的浆体制备,综合实现固废利用、环境保护、空区处置、资源回收和地压控制等目标,并介绍了以膏体+多介质协同充充填、同步充填和功能性充填为代表的新兴充填理念。分析了国内外充填强度与采矿方法的匹配关系,描述了以流变力学和固体力学为主体的矿山充填力学架构,并分析了浆体的流变特性、流变模型和有效测试方法,同时也分析了充填体在采场力学、开挖结构以及柔性让压等方面的作用特征。根据原位采场特征,剖析了原位多场多因素扰动作用,并介绍了最新研发的充填体多场耦合监测系统。总结了全尾砂深度浓密、固液混合搅拌以及长距离浆体输送等充填核心环节的发展特点及研究进展。分析了充填智能化发展的必要性,梳理了充填领域涉及的智能化算法,提出了充填智能化未来发展思路。通过对矿山固废充填发展趋势分析,认为未来矿山固废充填需要深度拓展绿色发展内涵,进一步探索模块化、规模化和智能化之路,积极融入并服务深地开采需求,充填采矿法或将成为深部采矿和绿色采矿未来可期的唯一解决方案。
仿生扑翼飞行器风洞实验研究进展
付强, 张祥, 赵民, 张春华, 贺威
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.30.004
[摘要](36) [PDF 1810KB](7)
摘要:
仿生扑翼飞行器的设计灵感来源于自然界中的鸟类、昆虫和蝙蝠的飞行模式,通过机翼的主动运动来产生飞行所需要的升力和推力。仿生扑翼飞行器具有隐蔽性好、机动性强等优点,成为近年来国内外飞行器研究的重点。但是仿生扑翼飞行器研究涉及到低雷诺数、非定常空气动力学等问题,与常规固定翼飞行器有很大的不同。仿生扑翼飞行器的研究方法一般分三种:气动计算、风洞实验和外场试飞。气动计算方面,非定常气动设计优化理论与方法目前仍存在不足;外场试飞的方法无法精确测量出飞行器复杂的气动力,难以对飞行器进行定量分析研究;风洞实验由于可以模拟飞行时的真实情况,获得的数据较为真实可靠,且可以定量分析研究,成为目前研究仿生扑翼飞行器非常有效的方法。国内外研究人员利用风洞进行了大量针对仿生扑翼飞行器的实验研究。本文首先介绍了风洞的组成、分类,然后详细介绍了仿鸟和仿昆虫扑翼飞行器风洞实验的研究现状,最后对仿生扑翼飞行器风洞实验未来可能的研究方向给出了建议。
宁夏煤矿绿色开发战略研究
蔡美峰, 吴允权, 李鹏, 潘继良, 洪伟, 李军
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.21.002
[摘要](33) [PDF 790KB](20)
摘要:
宁夏是我国西北地区煤炭生产大省,为我国经济发展做出了重大贡献。宁夏煤矿长期开采也带来了诸多环境问题,如地表塌陷、水资源破坏、大气污染、废弃煤矸石随意堆放等。促进煤炭开采和环境保护的协调发展,提高绿色煤炭发展的总体水平,已成为新时期宁夏煤炭工业发展的重要方向。针对宁夏地区煤矿开采现状,归纳总结了宁夏煤矿开采亟待解决的技术问题,如基础理论与技术瓶颈亟待突破、绿色开发技术标准与规范不完善、绿色开发技术与装备保障不足以及缺乏示范引领与政策支持。从宁夏煤炭工业未来发展的现实需求出发,提出了宁夏煤矿绿色开发的战略思想、发展蓝图和战略目标,形成其总体战略布局。在此基础上,从多方面提出了宁夏煤矿未来绿色开发的技术路径,主要包括煤炭开采水资源保护技术、矿井水大规模低成本处理技术、矿区地表生态减损和修复技术、智能化绿色开采技术以及洁净煤技术。最后,提出了宁夏煤矿绿色发展的可行性建议。明确绿色发展理念与目标,积极实施绿色矿业,生态环境和生态文明建设将迈上新的台阶,有利于实现宁夏煤炭产业的高质量可持续发展。
基于13C-NMR和FTIR的煤尘润湿性定量表征模型构建
林清侠, 汪澍, 金龙哲, 欧盛南
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.23.001
[摘要](32) [PDF 1238KB](9)
摘要:
为从微观角度研究煤尘润湿性影响因素,探究分子结构参数与煤尘润湿性之间的定量关系,选取三种不同煤阶的煤样进行煤质特征分析以及煤尘润湿性接触角测定,同时通过13C-NMR(碳-13核磁共振)和FTIR(红外光谱)实验,获得了煤分子结构参数,利用SPSS进行煤分子结构参数与接触角的相关性分析,最后,通过MATLAB进行煤尘润湿性定量表征模型的构建。结果表明:在不同类型表面活性剂的作用下,影响煤尘润湿性的主要因素不同,主要为:红外结构参数中的-COO-、-O-、C=O,13C-NMR结构参数中的 "f" _"al" ^" H" 、"f" _"a" ^" P" 、"f" _"a" ^" B" ;综合考虑上述红外和13C-NMR结构参数,构建了在3种表面活性剂作用下的煤尘润湿性的定量表征模型,可利用煤尘微观分子结构数据,快速进行煤尘润湿性的表征,进一步丰富了煤尘润湿的微观机理。
智能法律合约订立的合规性设计与实现
郭倩, 朱岩(通讯作者), 殷红建, 陈娥, 王迪, 刘国伟
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.08.005
[摘要](90) [PDF 1777KB](25)
摘要:
智能法律合约作为一种符合法律规定的智能合约形式近年来得到了广泛重视,然而智能法律合约订立过程仍缺乏有效技术手段使之符合现行法律规定,进而影响合约的法律效力。针对这一问题,本文从合同订立的相关法律规定入手,通过引入合约范本化思想,提出了一种包含智能合约的建立、部署、订立与存证四个阶段的规范化智能合约订立流程,使之满足书面合同成立要件的法律规定;同时,在合约范本中提出了满足合约“订”和“立”两个阶段的书面化交互接口,前者支持当事人对合约范本中待定内容进行反复协商并予以确定,后者则支持当事人以主动触发方式激活行为属性;此外,在智能法律合约语言SPESC中引入了当事人宣称和当事人签名等合约订立相关语法,使之满足合约订立过程中的“要约-承诺”制度,并设计了三种区块链交易结构支持当事人注册、签名、条款执行中交互数据的存证;最后,以销售合约为实例,从订立过程的要约认定、承诺认定、存证合法性三方面辨析了所提出的智能法律合约订立方案的合规性。本文所做工作将有助于为智能法律合约的订立过程提供法律依据,促进我国智能合约的法律化建设。
考虑非平稳过程的劣化钢筋混凝土梁桥时变可靠度分析
金聪鹤, 钱永久, 张方, 徐望喜
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.07.001
[摘要](55) [PDF 2557KB](16)
摘要:
桥梁服役过程中,车辆荷载的频率和轴重都随着服役期龄而增加。基于时变可靠度理论,采用Gamma随机过程描述荷载效应的发生频率,提出了考虑车辆频率增大的桥梁时变可靠度分析方法。基于验证荷载试验,考虑历史荷载信息对桥梁结构当前时刻抗力评估的影响,提出了抗力变异系数为时间变量的桥梁时变可靠度计算公式。采用上述方法,对某钢筋混凝土梁桥进行时变可靠度分析,结果表明:车辆荷载频率增量关联与否不影响结构时变可靠度的变化;采用本文提出的计算公式可以考虑历史荷载强度均值介于结构初始抗力的31.6%~36.4%,对预测桥梁可靠性具有更高精度。当荷载频率λ小于10(1/a),考察范围(0,T)在35a之内,若历史荷载强度不高于初始抗力的29.1%,可以采用基于荷载频率函数的时变可靠度公式;频率大于2(1/a)的车辆荷载效应超过结构初始抗力的36.4%,且年增长率超过150%时,采用快速退化函数计算时变抗力的钢筋混凝土梁桥在20年内的失效概率较高,需引起注意,在设计和施工时增强钢筋的耐锈蚀性。
炉渣成分对冶炼白云鄂博矿高炉渣脱硫、排碱能力的影响
张国成, 王雅军, 罗果萍(通讯作者), 邬虎林
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.19.001
[摘要](61) [PDF 795KB](9)
摘要:
为了探明炉渣成分对冶炼白云鄂博高炉渣脱硫和排碱能力的影响,在实际高炉渣成分的基础上,通过正交实验和Factsage 7.1热力学模拟软件绘制不同组分高炉渣渣系五元伪三元相图,探究了自由碱度(Ro)、w(MgO)和w(Al2O3)对高炉渣脱硫、排碱能力的影响规律,并结合生产实际给出了适宜的炉渣Ro、w(MgO)和w(Al2O3)的控制范围。研究表明:(1)Ro是影响炉渣脱硫、排碱能力的最显著因素,Ro增加,渣中O2?浓度升高,促使硅氧复合阴离子Si?O解体,炉渣黏度减小,炉渣与金属液体之间的传质过程得到促进,使得S2?更容易向渣中迁移,炉渣脱硫的热力学和动力学条件改善,脱硫能力提高,适宜的Ro应控制在1.05-1.15的范围内;(2)w(MgO)是影响炉渣脱硫能力的次要因素,w(MgO)增加,炉渣的流动性和稳定性提高,有利于改善炉渣脱硫的动力学条件,且可降低炉渣中(K2O+Na2O)的活度,提高排碱能力,适宜w(MgO)应控制为15 %左右;(3)w(Al2O3)是影响炉渣排碱能力的次要因素,w(Al2O3)增加,易生成镁铝尖晶石(MgAl2O4)等高熔点物质,使炉渣中的自由氧离子消耗量增多,不利于脱硫反应动力学条件的改善,虽然增加w(Al2O3)有益于排碱,但高w(Al2O3)不利于脱硫,且会导致炉渣黏度上升,适宜w(Al2O3)应控制在12 %左右。
近距离煤层工作面煤柱合理留设与巷道围岩控制技术研究
赵洪宝 , 程辉, 朱传奇, 王涛, 徐建峰, 秦逢缘
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.25.001
[摘要](29) [PDF 2360KB](6)
摘要:
为探究近距离煤层工作面煤柱合理留设宽度以及回采巷道围岩控制技术,以回坡底煤矿近距离煤层开采为工程背景,通过数值模拟、理论分析、现场实践等技术手段对不同宽度条件下煤柱破坏演化过程、影响因素、底板破坏范围以及11#煤层回采巷道围岩控制技术进行了深入研究。研究结果表明:(1)煤柱在预留煤柱时期、区段煤柱时期、保护煤柱时期、孤岛煤柱时期四个阶段过程中,煤柱破坏范围逐渐增大;煤柱弹性核占比均随煤柱宽度的增加而增加,本煤层回采巷道随煤柱宽度的增加从非对称性破坏逐渐演化为对称性破坏。煤柱破坏宽度与煤层倾角、粘聚力、煤柱宽度、内摩擦角和泊松比等因素成反比关系,只与埋深成正比关系。(2)随着煤柱宽度增大,煤柱底板破坏宽度与深度增大,且底板破坏集中在煤柱边缘侧,煤柱正下方底板破坏区域较小。(3)煤柱应力集中作用致底板下方最大主应力发生偏转,最大主应力指向煤柱方向;随着11#煤层巷道与煤柱边缘距离的增大,巷道围岩塑性区由倾斜的“X”形分布转变为倾斜的“8”形分布,再转化为倾斜的“O”形分布,最终转化为椭圆形分布;离煤柱距离较近时,巷道往往出现非对称性破坏,支护也要采取非对称支护形式。
生物质炭复合团块在高炉中的反应行为
张壮壮, 王强, 唐惠庆, 薛庆国
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.30.002
[摘要](47) [PDF 1822KB](10)
摘要:
在高炉炼铁中利用生物质/生物质炭代替粉煤/焦炭是实现高炉炼铁减少CO2排放的有效方法。本文利用氧化铁粉和生物质炭,通过冷压成型和热处理硬化的方法制备了满足高炉强度要求的生物质炭复合团块。其成分为:11.1 wt.% C、72.7 wt.% Fe3O4、11.25 wt.% FeO、0.77 wt.% Fe和4.67wt.% 脉石。随后,对高炉环境下复合团块反应进行建模。利用等温动力学实验确定模型参数并进行模型验证。利用该模型,解释了模拟高炉环境下复合团块的反应行为,以及对实际高炉中团块的反应行为进行了分析。结果表明,在模拟高炉条件下。团块经历了低熔化合物形成的结构变化和从炉渣基体向铁网络结构的转变。在实际高炉中,生物质炭复合团块的反应行为主要包括三个阶段:团块的高炉煤气还原(473-853 K)、团块的高炉煤气还原和部分自还原(853-953 K)以及团块的完全自还原(953-1150 K)。在团块自还原参与阶段,团块中氧化铁还原和生物质炭气化均比烧结矿和焦炭快。团块具有提高高炉顶气利用系数和降低热储备区温度水平的作用。
废旧三元锂离子电池阴极材料微波吸收特性研究
李宁, 刘秉国
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.27.003
[摘要](15) [PDF 1010KB](5)
摘要:
废旧三元锂离子电池对环境和人类有很大危害性,但是其中的锂、镍、钴、锰等有价金属,具有较高的回收价值。本文以机械破碎后的三元锂电池为原料,研究了阴极粉末随温度变化的微波介电特性和吸收性能。结果表明,阴极粉末在25-700℃之间都有良好的微波吸收性能,400℃时介电常数?r'达到最大值11.96(F/M),随着微波功率增大,阴极粉末升到700℃的时间明显缩短,最大升温速率在320-450℃的范围内。介电性能变化趋势与微波加热特性变化趋势相吻合。
等效岩体三维随机节理网络模型构建及其在两河口水电站中的应用1
武娜, 梁正召, 宋文成, 李万润
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.30.003
[摘要](31) [PDF 1735KB](6)
摘要:
节理的存在对水电高陡岩质边坡的力学性质有重要影响,如何构建反映三维节理分布特征的等效岩体计算模型,是分析与评价岩体力学特性的关键。本文基于损伤力学和统计强度理论,在三维岩石破裂过程分析(RFPA3D)软件的基础上,提出了一种计算等效岩体三维随机节理网络模型的新方法。首先,基于Baecher模型和Monte-Carlo方法,在RFPA3D软件中实现了三维随机离散节理网络(Discrete Fracture Network,DFN)模型的重构。然后,利用内嵌DFN模型,赋予节理和岩石不同的力学参数,构建了工程尺度等效岩体三维随机节理网络模型,实现了三维随机节理岩体破裂过程、变形和强度等力学性质的分析。最后,以两河口水电站左岸边坡坝址区下游节理岩体为对象,验证了三维随机DFN模型的准确性,开展了研究区内节理岩体尺寸效应研究,并获得了研究区内岩体的表征单元体(Representative Elementary Volume,REV)和等效力学参数。该研究成果为等效岩体力学行为分析提供一种新方法。
考虑成桥内力状态的连续刚构桥耐震时程分析
李军, 石岩
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.11.001
[摘要](34) [PDF 1856KB](3)
摘要:
耐震时程法(ETM)是一种以地震动强度随时间逐渐增大的人工合成地震动为输入,通过少数几次计算即可得到不同地震动强度下结构反应的新型动力分析方法.本文探讨了在真实成桥内力状态下,ETM评估连续刚构桥地震反应与损伤的准确性和有效性.以一座典型非规则连续刚构桥为背景,采用MIDAS/Civil模拟实际施工过程,经施工阶段分析得到10年收缩徐变下的成桥内力状态,再借助等效荷载法建立考虑成桥内力状态的OpenSees动力分析模型;通过与天然地震动下的增量动力分析(IDA)结果相对比,验证了ETM可快速准确地得到地震反应的适用性;并采用该方法分析了墩顶位移、梁端位移及碰撞力等地震反应,采用位移延性系数和Park-Ang损伤指数对桥墩损伤进行了量化分析与评估.结果表明:ETM可以有效地预测真实成桥内力状态下连续刚构桥达到某一损伤程度的时间;耐震时间较短时主桥桥墩较引桥桥墩的损伤要小,耐震时间较长时则反之.
含Ti不锈钢冶金技术进展
王启明, 成国光(通讯作者)
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.03.003
[摘要](33) [PDF 1627KB](11)
摘要:
本文基于不锈钢中Ti合金化作用得出:Ti的添加对材料的贡献主要体现在稳定化、钉扎和弥散强化等方面,而这些效果主要是通过形成不同类型、成分、大小、分布的Ti(C,N)来实现。Ti在冶金过程的加入,会形成各种复杂类型的夹杂物,这些夹杂物对连铸顺利浇注、不锈钢材料表面光洁度和材料力学性能均会产生复杂的影响。为此,本文作者围绕含Ti不锈钢冶金技术的研究进展,从冶金物理化学基础、氧化物和TiN夹杂的形成与控制、凝固过程TiN复合核心和Ti元素对不锈钢铸件力学性能的影响等方面进行了总结和讨论。主要的研究进展为:含Ti不锈钢在冶炼过程生成的Al2O3、镁铝尖晶石、(MgO-Al2O3)rich-CaO-TiOx等高熔点氧化物夹杂是导致含钛不锈钢连铸水口堵塞的主要原因;优化的Al、Ca、Ti的添加方式和炉渣控制工艺是夹杂物减少和低熔点化的重要手段;TiN夹杂的析出、扩散长大和碰撞聚合的基本规律是关注的热点,钢液中大尺寸氧化物夹杂会促进TiN团簇的形成;通过严格控制凝固过程TiN或氧化物-TiN复合核心能够促进δ-Fe异质形核,提高连铸坯等轴晶率;固溶Ti元素能提高奥氏体或双相不锈钢中铁素体含量,提升不锈钢铸件的拉伸性能。
基于改进降噪自编码器半监督学习模型的热轧带钢水梁印识别算法 收稿日期:2021-01-04基金项目:国家自然科学基金资助项目(51674028)
陈兆宇, 荆丰伟, 李杰, 郭强
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.04.004
[摘要](44) [PDF 1691KB](11)
摘要:
水梁印是板坯加热的一种常见问题,造成钢板尺寸和板形缺陷。针对水梁印识别困难且工作量大问题,本文提出一种基于改进降噪自编码器半监督学习模型的热轧带钢水梁印识别算法。该算法在降噪自编码器编码层的每一层添加随机噪声,在隐藏层后添加分类层,并对数据添加伪标签,使得降噪自编码器具有半监督学习能力。通过提取热轧带钢粗轧出口温度数据中的温差特征,用相应特征对模型进行训练。实验结果表明,与BP神经网络,深度BP神经网络,DBN,LSTM和CNN-LSTM分类识别模型对比,本文提出的模型在带标签样本数量较小时,分类精度相比其他模型高5.0%-10.0%;在带标签样本数量较大时,提出的模型分类精度达到93.8%。
NiCo层状双氢氧化物负载痕量Pt的催化析氢研究
Xufang Chen, Hongwei Ni
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.05.003
[摘要](18) [PDF 1295KB](6)
摘要:
目前,降低铂的用量,提升铂基催化剂在碱性环境中的析氢反应性能,是电解水工业化应用的一个关键问题。本文采用电化学沉积在水热制备的镍钴层状双层氢氧化物(NiCo-LDHs)上实现了痕量Pt的负载。利用NiCo-LDHs促进水的解离,Pt位点推动H的结合和脱附,有效解决Pt在碱性环境中析氢反应过程动力学滞缓的问题。在1 mol?L-1 KOH溶液中,仅需极低的Pt负载量(30.4 ug?cm-2),Pt-NiCo-LDHs电极驱动10 mA?cm-2的电流密度仅需要56 mV过电位,展现了优异的析氢催化活性。在100 mV的过电位下,Pt-NiCo-LDHs的质量活性比商品化Pt/C电极高5.6倍。另外,Pt-NiCo-LDHs在100 h的恒电流测试中表现出了良好的稳定性。
横向声波扰动下乙醇燃烧火焰结构和振荡特性研究
张玉涛, 林国铖, 史学强, 张玉杰, 王兴明
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.08.002
[摘要](34) [PDF 1494KB](3)
摘要:
清洁高效的灭火技术一直是火灾科学的研究热点之一。为分析声波对非封闭火焰的具体控制行为,本文对3cm、4cm、5cm直径油池火焰在30-90Hz声强迫下的火焰形态及燃烧特征进行了分析。对火焰图像的分析发现,横向声波作用下的火焰具有间歇横断、拉伸和稳定燃烧三种状态;火焰几何尺寸的数值分析表明,间歇横断和不稳定拉伸状态下的火焰表面高度扭曲皱褶,具有更高的分形维数;对火焰面积、高度和宽度的频域信号分析表明,间歇横断状态下火焰信号极不稳定,频域峰值集中在(0-10Hz)之间;提出了Ri数在声波作用下的修正形式,确定间歇横断和拉伸状态的临界Ria数为58.19,分析表明声波扰动下的无量纲火焰高度Hf与ln(1/Ria)存在线性递减关系。
石墨化钢石墨化过程的金相分析及其动力学方程 收稿日期:2021-01-基金项目: 北京市自然科学基金资助项目(No. 2172035)
张永军
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.10.004
[摘要](35) [PDF 2386KB](2)
摘要:
石墨化过程是石墨化钢中石墨粒子的形成过程,是调控该钢组织与性能的关键过程,对其进行研究具有十分重要的意义。因此,本文对碳含量为0.66 %的淬火高碳钢在650 ℃、680 °C、710 ℃ 3个不同温度条件下分别进行石墨化处理,并利用场发射扫描电子显微镜FESEM、电子探针EPMA、X-射线衍射仪XRD、透射电子显微镜TEM对其石墨化过程的组织进行金相分析,以及利用组织转变动力学理论,绘制了其石墨化过程的动力学曲线,并建立了相应的动力学方程。研究结果显示,在石墨化过程中,淬火马氏体首先向析出碳化物的稳定状态转变,且在碳化物为渗碳体Fe3C时,石墨粒子析出速度开始明显增加;基体组织中针叶状α-Fe发生再结晶,由等轴状铁素体逐步代替针叶状的α-Fe;铁素体中的碳C含量随着石墨化时间的延长而逐步降低,即由过饱和状态转变为稳定态;碳C元素在石墨粒子中突变增为峰值,而铁Fe、硅Si则突变降为谷值;由此表明,渗碳体分解的碳向石墨核心扩散,铁Fe、硅Si自石墨核心处扩散出来,而形成石墨粒子;试验用钢石墨化时的动力学过程符合动力学模型JMAK方程,且该方程中的n值在1.5 ~1.7之间, 据此可推断本试验条件下石墨化过程中的形核率是随时间减少的。
基于改进YOLACT实例分割网络的人耳关键生理曲线提取
袁立, 夏桐, 张晓爽
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.11.005
[摘要](30) [PDF 1373KB](7)
摘要:
在人耳形状聚类、3D人耳建模、个人定制耳机等相关工作中,获取人耳的一些关键生理曲线和关键点的准确位置非常重要。传统的边缘提取方法对光照和姿势变化非常敏感。本文提出了一种基于ResNeSt和筛选模板策略的改进YOLACT实例分割网络,分别从定位和分割两方面对原始YOLACT算法进行改进,通过标注人耳数据集,训练改进的YOLACT模型,并在预测阶段使用改进的筛选模板策略,可以准确地分割人耳的不同区域并提取关键的生理曲线。它在测试数据集上显示出较高的分割精度,且在姿势发生变化时具有一定的鲁棒性。
张拉作用下岩石破裂的声发射特性及P波初动极性研究
刘希灵, 刘清林, 杜坤, 李夕兵, 谢秦
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.16.005
[摘要](38) [PDF 1191KB](4)
摘要:
为深入探讨岩石在张拉作用下破裂的声发射特性,设计了一种膨胀剂扩张破裂的声发射实验,详细分析了花岗岩、大理岩和红砂岩声发射信号的特征参数及P波初动极性。实验结果表明:声发射信号的累积计数和能量在三种岩石试样宏观开裂时均呈指数增长;花岗岩和大理岩试样声发射信号的中心频率主要集中在200-400 kHz之间, 红砂岩试样声发射信号的中心频率主要集中在200-500 kHz之间;花岗岩低频率事件占比最多,大理岩高频率事件占比较多,而红砂岩高频事件占比最多;三种岩样声发射信号的RA主要集中在0-1.9之间,大理岩和红砂岩AF值主要集中在50-100kHz之间,花岗岩AF值主要集中在200-250kHz之间,RA-AF的分布特性表明,实验中岩样主要以张拉破坏为主;通过P波初动极性分析法,获得各岩样声发射信号的初动极性,结果显示,花岗岩、大理岩和红砂岩分别有77.82%、79.5%和87.42%的T-型破裂源,花岗岩、大理岩几乎不产生S-型破裂源,而红砂岩因为天然节理裂隙较多,有9.93%的S-型破裂源。
一种轻量型人体行为识别学习模型
南静, 建中华, 宁传峰, 代伟
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.18.001
[摘要](54) [PDF 566KB](7)
摘要:
过去几十年,基于智能手机的人体行为识别已在智能建筑、医疗保健以及军事等领域发挥了重要作用。但智能手机CPU、存储空间等资源十分有限,因此开发一种轻量型人体行为识别学习模型成为一个研究热点。为了解决上述问题,本文提出一种基于近邻成分分析(Neighbourhood Component Analysis, NCA)和L2正则化随机配置网络(Stochastic configuration networks, SCNs)的轻量型人体行为识别学习模型。首先,针对人体行为特征集维数过高且可分性差的问题,利用NCA从特征集中选择高相关性特征子集,进而提高模型建模计算过程的轻量性和识别精度。其次,针对SCNs隐含层节点过多时容易出现过拟合的问题,采用L2正则化方法增强SCNs的泛化能力,同时利用监督机制约束产生隐含层参数的方法,极大地提高了SCNs模型的轻量性。最后,将所提NCA-L2-SCNs学习模型在UCI HAR特征集上进行验证,实验结果表明,相比于其他模型,本文所提轻量型模型对于人体行为识别具有更好的识别精度和更快的建模速度。
校庆专刊+深部地下硐室与应力场轴变关系及其围岩损伤破裂分析
刘力源, 张乐, 纪洪广
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.09.003
[摘要](44) [PDF 2151KB](18)
摘要:
随着经济与社会的持续发展,深部矿产资源和地下工程开发利用的需求不断增大。深部地下硐室是深部矿产资源开采和地下空间利用的重要载体。因此,科学合理的地下硐室设计对保障深部地下工程安全和节约支护成本等具有重要工程价值和现实需求。本文针对深部地下硐室与地应力场之间的轴变关系及其对硐室围岩损伤破裂的影响,建立了非均质围岩统计损伤计算力学模型;分析了不同断面形状、地层侧压系数、构造应力场对硐室围岩损伤破裂作用机制和影响规律,提出了地层临界侧压系数的概念;开展了三山岛金矿西岭矿区-2000 m地层硐室损伤破裂数值模拟,得到了该矿区深部地下硐室设计与布置原则。研究结果表明,“等应力轴比”情况下硐室围岩应力集中程度最小,损伤破裂区面积最小;地应力场是围岩损伤破裂的根本原因,侧压系数越大,硐室顶、底板处应力峰值越大,围岩以拉伸损伤为主,围岩损伤破裂区面积随侧压系数增大呈指数性增大;随着地层深度的增加,硐室临界侧压系数不断减小并趋近于1,因此深部地下硐室对水平构造应力的大小更加敏感;构造应力场诱使围岩损伤破裂程度增大,损伤破裂区向垂直于最大主应力方向的围岩应力集中区转移,使得硐室发生冒顶和岩爆风险升高。因此,深部地下硐室的设计与布置应结合实际地应力条件,硐室轴向沿最大水平主应力方向布置,硐室断面形状、轴比尽可能符合地应力条件,从而最大程度降低地应力场对硐室围岩损伤破裂及稳定性的不利影响。
不同钛酸酯含量对GO-TiO2复合材料组织结构和性能的影响
于凯伦, 王博, 韩庆, 陈建设, 李斌川, 魏世丞(通讯作者)
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.30.004
[摘要](78) [PDF 1708KB](18)
摘要:
以氧化石墨烯和钛酸四丁酯为原料,采用一步水热法制备氧化石墨烯二氧化钛(GO-TiO2)复合材料,研究了不同钛酸四丁酯含量对GO-TiO2复合材料组织和性能的影响规律。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)、拉曼光谱(RS)、紫外-可见分光光度计(UV-vis)、热重分析仪(TGA)对复合材料的微观形貌、物相组成、结构、吸光性和热稳定性进行表征。研究结果表明,随着钛酸四丁酯含量的增加,有利于GO-TiO2复合材料均匀分散,提高了GO-TiO2复合材料的吸光性和热稳定性,但钛酸四丁酯含量过高会使GO-TiO2复合材料分散性和热稳定性下降。当氧化石墨烯为320 mg、钛酸四丁酯为100 mL时,反应生成的复合材料表面TiO2分散均匀,表面缺陷少ID/IG值为0.91,氧化石墨烯和二氧化钛复合程度高。复合材料中的TiO2吸收边缘红移至可见光范围内,并且在440-800 nm可见光范围内的吸收峰明显增强。复合材料在800 ℃热稳定性相比于氧化石墨烯提高了32.66%。
海上风电复合基础承载性能对比研究
孙艳国, 许成顺, 杜修力, 王丕光, 席仁强, 孙毅龙
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.07.007
[摘要](92) [PDF 800KB](15)
摘要:
随着海上风电场逐渐向深远海发展,大直径单桩基础的适用性受到极大的挑战,新型基础的探索和研发逐渐受到学者们的重视。本文通过有限元软件ABAQUS,对比研究了饱和黏土场地中大直径单桩基础、桩-平台复合基础以及桩-筒复合基础在竖向荷载V、水平荷载H、弯矩荷载M作用下的承载性能。研究结果表明两种复合基础较单桩基础呈现出显著的承载性能优势。桩-平台复合基础的竖向承载力、水平承载力以及抗弯承载力随着附加平台直径的增大呈指数型增加;桩-筒复合基础的竖向承载力以及抗弯承载力随着筒结构入土深度的增加先增大然后趋于稳定,桩-筒复合基础的水平承载力与筒直径以及筒入土深度为双参数线性增加关系。V-H以及V-M复合荷载加载条件下,两种复合基础比单桩基础的破坏包络线空间大,两种复合基础的稳定性相对单桩基础有显著提升。在一定承载范围内,附加平台结构或筒型结构可以减小桩的直径或入土深度。研究结果为海上风电基础结构的选型以及优化设计提供了参考依据。
基于DIC的含3D打印起伏节理试样破裂特性及损伤本构研究
王本鑫, 金爱兵, 赵怡晴, 孙浩, 刘加柱
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.11.001
[摘要](37) [PDF 2209KB](9)
摘要:
受地质构造的影响,岩体工程中经常赋存起伏结构面(如扭转皱褶),由于形态复杂,目前起伏节理岩体的破裂及损伤本构研究仍不充分. 采用3D打印技术制作不同倾角的起伏节理模型,通过单轴压缩试验和数字图像相关技术(DIC)对起伏节理试样的力学及破裂特性进行研究,并基于断裂力学原理,首次提出采用DIC位移场求解节理尖端应力强度因子(SIF)进而探究损伤本构特性的思路. 结果表明:通过分析最小强度确定了起伏节理对试样的损伤上限为46.6%,起伏节理试样单轴强度对倾角的敏感性大于平直节理试样;起裂发生在峰值应力附近,破裂过程可分为破裂路径上微裂隙的产生和同步贯通,破裂模式表现为多条裂隙张剪组合模式;峰前SIF随荷载增加而增加,峰后同一荷载下KII>KI,节理左右两端均匀以剪切形式扩展;起伏节理对试样的损伤与倾角呈正弦关系,节理和荷载对试样的总损伤与应变均呈“S”型曲线.
混杂结构碳纤维复合材料防弹板防弹性能仿真研究
秦溶蔓
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.21.001
[摘要](36) [PDF 764KB](8)
摘要:
本文针对纤维/基体间的界面脱粘决定能量吸收这一核心问题,采用一系列标准粘结力参数调整复合板界面粘合力,并通过层间粘性行为和损伤参数模拟界面分层过程。本文利用ABAQUS/Explicit建立陶瓷/纤维复合防弹板的高速冲击损伤分析模型,通过分析弹丸初始速度与剩余速度,研究复合防弹板的各组分结构参数、纤维指标、铺层设计对靶板及层合板抗侵彻行为的作用规律,并结合Von-mises应力云图和基体损伤云图,探讨复合防弹板的受力与损伤形式。最后,利用弹道冲击实验成功验证模型的准确性。实验结果表明:由13mm厚SiC陶瓷、5mm厚碳纤维复合材料板和17mm厚UHMWPE复合材料背板组成的复合防弹板可有效防御弹丸侵彻,对弹丸动能吸收和弹速衰减作用明显。
一种新型液电式互联馈能悬架的特性分析
秦博男, 杨珏, 罗维东, 张文明
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.25.002
[摘要](61) [PDF 1469KB](6)
摘要:
本文提出了一种可回收车辆振动能量的新型液电式互联馈能悬架系统(Energy-harvesting Hydraulically Interconnected Suspension, EH-HIS),并对其工作模式进行了分析。基于系统流量关系和压降原理建立了液电式互联馈能悬架的数学模型,并通过台架试验对仿真模型进行了验证。通过谐波激励下的仿真测试,对系统的阻尼特性与馈能特性进行了分析,验证了液电式互联馈能悬架的阻尼特性具备非对称性和可调节性。当负载电阻从5 Ω增加到25 Ω时,相应的等效阻尼系数从7558 Ns·m-1降低至3134 Ns·m-1。馈能特性分析显示当负载电阻等于电机内阻时,系统馈能功率将达到最高值,在2 Hz 30 mm的激励下,系统平均馈能功率可以达到875.9 W。
用于CO2捕集的新型石灰煅烧过程的数值分析
张培昆, 张震威, 王立
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.22.002
[摘要](79) [PDF 900KB](22)
摘要:
石灰是一种重要的工业原料。常规石灰煅烧工艺中燃料在煅烧窑内燃烧,石灰石分解所释放的二氧化碳(CO2)与烟气混合,CO2捕集需进行气体分离。而采用CO2作为循环载气加热石灰石料块的新型煅烧过程,可避免上述混合问题,从而实现直接捕集石灰石分解产生的CO2。基于CO2加热的新型煅烧过程与常规工艺煅烧过程有较大不同,为深入理解新型煅烧过程并对其进行准确设计和有效优化,建立了基于CO2加热的石灰煅烧过程的数学模型。基于模型对一台产量为200 t·d-1的煅烧窑进行了模拟计算,获得了气固温差、气相流量、气相温度、料块表面温度、反应界面温度和转化率等关键参数在煅烧窑中的分布情况,并分析了进气温度、进气流量和料块半径三个工况参数对煅烧过程的影响。
新冠疫情下的SEIRD时滞性谣言传播模型及辟谣策略研究
唐梁鸿绪, 王卫苹(通讯作者), 王昊, 员曼曼, 罗熊, 李建武
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.16.005
[摘要](137) [PDF 1048KB](73)
摘要:
随着互联网的发展与新冠疫情的蔓延,疫情相关谣言的流量与受关注度大大提高,使其能够迅速发酵并造成极其不良的社会影响。由此可见,研究网络谣言的传播过程并给出遏制网络谣言传播的策略有着重大意义。本文在传统网络谣言传播SIR(susceptibles, infectives, recovered)模型基础上加入了潜在信谣者与铁杆信谣者群体,引入了政府辟谣机制,同时考虑到辟谣者与政府辟谣的滞后性以及高等教育普及率对谣言传播及辟谣过程的影响,建立了SEIRD(susceptible, exposed, infected, recovered, die-hard-infected)谣言传播模型,以研究一个网络谣言自诞生起,不知情者、潜在信谣者、信谣者、铁杆信谣者以及醒悟者这五类网民比例在有无政府辟谣、辟谣是否具有滞后性、以及网民不同比例高等教育率下的变化规律,并通过实验仿真验证了模型的有效性,为控制网络舆情传播提供参考。此外,本文还提出了用于衡量辟谣者群体及政府权威机构辟谣能力的辟谣系数,并给出了其算法设计。研究结果表明,提高高等教育普及率对于减缓谣言传播、降低谣言传播峰值有着显著效果;政府权威机构辟谣对于最终彻底消灭谣言起决定性作用;消灭辟谣的滞后性对于减缓网络谣言传播同样有极大帮助。为此,本文还提出了一种未来可能的消灭辟谣滞后性的网络谣言抑制策略。
重毒性铅污染土壤清洁高效修复研究进展
肖龙恒, 唐续龙, 卢光华, 张颖, 郭敏, 张梅
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.08.002
[摘要](30) [PDF 843KB](11)
摘要:
随着工业化和人类文明的飞速发展,国内外重毒性铅污染土壤不断增加,因此铅污染土壤治理势在必行。本文介绍了铅元素污染背景、现状与危害,并对土壤中铅的来源、赋存形式及其提取方法进行了详细介绍。结合土壤修复技术研究现状,对三大修复方法如物理、化学及生物修复法进行了系统综述,并从效率、适用性、经济性等方面评估了三种修复方法的优势与劣势,发现化学修复最适合重毒性铅污染治理。随之对化学淋洗法和固定化/稳定法作了详细介绍,探讨并评价了不同种类淋洗剂和固化剂的修复机制、修复效果、适用性、应用前景等。最后对未来重毒性铅污染土壤清洁高效修复提出了展望,修复方法应尽量减少对土壤的破坏;对高铅污染土壤来说联合修复技术的发展是土壤修复富有潜力的发展方向;应当尽可能的确定铅污染土壤修复机制,实现定向修复;同时应加强多功能复合材料的研发。
神经网络在无人驾驶车辆运动控制中的应用综述
张守武, 王恒, 陈鹏, 张笑语, 李擎
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.23.001
[摘要](48) [PDF 493KB](24)
摘要:
本文旨在介绍近年来神经网络在无人驾驶车辆运动控制中的应用情况。无人驾驶车辆由于存在非线性、时延和参数不确定性,且受道路附着系数、侧向风等外界因素影响,传统控制方法往往难以保证控制的实时性和精确性。神经网络具有近似复杂非线性映射的能力,能够自动适应无人驾驶车辆运行的环境并完成运动控制。本文从神经网络在无人驾驶车辆的控制器设计、对系统未知动态局部的准确逼近、车辆状态参数的估计以及优化其他控制算法参数四个方面,分别介绍它的应用情况,给出相关研究的主要内容和最新进展。最后总结了神经网络在无人驾驶车辆运动控制中存在的主要问题,并展望了可能的发展方向。
煤基活性炭改性及其甲烷吸附能力研究 收稿日期:2021-03-18基金项目:国家自然科学基金资助项目(51574017)
金龙哲, 赵金丹, 王辉(通讯作者), 柏杨, 闫康
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.18.002
[摘要](54) [PDF 230KB](11)
摘要:
针对无烟煤制备成的煤基活性炭,采用酸式改性、碱式改性和联合改性的方法对其进行改性处理。通过低温液氮吸附实验、傅立叶红外光谱技术、高压甲烷吸附实验,分析了煤与煤基活性炭的表面物理、化学结构及其甲烷吸附能力。结果表明,煤基活性炭的孔隙结构和表面官能团共同决定了其对甲烷的吸附作用。同时,较于孔隙结构,表面官能团的极性对甲烷吸附量起主要作用。
基于温度效应的半水磷石膏水化反应热动力学模型
王贻明, 王志凯, 吴爱祥, 彭青松, 李剑秋
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.30.003
[摘要](45) [PDF 1118KB](7)
摘要:
为扩大半水磷石膏(HPG)作为充填胶凝材料的工业应用半径,实现HPG资源化利用技术新突破。本文寻求一种在堆存过程中HPG水化反应放热量变化的模型,以了解其胶凝性能的变化情况。通过对初始温度为35、40、60和80 ℃的HPG堆体进行自由水含量和温度监测,发现HPG自由水含量变化规律符合一级反应动力学模型,之后基于热力学和化学反应动力学基本理论,提出了一种关于堆存温度与时间关系的HPG水化反应热动力学模型。最后,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件,将HPG水化反应热动力学方程嵌入传热和ODE模块,对HPG堆体温度进行数值模拟,模拟堆体温度变化曲线与试验结果较为吻合,验证了所提出模型的可靠性。
金属增材制造的微观组织特征与其抗腐蚀行为的研究进展
李莹, 张百成, 曲选辉
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.02.04.003
[摘要](42) [PDF 2251KB](9)
摘要:
增材制造技术因其短工艺流程、高材料利用率、高度柔性制造等优势,已经被广泛应用于车辆工程、航天航空、医疗及核工程等领域。在众多增材制造技术中,金属增材制造制件因其特殊的微观组织结构及析出相,展示出了优秀的力学性能,并被广泛报道。但是,这种特殊的微观结构及析出相对材料在服役过程中的腐蚀影响机理仍然不清晰。因此,本文对对目前金属增材制造腐蚀性能相关研究进行总结和归纳,深入研究了打印材料中的残余应力、晶粒尺寸、析出相和各向异性等影响抗腐蚀性能的行为,分析了参数优化及热处理工艺对提高材料抗腐蚀性能的机理。最后对金属增材制造的抗腐蚀性能机理及改善手段进行了展望。
我国铝冶炼工业的竞争力分析及发展趋势
刘风琴(通讯作者), 邱定蕃, 顾松青, 李荣斌, 赵洪亮, 谢明壮, 姚志超
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.09.002
[摘要](55) [PDF 1459KB](5)
摘要:
本文全面研究了我国铝冶炼工业生产和技术现状,剖析了我国铝冶炼工业发展在资源、能源和环境治理方面所面临的主要矛盾与挑战,在世界范围进行了生产成本竞争力比较与分析,认为制约我国铝冶炼工业可持续发展的主要因素是国内缺乏足够的优质铝土矿资源、电力价格过高、生产技术需进一步优化、所产生的大量固危废难于实现无害化和资源化利用。由此分析提出了我国铝冶炼工业可持续发展的战略,即严控产能的无序过快扩张并合理布局、优化资源、能源的供应结构、实施优质、节能、低耗的产业发展战略以提高核心竞争力、加快实现废气、废水和固废的达标排放及资源化利用。本文的研究结果对我国铝工业进行产业结构调整、实现高质量可持续发展的战略,具有较重要的意义。
GO改性珊瑚砂水泥结石体氯离子阻滞机理研究(2020年第二届全国地学研究生论坛论文)
陈宾, 何山强, 贺勇, 朱彦武, 赵延林, 胡惠华, 张可能
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.06.001
[摘要](43) [PDF 1838KB](6)
摘要:
在远离大陆的海洋环境下,通过注浆或搅拌桩等工艺注入极少掺量氧化石墨烯(GO)的水泥浆液改善珊瑚砂地基,可以大幅提升结石体阻滞氯离子渗透能力。本文通过扫描电镜(SEM)实验、借助Image -Pro Plus图像处理等,在对比分析河砂与珊瑚砂颗粒形态差异以及掺入GO前后微观结构变化规律的基础上,揭示了GO改性珊瑚砂水泥结石体阻滞氯离子渗透的作用机理。试验结果表明:颗粒棱角度高、形状不规则、多孔且含有内孔隙等原因是相同工艺条件下珊瑚砂水泥结石体阻滞氯离子渗透性远低于河砂水泥结石体的主要原因;当掺入0.02wt%GO后,28d和56d的珊瑚砂水泥结石体阻滞氯离子渗透性能指标提升程度最高(39.43%与48.93%),并与相同工艺条件下无添加GO的普通河砂水泥结石体指标相近;珊瑚砂水泥结石体阻滞氯离子渗透性能提升程度与GO掺入量有关,但二者为非线性关系,0.02wt%为本文最佳试验掺入量;调控水泥水化产物生成,形成规整有序的水化晶体形状和致密的水化产物,填充封堵孔隙,抑制内部裂纹的生长和发展是掺入GO影响珊瑚砂水泥结石体抗氯离子渗透性的主要原因。
基于金属有机骨架材料的电阻传感器在检测VOCs中的应用
牛犇, 张秀玲, 翟振宇, 郝肖柯, 李从举
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.26.003
[摘要](75) [PDF 1590KB](6)
摘要:
挥发性有机化合物(VOCs)传感器中敏感材料对气体的吸附选择性至关重要,因此,传感材料的比表面积、孔尺寸、功能官能团决定了传感器的响应程度和敏感程度。金属有机框架材料(MOF)具有丰富多孔、高比表面积、结构多样性、化学稳定性等特点,除此以外一些MOF衍生物也具有良好导电性,因此MOF及其MOF衍生物已在气体传感器中得到广泛应用。在众多传感方式中电阻传感器由于其结构简单、分析快速等特点成为了目前应用广泛的传感类型。本文总结了电阻传感器基本原理、MOF及MOF衍生物在电阻传感器检测挥发性有机化合物中起到的作用、原理、及其应用,并对其发展前景和面临的挑战进行了展望。
雾辅助物联网中公平节能的计算迁移研究
陈思光, 尤子慧
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.02.19.002
[摘要](54) [PDF 851KB](24)
摘要:
作为云计算模式的延伸,雾计算以其能耗低、时延短、带宽节省高等优势而受到广泛关注,为了构建绿色且长生命周期的物联网,本文提出了一种雾辅助的公平节能物联网计算迁移方案。具体地,基于雾节点计算能力、带宽资源以及融合雾节点能耗公平性的迁移决策的联合考量,构建了一个最小化所有任务完成总能耗的优化问题。提出了基于动量梯度和坐标协同下降的公平性能耗最小化算法 (Momentum Gradient and Coordinate Collaboration Descent based Fair Energy Minimization, MGCCD-FEM)用于解决上述混合整数非线性规划问题,即首先,基于雾节点的历史平均能耗、距离、计算能力以及剩余能量值设计了公平性指标以获得对于雾节点能耗公平性最优的迁移决策;接着,基于所获得的最优迁移决策,通过提出的动量梯度与坐标协同下降法,联合优化雾节点分配给各个任务的计算及带宽资源占比,达到最小化任务处理总能耗。最后,仿真结果表明本文方案能够取得较快的收敛速度,且与其他两种基准方案相比,本文方案的总能耗最低,雾节点的能耗公平性最高,且网络寿命分别平均提高了23.6%和31.2%。
烧结烟气循环热风罩内流动数值模拟及优化 收稿日期:2021-01-0X基金项目: 国家自然科学基金面上资助项目(51674002)
罗云飞, 龙红明, 赵利明, 周江虹, 余正伟, 王毅璠(通讯作者)
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.21.002
[摘要](67) [PDF 1197KB](21)
摘要:
烟气循环技术是基于部分热废气被再次引入烧结过程的原理而开发的一种新型烧结模式,对提高烧结余热利用率、降低污染物排放和烧结能耗具有显著效果。但循环烟气在烟气罩内流动状态、烟气罩漏风状况等对烟气循环的效果及稳定性至关重要。为此,对某钢厂循环烟气罩内烟气流动状态及漏风状况进行模拟,结果表明:现有烟气罩人孔打开时虽然在一定程度上削弱了烟气进入形成漩涡的强度,但并未改善烟气旋转流动,导致料面上烟气流速不均;通过优化烟气罩内导流板结构和数量,削弱了烟气罩内烟气旋转流动,明显改善了循环烟气的流动,使烟气分布更均匀;同时烟气罩漏风状况大大改善,优化后使A侧漏风口由漏风1.2 m3·s-1变为吸风2.4 m3·s-1,有利于烧结生产的顺行。
深锥固体通量与絮凝剂单耗和料浆浓度数学关系研究
王勇, 曹晨, 吴爱祥
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.25.002
[摘要](43) [PDF 630KB](11)
摘要:
深锥浓密机的面积或占地大小主要由其固体通量决定。本文通过量筒静态沉降实验,计算得到深锥浓密机固体通量,分析了絮凝剂单耗、料浆浓度对深锥固体通量的影响,得到两种因素对深锥浓密机固体通量的影响规律。结果表明:尾矿在5 g/t - 30 g/t的絮凝剂单耗下,基本呈现二次函数关系;6%-26%尾矿浓度下,固体通量呈现先增大后减小的趋势,与实验所得的规律相契合。通过对絮凝剂单耗和料浆浓度耦合效应下固体通量方程回归分析,得到二者对固体通量的贡献为:料浆浓度>絮凝剂单耗。
Ti-V-Cr系阻燃钛合金力学性能预测及成分优化
李雅迪, 弭光宝, 李培杰, 曹京霞, 黄旭
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.12.001
[摘要](41) [PDF 893KB](13)
摘要:
采用支持向量机算法,在实验数据的基础上,建立阻燃钛合金合金化元素与力学性能的关系模型,分析合金化元素对力学性能的影响规律。模型的输入参数为V、Al、Si和C元素,输出参数为室温拉伸性能(抗拉强度、屈服强度、延伸率和断面收缩率)。结果表明:各个力学性能支持向量机模型的线性相关系数均在0.975以上,具有较高的预测能力;各个力学性能测试样本实验值与模型预测值的绝对百分误差均在5%以内,具有良好的泛化能力,能够有效地反映出阻燃钛合金的合金化元素与力学性能之间的定量关系,进而实现对该合金的成分优化。对于Ti-35V-15Cr系合金,可以通过加入0~0.1%的Si元素和0.05%~0.125%的C元素,并降低2%~5%的V元素含量,来提高力学性能;对于Ti-25V-15Cr系合金,可以通过加入1.5~1.8%的Al元素和0.15%~0.2%的C元素,来提高力学性能。
冷冻铸造铝合金微观组织分析
杨浩秦, 单忠德(通讯作者)
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.16.002
[摘要](76) [PDF 1460KB](32)
摘要:
本文基于数字化无模冷冻铸造精密成形技术实现了冷冻砂型的快速成形,对其浇注A356高温铝合金获得冷冻铸造平板试件。采用电子探针显微分析技术对冷冻铸造和树脂砂型铸造铸件微量元素的分布进行了表征,同时对冷冻铸造和树脂砂型铸造铸件断裂形貌进行了分析。结果表明,冷冻铸造Si元素在铝基体相中的溶解度较树脂砂型铸造显著提高,冷冻铸造较树脂砂型铸造试件中Mg元素分布均匀,树脂砂型铸造试件中出现较多的Mg元素成分偏析区;冷冻铸造试件断口形貌为韧性和脆性的混合断裂模式,树脂砂型铸造试件的断裂形貌为解理台阶破坏形貌和长方状的撕裂结构形貌,合金偏向于脆性断裂。
面向工业自动化的5G与TSN协同关键技术
李卫, 孙雷, 王健全, 马彰超
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.08.004
[摘要](130) [PDF 1055KB](35)
摘要:
第五代移动通信网络(5G)与时间敏感网络(TSN)在工业自动化领域的应用成为新趋势。5G作为新一代移动通信技术,具有大带宽、低时延、超高可靠的连接及多业务传输能力;TSN作为工业以太网的演进方向,具备确定性时延及可靠性保障能力。两种网络均被设计为支持多业务混合承载的基础网络,二者的协同能够有效促进IT与OT的融合,成为工业互联网的重要网络关键技术,受到了产业界和学术界共同关注,“5G+TSN”被认为是未来智能工厂的基础共性网络,能够实现与多种工业现场通信技术的融合,并能保证工业数据的端到端传输可靠性。然而,5G与TSN网络传输方式不一、资源协议各异、管控机制不同,如何实现5G与TSN互联互通及高效协同是当前研究的热点和难点。本文面向工业制造领域数字化、网络化及智能化转型需求,简要介绍了时间敏感网络的起源及发展现状,并针对3GPP中5G支持TSN的标准研究进行了阐述,重点针对5G与TSN协同面临的技术挑战进行了分析,进一步阐述两种异构网络间协同所需的时间同步、连接增强及统一资源管理等关键技术,最后给出5G-TSN协同网络在智能工厂中的应用场景,旨在深化推动5G融入工业控制领域,实现5G先进信息通信技术与工业应用的深入融合。
非煤露天矿山岩质边坡稳定性评价标准探讨
吴顺川, 贺鹏彬, 程海勇, 王广和, 张小强, 张中信
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.02.01.001
[摘要](50) [PDF 526KB](11)
摘要:
露天开采是获取矿产资源的重要途径,边坡失稳灾害是露天矿山面临的重大难题,矿山边坡的稳定性评价与分析至关重要。但在众多露天矿山岩质边坡的稳定性评价与分析中,缺乏对工程尺度规模的考虑,设计安全系数取值过于保守,评价指标单一,难以同时兼顾矿山边坡评价的经济性与安全性。本文根据露天矿山的生产工艺特征,将岩质边坡划分为总体边坡、路间边坡和台阶边坡三种尺度,并对其控制因素、破坏模式进行了分析;结合土木工程边坡规范和非煤露天矿山边坡规范的边坡设计安全系数取值,讨论了国内外非煤露天矿山边坡设计安全系数的要求,提出了考虑服务年限、边坡尺度规模的设计安全系数改进方案,并引入失稳概率,拓展了不同尺度边坡稳定性评价的设计标准,可有效提升非煤露天矿岩质边坡稳定性评价的合理性和科学性。
基于连续反演算法的时滞补偿控制综述
马永浩, 张爽, 何修宇, 刘志杰
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.10.002
[摘要](45) [PDF 661KB](11)
摘要:
在实际系统的工作过程中,时滞现象普遍存在,如控制信号的采集与传输、控制器的构建与实施、事件的决策与处理等。考虑并有效处理时滞特性的影响有助于提升系统的性能。本文旨在分析并总结了近年来基于连续反演算法的时滞补偿控制的设计思路和研究成果。该时滞补偿控制的主要思路是将具有时滞的常微分方程或偏微分方程变换为不具有时滞特性的常微分方程—偏微分方程/常微分方程—偏微分方程级联系统。进一步地,基于变换的联级系统,结合连续反演算法提出相应的控制策略。该方法具有系统稳定性的证明简单,鲁棒性强,易于求取闭环系统精确解等优点。此外,本文概述了连续反演算法的基本原理,并针对基于连续反演算法的时滞补偿控制算法在处理输入、输出、状态等类型时滞特性的最新研究进展做简单的阐述和总结。最后,开放式地论述了时滞系统的未来研究方向。
金属矿尾砂浓密技术研究现状与展望
王洪江, 彭青松, 杨莹, 郭佳宾
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.11.001
[摘要](45) [PDF 823KB](14)
摘要:
作为金属矿山膏体充填技术的首要环节,尾砂浓密技术能够显著提高尾砂脱水效率和尾砂利用率,是矿山绿色发展的重要组成部分。本文概述了尾砂浓密脱水技术的发展历程,将浓密机发展阶段分为普通浓密机阶段、高效浓密机阶段、膏体浓密机阶段,阐述了浓密机在尾砂脱水工艺中的应用。介绍了对尾砂起捕捉作用的单一絮凝理论和多重絮凝理论,静态/动态压缩条件下床层压缩理论与重力浓密理论,并阐述各理论的最新研究进展。阐述了现阶段尾砂浓密静态沉降实验、小型浓密实验、半工业浓密实验等主要研究方法,介绍了聚焦光束反射测量技术(FBRM)、颗粒形态测试技术(PVM)等先进的观测手段,最后提出了尾砂浓密技术个性化、自动化和智能化的发展方向。
低冰粘附强度表面设计原理与制备研究进展
江华阳, 吴楠, 吕家杰, 刘钧(通讯作者), 尹昌平, 高世涛
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.14.008
[摘要](34) [PDF 1656KB](5)
摘要:
表面结冰给通讯、电力等工业领域带来巨大损失。为解决这一问题,低成本、低能耗的被动式防覆冰表面被寄予厚望。防覆冰表面主要分为延长结冰时间的防冰表面和低冰粘附强度的除冰表面。相较于防冰表面,除冰表面更具有可实现性,其实现方式主要与低表面能、界面滑动和裂纹产生相关。低冰粘附强度表面按实现机理可分为化学改性低表面能表面?润滑表面?界面滑动表面和裂纹源表面。本文对不同类型低冰粘附表面的低冰粘附强度产生的原因和表面的制备方法进行分析总结。此外,对冰粘附强度的测量标准进行了简要说明和讨论,以解释不同的测试方法对防/除冰性能测试结果造成的差异。
智能法律合约及其研究进展
朱岩(通讯作者), 王迪, 陈娥, 郭倩, 李冀宁, 孙贻滋, 伊然
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.02.22.001
[摘要](161) [PDF 773KB](30)
摘要:
随着区块链技术发展,智能合约也日益受到重视,然而其法律地位尚难界定,严重制约了其实际应用,据此智能法律合约作为一种介于法律合同与智能合约之间的过渡性技术被提出。本文从智能合约等基本概念入手,通过对智能合约法律化问题进行探讨,指出智能合约法律化地位需满足文法要求、非赋权原则、审查准则等三个基本规则,并以智能法律合约语言为实例剖析了其法律效力;进而,结合几种常见智能合约系统架构,论证了区块链智能合约及其链码属于书面形式数据电文,但本身不构成合同;并指出为使其与原合同文本具有同等法律效力需满足的三方面条件:采用智能法律合约生成与订立、遵守智能合约法律化三个基本规则、约定具有同等效力。上述结果表明智能法律合约是一条保障智能合约法律地位的可行途径,也有利于从现行法上把握智能合约在合约逻辑、仲裁流程、形式化验证等方面的未来研究方向。
Ni55Mn25Ga18Ti2高温形状记忆合金热循环稳定性研究 收稿日期:2021-02-26基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2018MS019)
辛燕, 王福星
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.02.26.001
[摘要](37) [PDF 1557KB](3)
摘要:
高压输电、核动力、航空航天、汽车、油气勘探等工程领域,均需形状记忆合金能够在较高的温度(>100℃)下驱动或过热预警等,因此高温形状记忆合金的研制和开发有重要的工程应用前景。作为可实用的高温形状记忆合金,除了具有较高的马氏体转变温度、良好的记忆和力学性能之外,还须具有组织和性能在高温下和热循环相变中的长期稳定性。本文选择双相韧化的Ni-Mn-Ga-Ti高温形状记忆合金为研究对象。制备了淬火态Ni55Mn25Ga18Ti2高温形状记忆合金,并对其在室温至480℃之间进行高达500次的相变热循环,获得了5,10,50,100和500次热循环态样品。采用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪、同步热分析仪及室温压缩等实验方法,研究了淬火态和热循环态合金样品的微观组织、相变行为、力学及记忆性能,进而分析其热循环稳定性。研究结果表明:经500次循环后,Ni55Mn25Ga18Ti2合金相结构和显微组织未发生明显变化;随着循环次数增加,马氏体相变温度几乎不变,逆马氏体相变温度和相变滞后在循环5次后趋于稳定;抗压强度及压缩变形率波动幅度较小;形状记忆性能略有下降,但形状记忆应变仍保持在1.4%以上;Ni55Mn25Ga18Ti2高温形状记忆合金显示出良好的热循环稳定性。
退火时间对Ti-6.0Al-3.0Zr-0.5Sn-1.0Mo-1.5Nb-1.0V钛合金组织及力学性能的影响
丁平, 肖寒
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.22.005
[摘要](45) [PDF 1858KB](10)
摘要:
针对近α型Ti-6.0Al-3.0Zr-0.5Sn-1.0Mo-1.5Nb-1.0V新型钛合金,在退火温度740 ℃的基础上,研究了退火时间对其组织与力学性能的影响。结果表明:经过三次真空自耗电弧炉熔炼,三火热轧后得到的板材组织由初生α相基体及β转变组织组成的部分再结晶组织和加工态组织。随着退火时间的增加,退火板材的显微组织都以初生α相为主,α相所占的比例逐渐增加,β相的比例逐渐降低,组织中长条状α相逐渐破碎球化,等轴α相的大小开始均匀化,粗化。热轧板材随着退火时间的增加,板材的延伸率逐渐增加,抗拉强度出现先降低再增加然后又降低的变化趋势,屈服强度先增加后降低,显微硬度先增加后降低。退火时间为1 h时断口由滑移带、涟波、小等轴韧窝组成,断裂方式为韧性断裂,退火时间大于等于2 h时断口完全由等轴韧窝组成,断裂方式为韧性断裂。根据实验结果确定740 ℃退火最佳保温时间为2 h,此时合金板材的抗拉强度、屈服强度、延伸率和显微硬度分别为:984 MPa、941 MPa、15.27%、347.67 HV。研究结果对高强耐蚀钛合金退火工艺的制定有指导作用,为解决钛合金在实际生产中遇到的问题提供了科学依据。
基于文献计量解析VOCs催化氧化的发展趋势
邢奕, 张晖, 苏伟, 张文伯, 马志亮, 王嘉庆, 张洪硕
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.30.003
[摘要](50) [PDF 801KB](4)
摘要:
以VOCs的催化氧化为主题,利用Web of Science数据库对4654篇论文进行了数据处理,并通过文献计量学的方法分析了该主题的发展趋势与研究现状。结果表明,近25年期间,VOCs催化氧化相关课题的研究底蕴丰富,发展前景良好,年度发文数量呈指数型增长趋势。中国是世界上发表论文最多的国家,占研究总量的34%;研究最深的机构和期刊分别是中国科学院大学(6.66%)和Applied Catalysis B-Environmental(11.68%);Chemistry和Engineering是最受欢迎的科目。此外,近年来的研究热词分析表明,应用于VOCs催化氧化的催化剂中,最流行的物质是Mn,实验中最常见的VOCs类底物是甲苯。本文总结的常见的催化剂物质和VOCs底物,这反映了目前的主要研究方向,也为今后的研究提供了指导。
难熔高熵合金:制备方法与性能综述
宗乐, 徐流杰, 罗春阳, 魏世忠
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.27.003
[摘要](279) [PDF 85598KB](56)
摘要:
高熵合金是近二十年流行起来的新型多主元合金,与传统合金不同,是由多种合金元素按照等原子比或非等原子比组成,具有许多独特的性能,是一种极具潜力的新型合金。由难熔金属组成的高熵合金称为难熔高熵合金,难熔高熵合金(RHEAs)作为特种高温合金具有优异的高温力学性能而广受关注。本文从加工方法、微观结构和相组成、高温力学性能以及其他性能三方面介绍了难熔高熵合金,最后对难熔高熵合金的发展和未来进行了展望。以MoNbTaVW为代表的难熔高熵合金在高温下表现出优于传统镍基高温合金的压缩屈服强度,且屈服强度随温度的变化更加缓慢,高温力学性能优异;以MoNbTaVW、MoNbTaTiZr、HfNbTiZr等为代表的难熔高熵合金,与商用高温合金、难熔金属、难熔合金以及工具钢相比,展现出更优的耐磨性能。以W38Ta36Cr15V11合金为代表的难熔高熵合金在辐照后,除了析出小颗粒第二相外,不存在位错环缺陷结构,抗辐照性能优异。提出了难熔高熵合金未来发展的两大方向:建立高通量的实验和计算方法继续探索更多的难熔高熵合金组成和结构模型;探索多场耦合环境下难熔高熵合金的服役行为。
碳热焙烧还原砷酸钙制备金属砷
熊民, 徐志峰
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.14.002
[摘要](169) [PDF 1023KB](17)
摘要:
面对石灰沉淀法除砷工艺在含砷矿物冶炼中的广泛应用,砷酸钙的无害化和资源化被日益重视。本文针对碳热焙烧还原砷酸钙制备金属砷并再生氧化钙展开研究。热重分析表明,砷酸钙与碳粉混合热解的失重分为三个阶段,阶段一和二为失水过程,阶段三为碳还原砷酸钙生成CaO和砷蒸气过程。且研究发现,可以利用相边界反应动力学模型解释阶段三反应机制。而单因素条件实验结果表明:在温度1000℃、碳配入系数1.4、恒温时长60min条件下砷挥发率高达99.94%。X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜能谱仪(SEM-EDS)对反应体系中有关产物表征表明,产品砷主要为片状金属砷和粉末不定型砷,焙烧残渣为CaO。
双电弧集成冷丝复合焊中冷丝位置对焊接过程的影响
向婷, 李桓, 高莹, 吴世品, 娄丽艳
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.10.001
[摘要](171) [PDF 111628KB](12)
摘要:
搭建了双电弧集成冷丝复合焊接系统,研究了冷丝不同位置对焊接过程的影响机理,其中包括冷丝作用位置对其加热熔化作用及表面成形的影响。试验结果表明:冷丝从两引导焊丝正前方送入时,熔池前端对冷丝的加热熔化作用不充分,冷丝末端会顶触熔池底部,随着冷丝的持续送进和母材的向后移动,某一时刻冷丝回弹,焊丝末端的熔滴弹出落在母材表面形成大颗粒飞溅。当冷丝从侧面送入时,熔池一侧的温度较低,影响熔池金属的流动,导致最终的焊缝成形不对称分布。当冷丝从两引导焊丝正后方送入熔池时,冷丝始终插入熔池中,焊接过程稳定,是理想的冷丝作用位置。此外,随着冷丝送丝速度的增加,两种脉冲电流模式(同相和反相)下,熔敷率均随之增加,且相差不大。同相脉冲电流下电弧对冷丝的加热熔化作用最强烈,反相脉冲电流下次之,直流模式下最弱。
锂离子电池富锂正极材料的包覆改性研究进展
杨溢, 何亚鹏, 张盼盼, 郭忠诚, 黄惠
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.04.003
[摘要](223) [PDF 1399KB](28)
摘要:
随着新能源汽车及储能行业的快速发展,传统正极材料难以满足人们对电池高能量、高密度锂电池的要求。富含Li和Mn的层状氧化物xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Ni,Mn,Co),其高比容量可超过250mAh/g,有希望成为下一代锂离子电池最理想的正极材料。但是,富锂材料仍存在首次循环不可逆容量高、循环性能差、倍率容量低等问题,为解决这些问题,本文阐述了富锂正极材料的结构和电化学反应之间的构效关系,讨论了金属氧化物、金属氟化物、碳、导电聚合物和锂离子导体等涂层材料对富锂正极材料电化学性能的影响规律,同时还对以上涂层在富锂正极材料的作用机理的研究进展进行了总结。最后,我们对锂离子电池富锂正极材料的包覆改性的未来发展发现作出展望。
高磷鲕状铁矿石直接还原-磁选提铁降磷扩大试验研究
吴世超, 孙体昌
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.29.002
[摘要](182) [PDF 967KB](13)
摘要:
为给回转窑工业试验提供参数,以小型试验最佳结果为基础,进行了高磷鲕状铁矿煤基直接还原-磁选提铁降磷扩大试验。结果表明,在最佳的条件下可获得铁品位94.17%、铁回收率77.47%以及磷含量0.08%的粉末还原铁,推荐的回转窑工业试验初始条件为:石灰石用量28%、无烟煤用量16%、还原温度1300℃,还原时间3h。采用XRD以及SEM-EDS研究了无烟煤的作用机理,发现无烟煤用量增加,促进了浮氏体、镁铁尖晶石的还原以及铁颗粒长大从而提高了铁的回收效果,但过多的无烟煤通过增强还原气氛及其带入的灰分会消耗石灰石,使Fe3PO7以及磷灰石被还原成单质磷进入铁颗粒中。
碱金属改性对ZSM-5结构和吸附甲苯特性的影响及机理研究
崔永康, 邢奕, 苏伟, 王嘉庆
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.07.25.001
[摘要](532) [PDF 1183KB](20)
摘要:
ZSM-5是一种常用来吸附甲苯的微孔吸附剂,本文选择三种碱金属Li、Na和K对ZSM-5进行改性,结合表征手段和数学模型的方式研究引入ZSM-5中的碱金属对微孔结构和吸附甲苯的影响。在此实验中,分别从吸附容量、放热能量、扩散阻力和脱附活化能四方面深入探讨碱金属对吸附甲苯的影响规律。基于实验结果得知:碱金属的引入改变了ZSM-5分子筛的微孔结构并呈现出一定的规律。随着离子半径(Li+<Na+<K+)的升高,ZSM-5的孔径、比表面积和孔体积随之降低,影响规律为Li?ZSM-5 > Na?ZSM-5 > K?ZSM-5。静态饱和吸附量呈Li?ZSM-5 (0.363mmol/g)>Na?ZSM-5 (0.360mmol/g)>K?ZSM-5 (0.325mmol/g)排序。恒定浓度波模型很好的描述甲苯在ZSM-5上的吸附扩散行为,空间位阻和静电束缚力分别在高低进气浓度条件下对甲苯在ZSM-5孔道中的扩散占据主导作用,较高进气浓度(155mg/m3)条件下,碱金属改性对扩散阻力影响规律为Li?ZSM-5<Na?ZSM-5<K?ZSM-5;较低进气浓度 (25mg/m3)条件下,影响规律为Li?ZSM-5>Na?ZSM-5>K?ZSM-5。结合脱附动力学分析,Na?ZSM-5因具有较大的孔径和适中的吸附强度表现出更好的再生潜能。本研究从空间位阻和吸附强度两方面系统阐述了碱金属改性对甲苯吸附行为的影响机理,为在复杂的实际环境应用中选择合适的吸附剂提供了一定的参考意义。
超细全尾砂深锥动态絮凝浓密试验研究
王洪江, 王小林, 吴爱祥, 张玺, 王筱添, 郭佳宾
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.05.005
[摘要](198) [PDF 631KB](17)
摘要:
为探明超细全尾砂的浓密特性,开展量筒沉降实验、小型和半工业深锥动态浓密试验。结果表明,分子量1200万的非离子型絮凝剂最利于尾砂沉降,随絮凝剂单耗增加,溢流浊度降低,底流浓度基本不变。随固体通量增加,溢流浊度增加,底流浓度降低。固体通量0.4t/m2·h-1,给料浓度12%,絮凝剂单耗50g/t的最佳参数条件下,小型和半工业动态浓密试验的平均底流浓度分别为62.8%和74.4%,泥层高度对底流浓度影响显著。底流浓度随泥层高度增加成DoseResp函数增长,分为缓慢增长(泥层1~4m)、快速增长(泥层4~7m)和基本稳定(泥层超过7~8m)三个阶段,这跟尾砂絮团在不同泥层高度下的压缩性能有关。可根据底流浓度与泥层高度的函数关系,调节泥层高度来满足生产所需底流浓度。
养护温度对半水磷石膏胶凝性能影响
王志凯, 王贻明, 吴爱祥, 李根, 李剑秋
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.13.001
[摘要](287) [PDF 1418KB](19)
摘要:
针对半水磷石膏(HPG)长期堆存状态下,胶凝性能出现下降现象。以室内结晶水转化和单轴压缩试验为基础,通过设定4种不同养护温度,分别为20,40,60和80℃,探究不同养护温度作用下堆体HPG结晶水转化情况和堆存养护后制备的充填胶凝材料(HCM)抗压强度发展规律,并采用SEM等微观分析手段研究养护温度对其强度影响机制。结果表明,养护温度对堆存状态下HPG胶凝性能影响显著,高的养护温度会加快HPG结晶水转化,而且会抑制堆存后制备的HCM强度发展。采用数据标准化对养护温度作用后的试样抗压强度提出预测,被证实与实测值较吻合。微观分析发现,养护温度主要影响体系的过饱和度,而使各养护温度作用下的HCM微观形态表现差异。
褐铁矿在烧结工艺的优化配置研究
张国成, 罗果萍(通讯作者), 柴轶凡, 田硕, 郝帅, 任强
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.07.29.001
[摘要](391) [PDF 1300KB](5)
摘要:
为了探究全进口矿条件下褐铁矿在烧结工艺的合理配置,针对S钢500m2大型烧结机实际原燃料条件,在基于试验用铁矿粉的常规理化性能和高温基础特性的基础上,开展了配加不同褐铁矿配比的烧结杯试验研究,并结合Factsage 7.1热力学计算软件模拟计算了不同褐铁矿配比条件下的黏附粉含量和理论液相生成量及性能。研究表明:澳大利亚褐铁矿具有矿粉粒度粗、矿化能力弱,同化温度低、粘结相强度差、吸液性强的特点,当褐铁矿配比由45%增加至55%时,提高磁铁矿OD矿配比至15%,同时控制OC矿配比降低至10%,烧结矿转鼓强度和低温还原粉化指标等性能达到最优,这是由于一方面提高磁铁精矿OD矿配比具有增加黏附粉比例、改善液相生成数量和性能的作用,可以均匀液相分布,消除过熔现象;另一方面,增加OD矿配比可以改善烧结料球的粒度组成,减少褐铁矿吸液量,提高烧结矿强度,因此,在高褐铁矿配比条件下,增加适宜的磁铁精矿配比有利于稳定烧结矿质量,改善烧结性能。
基于大数据的矿山安全隐患数据分析与可视化展示 收稿日期:基金项目: 国家重点研发计划资助项目(2018YFC0604400);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(No. FRF-TP-20-001A1)
郭对明, 李国清, 胡乃联, 侯杰
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.23.004
[摘要](208) [PDF 1333KB](16)
摘要:
安全生产是矿山企业重点关注的问题,为了有效管理生产,保证井下作业安全,很多矿山建立了安全大数据平台,但是由于缺乏有效的分析模型,很多平台只是单纯的储存数据,并没有真正有效利用隐患数据。因此,本文基于大数据分析技术,构建了矿山安全隐患多维度分析模型,分析了隐患在时间和空间两个维度上的分布规律;利用主题挖掘模型将众多隐患信息归类,得到了15个隐患主题;利用关联规则挖掘模型探究了不同隐患之间的内在联系,并利用R编程语言对上述结果进行可视化展示。通过对安全隐患的分析研究不仅充分利用了矿山隐患数据,避免了数据资源的浪费,同时也对矿山井下事故预防有一定的指导价值。
矿物晶粒解理特征对硬质岩石破坏过程的影响??
胡小川, 丁学正, 苏国韶, 廖满平
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.10.002
[摘要](103) [PDF 2381KB](5)
摘要:
本文基于块体离散单元数值模拟方法,以钾长石矿物颗粒为例,详细研究了矿物晶粒解理倾角、解理倾角围压效应及解理间距对硬质岩石力学性质、微观开裂过程及机理的影响,并探讨了解理特征在工程实际中可能带来的影响。数值研究结果表明:1) 晶粒解理具有明显倾角效应,当解理倾角由0°增加到90°时,岩石的弹性模量、单轴压缩强度及峰后脆延特征都会发生变化,穿晶总裂纹数受影响明显,主要体现在钾长石张拉穿晶裂纹显著增加,钾长石剪切裂纹数量在60°增加到最大值后减少,石英穿晶张拉裂纹数量也有明显变化,总体而言不断增加,而沿晶裂纹数量呈减少趋势,整个开裂过程仍以张拉沿晶主导;2) 晶粒解理倾角效应受围压影响,围压会导致沿晶裂纹和穿晶裂纹数量和二者比值发生变化,但不同倾角下围压对沿晶裂纹和穿晶裂纹数量和比值变化影响不一样;3) 当解理间距由2 mm增加到4 mm时,穿晶裂纹数量有增加趋势,而沿晶裂纹数量减少,总剪切和张拉裂纹数量比值不变,对岩石微观张拉、剪切破坏机制无明显影响。此外,具有解理结构的矿物晶粒含量较高且矿物晶粒本身性质对岩石性质及响应影响显著时,解理特征对板裂、岩爆等破坏的影响应给予重视。
一类离散动态系统基于事件的迭代神经控制
王鼎
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.28.002
[摘要](353) [PDF 513KB](28)
摘要:
本文面向离散时间非线性动态系统, 提出一种基于事件的迭代神经控制框架. 主要目标是将迭代自适应评判方法与事件驱动机制结合起来, 以解决离散时间非线性系统的近似最优调节问题. 首先, 构造两个迭代序列并建立一种事件触发的值学习策略. 其次, 详细给出迭代算法的收敛性分析和新型框架的神经网络实现. 这里是在基于事件的迭代环境下实施启发式动态规划技术. 此外, 通过设计适当的阈值以确定事件驱动方法的触发条件. 最后, 借助两个仿真实例验证本文控制方案的优越性能, 尤其是在通信资源的利用方面.
基于六端网络法的压电超声换能器优化设计研究
刘世杰, 冯平法, 查慧婷, 冯峰
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.24.008
[摘要](249) [PDF 618KB](22)
摘要:
压电超声换能器传统四端网络设计方法将压电陶瓷晶堆等效为电学四端网络,忽略了压电陶瓷晶堆内部的机电耦合过程,增加了压电超声换能器的设计误差。为了提高压电超声换能器输出的超声振动幅值,本文将考虑压电陶瓷晶堆内部机电耦合作用的六端网络引入到压电超声换能器的设计中,分别采用四端网络法和六端网络法设计得到两个不同尺寸的压电超声换能器A和B,通过有限元方法对比分析了两个换能器的固有频率和输出振幅,并进一步通过实验验证了设计理论与仿真分析的有效性。研究结果表明,在相同激励电压下,采用六端网络法设计得到的压电超声换能器B输出的超声振幅是换能器A输出振幅的1.5倍,六端网络法设计压电超声换能器可以提高所设计换能器的振动性能。
真空条件下脱气过程的模拟研究
张国磊, 成国光(通讯作者), 代卫星, 张旭, 姜新岩
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.01.002
[摘要](149) [PDF 1224KB](8)
摘要:
本文基于相似的动力学机理,利用溶解氧在水溶液中释放过程模拟了钢液真空脱气过程. 在负压25 kPa条件下发现,容器壁面或测氧探头表面会析出大量细小气泡,这一现象与以往脱气数学模型假设的内部脱气反应非常类似;为了验证内部脱气位点的存在,通过引入机械搅拌,对熔池表面和内部脱气速率进行了分析计算. 实验结果表明,在整个脱气过程中熔池表面脱气速率很低,而内部脱气位点析出的气泡会极大的提高溶解氧的去除速率,尤其当真空压力P=25 kPa时,其脱气速率约为熔池表面的脱气速率10倍,但内部反应仅局限于脱气的初始阶段,即高溶解氧浓度范围内. 另外,水溶液中溶解氧的去除也为一级反应过程,其体积传质系数kA/V为常数, 因此可以利用溶解氧在水溶液中去除过程模拟钢液的真空脱气行为. 为了描述真空压力和吹氩流量对kA/V的影响,引入搅拌动能密度ε概念,通过回归得到了log(kA/V)与logε之间函数关系,并与以往的模拟研究进行了对比.
循环加卸载下闪长玢岩蠕变特性及损伤本构模型
刘振, 杨圣奇
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.23.004
[摘要](161) [PDF 2069KB](7)
摘要:
分级加载蠕变试验未能充分考虑稳定蠕变中的黏塑性应变,故采用循环加卸载蠕变试验来实现岩石的黏弹、塑性应变分离,从而使岩石黏弹、塑性应变在岩石蠕变的各个阶段得以充分考虑。以句容水电站闪长玢岩为例,探讨该类岩石蠕变特性。在破坏前,岩石的瞬时弹性应变、黏弹性应变以及瞬时塑性应变随着偏应力逐级增大呈线性增长,随着偏应力的增加,黏塑性应变增长幅度越来越大。引入一个分数阶Abel黏壶与Kelvin模型串联形成新型黏弹性模型;用其代替传统的黏塑性模型中的线性牛顿体并基于损伤建立黏塑性损伤模型。然后将新型黏弹塑模型和黏塑性损伤模型与瞬时弹性模型和瞬时塑性模型串联组成一个新的岩石蠕变损伤模型。最后将该模型与岩石蠕变曲线进行拟合,从而证明该模型的适用性。
卤盐载体无机盐阻化煤自燃机理及性能研究
张嬿妮, 侯云超, 刘博, 邓军, 刘春辉, 杨晶晶, 温心宇
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.25.001
[摘要](194) [PDF 1839KB](6)
摘要:
为了研究卤盐载体无机盐阻化剂对煤自燃的阻化机理及性能,采用差示扫描量热仪(DSC)测试了在稀土水滑石、MgCl2和卤盐载体无机盐三种不同阻化剂作用下,煤自燃过程中分阶段特征、特征温度、热效应和表观活化能等参数变化规律。测试结果表明,稀土水滑石层板的-OH与煤分子中的-COOH等酸性官能团可产生弱氢键,形成稳定的络合物;Mg2+与煤分子间发生络合作用使得C=O活性官能团含量减少是卤盐载体无机盐抑制煤自燃的主要机理。煤样中添加卤盐载体无机盐后DSC曲线吸热峰均出现双峰或多峰,且较原煤的峰值温度后移了50~60℃、T1温度后移了90~100℃、总放热量降低了19-27 kJ?g-1、而且有效的提高了煤体各阶段的表观活化能。研究表明卤盐载体无机盐阻化剂可有效抑制煤自燃反应进程。
陶瓷膜孔道内尘粒沉积及脱附的模拟研究
熊瑞, 张佳钰, 闫明伟, 孙广超, 刘开琪(通讯作者)
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.08.002
[摘要](643) [PDF 3499KB](4)
摘要:
陶瓷膜是过滤高温含尘烟气最有效的材料之一,其过滤性能和再生性能与尘粒在陶瓷膜孔道内的沉积和脱附机制相关。本文建立了不同孔隙率的陶瓷膜物理模型,然后结合连续性方程、动量方程和能量方程,设定边界条件以及沉积条件,模拟了陶瓷膜过滤和脉冲反吹时,高温烟气的流动以及尘粒的沉积与脱附过程。结果表明,过滤速度较低和陶瓷膜孔隙率较高时,易于沉积在陶瓷膜孔道内;脉冲反吹时,增加反吹压力,延长反吹时间,尘粒易于从陶瓷膜孔道脱附。采用厚度为20 mm,长度为1.5 m,孔隙率为40%的陶瓷膜管过滤温度为1000 ℃,流速为1 m·min-1,压力为0.1 MPa的含尘烟气时,反吹气压力应不低于0.3 MPa,反吹时间不短于0.02 s,尘粒脱附时间在13 s,脉冲反吹时间间隔应高于452 s。
深度学习注意力机制研究进展
刘建伟, 刘俊文, 罗雄麟
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.30.005
[摘要](157) [PDF 547KB](59)
摘要:
注意力机制(Attention Mechanism,AM)已经成为神经网络中的一个重要概念,并在不同的应用领域得到了充分的研究。本文对注意力机制的主流模型进行了全面系统的概述。注意力机制模拟人类视觉选择性的机制,其核心的目的是从冗杂的信息中选择出对当前任务目标关联性更大,更关键的信息。也就是高效率信息选择和关注机制,其最近几年被广泛应用在深度学习的研究里,在自然语言处理,语音识别,计算机视觉等各个领域都发挥着举足轻重的作用。本文首先简要介绍了注意力机制的起源,然后概述了多种注意力机制结构及其最新进展成果,最后总结了他们在多个应用领域里成果,同时归纳了注意力机制未来的发展方向以及会面临的挑战。
一种基于卷积神经网络的CSI指纹室内
刘帅, 王旭东, 吴楠
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.09.003
[摘要](165) [PDF 835KB](11)
摘要:
针对提高Wi-Fi指纹室内定位技术性能,提出了一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)的信道状态信息(Channel State Information,CSI)指纹室内定位方法。该方法利用CNN对定位环境参考点的幅度差和相位差信息联合作为离线阶段训练数据,保存CNN网络模型作为指纹;在线阶段,针对不同实验场景,对测试数据的幅度差信息和相位差信息进行加权处理,引入改进的基于概率的指纹匹配算法,将待定位点的CSI信息通过CNN网络模型估计出待定位点的坐标。此外,为增强算法普适性,针对复杂室内场景,提出了双节点定位方案来提高定位精度。在廊厅和实验室室内两种不同定位场景进行了实验,信息联合定位算法分别获得了28.4 cm和65.3 cm的平均定位误差,验证了所提算法的有效性。
抗生素菌渣水热催化产油及特性研究
郑子轩, 洪晨, 邢奕, 李益飞, 杨健, 秦岩, 李再兴, 赵秀梅
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.17.003
[摘要](182) [PDF 541KB](9)
摘要:
由于抗生素菌渣富含有机质和菌体蛋白,热值与低阶煤相当,因此被认为是一种良好的再生能源。本研究探究了菌渣的水热液化转换成生物油燃料的过程。结果表明,抗生素菌渣在260℃、保留时间是135min时,获得最大的生物油产率(28.01%)。通过六种不同的催化剂进行催化,加入催化剂后,生物油产率最大的是Na2CO3(36.06%)和NaOH(36.31%)。碱催化的生物油的含氮化合物的量在41.16%-49.74%之间,而酸催化产生的生物油含氮化合物的量在57.62%-59.32%之间。通过调节催化剂Na2CO3、NaOH的添加量发现,在投加量为8%时,生物油含氮量最低,Na2CO3和NaOH催化产生的生物油组分的含氮化合物含量分别为29.12%和35.67%。在投加量为10%时,对氧的脱除效果都最好,分别为32.12%和29.02%,此时产生的生物油的热值达到最大(达到33.322MJ/kg和34.732MJ/kg)。
温度、其他可燃气体对甲烷爆炸特性及动力学特性研究
罗振敏, 刘利涛, 王涛, 张江, 程方明
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.22.002
[摘要](288) [PDF 46065KB](11)
摘要:
为量化爆燃的潜在严重性提供信息,从而设计出能够在气体燃料加工,储存和运输过程中承受爆炸危险的容器。运用20 L球形气体爆炸系统,在不同初始温度(298 K-373 K)和其他四种可燃气体(CO、H2、C2H4、C2H6)浓度(0.4%-2.0%)条件下,获取了7%与11%甲烷的爆炸压力特性参数。此外,采用 CHEMKIN-PRO 软件,模拟分析了不同组分混合气体在爆炸过程中H·、O· 和·OH自由基体积分数的变化趋势, 并进行了敏感性分析。结果表明,在恒定的其他四种可燃气体浓度下,随初始温度的增加最大爆炸压力呈线性降低,最大爆炸压力上升速率几乎恒定或下降。同一初始温度,对于7%甲烷-空气混合物,随着以CO为主要成分的其他四种混合气体的浓度增大到2%,其最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率均呈增大的趋势,而11%甲烷-空气混合物均呈减小趋势。随着多元可燃气体浓度的增加, 7%甲烷-空气混合物在爆炸过程中H·、O·和·OH自由基摩尔分数上升。O·和·OH自由基在11%甲烷-空气混合物中呈下降趋势。关键基元反应步R53均对气体混合物中甲烷的产生、自由基(O·和 H·)的消耗起促进作用。
基于NARX动态神经网络的锂离子电池剩余寿命间接预测
魏孟, 王桥, 叶敏, 李嘉波, 徐信芯
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.22.005
[摘要](289) [PDF 1699KB](37)
摘要:
锂离子电池剩余寿命(remaining useful life, RUL)预测在电池管理系统中起到十分重要作用,RUL的准确预测是保证电池系统安全可靠的前提。然而,锂离子电池的直接健康因子难以实现在线测量,针对此问题,本文提出一种基于动态神经网络时间序列的RUL间接预测方法。首先根据锂离子电池的放电数据,提出放电截止时间,恒流放电时间以及放电峰值温度时间三种间接健康因子并进行灰色关联分析(grey relation analysis, GRA)。然后,基于非线性自回归(nonlinear autoregressive models with exogenous inputs, NARX)动态神经网络建立锂离子电池RUL预测模型。最后通过与经典的粒子群优化前馈神经网络(back propagation neural network based on particle swarm optimization, BPNN-PSO),最小二乘支持向量机(least square support vector machine, LS-SVM),Closed-loop NARX以及Open-loop NARX进行对比分析,验证了所提方法的优越性。
多孔介质中流动细观理论研究进展
朱维耀, 王玉普, 邓庆军, 马启鹏, 刘雅静
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.30.005
[摘要](340) [PDF 1040KB](41)
摘要:
多孔介质细-微观流动理论是揭开纳微米级孔隙介质流动的神秘钥匙,随着世界石油工程技术的进步,非常规油气藏已成为石油界开发的主攻领地,非常规油气储层存在大量的纳米级孔隙,现有的达西与非达西渗流宏观统计方法不能揭示细微孔隙中流体非线性流动机理和有效动用机制。急切需开展多孔介质细-微观流动理论研究,为非常规油气开发提供理论基础。本文归纳了该方面(包括作者在内)的研究成果,首先从理论分析、实验研究和数值模型三个方面概述了当前多孔介质细微观流动的研究现状,重点围绕纳微米尺度流体流动界面作用与细观力学特性关系及表征、细观-宏观网络仿真模拟、细微尺度流体(油/水、气/水)流动细观动力学机制及数学模型等关键问题展开论述。在此基础上介绍了当前对细微米尺度流体流动界面作用与细观力学特性研究情况、细微观尺度流体非线性流动机理、构建反映微观力作用下的细微尺度流动数学模型并形成网络仿真模拟方法的重要性。将为非常规油气开发过程中揭示影响流动细观成因,进一步阐明不同条件下的动用机理,确定高效开发方法提供指导,同时促进渗流力学学科的发展,具有重要的理论和现实意义。
碱性体系选择性回收废旧锂离子电池的研究进展
龚海强, 彭德招, 欧星, 张佳峰
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.18.003
[摘要](227) [PDF 3460KB](14)
摘要:
废旧锂离子电池的回收是锂离子电池发展不可避免的问题,有效回收废旧锂离子电池对实现锂资源可持续发展和行业正向循环至关重要。目前锂离子电池的回收方法以湿法为主,其中碱浸对废旧电池中的金属具有较高的的选择性浸出能力,且回收工艺高效、清洁,具备良好的工业化潜力。本文着重介绍了碱性浸出的几种方法,包括氨浸-热加工-还原剂体系、氨浸-还原剂-电沉积体系、氨浸-还原剂-锂吸附体系,氨浸-还原剂-氧化分离体系。最后,对废旧锂离子电池的回收方法及前景进行总结。
四足机器人软硬地面稳定过渡的腿部主动变刚度调节策略
刘帅, 刘清宇
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.23.001
[摘要](340) [PDF 1263KB](21)
摘要:
四足机器人以动步态在变刚度地面过渡时产生的姿态不稳定问题,提出了一种机器人腿部主动变刚度实时调整策略,该策略根据机器人着地后的机身和腿部的运动状态实时估计出着地腿和地面的耦合刚度,并将前后腿与地面耦合刚度的差值补偿到相应的着地腿上。该策略能够使机器人着地后迅速适应不同刚度特性的地面,特别是地面刚度变化较大的情况,同时能够保证控制性能优于单独通过机身姿态反馈的稳定控制方法。通过搭建Simulink-SimMechanics实验平台对该姿态调整策略进行了仿真验证,结果表明,通过腿部主动变刚度的实时调整,四足机器人能在软硬地面过渡时实现对机身俯仰角和滚转角的补偿修正,证明了控制策略是有效的。
基于磁记忆检测的桥钢箱梁翼缘损伤状态力磁研究
苏三庆, 秦彦龙
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.10.002
[摘要](185) [PDF 1129KB](6)
摘要:
为推进金属磁记忆技术在桥钢箱梁损伤检测方面的应用,对桥钢箱梁进行了静力受弯试验,提取其变形最严重的上翼缘磁信号分布,建立了损伤区域应力与磁信号和磁信号梯度的量化关系,并提出用磁场梯度指数来表征钢梁的应力和损伤状态。结果表明:上翼缘磁信号曲线与应力变化形态正好相反,磁信号曲线在进入塑性后发生反转变为负值,且随应力变化的速度增快,可以判断构件进入塑性状态,即将发生损伤;磁场梯度曲线在损伤最严重的区域出现最大值,且随着荷载的增大,磁梯度最大值点不断向钢梁中间移动,由此可以进行破坏状态的预警;磁场梯度与应力关系曲线可将构件整个受力过程明显的区分为初始、屈服、塑性、损伤四个状态;可以用磁场梯度指数来进行构件应力状态与损伤状态的表征。该研究可为金属磁记忆检测技术在桥钢梁损伤状态的定量评估和预警方面的应用提供依据和参考。
充填型单缝煤岩水力脉动解堵试验研究
叶功勤, 曹函, 高强, 孙平贺(通讯作者)
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.17.001
[摘要](324) [PDF 1224KB](8)
摘要:
煤层气开采过程中,产生了大量的煤粉。煤粉聚集于裂隙中,成为影响煤层气渗透性能的重要因素之一。利用室内自行研制的可调频脉动水力压裂系统及预制充填型单缝的煤岩,开展不同频率条件下水力脉动解堵试验,研究脉动作用下解堵水压演化过程和解堵效果。试验结果表明:水力脉动解堵压力演化过程可分为三个阶段:压力上升阶段、压力下降阶段和压力波动稳定阶段。脉动作用下解堵压力阀值比定常流作用下更低、压降持续时间更短、压降幅值更小。定常流作用下煤粉运移集中在压力下降阶段,脉动压力作用下煤粉在压力下降阶段和压力波动稳定阶段均有运移,但煤粉总的运移量和定常流作用下的相当。脉动作用和定常流作用下径向渗透主要发生在压力上升至压力峰值阶段,但脉动流的解堵时间短,则滤液渗透半径小,储层伤害小。在3Hz的频率条件下,解堵效果最好,且其解堵压力阀值较低,解堵路径最为平直,压裂液渗流半径最小。
空间机械臂在轨部件替换插、拔孔操作力/位姿阻抗控制分析、设计
曾晨东, 陈力
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.07.31.002
[摘要](612) [PDF 983KB](12)
摘要:
讨论了空间机械臂在轨部件替换插、拔孔操作相关力学及阻抗控制问题。为此,结合系统动量守恒关系,空间机械臂替换部件末端输出插、拔孔主动力与孔内所受摩擦阻力作用关系,以及第二类拉格朗日方程;推导得到了载体位置、姿态均不受控制情况下,空间机械臂在轨部件替换插、拔孔操作过程系统动力学方程。同时,根据相关操作控制系统设计需要,利用系统位置几何关系分析、建立了空间机械臂替换部件末端相对基联坐标系的相对运动雅可比关系。之后,由空间机械臂替换部件末端位姿与末端输出插、拔孔主动力之间的动态关系并结合阻抗控制原理,建立了二阶线性阻抗力学模型。在上述工作基础上,针对空间机械臂在轨部件替换插、拔孔操作过程同时存在运动学与动力学不确定性的情况,设计了空间机械臂替换部件末端力/位姿跟踪指数型阻抗控制策略;并通过李雅普诺夫理论,证明了控制系统的稳定性。提到的控制策略具有结构简单、收敛速度快、稳定性好的特点。系统数值仿真,验证了上述控制策略的有效性。
基于梯度压缩的YOLO v4算法车型识别方法研究
牟亮, 赵红, 李燕, 仇俊政, 孙传龙, 刘晓童
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.28.006
[摘要](202) [PDF 2085KB](25)
摘要:
为进一步提高交通智能系统对车辆及车辆不同车型识别的泛化性、鲁棒性与实时性。根据检测区域的特征有针对性的构建数据集,改变余弦退火衰减(Cosine decay with warmup CD)学习率的更新方式,提出一种基于梯度压缩(Gradient Compression GC)的Adam优化算法(Adam-GC)来提高YOLO(You Only Look Once) v4算法的训练速度、检测精度以及网络模型的泛化能力。为验证本文提出算法的有效性,对实际路况的车流进行采集后,利用训练完成的网络模型对不同密度车流进行定量的车型检测实验验证。经实验验证,改进后方法的整体检测结果要优于改进前,YOLO v4和YOLO v4-GC-CD训练得到的网络模型在阻塞流样本下检测得到的准确率分别为94.59%和96.46%;在同步流样本下检测得到的准确率分别为95.34%和97.20%;在自由流样本下检测得到的准确率分别为95.98%和97.88%。
巴西圆盘劈裂二维及三维数值模拟研究
乔兰, 刘建, 李庆文, 赵国彦
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.28.006
[摘要](541) [PDF 3408KB](38)
摘要:
为揭示巴西圆盘起裂模式的变化规律及其破裂演化过程,运用连续介质弹塑性分析开展巴西圆盘劈裂二维及三维数值模拟研究。通过开展二维模拟研究,探究压拉比及加载角对试样起裂破坏模式的影响;通过三维模拟研究,探究圆盘试样三维破裂面的形成及扩展过程。研究结果表明:接触加载角及压拉比越大,巴西圆盘试样越容易发生中心起裂;端部起裂由剪切破坏引起,而劈裂裂纹进一步扩展则由张拉破坏驱动。三维数值模拟结果表明,初始起裂点位于三维圆盘端面,随加载角增大其逐渐向端面圆心移动;当圆盘发生端面中心起裂时,三维破裂面以弧形边界向试样内部发散扩展。无论圆盘试样发生中心起裂还是端部起裂,由于三维效应巴西劈裂试验可能都会低估岩石的抗拉强度。
不同层理页岩常规三轴压缩力学特性离散元模拟
杨圣奇
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.12.005
[摘要](202) [PDF 2746KB](40)
摘要:
基于页岩室内常规三轴压缩试验结果,采用离散元程序PFC2D对不同层理倾角页岩在常规三轴压缩下进行颗粒流模拟研究,以此来分析层理倾角及围压对页岩力学特性的影响。研究结果表明:(1)页岩的峰值强度、粘聚力随层理倾角的增加整体呈“U”形变化,其中峰值强度在不同围压下的变化趋势有所区别;内摩擦角随层理倾角的增大呈非线性变化。(2)不同层理倾角页岩破坏模式不尽相同,β = 30°~45°试样易发生沿层理的剪切破坏,β = 0°~15°与β =60°~90°试样易发生共轭剪切破坏。(3)同一层理倾角试样最终破坏时的微裂纹总数随着围压的升高有所增加;在同一围压下,试样最终破坏时的微裂纹数目随着层理倾角的增加呈现先减少后增多的趋势。(4)同一层理倾角页岩的脆性随围压的增长整体呈下降趋势;低围压情况下,页岩脆性随层理倾角的增加呈两端大中间小的规律。
能源桩三维螺旋线热源瞬态传热模型研究
李庆文, 乔兰, 郑明阳, 隋智力(通讯作者)
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.05.03.003
[摘要](783) [PDF 1271KB](25)
摘要:
能源桩因其换热效率高、结构稳定、无需额外钻孔等优点而得到快速发展。其长期运行中,除了承受上部荷载外,还需承受温度场变化所引起的温度荷载。因此,准确评估能源桩及周围岩土体温度场是能源桩设计与应用中的关键问题之一。然而现有能源桩温度场解析模型多过于简化,无法准确表征螺旋埋管能源桩的温度场特性。本文在现有传热模型的基础上,将螺旋埋管视为三维螺旋线热源,结合螺旋埋管能源桩的传热过程,建立高精度三维螺旋管传热模型。其中,对于瞬时线热源温度场,运用格林函数和第一型曲线进行积分,求解给出螺旋埋管能源桩的温度场解析解。并通过在数值模拟软件中建立螺旋埋管能源桩三维模型,依据边界条件,将地面设为Dirichlet边界,其他边界设为Neumann边界,求解得出三维螺旋埋管能源桩温度场数值解。对比结果表明:所建立的能源桩三维螺旋线热源模型具有很高的解析精度。最后,基于解析模型讨论了螺旋埋管能源桩的空间分布和时间效应。
一种改进的lp -RWMKE-ELM
刘星, 赵建印, 朱敏, 张伟
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.07.09.001
[摘要](490) [PDF 644KB](5)
摘要:
本文针对装备各类故障样本分布不平衡、现有算法故障诊断精度较低的问题,定义了一种p范数约束下正则化加权多核集成超限学习机的故障诊断模型。该模型在p范数约束下,基于各类故障样本自身规模,分别进行了两种自适应的样本权重分配;同时将多核学习(Multiple Kernel Learning,MKL)的多源数据融合能力和超限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)运算高效的特点相结合,将样本的权重W融入到多核超限学习机的优化目标函数中;通过Adaboost集成策略,自适应提升富含信息的样本在模型中的权重,从而显著提升故障诊断的精度。以6个UCI公共数据集以及1个实装案例为例,进行了故障诊断实验。结果表明,模型与KELM、WKELM(W(1)和W(2)加权方式)以及多核超限学习机l1-MKELM、lp-MKELM、TRMKELM相比,诊断精度有显著提升;范数约束形式对模型的诊断性能影响有限。
演化博弈与资源配置综述
张艳玲, 莫廷钰, 李松涛, 张妍, 李擎
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.26.002
[摘要](253) [PDF 583KB](10)
摘要:
复杂网络上集群行为的研究是多学科交叉的热点,行为学实验不仅证实集群行为的普遍存在性,而且证实了利用演化论解释集群行为涌现的合理性。复杂网络上演化博弈理论已取得长足发展,特别是在两策略竞争理论分析方法上取得突破性进展。本文首先介绍了演化博弈框架下合作演化机制的相关研究,详细总结了近来被广泛关注的个体异质性和环境反馈对于合作演化的影响研究;其次阐述了五种复杂网络上演化博弈的理论分析方法,包括最近提出的适用于任意网络结构和更新规则的溯祖随机游走理论;再次给出了基于最后通牒博弈模型的资源配置问题研究;最后总结了复杂网络最后通牒博弈所面临的挑战及未来发展趋势。
降雨和地震条件下浅层黄土滑坡三维稳定性评价
李泊良, 张帆宇
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.08.002
[摘要](220) [PDF 2030KB](20)
摘要:
在我国西北黄土地区,受黄土遇水强度骤降的影响,浅层黄土滑坡分布广泛且频发,已造成大量人员伤亡和财产损失。通常降雨和地震是黄土滑坡最频繁和最活跃的触发因素。近年来,降雨和地震耦合作用诱发大量黄土滑坡的事件在黄土高原也时有发生。尽管地震和降雨耦合效应下会严重加剧浅层黄土滑坡的失稳概率和灾害风险,但是当前仍缺少对这类滑坡事件的定量灾害评价研究。因此,本文以兰州市大沙沟流域浅层黄土滑坡为研究对象,整合降雨渗透模型到黄土斜坡三维确定性模型中,评价不同降雨和地震耦合效应研究区浅层黄土滑坡稳定性,用混淆矩阵法和ROC曲线法评价稳定性评价预测的结果。本研究结果发现,整合降雨入渗和地震影响的三维确定性模型,对流域尺度浅层黄土滑坡稳定性评价具有较好效果,能作为降雨和地震诱发黄土滑坡灾害评价和早期预警的工具,对加强不同尺度极端事件下黄土滑坡灾害时空灾害评价和预测具有重要参考价值。
古砖塔子结构压剪复合受力性能分析
卢俊龙, 范金鑫, 王振山, 贠作义
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.08.12.004
[摘要](429) [PDF 1831KB](9)
摘要:
古塔结构多采用砖墙筒体形成空间抗侧力体系,地震作用下古塔砌体处于压剪复合受力状态,塔体的砖筒子结构压剪复合受力性能是影响其抗震能力的关键因素之一。为研究古塔子结构的受力性能,以西安兴教寺玄奘塔为原型,设计制作了3个不同楼层的子结构缩尺模型试件,进行低周反复加载试验,观察试件的开裂、变形及破坏现象;建立数值模型进行计算,得到了试验荷载作用下各试件的等效塑性应变、荷载-位移曲线,将计算结果与试验结果进行对比,分析竖向压应力对古塔砌体破坏特征、滞回性能、延性、耗能能力等抗震性能的影响。结果表明,特征荷载的计算值相对试验值的误差均小于21%,等效塑性应变的分布与试件开裂破坏区域一致;当竖向压力保持恒定时,随着水平荷载的增大,塔体沿砌筑缝逐渐开裂破坏,裂缝宽度亦随之增大,在塔体洞口周围的破坏更为明显,试件残余变形增大;当增大竖向压力后,对试件开裂及残余变形均有限制作用,但试件的破坏过程特征变化不大;随着压剪比的增大,古塔砌体开裂破坏的范围减小,抗剪承载力、刚度以及耗能能力均有所提高,但延性和变形能力略有降低。研究结果为砖石古塔建筑结构损伤及抗震能力评定提供参考。
楔横轧内直角小台阶精确轧齐曲线研究
张凯利, 王宝雨, 沈谨霞
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.25.003
[摘要](550) [PDF 890KB](10)
摘要:
内直角台阶的轧齐一直是楔横轧的关键技术之一,一般内直角台阶的轧齐曲线公式和算法不适合小台阶的生产应用。为了解决这一问题,通过改进几何模型,针对内直角小台阶的螺旋体体积提出一种新的计算方法。根据楔横轧工艺的特点,比较轧件初始半径与对应辅助圆半径的大小关系,指出了二辊轧齐过程中内直角小台阶的初步判断条件。根据轧件大端半径与旋转角度的关系,将轧齐过程分成了三个阶段。通过对小台阶螺旋体的分块,将其近似成三个规则体积的合体,推导出了轧齐过程中各个阶段的体积公式。依据体积平衡原理和楔横轧模具特点,得到了二辊楔横轧内直角小台阶随轧件旋转角度变化的轧齐曲线。最后采用刚塑性有限元软件Deform-3D对一定断面收缩率范围内的大直径轴类件数值模拟,验证了本文所提出的轧齐曲线计算方法的适用性。同时通过对比分析,发现在大直径轴类件小台阶成形时展宽角应尽量取小。
基于离散元法的磨矿设备及理论研究进展
戴惠新, 唐冬冬, 王飞旺, 谢佩, 赵明珠
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.05.004
[摘要](143) [PDF 581KB](23)
摘要:
磨矿是矿物加工的重要环节,矿石中有用矿物能否充分单体解离、粒度达到选别要求对选矿指标具有决定性的作用。在过去三十年中,离散元法(DEM)已成为了解磨矿机理并为磨矿设备的设计、优化和操作提供理论指导的重要工具。随着时间的推移,DEM在模拟矿石破碎、研磨以及设备磨损等方面的应用越来越广泛和复杂,这使得人们对磨矿过程的理解发生了重大变化。本文介绍了DEM在磨矿领域的应用背景及其基本原理,分类综述了DEM在球磨机、搅拌磨机、自磨机/半自磨机等三类磨矿设备中的应用现状,并进一步阐述了基于DEM的磨矿理论研究进展,指出了DEM在磨矿领域研究中的独特优势及其发展方向。
低合金钢海水腐蚀监测中的双率数据处理与建模
陈亮, 付冬梅
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.17.003
[摘要](682) [PDF 927KB](20)
摘要:
随着物联网技术的发展,前端传感器的使用使得低合金钢的海水腐蚀监测成为了现实,从而获得了大量的腐蚀数据。针对传统均值法处理双率腐蚀数据带来的数据信息损失以及建模精度下降问题,提出了一种基于综合指标值(CIV)和改进相关向量回归(IRVR)的双率腐蚀数据处理和建模算法(CIV-IRVR)。首先,通过构建CIV表征输入数据的综合影响并采用天牛须搜索(BAS)算法对其参数进行寻优;然后,建立最优CIV序列与输出数据间的线性回归模型将双率数据转化为建模用的单率数据,能够更多地保留原始数据信息;最后,给出了一种BAS算法优化的具有组合核函数的改进相关向量回归建模方法(IRVR),并建立了针对低合金钢海水腐蚀双率数据的CIV-IRVR预测模型。结果表明:相比于均值方法处理双率腐蚀数据,所提方法将建模样本数量由196提升到了1834;相比于海水腐蚀建模领域常用的ANN和BP建模方法,所提模型的平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)和决定系数(CD)分别为1.1914、1.5729以及0.9963,在各项指标上均优于对比算法,说明所提模型不仅减少了信息损失还提高了建模精度,对于双率海水腐蚀数据建模具有一定现实意义。
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基于一维卷积神经网络的儿童睡眠分期
许力, 吴云肖, 肖冰, 许志飞, 张远
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.13.011
[摘要](11) [HTML全文](12) [PDF 1467KB](4)
摘要:
高质量睡眠与儿童的身体发育、认知功能、学习和注意力密切相关,由于儿童睡眠障碍的早期症状不明显,需要进行长期监测,因此急需找到一种适用于儿童睡眠监测,且能够提前预防和诊断此类疾病的方法。多导睡眠图(Polysomnography,PSG)是临床指南推荐的睡眠障碍基本检测方法,通过观察PSG各睡眠期间的变化和规律,对睡眠质量评估和睡眠障碍识别具有基础作用。本文对儿童睡眠分期进行了研究,利用多导睡眠图记录的单通道脑电信号,在Alexnet的基础上,用一维卷积代替二维卷积,提出一种1D-CNN结构,由5个卷积层、3个池化层和3个全连接层组成,并在1D-CNN中添加了批量归一化层(Batch normalization layer),保持卷积核的大小保持不变。针对数据集少的情况,采用了重叠的方法对数据集进行了扩充。实验结果表明,该模型儿童睡眠分期的准确率为84.3%。通过北京市儿童医院的PSG数据获得的归一化混淆矩阵,可以看出,Wake、N2、N3和REM期睡眠的分类性能很好。对于N1期睡眠,存在将N1期睡眠被误分类为Wake、N2和REM期睡眠的情况,因此以后的工作应重点提升N1期睡眠的准确性。总体而言,对于基于带有睡眠阶段标记的单通道EEG的自动睡眠分期,本文提出的1D-CNN模型可以实现针对于儿童的自动睡眠分期。在未来的工作中,仍需要研究开发更适合于儿童的睡眠分期策略,在更大数据量的基础上进行实验。
基于切面识别的房间隔缺损智能辅助诊断
张文静, 李文秀, 刘爱军, 武兴坤, 李剑峰, 罗涛
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.14.007
[摘要](47) [HTML全文](21) [PDF 968KB](9)
摘要:
针对超声心动图像质量差、噪声多,传统卷积神经网络架构对超声心动图像的学习能力有限、表达不充分的缺点,提出了一种基于标准切面识别的房间隔缺损(Atrial septal defect,ASD)智能辅助诊断模型。该模型通过对超声心动图像进行切面识别,充分融合其不同切面的语义特征,使得诊断的准确率得到明显提升。此外,还对其进行双边滤波保边去噪,并基于此模型搭建房间隔缺损智能辅助诊断系统(简称ASD辅助诊断系统)。结果表明,该ASD辅助诊断系统的准确率高达97.8%,且与传统卷积神经网络相比大大降低了假阴性率。
“健康中国”行动下的智慧医疗
班晓娟
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.09.01.020
[摘要](6) [HTML全文](5) [PDF 594KB](0)
摘要:
基于ALBERT与双向GRU的中医脏腑定位模型
张德政, 范欣欣, 谢永红, 蒋彦钊
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.13.002
[摘要](148) [HTML全文](75) [PDF 943KB](15)
摘要:
脏腑定位,即明确病变所在的脏腑,是中医脏腑辨证的重要阶段。本文旨在通过神经网络模型搭建中医脏腑定位模型,输入症状文本信息,输出对应的病变脏腑标签,为实现中医辅助诊疗的脏腑辨证提供支持。将中医的脏腑定位问题建模为自然语言处理中的多标签文本分类问题,基于中医的医案数据,提出一种基于预训练模型ALBERT和双向门控循环单元(Bi-GRU)的脏腑定位模型。对比实验和消融实验的结果表明,本文提出的方法在中医脏腑定位的问题上相比于多层感知机模型、决策树模型具有更高的准确性,与Word2Vec文本表示方法相比,本文使用的ALBERT预训练模型的文本表示方法有效提升了模型的准确率。在模型参数上,ALBERT预训练模型相比BERT模型降低了模型参数量,有效减小了模型大小。最终,本文提出的脏腑定位模型在测试集上F1值达到了0.8013。
面向显微影像的多聚焦多图融合中失焦扩散效应消除方法
印象, 马博渊, 班晓娟, 黄海友, 王宇, 李松岩
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.12.002
[摘要](147) [HTML全文](64) [PDF 1020KB](17)
摘要:
多聚焦图像融合是计算机视觉领域中的一个重要分支,旨在使用图像处理技术将同一场景下的聚焦不同目标的多张图像中各自的清晰区域进行融合,最终获得全清晰图像。随着以深度学习为代表的机器学习理论的突破,卷积神经网络被广泛应用于多聚焦图像融合领域,但大多数方法仅关注网络结构的改进,而使用简单的两两串行融合方式,降低了多图融合的效率,并且在融合过程中存在的失焦扩散效应也严重影响了融合结果的质量。针对上述问题,在显微成像分析的应用场景下,提出了一种最大特征图空间频率融合策略,通过在基于无监督学习的卷积神经网络中增加后处理模块,规避了两两串行融合中冗余的特征提取过程,实验证明该策略显著提高了多张图像的多聚焦图像融合效率。并且提出了一种矫正策略,在保证融合效率的情况下可有效缓解失焦扩散效应对融合图像质量的影响。
振动触觉编码的研究现状
杜静宜, 黄志奇, 陈东义, 雷涛玮
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.12.007
[摘要](146) [HTML全文](56) [PDF 957KB](8)
摘要:
触觉作为人的一种独特的感官通道具有独特的优势,它不仅能最大限度的贴合人体的生理构造,传递硬度、大小、纹理、形状、温度等视听觉无法传递的信息,而且拥有快速准确的特性,触觉不仅可以实现全方位的感知,而且能够有效感知一些很难被视觉或听觉形式表达的更真实复杂的信息,和外界环境进行一系列的交互。振动触觉编码的设计是开发触觉的一个重要途径,也是未来人机交互的一种重要手段。本文从振动触觉感知机理入手,讨论了不同振动参数的振动触觉分辨率和振动信息编码理论,并按照方向导航和文字交互的应用对振动信息编码进行归纳总结,介绍了振动信息编码的实验手段和结论,最后展望了振动信息编码领域未来的发展前景。
基于数据融合的智能医疗辅助诊断方法
张桃红, 范素丽, 郭徐徐, 李倩倩
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.12.003
[摘要](159) [HTML全文](65) [PDF 1031KB](14)
摘要:
医生诊断需要结合临床症状、影像检查等各种数据,基于此,提出了一种可以进行数据融合的医疗辅助诊断方法。将患者的影像信息(如CT图像)和数值数据(如临床诊断信息)相结合,利用结合的信息自动预测患者的病情,进而提出了基于深度学习的医疗辅助诊断模型。模型以卷积神经网络为基础进行搭建,图像和数值数据作为输入,输出病人的患病情况。该医疗辅助诊断方法能够利用更加全面的信息,有助于提高自动诊断准确率、降低诊断误差;另外,仅使用提出的医疗辅助诊断模型就可以一次性处理多种类型的数据,能够在一定程度上节省诊断时间。在两个数据集上验证了所提出方法的有效性,实验结果表明,该方法是有效的,它可以提高辅助诊断的准确性。
基于ECG信号的高精度血糖监测
李婷, 叶松, 李景振, 马菁菁, 陆瑶芃, 洪培涛, 聂泽东
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.12.009
[摘要](6) [HTML全文](1) [PDF 944KB](0)
摘要:
连续血糖监测在糖尿病管理中具有重要的意义。目前糖尿病患者主要通过指尖采血或植入式微创传感器监测血糖,但上述方法存在疼痛、成本昂贵、易感染等问题,因此,无创监测是实现连续血糖监测的理想技术。本文利用心电(ECG)信号,提出了一种血糖水平无创监测的方法:通过获取12名志愿者共60 d 756160个ECG周期信号,利用递归滤波器实现ECG信号的滤波,并采用卷积神经网络和长短期记忆网络相结合(CNN-LSTM)的方法,实现了血糖水平的十分类监测,并通过实验探索了个体建模和群体建模2种建模方式的差异。结果表明,在个体建模和群体建模的条件下,血糖监测精确率分别约达到80%和88%。其中群体建模10分类的F1值可达到0.95、0.88、0.91、0.85、0.92、0.88、0.86、0.86、0.87和0.86。研究表明,本文提出的基于ECG的无创血糖监测方法为实现血糖水平的实时、精准监测提供了一种有力的理论支撑与技术指导。
面向视网膜脱离手术的硅油填充模拟
徐衍睿, 班晓娟, 王笑琨, 王宇, 尹豆, 周靖, 黄厚斌, 朱志鸿
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.13.006
[摘要](3) [HTML全文](0) [PDF 1284KB](1)
摘要:
针对传统医疗手段无法有效量化评估手术中不同硅油加注量对于视网膜裂孔贴附效果的问题,本文提出一种面向视网膜脱离手术的硅油填充模拟方法,基于物理建模与计算机数值离散化技术对眼内受力、硅油填充状态进行分析,并对填充模拟过程进行三维模型构建与可视化,实现医疗过程决策辅助目的。首先对人类眼球与手术器具进行基础建模与模型采样,模拟手术流程中眼球状态;然后,根据水与硅油的密度、黏滞系数、表面张力等不同物理性质,对水‒硅油两相流动及交互进行模拟;最后,构建固液交互模型,实现多相液体在眼球中的运动与填充。实验结果表明,本文方法能够较好地呈现眼球内多相流体运动交互效果,实现了诸如表面张力、固液耦合、液体分层、连通器效应等效果,实现了对眼内腔中通过导管注入硅油与排出水分流程的模拟,为预测硅油填充后的眼内状态提供了一种有效的方式,辅助医生进行手术流程规划与效果预测。
融合多特征嵌入与注意力机制的中文电子病历命名实体识别
巩敦卫, 张永凯, 郭一楠, 王斌, 樊宽鲁, 火焱
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.12.006
[摘要](215) [HTML全文](155) [PDF 760KB](54)
摘要:
中文电子病历文本包含大量嵌套实体、句子语法结构复杂、句式偏短。为有效识别其医疗实体,提出一种融合多特征嵌入与注意力机制的命名实体识别算法,在输入表示层融合字符、单词、字形三个粒度的特征,并在双向长短期记忆网络的隐含层引入注意力机制,使算法在捕获特征时更加关注于医疗实体相关的字符,最终实现对中文电子病历中疾病、身体部位、症状、药物、操作五类实体的最优标注。面向开源和自建糖尿病数据集的实验结果中所提算法的实体识别准确率、召回率和F1值都达到97%以上,表明其可以更加有效地识别中文电子病历中各类实体。
自注意力指导的多序列融合肝细胞癌分化判别模型
贾熹滨, 孙政, 杨大为, 杨正汉
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.13.003
[摘要](170) [HTML全文](70) [PDF 829KB](14)
摘要:
结合影像学和人工智能技术对病灶进行无创性定量分析是目前智慧医疗的一个重要研究方向。针对肝细胞癌(Hepatocellular carcinoma, HCC)分化程度的无创性定量估测方法研究,结合放射科医师的临床读片经验,提出了一种基于自注意力指导的多序列融合肝细胞癌组织学分化程度无创判别计算模型。以动态对比增强核磁共振成像(Dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging, DCE-MRI)的多个序列为输入,学习各时序序列及各序列的多层扫描切片在分化程度判别任务的权重,加权序列中具有的良好判别性能的时间和空间特征,以提升分化程度判别性能。模型的训练和测试在三甲医院的临床数据集上进行,实验结果表明,本文所提出的肝细胞癌分化程度判别模型取得相比几种基准和主流模型最高的分类计算性能,在WHO组织学分级任务中,判别准确度、灵敏度、精确度分别达到80%,82%和82%。
基于小波分析和自相关计算的非接触式生理信号检测
刘璐瑶, 张森, 肖文栋
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.13.001
[摘要](118) [HTML全文](60) [PDF 1234KB](18)
摘要:
采用调频连续波(Frequency modulated continuous wave, FMCW)雷达实现非接触式生理信号检测,并提出了基于小波分析和自相关计算(Wavelet analysis and autocorrelation computation, WAAC)的检测方法。首先,毫米波FMCW雷达发射电磁波信号,并接收来自身体的反射信号。然后,通过信号预处理从中频信号中提取包含呼吸和心跳的相位信息,消除直流偏置并完成相位解缠。最后,基于小波包分解(Wavelet packet decomposition, WPD)从原始信号中得到心跳和呼吸信号,利用自相关计算减小杂波对心跳信号的影响,进而提取高精度的心率参数。应用FMCW雷达对10名受试者进行实验测试,结果表明本文方法得到的呼吸和心率的平均绝对误差率平均值分别小于1.65%和1.83%。
骨架图引导的级联视网膜血管分割网络
姜大光, 李明鸣, 陈羽中, 丁文达, 彭晓婷, 李瑞瑞
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.13.005
[摘要](4) [HTML全文](4) [PDF 1569KB](1)
摘要:
针对目前视网膜血管分割中存在的细小血管提取不完整、分割不准确的问题,从血管形状拓扑关系利用的角度出发,探索多任务卷积神经网络设计,提出骨架图引导的级联视网膜血管分割网络框架。该框架包含血管骨架图提取网络模块、血管分割网络模块和若干自适应特征融合结构体。骨架提取辅助任务用于提取血管中心线,能够最大限度地保留血管拓扑结构特征;自适应特征融合结构体嵌入在两个模块的特征层间。该结构体通过学习像素级的融合权重,有效地将血管拓扑结构特征与血管局部特征相融合,加强血管特征的结构信息响应。为了获得更完整的骨架图,骨架图提取网络还引入了基于图的正则化损失函数用于训练。与最新的血管分割方法相比,该方法在3个公共视网膜图像数据集上均获得第一名,在DRIVE,STARE和CHASEDB1中其F1值分别为83.1%,85.8%和82.0%。消融实验表明骨架图引导的视网膜血管分割效果更好,并且,基于图的正则化损失也能进一步提高血管分割准确性。通过将骨架提取模块和血管分割模块替换成不同的卷积网络验证了框架的普适性。
基于群体智能优化的MKL-SVM算法及肺结节识别
李阳, 常佳乐, 王宇阳
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.14.004
[摘要](9) [HTML全文](6) [PDF 1223KB](1)
摘要:
针对单核学习支持向量机无法兼顾学习能力与泛化能力以及多核函数参数寻优问题,提出了一种基于群体智能优化的多核学习支持向量机算法。首先,研究了五种单核函数对支持向量机分类性能的影响,进一步提出具有全局性质的多项式核和局部性质的拉普拉斯核凸组合形式的多核学习支持向量机算法;其次,为增加粒子多样性及快速寻优,将粒子群优化算法引入了遗传算法中的杂交操作,并用此改进的群体智能优化算法对多核学习支持向量机进行参数寻优。最后,分别采用深度特征与手工特征作为识别算法的输入,研究表明采用深度特征优于手工特征。故本文采用深度特征作为多核学习支持向量机的输入,以交叉遗传与粒子群混合智能优化算法作为其寻优方式。实验选取合作医院数据集对所提算法进行训练并初步测试,进一步为了验证所提算法的泛化能力,选取公开数据集LUNA16进行测试。实验结果表明,本文算法易于跳出局部最优解,提升了算法的学习能力与泛化能力,具有较优的分类性能。
基于深度学习的宫颈癌异常细胞快速检测方法
姚超, 赵基淮, 马博渊, 李莉, 马莹, 班晓娟, 姜淑芳, 邵炳衡
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.12.001
[摘要](58) [HTML全文](13) [PDF 823KB](20)
摘要:
宫颈癌是严重危害妇女健康的恶性肿瘤,威胁着女性的生命,而通过基于图像处理的细胞学筛查是癌前筛查的最为广泛的检测方法。近年来,随着以深度学习为代表的机器学习理论的发展,卷积神经网络以其强有效的特征提取能力取得了图像识别领域的革命性突破,被广泛应用于宫颈异常细胞检测等医疗影像分析领域。但由于病理细胞图像具有分辨率高和尺寸大的特点,且其大多数局部区域内都不含有细胞簇,深度学习模型采用穷举候选框的方法进行异常细胞的定位和识别时,经过穷举候选框获得的子图大部分都不含有细胞簇。当子图数量逐渐增加时,大量不含细胞簇的图像作为目标检测网络输入会使图像分析过程存在冗余时长,严重减缓了超大尺寸病理图像分析时的检测速度。本文提出一种新的宫颈癌异常细胞检测策略,针对使用膜式法获得的病理细胞图像,通过基于深度学习的图像分类网络首先判断局部区域是否出现异常细胞,若出现则进一步使用单阶段的目标检测方法进行分析,从而快速对异常细胞进行精确定位和识别。实验表明,本文提出的方法可提高一倍的宫颈癌异常细胞检测速度。
基于一维卷积特征与手工特征融合的集成超限学习机心跳分类方法
许越凡, 肖文栋, 曹征涛
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.12.005
[摘要](166) [HTML全文](74) [PDF 1288KB](32)
摘要:
融合手工特征和深度特征,提出了一种集成超限学习机心跳分类方法。手工提取的特征明确地表征了心电信号的特定特性,如相邻心跳时间间隔反映了心跳信号的时域特性,小波系数反映了心跳信号的时频特性。同时设计了一维卷积神经网络对心跳信号特征进行自动提取。基于超限学习机(Extreme leaning machine,ELM),将上述特征融合进行心跳分类。由于ELM初始参数的随机给定可能导致其性能不稳定,进一步提出了一种基于袋装(Bagging)策略的多个ELM集成方法,使分类结果更加稳定且模型泛化能力更强。利用麻省理工心律失常公开数据集对所提方法进行了验证,分类准确率达到了99.02%,实验结果也表明基于融合特征的分类准确率高于基于单独特征的分类准确率。
小间距平行顶管管道土压力计算方法研究
杨仙, 肖宇锋, 黎永索, 陈娟
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.17.002
[摘要](15) [HTML全文](14) [PDF 1442KB](2)
摘要:
小间距顶管过程中,由于管−管相互作用的影响,使得管周土压力分布与单管顶进土压力分布模式产生差异,从而造成小间距顶管荷载确定、结构计算及顶力估算与控制等设计施工难题。结合数值模拟反分析,基于太沙基土压力理论和极限平衡理论,假设了土体松动线和上部既有顶管的支挡作用线,进一步构建了小间距平行顶管管道拱顶垂直土压力的计算方法。基于构建的土压力计算方法,分析了土体抗剪强度、管径、管间距等对新建顶管拱顶土压力的影响,并与不考虑既有顶管影响的土柱理论和太沙基理论计算值进行了对比。计算结果表明:土体抗剪强度越大,新建顶管拱顶垂直土压力越大,而其侧面的土压力越小;抗剪强度较大时,新构建方法计算拱顶土压力小于太沙基理论计算结果,抗剪强度较小时,新构建方法计算拱顶土压力大于太沙基理论计算结果;顶管埋深增加时,新建顶管拱顶土压力增加,相较于土柱理论和太沙基理论,新构建方法计算的新建顶管拱顶土压力增量最小;随着管间距增加,新建顶管拱顶土压力越来越大。
鞍山式贫赤铁矿不同种类分选尾矿中铁的赋存规律
张瑞洋, 毛宇宇, 李正要, 李东, 张学进
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.28.008
[摘要](1) [HTML全文](0) [PDF 1521KB](0)
摘要:
以齐大山铁矿选矿分厂铁尾矿为例,对重选尾矿、磁选尾矿、浮选尾矿和综合尾矿4种不同种类尾矿的工艺矿物学性质进行对比分析,并对尾矿中铁的可回收性进行评价。研究结果表明,尾矿中铁矿物主要为赤铁矿,脉石矿物主要是石英,有害元素S、P的含量低;尾矿中铁的金属分布率随着粒级的变化,呈两端高、中间低的规律。重选尾矿中铁矿物主要包裹在粗颗粒脉石中,浮选尾矿中铁矿物主要赋存在细颗粒连生体中,磁选尾矿中的铁矿物粒度极细,综合尾矿粒度范围宽、粒度分布极不均匀。采用单一重选和磁选方法对不同种类尾矿进行再选,浮选尾矿指标最佳,重选尾矿次之,综合尾矿最差,磁选尾矿属于不可选。鞍山式贫赤铁矿分选尾矿中铁的赋存状态决定了铁的再回收潜力,可为此类分选尾矿的处理提供理论借鉴。
基于云理论的大坝整体性态评价模型
姜振翔, 陈辉, 陈柏全
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.15.001
[摘要](309) [HTML全文](75) [PDF 1523KB](7)
摘要:
现有的大坝整体性态评价方法以定性评价为主,主观性较强。针对这一问题,以单测点监控模型的计算值与监测仪器实测值之间的残差为基础,提出采用多测点融合残差表征大坝整体性态。结合信息熵理论研究了不同测点的残差变化规律,从而对各测点残差的融合权重进行了分配,计算了融合残差。通过对融合残差进行分布分析,利用逆向云发生器、正向云发生器建立了表征大坝不同性态的概念云,即评价标准。在此基础上,结合云相似度算法,建立了大坝整体性态的评价模型。算例表明,该模型能够有效识别大坝监测资料中的异常测值,并能够定量、客观地评价大坝整体性态,评价结果合理、可靠,可为保障大坝安全运行提供重要参考。
铁尾矿两步法制备多级孔ZSM-5分子筛
张鹏, 李素芹, 郭鹏辉, 赵鑫, 赵泽坤
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.05.002
[摘要](187) [HTML全文](63) [PDF 1067KB](6)
摘要:
以铁尾矿为原料替代纯化学试剂,采用两步法制备含有介孔–微孔复合孔的多级孔ZSM-5分子筛。首先在介孔模板剂(CTAB)作用下合成介孔分子筛(MCM-41),然后通过固相转换法将MCM-41晶化转变为多级孔ZSM-5分子筛。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和氮气吸附脱附测试(BET)等技术对样品进行表征。实验结果表明,由于体系中没有液态水相参与,成功避免了CTAB与微孔结构导向剂(TPABr)在水溶液中相互竞争,从而得到高结晶度的多级孔ZSM-5分子筛。因此,本文为铁尾矿制备多级孔ZSM-5提供了一种全新方法。
热损伤岩石物理力学特性演化机制研究进展
吴星辉, 李鹏, 郭奇峰, 蔡美峰, 任奋华, 张杰
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.23.007
[摘要](62) [HTML全文](17) [PDF 1718KB](16)
摘要:
为深入了解温度作用下岩石热损伤演化机制,对超深钻探、深地实验室、核废料处置库、地热资源开发等地下岩体工程的安全性和稳定性做出合理性评价,本文通过分析整理国内外文献,系统综述了温度作用下岩体变形破坏方面的研究进展与成果。简述了高温作用下岩石的物理力学特性,侧重总结了岩石物理力学参量随温度变化的演化规律。重点分析了深部岩石材料在高温条件下岩体结构及相关物理场探测技术的最新研究成果,梳理了声发射(AE)、超声波(UT)、X射线分析(XRD)、偏光显微镜(PM)、扫描电子显微镜(SEM)、核成像技术(NMR)以及CT扫描技术等先进的辅助试验设备在热破裂分析中的应用。归纳总结了国内外学者采用的热力耦合模型和数值分析方法及适用条件,简略阐述了温度作用下岩石力学参量变异性特征。最后,指出了当前岩石热损伤研究中存在的一些局限性,并从深部地下工程建设方面展望了未来的发展方向,即多尺度、多场−相探究岩石热损伤机理,宏−细−微观角度系统分析岩石热损伤演化规律。
高压直流干扰大幅值管地电位产生原因及影响因素分析
袁洵, 杜艳霞, 梁毅, 秦润之
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.02.002
[摘要](597) [HTML全文](180) [PDF 1564KB](9)
摘要:
基于实际的工程参数建立了高压直流干扰电场计算模型,利用数值模拟计算技术对高压直流干扰大幅值管地电位的产生原因进行探究。考察接地极与管道之间的间距、管道防腐层类型、管道长度及土壤结构等因素对高压直流干扰下管地电位的影响规律,得到高压直流干扰大幅值管地电位是在接地极与管道距离较近、防腐层的绝缘性能较高、管道长度较大及上低下高的土壤电阻率分层结构共同作用下产生的。
基于FBRM和PVM技术的尾矿浓密过程絮团演化规律
周旭, 吴爱祥, 王洪江, 王贻明, 尹升华, 阮竹恩
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.02.004
[摘要](743) [HTML全文](211) [PDF 1734KB](27)
摘要:
在初始泥层高75 cm和耙架转速为0、0.1、1和10 r·min−1条件,以及耙架转速为0.1 r·min−1和初始泥层高度为75、45和25 cm条件下,采用FBRM和PVM实时在线监测技术,对动态浓密系统泥层脱水过程絮团结构演化进行原位连续观测,获得了泥层脱水过程中,絮团直径、数量分布特征和实时图像。研究结果表明,尾矿浓密过程中絮团直径和数量随剪切时间延长呈现先增长后降低,再保持稳定的状态。根据絮团直径变化程度,将絮团密实化过程分为絮团生长期、絮团重构期和絮团破碎期3个阶段。在剪切速率0.1 r·min−1和初始泥层高度75 cm实验条件下,有利于絮团生长和絮团快速破裂重构,并提高絮团密实化程度,但过高的剪切速率作用对絮团结构影响程度下降。剪切速率的增加造成絮团平均直径减小,同时絮团平均直径减小的速率上升。随着初始泥层高度增大,絮团生长阶段时间更长,絮团直径峰值更大,重构期较长,絮团平均直径随初始泥层高度增加而增大。尾矿絮团分形维数可以反映絮团结构变化特征,结合PVM图像的分形维数和孔隙率计算,分析了剪切破坏力与絮团凝聚力存在的相互平衡关系,基于这种动态平衡对絮团破裂程度的影响,研究了尾矿浓密过程中的絮团密实化规律。
结合多尺度分割和随机森林的变质矿物提取
唐淑兰, 孟勇, 王国强, 卜涛
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.08.004
[摘要](275) [HTML全文](143) [PDF 2522KB](10)
摘要:
为提高遥感影像变质矿物提取精度,提升变质带的识别效果,以甘肃北山ASTER影像为研究区,结合了比值运算、多尺度分割、随机森林分类法进行变质矿物提取。首先,通过矿物特征性光谱特征构造比值运算公式、进行影像增强;然后,对增强影像进行基于光谱及变差函数的多尺度分割;接着,采用随机森林法提取目标矿物;最后,通过野外勘查、采样、薄片鉴定进行精度评价。结果表明,黑云母、白云母、角闪石在ASTER影像上具有鉴定性特征,提取精度分别为85.4088%、84.7640%和85.7308%;其他含量较少的变质矿物提取精度可达到60%以上。多尺度分割能充分利用矿物的丛集特征;变差函数纹理能增强形态特征对矿物的区分能力;随机森林分类法对矿物混合引起的噪声不敏感、提取结果稳定。
胀断连杆用高碳微合金钢连铸大方坯的铸态组织
夏勇, 李亮, 王璞, 铁占鹏, 兰鹏, 唐海燕, 张家泉
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.03.001
[摘要](413) [HTML全文](130) [PDF 1128KB](13)
摘要:
胀断连杆是汽车精密传动用高端产品,需具高强高韧和裂解加工脆性解理断裂特性。连铸化生产高碳易切削胀断连杆用微合金非调质钢是当前的发展方向。基于大方坯连铸生产典型工艺及其铸态组织、成分均匀性分析,研究了胀断连杆加工过程常见断口形貌不合的钢坯遗传性因素。以常用德系C70S6钢为例,采用250 mm×280 mm断面弧形连铸机,解析其在一定结晶器电磁搅拌条件下所浇铸大方坯的铸态低倍结构和枝晶形貌,并分析其不同晶区的成分分布特点。结果表明,当前连铸条件下大方坯中心缩孔和后续热轧棒材探伤合格率可控,但铸坯初凝坯壳凝固前沿发生明显的C、S负偏析白亮带区及其柱状晶偏转现象。金相试样图像分析和相场法凝固模拟表明,铸坯中柱状晶具有逆流生长特征,其偏转角是一次枝晶尖端向旋流方向逆向生长的结果。自铸坯角部至宽、窄面中心,实测柱状晶区的一次枝晶偏转角约在−7°到27°之间。利用X射线能谱分析(EDS)进一步检测了钢中主要合金元素Si、Mn、Mo在铸坯不同晶区的分布,揭示了其铸态偏析特征与差异性。据此,探讨了这种铸态组织和成分偏析对后续热轧棒材和连杆成品组织的遗传性,以及对其胀断加工断口不合的影响,可为源头铸态质量的控制提供依据。
固溶处理对S32707特超级双相不锈钢析出相、组织及性能影响
沈伟, 孙丽娟, 李长荣, 杨占兵, 王福明
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.25.002
[摘要](47) [HTML全文](58) [PDF 1288KB](13)
摘要:
通过Thermo-Calc热力学计算、OM和FE-SEM观察、力学性能和腐蚀性能试验对不同固溶温度下的特超级双相不锈钢进行分析和研究。结果表明:σ相和非平衡氮化物是固溶水冷组织中的主要析出相,当固溶温度低于1050 ℃时,σ相优先沿双相界面析出,显著降低双相不锈钢的冲击韧性;当固溶温度高于1100 ℃,非平衡氮化物开始在铁素体晶粒内部析出,且随着固溶温度的升高,非平衡氮化物析出数量增加。这是由于固溶水冷过程中氮在铁素体中的溶解度快速降低,过饱和的氮来不及扩散到相邻奥氏体中,只能以氮化物的形式析出。随固溶温度升高,铁素体含量增加,奥氏体含量降低,实验钢的强度增加,冲击韧性降低。在1080~1120 ℃之间固溶时,双相比例接近1∶1,S32707特超级双相不锈钢具有优良的综合力学性能和耐晶间腐蚀性能。
基于有向权值网络的航班运行风险传播与控制
王岩韬, 杨志远, 刘锟, 谢春生
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.15.002
[摘要](471) [HTML全文](130) [PDF 1070KB](9)
摘要:
为了分析航班运行风险传播过程,进而有效控制保障飞行安全,基于复杂网络理论,首先参照民航局咨询通告选取机组、航空器、运行环境共29个终端因素作为网络节点,统计民航安全监察记录,根据事件中节点关系,构建无向网络;统计前后节点间的作用关系和发生概率,提出一种有向带权的航班运行风险网络;然后,引入改进感染率和改进恢复率概念,构建一种适用于航班运行风险传播分析的改进SIR(Susceptible-infected-recovered)模型;定义感染起始范围,最后采取多参数控制方式,大规模计算该有向带权网络的传播和控制过程。结果表明:有向网的平均最短路径为1.788,属于小世界网络;参照使用民航常规管控措施,有向网节点感染下降幅度可达到37.4%;对入度值排序前3或前4的节点控制后,感染节点峰值下降率高达50.6%和58.1%,网络传播抑制明显。结果证实:在该航班运行风险有向带权网络中,按入度值控制节点对抑制风险传播最为有效。
单轴应力下烟煤氧化‒自燃灾变温度
徐永亮, 刘泽健, 步允川, 陈蒙磊, 吕志广, 王兰云
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.02.004
[摘要](190) [HTML全文](137) [PDF 1299KB](11)
摘要:
为探究不同埋藏深度裂隙煤体氧化‒自燃过程在单轴应力作用下的影响规律,本文通过荷载加压煤自燃特性实验平台,采用新疆硫磺沟矿区烟煤煤样,开展了施加单轴应力在0~8 MPa下的贫氧环境程序升温试验。根据加压试验中烟煤产生气体随温度的变化关系,计算了烟煤在单轴应力下升温过程表观活化能和耗氧速率。结合煤自燃氧化动力学和热解参数,阐述了单轴应力下煤体由缓慢氧化到快速氧化的非线性发展过程,并基于突变理论解算出试验条件下烟煤氧化‒燃烧过程的突变温度和临界温度,确定出4个特征参数:突变温度\begin{document}$ {T}_{\mathrm{C}\mathrm{O}} $\end{document}(CO表征)和\begin{document}$ {T}_{\mathrm{H}\mathrm{Y}} $\end{document}(耗氧速率表征),临界温度\begin{document}$ {T}_{\mathrm{C}\mathrm{O}}^{'} $\end{document}(CO表征)和\begin{document}$ {T}_{\mathrm{H}\mathrm{Y}}^{'} $\end{document}(耗氧速率表征),并分析了不同特征参数随单轴应力的变化规律。结果表明:热解气体浓度、表观活化能和耗氧速率随单轴应力增大呈先增大后减小再增大的三次函数规律(其中1.8和5.5 MPa时为临界轴压),1.8 MPa时表观活化能和各项特征参数数值最低,煤氧反应速率最快,耗氧速率最高;单轴应力为5.5 MPa时耗氧速率最大,煤体新生裂隙最多;单轴应力对\begin{document}$ {T}_{\mathrm{C}\mathrm{O}} $\end{document}特征参数影响最大,煤自燃缓慢过渡到快速氧化的温度指标,由CO浓度表征的突变温度\begin{document}$ {T}_{\mathrm{C}\mathrm{O}} $\end{document}表征最为准确。该研究结果对于矿井不同埋深煤自燃预警和防控具有重要理论指导意义。
面向六关节机器人的位置域控制
崔旭东, 邓少丰, 王平江
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.08.07.002
[摘要](547) [HTML全文](195) [PDF 1817KB](14)
摘要:
多轴联动下的串联多关节工业机器人在空间轨迹运动时,在时间上保证各关节轴单独具有良好的跟踪性能,而由于机械电气的迟滞效应,并不能完全保证理想的轮廓轨迹,这说明各个伺服轴的运动在几何空间中的同步非常重要。针对运动指令与实际位置之间的迟滞所带来的机器人末端轮廓精度不高的问题,本文结合工业机器人现有的运动学和动力学以及传统的PID控制理论,研究了六关节机器人位置域控制算法。将机器人空间轮廓轨迹的控制,通过采用主−从运动关系实时建立的方法,将时域中的各个伺服关节的同步控制方法,变换到位置域的各个伺服关节的主−从跟随的控制方法,在实现位置域的同步控制的同时,引入基于位置域的PD控制,减少了主−从跟随控制的跟随误差,从而整体提高机器人末端的轮廓运动精度。该方法在Linux CNC(Computerized Numerical Control)数控系统上,以某公司HSR-JR605机器人为对象进行了实验,证明采用位置域控制方法对六关节机器人空间运动轨迹精度的提高有积极作用。
带有限缓冲区的混合流水车间多目标调度
袁庆欣, 董绍华
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.02.26.002
[摘要](867) [HTML全文](349) [PDF 1252KB](32)
摘要:
研究对象是带有限缓冲区混合流水车间中的多目标调度问题。以各机器前置后置缓冲区容积有限、工件以批量形式运输、运载设备的运载能力有限等作为资源限制因素,以最小化完工时间、最小化物料运输时间、最小化并行机前置缓冲区空间占用率均衡指数为目标,建立调度模型。分别采用NSGA-II、NSGA-III算法求解该模型,并对比两者之间的差别;设置不同的缓冲区容积,探究不同缓冲区容积对生产目标的影响,寻找最优缓冲区容积;建立不同模型,探究以最小化并行机前置缓冲区空间占用率均衡指数为目标的意义,最后以某船用管类生产企业的实际生产案例作为对象,通过对比优化结果与实际生产数据,验证了算法有效性。
基于S-LRCN的微表情识别算法
李学翰, 胡四泉, 石志国, 张明
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.15.006
[摘要](1040) [HTML全文](420) [PDF 1346KB](50)
摘要:
基于面部动态表情序列,针对静态表情缺少时间信息等问题,将空间特征与时间特征融合,利用神经网络在图像分类领域良好的特征,对需要进行细节分析的表情序列进行处理,提出基于分离式长期循环卷积网络(Separate long-term recurrent convolutional networks, S-LRCN)的微表情识别方法。首先选取微表情数据集提取面部图像序列,引入迁移学习的方法,通过预训练的卷积神经网络模型提取表情帧的空间特征,降低网络训练中过拟合的危险,并将视频序列的提取特征输入长短期记忆网络(Long short-team memory, LSTM)处理时域特征。最后建立学习者表情序列小型数据库,将该方法用于辅助教学评价。
基于分形理论无腹筋混凝土梁的受剪性能
于江, 吕旭滨, 秦拥军
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.19.003
[摘要](773) [HTML全文](271) [PDF 1461KB](18)
摘要:
基于裂缝的发展及分布形态,探究无腹筋混凝土梁在不同剪跨比和纵筋配筋率作用下的剪切性能,采用剪跨比分别为1.5、2、2.5和纵筋配筋率分别为1.28%、1.62%、1.99%的9组无腹筋混凝土梁进行四点加载受剪试验,通过应用分形几何理论对试验梁表面的裂缝进行分析,使用盒计数法计算得到分级荷载及极限荷载作用下梁表面裂缝的分形维数,探讨了梁表面分形维数与极限荷载、分级荷载及跨中挠度之间的关系。结果表明:剪跨比与极限荷载及开裂荷载成反比,而纵筋配筋率与极限荷载成正比,但其对于开裂荷载的影响较小。无腹筋混凝土梁不论在分级加载作用下还是极限荷载作用下都具备明显的分形特征,在分级荷载作用下的分形维数在0.964~1.449,在极限荷载作用下的分形维数在1.33附近。分级荷载、跨中挠度与分形维数之间呈现较好的对数关系,分级荷载与分形维数的变化曲线受剪跨比及梁纵筋配筋率的影响具有一定的规律性,而跨中挠度受剪跨比的影响较小,在纵筋配筋率作用下,其曲线的曲率呈现出先增大后减小的趋势,但极限荷载与分形维数之间的关系具有一定的差异性,极限荷载会随着剪跨比的增大呈现出先增大后减小的趋势,随着纵筋配筋率的增大呈现出的差异性较大。
非光滑带钢在粗糙轧辊平整轧制过程中表面微观形貌的转印行为与演变规律
张勃洋, 张煜东, 李嘉琪, 李瑞, 张清东
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.08.25.004
[摘要](564) [HTML全文](247) [PDF 1999KB](13)
摘要:
针对平整轧制过程不同用途带钢对表面微观形貌的特殊要求,在批量跟踪电火花毛化轧辊、磨削轧辊和冷轧后带钢表面微观形貌的基础上,建立工作辊与带钢都可考虑真实表面粗糙峰的带钢表面微观形貌轧制转印生成模型,采用工业实验验证了仿真模型的准确性,并据此模型分析轧制前带钢已经具有表面粗糙度分别大于、等于、小于轧辊表面粗糙度时,带钢表面微观形貌的轧制转印行为与遗传演变规律。提出了负转印和转印饱和的概念,定义了两种极限轧制转印状态的描述指标— —负转印最大和转印饱和,研究发现当带钢表面粗糙度小于或等于轧辊表面粗糙度时,存在负转印最大点和转印饱和点;当带钢表面粗糙度大于轧辊表面粗糙度时,负转印最大点和转印饱和点重合。在此基础上,采用负转印最大点与转印饱和点对应的临界板宽轧制力,描述带钢表面微观形貌的遗传及演变规律,并系统仿真分析带钢屈服强度、带钢轧前表面粗糙度、轧辊表面粗糙度等工艺条件参数对于负转印最大点与转印饱和点对应的临界单位板宽轧制力的影响规律,发现随着带钢屈服强度增大和轧辊表面粗糙度增加,该临界单位板宽轧制力均增大;随着带钢表面粗糙度增大,负转印最大点对应的临界单位板宽轧制力增大,但转印饱和点对应的临界单位板宽轧制力却减小。
硫酸盐侵蚀作用下纤维锂渣混凝土裂缝的分形特征
张广泰, 陈勇, 鲁海波, 李雪藩
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.10.001
[摘要](465) [HTML全文](230) [PDF 1414KB](14)
摘要:
为探究新型混凝土受硫酸盐侵蚀后的力学性能,采用质量分数为5%的硫酸盐溶液全浸泡加速侵蚀法,对11组聚丙烯纤维混凝土(PC)试块、11组聚丙烯纤维锂渣混凝土(PLiC)试块、8根PC大偏心受压柱和8根PLiC大偏心受压柱进行侵蚀试验,得到了不同侵蚀时间下混凝土的力学性能。基于分形理论分析了试块及构件破坏时表面裂缝分布的分形特征,详细讨论了试块及构件表面裂缝分形维数与其侵蚀时间、抗压强度、极限承载力之间的关系。研究表明,PC和PLiC立方体抗压强度随侵蚀天数先增加后降低,在120 d达到最大;试块及构件破坏时表面裂缝分布具有分形特征,试块表面裂缝分形维数随侵蚀天数的增加呈现先增加后减少再增加的规律,随试块抗压强度的提高而减少;PC及PLiC混凝土大偏心柱极限承载力随侵蚀天数的增加先增加后减少,锂渣的掺入可以提高聚丙烯纤维混凝土柱的抗硫酸盐侵蚀能力,构件破坏时表面裂缝分形维数随硫酸盐侵蚀天数呈现震荡上升的趋势;因此混凝土表面裂缝的分形特征可作为判定构件损伤程度的指标之一,可为今后对在役混凝土结构承载力和寿命预测提供参考。
基于面投影微立体光刻技术的三维模拟储层岩心模型制造
孟思炜, 孙大兴, 俞佳庆, 莫翌, 邵广斌, 薛伟杰, 周德开, 郑立臣
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.10.001
[摘要](761) [HTML全文](497) [PDF 1005KB](33)
摘要:
首先搭建具有高精度面投影微立体光刻设备,通过理论分析和实验相结合的方法获得最优打印工艺参数,然后提出一种可用于模拟地层岩心的微球堆叠岩心模型,并通过分析岩心模型成型机理,选取具有更高成型精度的堆积方式对岩心模型进行设计。该模拟岩心制造方法具有对特殊岩心结构制造的高适应性,为实验室显微镜下研究多种EOR技术微观驱替机理提供了新思路。
絮凝沉降对浓缩超细尾砂料浆屈服应力的影响
阮竹恩, 吴爱祥, 王贻明, 王勇, 王建栋
当前状态:  doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.08.01.002
[摘要](632) [HTML全文](343) [PDF 929KB](22)
摘要:
深锥浓密机内底部料浆的屈服应力过高容易导致压耙,为此通过对不同絮凝沉降条件下获得的浓缩超细尾砂料浆的屈服应力进行原位测量,并通过对絮凝前后料浆总有机碳的测试来分析超细尾砂颗粒表面的絮凝剂吸附量,进而分析了絮凝沉降对浓缩超细尾砂料浆屈服应力的影响规律。研究发现,絮凝沉降对浓缩超细尾砂料浆的屈服应力有显著影响,pH和絮凝剂单耗通过影响尾砂颗粒表面的絮凝剂吸附量进而影响浓缩超细尾砂料浆的屈服应力,屈服应力随着pH和絮凝剂单耗的增大均不断增大。综合考虑尾砂料浆的絮凝沉降效果和所得浓缩超细尾砂料浆的屈服应力,最佳絮凝条件是pH值为11和絮凝剂单耗为15 g·t−1,在此最优条件下料浆固液界面的初始沉降速率为0.4565 mm·s−1,沉降后上清液浊度为143 NTU,底部沉积尾砂料浆的固相质量分数为51.56%、屈服应力为243.18 Pa。初步建立了适用于超细人造尾砂的基于絮凝剂吸附量的屈服应力模型,屈服应力随尾砂颗粒表面单位面积的絮凝剂吸附量的增大而增大,为实际生产中控制全尾砂絮凝沉降参数提供参考。
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2020全国冶金物理化学学术会议专栏简介
闫柏军
2021, 43(8): 1011-1011.   doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.07.01.020
[摘要](88) [HTML全文](24) [PDF 418KB](20)
摘要:
硼掺杂镍酸锂的改性研究
张宁, 厉英, 倪培远
2021, 43(8): 1012-1018.   doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.30.004
[摘要](210) [HTML全文](102) [PDF 2223KB](54)
摘要:
采用共沉淀法制备了Ni(OH)2前驱体材料,通过高温固相法制备了LiNiO2和B掺杂LiNiO2(B的摩尔分数为1%),利用X射线衍射(XRD)、里特维尔德(Rietveld)精修、扫描电子显微镜(SEM)、恒流充放电测试、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)对材料的晶体结构、表面形貌和电化学性能进行了系统性表征。XRD和Rietveld精修结果表明,LiNiO2和B掺杂LiNiO2均具有良好的层状结构,B因为占据在过渡金属层和锂层的四面体间隙位而导致掺杂后略微增大材料的晶格参数和晶胞体积,同时增大了LiO6八面体的间距,进而促进锂离子运输。由于掺杂的B的摩尔分数仅为1%,LiNiO2和B掺杂LiNiO2均表现为直径10 µm左右的多晶二次颗粒,且一次颗粒晶粒尺寸没有明显区别。长循环数据表明B掺杂可以有效提高材料的循环容量保持率,经100次循环后,B掺杂样品在40 mA·g−1 电流下的容量保持率为77.5%,优于未掺杂样品(相同条件下容量保持率为66.6%)。微分容量曲线和EIS分析表明B掺杂可以有效抑制循环过程中的阻抗增长。
前驱体烘干温度对富锂锰基正极材料形貌和电化学性能的影响
杨震, 厉英, 马培华
2021, 43(8): 1019-1023.   doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.31.007
[摘要](82) [HTML全文](34) [PDF 839KB](17)
摘要:
以过渡金属硫酸盐、氢氧化钠、氨水为原料,通过连续共沉淀–高温固相法制备了富锂锰基正极材料Li1.17Ni0.33Mn0.5O2。对其进行了包括微观形貌、宏观形貌、晶体结构、电化学性能等方面的表征,研究了前驱体烘干温度对于粒度较小前驱体的宏观形貌及锂化后正极材料的微观形貌和电化学性能的影响。结果表明,烘干温度较高的前驱体在烘干后出现了明显了宏观烧结现象,锂化并涂布后出现了明显的颗粒;烘干温度较低的前驱体在烘干后并未出现宏观烧结现象,锂化并涂布后未出现明显的颗粒。在电化学性能方面,前驱体烘干温度较高的正极材料在经历50个循环后,可逆比容量只剩下85%,下降比较明显;前驱体烘干温度较低的正极材料在经历了50个循环后,可逆比容量未出现明显下降。
钙钛矿型锂离子固体电解质Li2xySr1−xTi1−yNbyO3的性能
卢佳垚, 厉英, 倪培远, 唐甜甜
2021, 43(8): 1024-1031.   doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.03.004
[摘要](92) [HTML全文](20) [PDF 1350KB](25)
摘要:
采用高温固相法成功制备了Li2xySr1−xTi1−yNbyO3 (x=3y/4, y=0.25, 0.5, 0.6, 0.7, 0.75, 0.8)锂离子固体电解质,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、交流阻抗图谱、恒电位极化等分别研究了各个组分的晶体结构、微观形貌、离子电导率和电子电导率。XRD显示当y≤0.70时,材料为立方钙钛矿型结构,几乎没有杂质相生成。SEM表明随着掺杂含量的增加材料的晶粒尺寸逐渐增大。Li0.35Sr0.475Ti0.3Nb0.7O3锂离子固体电解质有着高离子电导率,为3.62×10−5 S·cm−1,其电子电导率为2.55×10−9 S·cm−1,活化能仅为0.29 eV。使用以Li0.35Sr0.475Ti0.3Nb0.7O3为隔膜的LiFePO4/Li半电池经过100圈循环后,放电比容量仍有93.9 mA·h·g−1,容量保持率为90.72%。
Ba3Ca1+xNb2−xO9−δ复合钙钛矿型固体电解质性能研究
丁玉石, 厉英
2021, 43(8): 1032-1036.   doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.03.003
[摘要](129) [HTML全文](64) [PDF 950KB](9)
摘要:
高温质子导体固体电解质Ba3Ca1+xNb2−xO9−δ化学性质稳定,中低温电导率较高,具有较好的应用前景。采用固相合成法制备得到了复合钙钛矿相的Ba3Ca1+xNb2−xO9−δx=0、0.10、0.18、0.30)材料。随着Ca掺杂量的增加Ba3Ca1+xNb2−xO9−δ样品的电导率先增加后降低,x=0.18的样品电导率最高。Ba3Ca1+xNb2−xO9−δ材料在含氢中的电子空穴迁移数较低,当温度低于750 ℃时,材料中质子导电为主;当温度达800 ℃后,材料中氧离子导电为主。x=0.10的样品质子迁移数最高,随着掺杂量的增加样品氧离子迁移数逐渐增大,质子迁移数逐渐降低。
二氯甲烷和甲苯对咪唑离子液体结构和性质及铝电沉积的影响
田国才, 袁青香
2021, 43(8): 1037-1046.   doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.03.002
[摘要](158) [HTML全文](116) [PDF 1139KB](18)
摘要:
离子液体电沉积铝技术具有广阔的应用前景,而添加剂是提高铝镀层性能的有效方法,但相关作用机制还有待明确。本文应用量子化学和分子动力学模拟研究了二氯甲烷(DCM)和甲苯(C7H8)对氯化-1-丁基-3-甲基咪唑/三氯化铝([BMIM]Cl/AlCl3)体系的微观结构、物理化学性质和铝电沉积的影响。发现DCM易与阴、阳离子形成氢键,分布在阴阳离子之间使得阴阳离子间距离增加、相互作用能减小, 导致阴阳离子扩散能力增强、铝配离子更倾向以\begin{document}${\rm{A}}{{\rm{l}}_2}{\rm{Cl}}_7^ -$\end{document}形式存在,体系黏度降低电导率增加,因而对体系电化学性质提升很大,而且DCM起到了晶粒细化和整平作用,从而可以得到镜面光亮的沉积层,所得结果与实验值吻合较好。C7H8主要分布在阳离子周围,与阳离子有较强相互作用,在沉积过程中吸附于电极表面的凸出部分,抑制了电活性离子的还原而主要起到整平作用,其对阴离子和阳离子之间的相关作用的影响比DCM小,因而体系电化学性质提升不如DCM。
超混沌电流对金属锰电解阳极电位振荡的调控
谢子楠, 刘作华, 李春彪, 张鑫, 顾加成, 李强, 陶长元
2021, 43(8): 1047-1054.   doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.01.002
[摘要](54) [HTML全文](23) [PDF 1324KB](6)
摘要:
金属锰湿法电冶过程是一个典型的远离平衡态的非线性体系,直流作用下会出现电化学振荡、金属分形等非线性行为而引发体系额外的能耗。本文提出一种超混沌电流电解的新模式,通过引入超混沌电路代替原有直流电源来实现。超混沌电流作用下,采用恒电流极化曲线、阳极极化曲线、塔菲尔测试等分析方法和X射线衍射分析、扫描电子显微镜的表征方法,研究铅合金阳极电化学振荡行为与阳极沉积的锰氧化物之间的关联。研究结果表明,在电流密度为350 A·m−2恒电流极化30 min后,超混沌电流极化作用下电位振荡的平均振荡周期较直流极化提高5.6 s,平均振幅降低 38 mV;超混沌电流作用下阳极生成的MnO2,其表面较为致密平整,在一定程度上可以提高铅合金阳极析氧反应活性和耐腐蚀性。综合分析可知,将超混沌电流运用于金属锰电解过程,可以实现对阳极电化学振荡的有效调控,为进一步降低电解过程能耗和污染排放提供新思路。
利用Na2CO3处理铝电解槽炭渣的研究
梁诚, 赵润民, 彭建平, 狄跃忠, 王耀武
2021, 43(8): 1055-1063.   doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.30.007
[摘要](153) [HTML全文](88) [PDF 3468KB](22)
摘要:
铝电解槽炭渣是铝工业冶炼生产过程中产生的一种危险废物。炭渣的大量堆存,在浪费电解质资源的同时,也会造成大气、土壤以及水体的污染。本试验以炭渣为原料,Na2CO3为添加料,对炭渣的焙烧−水浸工艺回收炭粉和冰晶石的可行性与过程进行了研究。试验结果表明,将质量比为2.5∶1的Na2CO3与炭渣混合后置于坩埚电阻炉中,在950 ℃下焙烧2 h,炭渣中氧化铝、冰晶石和亚冰晶石被Na2CO3消耗,焙烧后混合料由C、Na2CO3、NaF、NaAlO2组成。焙烧后混合料在pH为13、浸出温度为25 ℃的条件下浸出1 h,固液分离后的浸出渣经过水洗、烘干后得到炭粉,其纯度可达89%。利用碳酸化法回收浸出液中F,可获得主成分合格的粉状冰晶石。适当地提高焙烧温度和延长保温时间可提高炭和电解质的分离效率。研究经济而有效的炭渣处理方法,不仅可以解决炭渣带来的环境污染问题,还对社会的可持续发展产生深远影响。
三维ZnO/CdS/NiFe层状双金属氢氧化物光电催化氧化甲烷
刘佳, 张英华, 黄志安, 白智明, 高玉坤
2021, 43(8): 1064-1072.   doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.02.001
[摘要](128) [HTML全文](52) [PDF 1247KB](5)
摘要:
将甲烷以低能耗的方式直接转化为甲醇等高附加值的化学品一直是可持续化工产业的重要目标和重大挑战。本文制备了三维(3D)ZnO/CdS/NiFe层状双金属氢氧化物(LDH)核/壳/分层纳米线阵列(NWAs)结构材料并将其用于室温、模拟阳光照射下甲烷的光电催化氧化。结果表明3D ZnO/CdS/NiFe-LDH具有优异的光电化学性能及催化活性,甲烷气氛下的光电流密度达到了6.57 mA·cm−2(0.9 V vs RHE),其催化甲烷生成甲醇及甲酸产量分别是纯ZnO的5.0和6.3倍,两种主要产物的总法拉第效率达到54.87%。CdS 纳米颗粒(NPs)的沉积显著提升了复合物对可见光的吸收,促进了光生载流子的分离。而具有三维多孔结构的NiFe-LDH纳米片的引入改善了甲烷氧化表面反应动力学,起到了优异的助催化作用;并且有效抑制了O2•-的产生,防止O2•-进一步将甲醇及甲酸氧化为CO2,提高了甲醇及甲酸的选择性。最后,提出了三维ZnO/CdS/NiFe-LDH复合材料光电催化甲烷转化为甲醇及甲酸的机理,为甲烷低能耗转化为高价值化学品提供了新思路。
离子交换树脂对Pt/C催化剂耐久性的影响
王园, 李赏, 刘声楚, 洪亢, 张立昌, 汪如意, 潘牧
2021, 43(8): 1073-1080.   doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.17.004
[摘要](125) [HTML全文](76) [PDF 1248KB](19)
摘要:
离子交换树脂(Ionomer)是质子交换膜燃料电池催化层的重要组成部分,它在催化层中的主要作用是作为质子传导相传导质子。本文采用旋转圆盘电极法(RDE),在模拟燃料电池真实的运行环境(模式一)和模拟燃料电池启停环境(模式二)两种模式下,研究了Ionomer对铂碳催化剂电压循环耐久性的影响。通过相同位置透射电镜分析法(IL-TEM),分析了铂碳催化剂经历模式二耐久性测试后的结构变化。研究发现Ionomer的存在可以提高铂碳催化剂的耐久性。在模式一的测试中:添加Ionomer后,其氧还原半波电位下降值∆E从23 mV下降至11 mV;没有发生碳的腐蚀,Pt颗粒的长大是催化剂性能下降的主要原因;Ionomer的存在延缓了Pt电化学比表面积(ECSA)的降低从而有利于保持Pt的活性。在模式二的测试中:添加Ionomer后,其氧还原半波电位下降值∆E从25 mV下降至5 mV,除了铂颗粒长大外还发生了载体碳的腐蚀;Ionomer的存在同样可以保持Pt的活性;IL-TEM分析可以看到明显的铂颗粒长大和碳腐蚀,碳载体的腐蚀造成铂的严重流失和团聚。含Nafion的催化剂中铂颗粒平均粒径从2.7 nm增加到了3.76 nm,不含Nafion的催化剂中的铂颗粒平均粒径从2.44 nm增加到了4.19 nm。
连铸控流模式对大方坯及棒材组织结构与宏观偏析影响
王璞, 铁占鹏, 肖红, 张壮, 唐海燕, 苗红生, 张家泉
2021, 43(8): 1081-1089.   doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.27.007
[摘要](165) [HTML全文](72) [PDF 1394KB](22)
摘要:
以中碳结构钢大方坯及其热轧棒材为研究对象,通过对铸坯和轧材进行低倍侵蚀和成分分析,揭示了连铸控流模式对大方坯凝固组织与宏观偏析分布特征的影响及其铸轧遗传性。研究表明:常规直通水口浇注模式下,结晶器电磁搅拌(Mold electromagnetic stirring, M-EMS)电流由0增加到800 A,铸坯等轴晶率由6.06%仅可增加到11.71%,难以有效避免大方坯常见的中心缩孔缺陷与突出的中心线偏析。采用新型五孔水口浇注模式,即使不开启M-EMS,铸坯中心等轴晶率仍可达23.1%,大方坯中心缩孔级别可降至1.0级以下,满足后续热轧大棒材探伤要求。同时发现,五孔水口浇注模式下,大方坯铸态组织中往往会出现较为明显的柱状晶到等轴晶转变(Columnar to equiaxed transition, CET)区,铸坯断面碳偏析指数呈M型分布,表现为断面1/4位置CET区域碳偏析指数最高。大棒材轧制基本改变不了铸坯断面宏观偏析的分布形态,且可能导致中心线偏析指数增加。同时指出,基于连铸控流模式的作用规律和铸‒轧遗传性特征,以及特殊钢长材热加工对中心致密度和偏析分布与程度的要求,实际生产中应从连铸工艺源头合理地控制铸态组织与宏观偏析分布形态。
20CrMo合金钢生产过程中非金属夹杂物的演变
王伟健, 罗艳, 张立峰, 任英
2021, 43(8): 1090-1099.   doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.17.003
[摘要](169) [HTML全文](67) [PDF 2231KB](23)
摘要:
为了进一步研究20CrMo合金钢在生产过程中夹杂物的演变机理,实现对钢中非金属夹杂物的合理控制,保证生产顺行,提高产品力学性能,针对“BOF→LF→RH→钙处理→连铸→热轧”工序生产20CrMo合金钢全流程中非金属夹杂物的演变规律进行了研究。在LF精炼及RH精炼加钙前钢中非金属夹杂物含有70%以上的Al2O3。钙处理后,由于过量的钙加入到钢液中,夹杂物中CaS质量分数迅速增加至59%,Al2O3质量分数降低至21%。在连铸过程中由于二次氧化的发生,夹杂物转变为CaO−Al2O3,其中含有50%的Al2O3、39%的CaO和10%的CaS,并且夹杂物平均尺寸增加。在钢的冷却和凝固过程中,CaO质量分数降低至5%,CaS质量分数增加至57%,钢中夹杂物转变为Al2O3−CaO−CaS的复合夹杂物,同时含有少量大尺寸的CaO−Al2O3夹杂物。在钢的轧制过程中,夹杂物中CaO含量进一步降低,CaS含量增加,夹杂物平均尺寸增加,形成了CaO−Al2O3与CaS黏结型的复合夹杂物与Al2O3−CaS复合夹杂物。对CaO-Al2O3与CaS黏结型的复合夹杂物的形成原因进行了讨论。
铜锡合金激光选区熔化非平衡凝固组织与性能
李小璇, 王曾洁, 贺定勇, 刘轩, 薛济来
2021, 43(8): 1100-1106.   doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.29.006
[摘要](490) [HTML全文](148) [PDF 1467KB](26)
摘要:
对具有重要工程应用价值的Cu‒5%Sn合金进行激光选区熔化(SLM)成形,在激光功率160 W、扫描速度300 mm·s−1、扫描间距0.07 mm条件下,合金样品相对密度可达99.2%,熔池层与层堆积密实,表面质量良好。研究发现所获合金具有非平衡凝固组织特征,其中以α-Cu(Sn)固溶体相为主,且涉及具有超结构的γ相、δ相。显微形貌主要由柱状晶与富锡网状组织构成,伴随有不同尺度界面Sn元素偏析及晶界、晶内纳米尺寸超结构合金相颗粒析出。所获合金的力学性能与同成分铸态合金或较低Sn含量SLM合金相比得到显著强化,表面硬度可达HV 133.83,屈服强度326 MPa,抗拉强度387 MPa及断裂总延伸率22.7%。
RH强制脱碳与自然脱碳工艺生产IF钢精炼效果分析
袁保辉, 刘建华, 周海龙, 黄基红, 张硕, 申志鹏
2021, 43(8): 1107-1115.   doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.10.002
[摘要](413) [HTML全文](107) [PDF 1475KB](33)
摘要:
西昌钢钒厂由于转炉热量不足而以转炉—LF精炼—RH精炼—连铸工艺生产IF钢,为探究RH强制脱碳与自然脱碳工艺生产IF钢精炼效果,采用生产数据统计、氧氮分析、夹杂物自动扫描、扫描电镜和能谱分析等手段,对不同脱碳工艺对顶渣氧化性以及钢的洁净度影响进行了详细研究。结果表明:(1)与自然脱碳工艺炉次相比,采用强制脱碳工艺的炉次在转炉结束与RH进站钢中的平均[O]含量更低;(2)两种工艺脱碳结束钢中的[O]含量基本在同一水平;(3)强制脱碳工艺的炉次在RH结束时渣中平均T.Fe的质量分数降低了1.3%。在能满足RH脱碳效果的前提下,尽量提高转炉终点钢液碳含量、降低钢液氧含量,后续在RH精炼时采用强制吹氧脱碳工艺,适当增大吹氧量来弥补钢中氧,可显著降低IF钢顶渣氧化性。自然脱碳工艺与强制脱碳工艺控制热轧板T.O含量均比较理想;与自然脱碳工艺相比,强制脱碳工艺可有效降低IF钢[N]含量,这与强制脱碳工艺真空室内碳氧反应更剧烈所导致的CO气泡更多和气液反应面积更大有关。脱碳工艺对IF钢热轧板中夹杂物类型、尺寸及数量没有明显影响,夹杂物主要由Al2O3夹杂、Al2O3–TiOx夹杂与其他类夹杂物组成,以夹杂物的等效圆直径表示夹杂物尺寸,以上三类夹杂物平均尺寸分别为4.5、4.4和6.5 μm,且钢中尺寸在8 μm以下的夹杂物数量占比高于75%。在RH精炼过程中,尽量降低RH脱碳结束钢中[O]含量,有利于提高钢液洁净度。
MgO含量和来源对球团焙烧特性及冶金性能的影响
朱德庆, 刘震, 杨聪聪, 潘建
2021, 43(8): 1116-1124.   doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.07.02.006
[摘要](592) [HTML全文](201) [PDF 2279KB](41)
摘要:
分别以5种不同的含镁添加剂(高镁磁铁矿、镁橄榄石、白云石、菱镁石和氧化镁粉)制备镁质球团,阐述MgO含量和来源对磁铁矿球团焙烧特性及冶金性能的影响。研究结果表明:不同的含镁添加剂对于生球的落下强度有着一定影响,其中氧化镁粉与高镁磁铁矿均能够提高球团的落下强度。相同的预热焙烧制度下,提高MgO含量会增加球团孔隙率,降低预热和焙烧球团的抗压强度,其中白云石对焙烧球团强度的不利影响最小。增加预热球团的氧化度有利于促进镁质焙烧球团固结,提高其抗压强度。在MgO来源相同的情况下,MgO含量的增加会导致球团孔隙的增减,降低了球团强度,而配加不同种类的含镁添加剂,均能不同程度改善球团的还原膨胀性、低温还原粉化性和还原性,其中配加高镁磁铁矿的球团的还原膨胀性和低温还原粉化性均优于于其他含镁球团。
烧结烟气中Zn对V2O5−WO3/TiO2催化剂脱除NOx和二噁英性能的影响
丁龙, 钱立新, 杨涛, 张洪亮, 余正伟, 张晓霞, 龙红明
2021, 43(8): 1125-1135.   doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.08.001
[摘要](538) [HTML全文](158) [PDF 2149KB](34)
摘要:
V2O5−WO3/TiO2(VWTi)催化剂可以同时脱除铁矿烧结烟气中的NOx和二噁英,但复杂的烟气成分会导致催化剂失活。本文采用浸渍法对VWTi 催化剂进行ZnCl2、ZnO和ZnSO4中毒实验。模拟烧结烟气条件,研究了在VWTi催化剂表面负载不同形态Zn对其同时脱除NOx和二噁英(以氯苯作为模拟物)性能的影响,分析了中毒前后催化剂表面活性物质的理化性质,并对中毒催化剂开展了再生实验。结果表明:不同Zn物种对VWTi催化剂同时脱除NOx和氯苯(CB)均具有失活作用。Zn物种会引起催化剂表面颗粒轻微团聚,表面酸性位点数量减少,表面V的还原性减弱,表面化学吸附氧比例,以及V5+和V4+的物质的量比值降低。再生实验结果表明:酸洗可以在一定程度上恢复中毒催化剂的催化活性,但水洗不能恢复中毒催化剂的活性。研究发现Zn盐中毒作用机理为:Zn2+与催化剂表面酸性位点V=O和V−OH反应形成V−O−Zn,对NH3与CB的吸附产生不利影响,造成催化剂中毒失活,ZnSO4中的\begin{document}${\rm{SO}}_4^{2-} $\end{document}可以为NH3和CB的吸附转化提供新的酸性位点,减轻中毒效果,ZnCl2中的Cl会在反应后产生副产物HCl,造成催化剂表面更多活性位点中毒,加深中毒效果。

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