期刊信息
月刊，1955年创刊
ISSN 2095-9389
CN 10-1297/TF
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
邮发代码：82-303
国内发行：北京报刊发行局
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.01.25.003
[摘要]
[PDF 772KB]
摘要:
针对地应力对煤层深孔聚能爆破致裂增透的作用，在分析钻孔围岩应力场、爆生裂隙扩展及动态卸载效应的基础上，对不同围压条件下聚能爆破作用过程及裂隙发育特征进行了数值模拟，并通过在不同埋深下的聚能爆破现场试验，探讨了地应力对煤层深孔聚能爆破致裂增透效果的影响。结果表明：在高地应力煤层进行深孔聚能爆破时，地应力在煤层深孔聚能爆破径向裂隙扩展的不同阶段的作用存在较大区别：在未进行聚能爆破时，钻孔围岩应力状态及形变特征由钻孔形态以及地应力共同决定。在聚能爆破作用初始阶段，由于聚能爆破对围岩产生的冲击作用明显强于地应力，因此爆生裂隙在初期的扩展方向主要由聚能装药结构决定，沿聚能槽开口方向形成定向裂隙；随着裂隙向四周扩展，爆破作用逐渐减弱，地应力作用逐渐显现，钻孔围岩在地应力作用下产生切向压应力，限制了爆破径向裂隙扩展。同时，与主应力方向不同的煤体裂隙在较强的剪应力作用下逐渐沿最大主应力方向偏转。当爆破作用产生的等效动态应力无法继续使煤体进一步压缩时，钻孔围岩内积聚的弹性应变能开始朝爆破中心方向释放，使煤体发生断裂，产生新的裂隙。此外，不同方向上的裂隙扩展范围受侧压系数控制，当垂直主应力一定时，随着侧压系数增大，最小主应力方向的裂隙范围进一步减小。
针对地应力对煤层深孔聚能爆破致裂增透的作用，在分析钻孔围岩应力场、爆生裂隙扩展及动态卸载效应的基础上，对不同围压条件下聚能爆破作用过程及裂隙发育特征进行了数值模拟，并通过在不同埋深下的聚能爆破现场试验，探讨了地应力对煤层深孔聚能爆破致裂增透效果的影响。结果表明：在高地应力煤层进行深孔聚能爆破时，地应力在煤层深孔聚能爆破径向裂隙扩展的不同阶段的作用存在较大区别：在未进行聚能爆破时，钻孔围岩应力状态及形变特征由钻孔形态以及地应力共同决定。在聚能爆破作用初始阶段，由于聚能爆破对围岩产生的冲击作用明显强于地应力，因此爆生裂隙在初期的扩展方向主要由聚能装药结构决定，沿聚能槽开口方向形成定向裂隙；随着裂隙向四周扩展，爆破作用逐渐减弱，地应力作用逐渐显现，钻孔围岩在地应力作用下产生切向压应力，限制了爆破径向裂隙扩展。同时，与主应力方向不同的煤体裂隙在较强的剪应力作用下逐渐沿最大主应力方向偏转。当爆破作用产生的等效动态应力无法继续使煤体进一步压缩时，钻孔围岩内积聚的弹性应变能开始朝爆破中心方向释放，使煤体发生断裂，产生新的裂隙。此外，不同方向上的裂隙扩展范围受侧压系数控制，当垂直主应力一定时，随着侧压系数增大，最小主应力方向的裂隙范围进一步减小。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.03.23.001
摘要:
依托低轨星座构建电磁频谱监测系统成为实现全球电磁频谱的管理的有效途径与当前的研究热点。传统低轨电磁监测系统架构采用“星上采集与处理”的模式，即卫星对信号进行采集并处理后，将处理的结果回传地面。这导致系统性能受限于单星载荷。针对此提出采集与处理分离的低轨电磁监测系统智能处理框架，卫星作为数据的转发节点，仅负责采集信号，地面数据中心对数据进行下一步处理。同时，针对传统技术方法难以高效处理该架构下地面数据中心海量数据的问题，将深度学习与传统架构下的关键技术进行了有机融合，为实现全球时空连续电磁频谱监测提供了新的选择。梳理了基于深度学习的频谱感知、盲源分离和无源定位三大关键技术及其近几年研究进展。重点讨论了各关键技术向星座系统迁移的适用性问题与技术核心突破问题，给出了低轨电磁监测系统智能处理框架关键技术下一步研究的建议。
依托低轨星座构建电磁频谱监测系统成为实现全球电磁频谱的管理的有效途径与当前的研究热点。传统低轨电磁监测系统架构采用“星上采集与处理”的模式，即卫星对信号进行采集并处理后，将处理的结果回传地面。这导致系统性能受限于单星载荷。针对此提出采集与处理分离的低轨电磁监测系统智能处理框架，卫星作为数据的转发节点，仅负责采集信号，地面数据中心对数据进行下一步处理。同时，针对传统技术方法难以高效处理该架构下地面数据中心海量数据的问题，将深度学习与传统架构下的关键技术进行了有机融合，为实现全球时空连续电磁频谱监测提供了新的选择。梳理了基于深度学习的频谱感知、盲源分离和无源定位三大关键技术及其近几年研究进展。重点讨论了各关键技术向星座系统迁移的适用性问题与技术核心突破问题，给出了低轨电磁监测系统智能处理框架关键技术下一步研究的建议。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.12.03.005
摘要:
废覆铜板分选残渣量大，含有约1%铜，潜在利用价值高。微生物浸出法流程短、成本低、环境友好。本研究采用响应曲面法对废覆铜板分选残渣生物浸出脱毒工艺进行优化（参数因子—初始pH、固形物含量和Fe2+浓度；响应值—铜浸出率），设计三因素三水平共计17个实验的优化实验方案；其次，对优化实验结果进行多项回归拟合分析和浸出机理探究。研究结果表明：铜浸出率回归模型可信度高，模拟精确度高，与实际情况拟合良好，可以反映参数因子及其交互作用对铜浸出率的影响。在初始pH 1.8、固形物含量30%和Fe2+浓度5 g/L的最优化条件下，获得90.89%的铜浸出率（4h）。基于优化结果，废覆铜板残渣生物浸出脱毒放大实验中（100L搅拌槽），外加酸调控体系pH＜2.5，浸出6h，铜浸出率＞98%，浸出渣中铜含量＜0.02%（w/w）。未反应缩核动力学模型指出：残渣中铜生物浸出过程受界面传质和固体膜层内扩散混合控制。研究浸出机理显示：废覆铜板分选残渣中的铜主要通过Fe3+氧化和H+溶出；嗜酸氧化亚铁微生物持续氧化Fe2+→Fe3+，不仅降低了Fe3+消耗量，也促进了残渣中铜的释放。研究结果将为废旧电子电器绿色资源化再利用提供理论依据。
废覆铜板分选残渣量大，含有约1%铜，潜在利用价值高。微生物浸出法流程短、成本低、环境友好。本研究采用响应曲面法对废覆铜板分选残渣生物浸出脱毒工艺进行优化（参数因子—初始pH、固形物含量和Fe2+浓度；响应值—铜浸出率），设计三因素三水平共计17个实验的优化实验方案；其次，对优化实验结果进行多项回归拟合分析和浸出机理探究。研究结果表明：铜浸出率回归模型可信度高，模拟精确度高，与实际情况拟合良好，可以反映参数因子及其交互作用对铜浸出率的影响。在初始pH 1.8、固形物含量30%和Fe2+浓度5 g/L的最优化条件下，获得90.89%的铜浸出率（4h）。基于优化结果，废覆铜板残渣生物浸出脱毒放大实验中（100L搅拌槽），外加酸调控体系pH＜2.5，浸出6h，铜浸出率＞98%，浸出渣中铜含量＜0.02%（w/w）。未反应缩核动力学模型指出：残渣中铜生物浸出过程受界面传质和固体膜层内扩散混合控制。研究浸出机理显示：废覆铜板分选残渣中的铜主要通过Fe3+氧化和H+溶出；嗜酸氧化亚铁微生物持续氧化Fe2+→Fe3+，不仅降低了Fe3+消耗量，也促进了残渣中铜的释放。研究结果将为废旧电子电器绿色资源化再利用提供理论依据。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.02.04.001
摘要:
本文通过原位腐蚀观察和基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了稀土元素Ce对夹杂物的改性和夹杂物诱导腐蚀的机理。包括稀土元素Ce改性过程中夹杂物的成分变化，钢中主要的夹杂物类型。通过计算功函数与电势差，对比了不同含Ce夹杂物诱导点蚀的趋势，探讨了不同原子位置、原子数量和不同的slab模型对功函数的影响，从分子角度阐明了夹杂物不同晶面和不同终止面诱导点蚀的机理。添加稀土元素Ce可以降低晶面功函数。五种夹杂物和钢基体的平均功函数大小顺序为CeAlO3>Fe>MnS>CeS>Ce2O2S>Ce2O3，Ce2O3诱导发生的点蚀概率最高，CeAlO3可以有效的提高钢的耐腐蚀能。
本文通过原位腐蚀观察和基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了稀土元素Ce对夹杂物的改性和夹杂物诱导腐蚀的机理。包括稀土元素Ce改性过程中夹杂物的成分变化，钢中主要的夹杂物类型。通过计算功函数与电势差，对比了不同含Ce夹杂物诱导点蚀的趋势，探讨了不同原子位置、原子数量和不同的slab模型对功函数的影响，从分子角度阐明了夹杂物不同晶面和不同终止面诱导点蚀的机理。添加稀土元素Ce可以降低晶面功函数。五种夹杂物和钢基体的平均功函数大小顺序为CeAlO3>Fe>MnS>CeS>Ce2O2S>Ce2O3，Ce2O3诱导发生的点蚀概率最高，CeAlO3可以有效的提高钢的耐腐蚀能。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.03.06.001
摘要:
当前球磨机负荷检测方法难以准确评估磨机内部变化，给磨机综合运行状态的控制和优化带来较大难度。本文设计了一款内嵌加速度传感器且与钢球介质物理性质相一致的智能磨矿介质用于识别磨机负荷，开展了不同充填率等磨矿条件下的磨矿试验，设计磨矿效果系数划分磨机负荷状态；分别采用了卷积神经网络方法(CNN)和优化的支持向量机(SVM)模型对智能磨矿介质获取的加速度信号进行球磨机负荷识别。基于优化的SVM模型是对所获取的一维加速度信号进行互补集合经验模态分解算法（CEEMD）去噪、时域特征值和样本熵提取等预处理过程后；将上述磨机负荷的特征向量分别输入GA-SVM、GS-SVM、PSO-SVM分类模型进行训练，研究表明，PSO-SVM模型的识别准确率可达98.33%，但存在训练过程繁琐，耗费时间长的问题。在图像识别领域具有优秀应用能力的CNN模型是把智能磨矿介质检测加速度信号数据转换为二维图片后直接输入基于VGG19网络的CNN模型进行分类识别，磨机负荷分类识别准确率高于优化的SVM模型，可达98.89%，在保证识别准确率的同时有效节约了计算时间。基于CNN的智能磨矿介质球磨机负荷识别方法可为实现球磨机负荷检测与在线评估提供重要解决方案与技术保障。
当前球磨机负荷检测方法难以准确评估磨机内部变化，给磨机综合运行状态的控制和优化带来较大难度。本文设计了一款内嵌加速度传感器且与钢球介质物理性质相一致的智能磨矿介质用于识别磨机负荷，开展了不同充填率等磨矿条件下的磨矿试验，设计磨矿效果系数划分磨机负荷状态；分别采用了卷积神经网络方法(CNN)和优化的支持向量机(SVM)模型对智能磨矿介质获取的加速度信号进行球磨机负荷识别。基于优化的SVM模型是对所获取的一维加速度信号进行互补集合经验模态分解算法（CEEMD）去噪、时域特征值和样本熵提取等预处理过程后；将上述磨机负荷的特征向量分别输入GA-SVM、GS-SVM、PSO-SVM分类模型进行训练，研究表明，PSO-SVM模型的识别准确率可达98.33%，但存在训练过程繁琐，耗费时间长的问题。在图像识别领域具有优秀应用能力的CNN模型是把智能磨矿介质检测加速度信号数据转换为二维图片后直接输入基于VGG19网络的CNN模型进行分类识别，磨机负荷分类识别准确率高于优化的SVM模型，可达98.89%，在保证识别准确率的同时有效节约了计算时间。基于CNN的智能磨矿介质球磨机负荷识别方法可为实现球磨机负荷检测与在线评估提供重要解决方案与技术保障。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.03.07.004
摘要:
在钢的凝固过程中冷却速率是一个非常重要的参数，冷却速率对钢的相变具有不可忽视的影响。本研究采用差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry, DSC)研究了不同冷却速率下3.52%Al含δ铁素体相变诱导塑性( Transformation Induced Plasticity, TRIP)钢的包晶转变温度以及使用Ohnaka模型分析了δ-TRIP钢中各元素的偏析程度，分析了冷却速率对δ-TRIP钢包晶相变温度和元素偏析程度的影响。结果表明，随着冷却速率从10、30到50 ℃·min-1的增加，δ-TRIP钢的液相线温度减少，固相线温度先减少后增加，L→L+δ相变焓值随着冷却速率的增加而减少，包晶相变焓值随着冷却速率的增加而先减少后增加。在δ-TRIP钢的六种元素中，冷却速率对C、Mn、S的偏析几乎没有影响，冷却速率对Si、P、Al的偏析影响较大且随着冷却速率的增加而增加。冷却速率越大Al元素偏析越严重，Al元素的溶质富集会促进铁素体形成抑制奥氏体的形成，从而延缓包晶反应的进程，而包晶反应温度区间内是裂纹敏感区，这会增加裂纹的产生几率。
在钢的凝固过程中冷却速率是一个非常重要的参数，冷却速率对钢的相变具有不可忽视的影响。本研究采用差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry, DSC)研究了不同冷却速率下3.52%Al含δ铁素体相变诱导塑性( Transformation Induced Plasticity, TRIP)钢的包晶转变温度以及使用Ohnaka模型分析了δ-TRIP钢中各元素的偏析程度，分析了冷却速率对δ-TRIP钢包晶相变温度和元素偏析程度的影响。结果表明，随着冷却速率从10、30到50 ℃·min-1的增加，δ-TRIP钢的液相线温度减少，固相线温度先减少后增加，L→L+δ相变焓值随着冷却速率的增加而减少，包晶相变焓值随着冷却速率的增加而先减少后增加。在δ-TRIP钢的六种元素中，冷却速率对C、Mn、S的偏析几乎没有影响，冷却速率对Si、P、Al的偏析影响较大且随着冷却速率的增加而增加。冷却速率越大Al元素偏析越严重，Al元素的溶质富集会促进铁素体形成抑制奥氏体的形成，从而延缓包晶反应的进程，而包晶反应温度区间内是裂纹敏感区，这会增加裂纹的产生几率。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.03.20.001
摘要:
利用数字激光动态焦散线试验系统（DLDC）结合离散格子弹簧法（DLSM），研究了含层理介质的动态断裂特性。预设了含不同层理角度（30°，45°和60°）的3组试件，用高速相机记录了试件的断裂过程和裂纹尖端的动态焦散斑形状变化过程，对比分析了试件的断裂形态。分析了裂纹尖端的应力场和运动场的变化规律，研究了应力波在层理处的透射和反射特征，最后利用DLSM 分析了层理参数对介质断裂特性的影响。结果表明，试件的断裂特征，裂纹的起裂时间等都随层理角度的变化而不同；试件的断裂表现出拉剪复合特征；裂纹在抵达层理前速度在某一数值上下波动；层理的弹性模量和厚度都会对试件的动态断裂特性产生影响。
利用数字激光动态焦散线试验系统（DLDC）结合离散格子弹簧法（DLSM），研究了含层理介质的动态断裂特性。预设了含不同层理角度（30°，45°和60°）的3组试件，用高速相机记录了试件的断裂过程和裂纹尖端的动态焦散斑形状变化过程，对比分析了试件的断裂形态。分析了裂纹尖端的应力场和运动场的变化规律，研究了应力波在层理处的透射和反射特征，最后利用DLSM 分析了层理参数对介质断裂特性的影响。结果表明，试件的断裂特征，裂纹的起裂时间等都随层理角度的变化而不同；试件的断裂表现出拉剪复合特征；裂纹在抵达层理前速度在某一数值上下波动；层理的弹性模量和厚度都会对试件的动态断裂特性产生影响。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.03.24.004
摘要:
金属矿膏体料浆颗粒间以及颗粒与水间的相互作用是膏体表现出复杂流变行为的根本原因。流变学是指导膏体充填工艺的重要基础理论，然而膏体作为一种多尺度、高浓度颗粒悬浮液，其流变行为十分复杂，现有流变模型难以描述膏体在剪切作用下的流变行为。通过分析传统膏体流变模型的局限性，综述国内外文献以颗粒的表面特性以及颗粒与水的相互作用为出发点，剖析尾砂颗粒表面氢键网络结构的形成原因及其影响因素，阐述受氢键网络结构影响的剪切作用下颗粒间细观摩擦力的来源及其变化，分析剪切过程中出现的剪切条带、剪切稀化以及剪切增稠等流变行为的内在机理，归纳随剪切速率变化的膏体流变行为的摩擦耗散规律，提出准确衡量膏体体系的宏观摩擦力是分析其流变行为的关键，来明晰膏体复杂流变行为发生的细观力学机理，从而推动金属矿膏体流变学从宏观流变向细观致因的发展。
金属矿膏体料浆颗粒间以及颗粒与水间的相互作用是膏体表现出复杂流变行为的根本原因。流变学是指导膏体充填工艺的重要基础理论，然而膏体作为一种多尺度、高浓度颗粒悬浮液，其流变行为十分复杂，现有流变模型难以描述膏体在剪切作用下的流变行为。通过分析传统膏体流变模型的局限性，综述国内外文献以颗粒的表面特性以及颗粒与水的相互作用为出发点，剖析尾砂颗粒表面氢键网络结构的形成原因及其影响因素，阐述受氢键网络结构影响的剪切作用下颗粒间细观摩擦力的来源及其变化，分析剪切过程中出现的剪切条带、剪切稀化以及剪切增稠等流变行为的内在机理，归纳随剪切速率变化的膏体流变行为的摩擦耗散规律，提出准确衡量膏体体系的宏观摩擦力是分析其流变行为的关键，来明晰膏体复杂流变行为发生的细观力学机理，从而推动金属矿膏体流变学从宏观流变向细观致因的发展。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.01.11.004
摘要:
定向凝固技术能够获得特定柱状晶结构，对于优化合金轴向力学性能具有非常显著的效果。本文采用耦合流场的相场模型模拟了定向凝固过程中枝晶的生长过程，研究了各向异性系数、界面能对定向凝固枝晶生长的影响以及强制对流作用下枝晶的生长行为。数值求解过程中，选用基于均匀网格的有限差分方法对控制方程进行离散，实现了Marker in Cell（MAC）算法和相场离散计算方法的联合求解，处理微观速度场和压力场耦合时，采用MAC算法求解Navier-Stokes方程和压力Poisson方程，采用交错网格法处理复杂的自由界面。结论表明：随着各向异性系数的增大，枝晶尖端生长速度增大，曲率半径减小，枝晶根部溶质浓度逐渐降低；随着界面能的增大，枝晶尖端曲率半径增大，当界面能为最大0.6时，凝固呈现平界面的凝固方式向前推进；强迫对流对定向凝固枝晶生长方向影响较大，上游方向定向凝固枝晶粗大且生长速度更快，其现象随流速的增加而愈加明显。
定向凝固技术能够获得特定柱状晶结构，对于优化合金轴向力学性能具有非常显著的效果。本文采用耦合流场的相场模型模拟了定向凝固过程中枝晶的生长过程，研究了各向异性系数、界面能对定向凝固枝晶生长的影响以及强制对流作用下枝晶的生长行为。数值求解过程中，选用基于均匀网格的有限差分方法对控制方程进行离散，实现了Marker in Cell（MAC）算法和相场离散计算方法的联合求解，处理微观速度场和压力场耦合时，采用MAC算法求解Navier-Stokes方程和压力Poisson方程，采用交错网格法处理复杂的自由界面。结论表明：随着各向异性系数的增大，枝晶尖端生长速度增大，曲率半径减小，枝晶根部溶质浓度逐渐降低；随着界面能的增大，枝晶尖端曲率半径增大，当界面能为最大0.6时，凝固呈现平界面的凝固方式向前推进；强迫对流对定向凝固枝晶生长方向影响较大，上游方向定向凝固枝晶粗大且生长速度更快，其现象随流速的增加而愈加明显。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.03.24.005
摘要:
为深入认识316L不锈钢在甲酸溶液中的钝化-活化转变行为，在90 ℃、0 ~ 30 wt.%的甲酸溶液中对316L不锈钢进行全浸试验和阳极极化曲线测试。研究了甲酸浓度对316L不锈钢腐蚀速率、腐蚀形貌、开路电位、初始钝化电位、临界电流密度、钝化电流密度和钝化膜破裂电位的影响规律，分析了H+ 和HCOO- 含量对活化区、过渡区、钝化区和过钝化区阳极反应的影响机制。结果表明，316L不锈钢在甲酸溶液中发生非均匀的全面腐蚀。当甲酸浓度达到30 wt.%、腐蚀速率为1.2×10-3 mm×a-1时，316L不锈钢就具有明显的钝化-活化转变。随着甲酸浓度增加，316L不锈钢的初始钝化电位正移、临界电流密度增大、钝化电流密度增大、钝化膜破裂电位负移。甲酸溶液中H+ 和HCOO- 含量的增加，会促进316L不锈钢活性溶解，抑制钝化膜生长，诱发过钝化反应发生。
为深入认识316L不锈钢在甲酸溶液中的钝化-活化转变行为，在90 ℃、0 ~ 30 wt.%的甲酸溶液中对316L不锈钢进行全浸试验和阳极极化曲线测试。研究了甲酸浓度对316L不锈钢腐蚀速率、腐蚀形貌、开路电位、初始钝化电位、临界电流密度、钝化电流密度和钝化膜破裂电位的影响规律，分析了H+ 和HCOO- 含量对活化区、过渡区、钝化区和过钝化区阳极反应的影响机制。结果表明，316L不锈钢在甲酸溶液中发生非均匀的全面腐蚀。当甲酸浓度达到30 wt.%、腐蚀速率为1.2×10-3 mm×a-1时，316L不锈钢就具有明显的钝化-活化转变。随着甲酸浓度增加，316L不锈钢的初始钝化电位正移、临界电流密度增大、钝化电流密度增大、钝化膜破裂电位负移。甲酸溶液中H+ 和HCOO- 含量的增加，会促进316L不锈钢活性溶解，抑制钝化膜生长，诱发过钝化反应发生。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.03.03.006
摘要:
本文通过模型实验研究了不同起爆方式对空气间隔装药炮孔两侧损伤分布的影响规律，借助数字图像相关实验系统，获取了全场应变场演化过程及空气段应变衰减规律，同时借助透射式焦散线实验系统，探究了起爆方式对预制裂纹动态断裂行为的影响。实验结果表明：柱状药包炮孔两侧产生的损伤范围具有显著的分形特征。采用外侧起爆时，空气段中心两侧均产生损伤，而采用其他起爆方式时，空气段均未出现损伤。不同起爆方式对空气段应变场径向压应变的影响主要体现在应变大小、衰减速度两个方面，对轴向拉应变的影响主要体现在时效性、衰减速度两个方面。不同起爆方式下预制裂纹端部断裂行为差别较大。采用内侧起爆、外侧起爆时，裂纹均为水平扩展，呈现典型Ⅰ型裂纹，裂纹起裂主要由拉伸破坏引起，异侧起爆时裂纹起裂为Ⅰ-Ⅱ混合型，具体表现为拉-剪破坏。基于数值模拟软件LS-DYNA，解释了预制裂纹端部起裂成因，得到了孔壁处应力场分布规律，不同起爆方式对沿炮孔轴向孔壁处压力分布影响显著，装药段主要体现在压力峰值位置和压力分布形态两个方面，空气段主要体现在压力峰值大小和压力分布形态两个方面。
本文通过模型实验研究了不同起爆方式对空气间隔装药炮孔两侧损伤分布的影响规律，借助数字图像相关实验系统，获取了全场应变场演化过程及空气段应变衰减规律，同时借助透射式焦散线实验系统，探究了起爆方式对预制裂纹动态断裂行为的影响。实验结果表明：柱状药包炮孔两侧产生的损伤范围具有显著的分形特征。采用外侧起爆时，空气段中心两侧均产生损伤，而采用其他起爆方式时，空气段均未出现损伤。不同起爆方式对空气段应变场径向压应变的影响主要体现在应变大小、衰减速度两个方面，对轴向拉应变的影响主要体现在时效性、衰减速度两个方面。不同起爆方式下预制裂纹端部断裂行为差别较大。采用内侧起爆、外侧起爆时，裂纹均为水平扩展，呈现典型Ⅰ型裂纹，裂纹起裂主要由拉伸破坏引起，异侧起爆时裂纹起裂为Ⅰ-Ⅱ混合型，具体表现为拉-剪破坏。基于数值模拟软件LS-DYNA，解释了预制裂纹端部起裂成因，得到了孔壁处应力场分布规律，不同起爆方式对沿炮孔轴向孔壁处压力分布影响显著，装药段主要体现在压力峰值位置和压力分布形态两个方面，空气段主要体现在压力峰值大小和压力分布形态两个方面。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.01.26.002
摘要:
本文研究了SLM-316L不锈钢在900 oC热处理过程中组织结构的演变规律以及其对钝化行为的作用机制。研究结果表明，900 oC热处理时，在组织结构方面，SLM-316L不锈钢晶粒的基本形状和尺寸没有明显变化，但是随着保温时间的延长，SLM-316L不锈钢中的位错和亚晶界消失，同时伴有MnS、碳化物及σ相等颗粒物沿晶界析出；在耐蚀性能方面，热处理对SLM-316L不锈钢的耐蚀性能产生重要影响，在含有NaCl溶液中，SLM-316L不锈钢的点蚀电位随着保温时间延长逐渐降低，同时电化学阻抗逐渐减小；此外，在钝化膜性质方面，不同热处理制度试样上形成的钝化膜有明显差异，随着保温时间延长，SLM-316L不锈钢钝化膜的厚度逐渐减小，载流子密度以及载流子在钝化膜中的扩散系数变大。最后，通过构建不锈钢钝化膜能带结构和空间电荷层的理论模型，讨论了热处理对SLM-316L不锈钢钝化行为的影响机制。
本文研究了SLM-316L不锈钢在900 oC热处理过程中组织结构的演变规律以及其对钝化行为的作用机制。研究结果表明，900 oC热处理时，在组织结构方面，SLM-316L不锈钢晶粒的基本形状和尺寸没有明显变化，但是随着保温时间的延长，SLM-316L不锈钢中的位错和亚晶界消失，同时伴有MnS、碳化物及σ相等颗粒物沿晶界析出；在耐蚀性能方面，热处理对SLM-316L不锈钢的耐蚀性能产生重要影响，在含有NaCl溶液中，SLM-316L不锈钢的点蚀电位随着保温时间延长逐渐降低，同时电化学阻抗逐渐减小；此外，在钝化膜性质方面，不同热处理制度试样上形成的钝化膜有明显差异，随着保温时间延长，SLM-316L不锈钢钝化膜的厚度逐渐减小，载流子密度以及载流子在钝化膜中的扩散系数变大。最后，通过构建不锈钢钝化膜能带结构和空间电荷层的理论模型，讨论了热处理对SLM-316L不锈钢钝化行为的影响机制。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.03.19.002
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锂离子电池因锂资源储量有限、分布不均及一定的安全问题，导致其在大型储能领域的应用受限。水系锌离子电池因其资源丰富、安全环保以及价格低廉等优势倍受关注，但是因为锌离子与正极材料基体具有较强的静电吸附作用，导致其动力学缓慢以及部分正极材料在水系电解液中存在溶解等问题，限制水系锌离子电池的发展。而近期研究发现磷酸钒盐具有结构稳定、电压平台高、能量密度高、功率密度高等特点。本文综述各类磷酸钒盐及其衍生物在水系锌离子电池中的应用，归纳其反应机理以及存在的问题，提出一些解决方法，并对其未来发展提出展望。
锂离子电池因锂资源储量有限、分布不均及一定的安全问题，导致其在大型储能领域的应用受限。水系锌离子电池因其资源丰富、安全环保以及价格低廉等优势倍受关注，但是因为锌离子与正极材料基体具有较强的静电吸附作用，导致其动力学缓慢以及部分正极材料在水系电解液中存在溶解等问题，限制水系锌离子电池的发展。而近期研究发现磷酸钒盐具有结构稳定、电压平台高、能量密度高、功率密度高等特点。本文综述各类磷酸钒盐及其衍生物在水系锌离子电池中的应用，归纳其反应机理以及存在的问题，提出一些解决方法，并对其未来发展提出展望。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.04.13.004
摘要:
科研方向创新是科技发展中的重大问题，涉及到较多的理念和方法。掌握这些理念与方法对科技工作者十分重要和必要。本文在对“创新”一词进行解读的基础上，结合自身的经验、认识和体会，总结提出了关于工程科技创新的32字口诀，和关于科研方向创新的“第一原理，需求引领，顺势外推，学科交叉，反向思维，节点穷举”等具体方法，以及模型树、节点法等概念，并以油气钻井技术为例说明这些方法的典型应用。
科研方向创新是科技发展中的重大问题，涉及到较多的理念和方法。掌握这些理念与方法对科技工作者十分重要和必要。本文在对“创新”一词进行解读的基础上，结合自身的经验、认识和体会，总结提出了关于工程科技创新的32字口诀，和关于科研方向创新的“第一原理，需求引领，顺势外推，学科交叉，反向思维，节点穷举”等具体方法，以及模型树、节点法等概念，并以油气钻井技术为例说明这些方法的典型应用。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.03.07.003
摘要:
我国高品质轴承钢生产技术已取得了长足进步，部分企业的轴承钢质量处于世界先进水平，但质量稳定性与世界领先水平仍存在一定差距。目前，国内外主要采用铝脱氧工艺生产轴承钢，通过铝脱氧和造高碱度渣快速降低钢液中氧含量，高品质轴承钢中全氧含量已经可以控制在5 ppm以下，但仍存在Ds类夹杂物导致疲劳失效的难题，以及超低全氧和钛含量难以稳定控制、小方坯连铸水口堵塞等问题。针对上述问题，本研究提出了非铝脱氧工艺生产轴承钢，即在转炉出钢时加入硅锰合金预脱氧，LF向渣面加入硅质脱氧剂扩散脱氧，RH真空深脱氧，保证钢液全氧含量在8 ppm左右。在保证钢液低铝低钛的同时，利用低碱度渣改变夹杂物类型，控制夹杂物塑性化，从而有效地解决钢液流动性问题。利用超声疲劳试验机对两种工艺轴承钢疲劳寿命进行测定，阐明了不同类型夹杂物对疲劳性能的影响，剖析了不同工艺轴承钢的疲劳断裂机理，研究了引起疲劳裂纹的夹杂物临界尺寸。
我国高品质轴承钢生产技术已取得了长足进步，部分企业的轴承钢质量处于世界先进水平，但质量稳定性与世界领先水平仍存在一定差距。目前，国内外主要采用铝脱氧工艺生产轴承钢，通过铝脱氧和造高碱度渣快速降低钢液中氧含量，高品质轴承钢中全氧含量已经可以控制在5 ppm以下，但仍存在Ds类夹杂物导致疲劳失效的难题，以及超低全氧和钛含量难以稳定控制、小方坯连铸水口堵塞等问题。针对上述问题，本研究提出了非铝脱氧工艺生产轴承钢，即在转炉出钢时加入硅锰合金预脱氧，LF向渣面加入硅质脱氧剂扩散脱氧，RH真空深脱氧，保证钢液全氧含量在8 ppm左右。在保证钢液低铝低钛的同时，利用低碱度渣改变夹杂物类型，控制夹杂物塑性化，从而有效地解决钢液流动性问题。利用超声疲劳试验机对两种工艺轴承钢疲劳寿命进行测定，阐明了不同类型夹杂物对疲劳性能的影响，剖析了不同工艺轴承钢的疲劳断裂机理，研究了引起疲劳裂纹的夹杂物临界尺寸。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.01.15.001
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采用真空感应熔炼工艺冶炼航空轴承钢M50，对比分析了Ce处理、Mg处理和Ce-Mg复合处理对氧、硫含量和夹杂物分布特征的影响，结合热力学计算，阐明了Ce、Mg的添加对钢液洁净度的影响机理。研究发现，Ce具有很强的脱氧、脱硫能力，加入Ce会优先生成Ce2O2S夹杂物，随着钢液中氧含量的降低，Ce还会与As等有害杂质元素结合，起到净化钢液的效果。过量的Ce会加剧其与镁铝尖晶石材质耐火材料的反应，导致钢中夹杂物数量的增加，Ce含量为0.018 wt.%时，钢中夹杂物的尺寸和数量最小；添加Mg不仅可以脱氧、脱硫，还可以抑制Ce与镁铝尖晶石耐材的反应，Ce-Mg复合处理可以显著降低钢中的夹杂物的尺寸和数量，将钢中的氧含量降低至7.5 ppm。
采用真空感应熔炼工艺冶炼航空轴承钢M50，对比分析了Ce处理、Mg处理和Ce-Mg复合处理对氧、硫含量和夹杂物分布特征的影响，结合热力学计算，阐明了Ce、Mg的添加对钢液洁净度的影响机理。研究发现，Ce具有很强的脱氧、脱硫能力，加入Ce会优先生成Ce2O2S夹杂物，随着钢液中氧含量的降低，Ce还会与As等有害杂质元素结合，起到净化钢液的效果。过量的Ce会加剧其与镁铝尖晶石材质耐火材料的反应，导致钢中夹杂物数量的增加，Ce含量为0.018 wt.%时，钢中夹杂物的尺寸和数量最小；添加Mg不仅可以脱氧、脱硫，还可以抑制Ce与镁铝尖晶石耐材的反应，Ce-Mg复合处理可以显著降低钢中的夹杂物的尺寸和数量，将钢中的氧含量降低至7.5 ppm。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.12.30.002
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空中多次备降极易导致低油量等不安全事件发生。针对区域内多航班集体备降这一问题，选取其中最复杂情况即航路或终端区存在雷暴天气，首先通过搜集和统计气象数据与历史航迹，得到雷暴天气下飞行限制区的划设标准；然后，将前往备降场方式分为机动飞行与沿航路飞行两类，分别使用A*与改进灰狼-Dijkstra方法开展改航路径规划；先以备降航班飞行总时长最短为单目标，再综合飞行、管制、机场、航空公司等多方期望构建多目标函数，定义动态决策时间间隔，提出一种基于单目标与多目标的区域内多航班备降动态优化方案；最后，使用“8.12”华北运行数据开展仿真验证，面向机动飞行A*算法所得结果可将飞行总时长减少了100 min和62 min，而面向按照航路飞行的改进灰狼-Dijkstra算法所得总时长可减少73 min和14 min；并且，在多目标方案中，航班恢复飞往原目的地的时间整体提前了63 min，总成本降低了6.29万元。以上说明，该方案在保证航班备降安全基础上，可兼顾多方需求，提升经济与效率。
空中多次备降极易导致低油量等不安全事件发生。针对区域内多航班集体备降这一问题，选取其中最复杂情况即航路或终端区存在雷暴天气，首先通过搜集和统计气象数据与历史航迹，得到雷暴天气下飞行限制区的划设标准；然后，将前往备降场方式分为机动飞行与沿航路飞行两类，分别使用A*与改进灰狼-Dijkstra方法开展改航路径规划；先以备降航班飞行总时长最短为单目标，再综合飞行、管制、机场、航空公司等多方期望构建多目标函数，定义动态决策时间间隔，提出一种基于单目标与多目标的区域内多航班备降动态优化方案；最后，使用“8.12”华北运行数据开展仿真验证，面向机动飞行A*算法所得结果可将飞行总时长减少了100 min和62 min，而面向按照航路飞行的改进灰狼-Dijkstra算法所得总时长可减少73 min和14 min；并且，在多目标方案中，航班恢复飞往原目的地的时间整体提前了63 min，总成本降低了6.29万元。以上说明，该方案在保证航班备降安全基础上，可兼顾多方需求，提升经济与效率。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.01.04.001
摘要:
微生物合成己酸是一种在微生物作用下，利用电子供体和电子受体开展反式β氧化，将短链脂肪酸通过厌氧发酵碳链延长为高价值的六碳己酸的方法。为了提高己酸产量，微生物合成己酸过程中还原酶与能量的供给关系、各种反应条件的最适范围和影响机理值得进一步探讨。本文介绍了以乳酸和乙醇为电子供体的碳链延长机理与竞争途径，并结合电子分岔现象讨论了碳链延长中各步骤的还原酶与能量的供给关系。总结了微生物合成己酸的影响因素（pH、ORP、HRT、CO2、H2与外加阴极），分析了其影响机理，并对今后的应用给予了展望，阐明生物电化学方法在己酸生产中具有的潜力，以期为扩大微生物合成己酸应用范围与提高产率产量提供理论指导。
微生物合成己酸是一种在微生物作用下，利用电子供体和电子受体开展反式β氧化，将短链脂肪酸通过厌氧发酵碳链延长为高价值的六碳己酸的方法。为了提高己酸产量，微生物合成己酸过程中还原酶与能量的供给关系、各种反应条件的最适范围和影响机理值得进一步探讨。本文介绍了以乳酸和乙醇为电子供体的碳链延长机理与竞争途径，并结合电子分岔现象讨论了碳链延长中各步骤的还原酶与能量的供给关系。总结了微生物合成己酸的影响因素（pH、ORP、HRT、CO2、H2与外加阴极），分析了其影响机理，并对今后的应用给予了展望，阐明生物电化学方法在己酸生产中具有的潜力，以期为扩大微生物合成己酸应用范围与提高产率产量提供理论指导。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.01.10.001
摘要:
为打通转炉炼钢过程锰矿熔融还原技术路径，提高锰的收得率，对锰矿熔融还原过程和提高锰收得率的工艺参数进行了热力学探讨，并开展了工业试验研究。研究结果表明：高效稳定的铁水“三脱”预处理技术是锰矿熔融还原技术成功的基本前提；通过理论计算，在炉渣中的(MnO)含量为5~10%，终点[C]含量控制在0.13~0.36%时，终点钢液[Mn]含量可控制在0.3%以上。在现有渣量等工艺控制条件下，锰矿加入10 kg·t-1以内时，工业试验可使锰矿还原过程锰收得率超过40%，平均为51.40%；为进一步提高锰收得率，建议严格将锰矿熔融还原渣料总量控制40~60 kg·t-1以内，石灰加入量为10~15 kg·t-1；研究结果为锰矿熔融还原技术的开发和应用可提供重要参考。
为打通转炉炼钢过程锰矿熔融还原技术路径，提高锰的收得率，对锰矿熔融还原过程和提高锰收得率的工艺参数进行了热力学探讨，并开展了工业试验研究。研究结果表明：高效稳定的铁水“三脱”预处理技术是锰矿熔融还原技术成功的基本前提；通过理论计算，在炉渣中的(MnO)含量为5~10%，终点[C]含量控制在0.13~0.36%时，终点钢液[Mn]含量可控制在0.3%以上。在现有渣量等工艺控制条件下，锰矿加入10 kg·t-1以内时，工业试验可使锰矿还原过程锰收得率超过40%，平均为51.40%；为进一步提高锰收得率，建议严格将锰矿熔融还原渣料总量控制40~60 kg·t-1以内，石灰加入量为10~15 kg·t-1；研究结果为锰矿熔融还原技术的开发和应用可提供重要参考。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.02.17.001
摘要:
低温铁捕集技术是回收废汽车催化剂中铂族金属最有前途的技术之一，铁捕集熔炼渣以硅铝酸盐为主，同时含有少量有毒重金属（如Cr、Ba、Ni、Mn等），其处置与资源化利用是当前行业的难题。本文致力于铁捕集熔炼渣的重金属固化和资源化利用，充分利用硅铝酸盐为网络形成体，以重金属和酸洗污泥中的CaF2为形核剂，通过一步法制备微晶玻璃，实现熔炼渣的资源化利用。差示扫描量热及红外光谱分析结果表明，随着酸洗污泥用量从7 wt%增加到28 wt%，样品的玻璃化转变温度与析晶温度间隙由211℃降低到150℃，基础玻璃的析晶活化能从321.8 kJ·mol-1降低到303.5 kJ·mol-1，Avrami指数由1.7增至3.7。表明酸洗污泥可以促进玻璃网络结构的解聚，推动微晶相从玻璃相中析出，降低成核与析晶的温差，有利于实现一步法工艺。酸洗污泥添加量为21 wt%时，所制备的微晶玻璃具有较佳的性能，即密度3.03 g·cm-3，吸水率0.13 wt%，维氏硬度和抗弯强度分别为707.85 HV和109.20 MPa，主晶相为透辉石相。浸出毒性试验表明重金属Cr、Ba、Ni等均满足TCLP浸出标准。
低温铁捕集技术是回收废汽车催化剂中铂族金属最有前途的技术之一，铁捕集熔炼渣以硅铝酸盐为主，同时含有少量有毒重金属（如Cr、Ba、Ni、Mn等），其处置与资源化利用是当前行业的难题。本文致力于铁捕集熔炼渣的重金属固化和资源化利用，充分利用硅铝酸盐为网络形成体，以重金属和酸洗污泥中的CaF2为形核剂，通过一步法制备微晶玻璃，实现熔炼渣的资源化利用。差示扫描量热及红外光谱分析结果表明，随着酸洗污泥用量从7 wt%增加到28 wt%，样品的玻璃化转变温度与析晶温度间隙由211℃降低到150℃，基础玻璃的析晶活化能从321.8 kJ·mol-1降低到303.5 kJ·mol-1，Avrami指数由1.7增至3.7。表明酸洗污泥可以促进玻璃网络结构的解聚，推动微晶相从玻璃相中析出，降低成核与析晶的温差，有利于实现一步法工艺。酸洗污泥添加量为21 wt%时，所制备的微晶玻璃具有较佳的性能，即密度3.03 g·cm-3，吸水率0.13 wt%，维氏硬度和抗弯强度分别为707.85 HV和109.20 MPa，主晶相为透辉石相。浸出毒性试验表明重金属Cr、Ba、Ni等均满足TCLP浸出标准。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.01.27.001
摘要:
利用微波对生物质进行热解制氢是一种高效、快速、环保的技术手段，由于木质素是自然界唯一可再生的芳香碳氢资源，因此以木质素为主的林木类生物质对于制氢工艺而言是一种很好的原料。目前制约本工艺工业化的因素主要来自微波热点效应，因此本研究通过生物质在不同微波频率下的穿透深度，对反应器进行整体建模设计，并通过正交设计仿真、CFD及HYSYS模拟，得到均匀温度场的工况条件和反应器高径比，并最终通过流程优化得到万吨级工业化装置最大产品量时的操作参数。
利用微波对生物质进行热解制氢是一种高效、快速、环保的技术手段，由于木质素是自然界唯一可再生的芳香碳氢资源，因此以木质素为主的林木类生物质对于制氢工艺而言是一种很好的原料。目前制约本工艺工业化的因素主要来自微波热点效应，因此本研究通过生物质在不同微波频率下的穿透深度，对反应器进行整体建模设计，并通过正交设计仿真、CFD及HYSYS模拟，得到均匀温度场的工况条件和反应器高径比，并最终通过流程优化得到万吨级工业化装置最大产品量时的操作参数。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.12.27.005
摘要:
采用氧化物冶金技术开发大线能量焊接用钢是我国海洋战略中发展海洋工程装备和高技术船舶的重要保障，基于氧化物冶金的微合金化理论是氧化物冶金技术取得突破和发展的基础，是迫切需要深入系统研究的课题。本文介绍了国内外氧化物冶金技术的进展情况；分析了微合金体系中各元素的协同及交互作用以及夹杂物、第二相粒子析出、演变对钢的相变、组织结构和性能的影响规律；阐述了冶炼、凝固、热加工和焊接过程对组织演化、晶粒细化、晶内铁素体优先析出及提高母材钢和焊接热影响区强韧性机制；提出了基于氧化物冶金的微合金化思想并比较了其与传统微合金化的异同；展望了基于氧化物冶金的微合金化理论方面需要进一步开展的研究工作。
采用氧化物冶金技术开发大线能量焊接用钢是我国海洋战略中发展海洋工程装备和高技术船舶的重要保障，基于氧化物冶金的微合金化理论是氧化物冶金技术取得突破和发展的基础，是迫切需要深入系统研究的课题。本文介绍了国内外氧化物冶金技术的进展情况；分析了微合金体系中各元素的协同及交互作用以及夹杂物、第二相粒子析出、演变对钢的相变、组织结构和性能的影响规律；阐述了冶炼、凝固、热加工和焊接过程对组织演化、晶粒细化、晶内铁素体优先析出及提高母材钢和焊接热影响区强韧性机制；提出了基于氧化物冶金的微合金化思想并比较了其与传统微合金化的异同；展望了基于氧化物冶金的微合金化理论方面需要进一步开展的研究工作。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.02.10.003
摘要:
截止到目前，钢铁工业普通固废（高炉铁渣）循环利用技术取得了重要进展，但仍存在固废顽疾亟需处理。不锈钢冶炼产生的含铬（Cr）渣长期以来缺乏有效的无害化处置方法，环境隐患巨大。国内外专家学者通过添加还原物质、高温调质及调节冷却方式等以改变渣中铬元素的赋存状态，控制Cr6+的溶出，进而实现不锈钢渣的解毒。其中，高温改性-析晶调控方法可以通过调整钢渣组分和控制温度制度促进含铬尖晶石相的形成和长大，提高铬元素在尖晶石相中的富集程度，有望成为最有效且安全的无害化处理技术，在近些年得到快速发展。本文从不锈钢渣高温改性-析晶调控解毒的热力学机理和结晶动力学原理出发，针对不锈钢渣的高温调质改性、解毒方面的研究进展进行了综述。基于高温调质-选择性析晶的核心问题，重点阐述了改善解毒效果的方法和措施。另外，针对不锈钢渣高温改性-析晶调控解毒存在的问题提出了今后的发展方向。
截止到目前，钢铁工业普通固废（高炉铁渣）循环利用技术取得了重要进展，但仍存在固废顽疾亟需处理。不锈钢冶炼产生的含铬（Cr）渣长期以来缺乏有效的无害化处置方法，环境隐患巨大。国内外专家学者通过添加还原物质、高温调质及调节冷却方式等以改变渣中铬元素的赋存状态，控制Cr6+的溶出，进而实现不锈钢渣的解毒。其中，高温改性-析晶调控方法可以通过调整钢渣组分和控制温度制度促进含铬尖晶石相的形成和长大，提高铬元素在尖晶石相中的富集程度，有望成为最有效且安全的无害化处理技术，在近些年得到快速发展。本文从不锈钢渣高温改性-析晶调控解毒的热力学机理和结晶动力学原理出发，针对不锈钢渣的高温调质改性、解毒方面的研究进展进行了综述。基于高温调质-选择性析晶的核心问题，重点阐述了改善解毒效果的方法和措施。另外，针对不锈钢渣高温改性-析晶调控解毒存在的问题提出了今后的发展方向。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.12.16.006
摘要:
选择性催化还原技术是工业烟气脱硝技术中最常用的烟气脱硝方法。但催化剂的制备过程较为复杂，并且制备成本较高。本文以钢铁企业在生产过程中产生的炼钢污泥作为原料，采用焙烧改性、硫酸改性和硫酸-焙烧改性三种不同方法对其进行处理，制备了一种用于选择性催化还原氮氧化物的新型催化剂。采用比表面积分析法（BET）、扫描电镜分析（SEM）、X射线衍射分析（XRD）、X射线荧光光谱分析（XRF）和NH3程序升温脱附分析（NH3-TPD）等表征手段，对改性前后炼钢污泥催化剂物理化学性质的变化进行分析研究。结果表明：催化剂的主要活性组分为Fe、Mn、V、Ti；焙烧改性对催化剂活性具有一定的提升效果，可以使催化剂中的Fe3O4转化为具有更好脱硝活性的α-Fe2O3；硫酸改性后的催化剂具有优异的催化活性，300℃时可以达到88.5%的脱硝效率；硫酸改性改变了催化剂表面形貌，减小了晶粒尺寸，生成了大量的硫酸盐物种，给催化剂表面提供了更多酸性位点，从而促进催化性能的提升。该研究为低成本脱硝催化剂的开发提供了基础，促进了冶金工业的清洁生产。
选择性催化还原技术是工业烟气脱硝技术中最常用的烟气脱硝方法。但催化剂的制备过程较为复杂，并且制备成本较高。本文以钢铁企业在生产过程中产生的炼钢污泥作为原料，采用焙烧改性、硫酸改性和硫酸-焙烧改性三种不同方法对其进行处理，制备了一种用于选择性催化还原氮氧化物的新型催化剂。采用比表面积分析法（BET）、扫描电镜分析（SEM）、X射线衍射分析（XRD）、X射线荧光光谱分析（XRF）和NH3程序升温脱附分析（NH3-TPD）等表征手段，对改性前后炼钢污泥催化剂物理化学性质的变化进行分析研究。结果表明：催化剂的主要活性组分为Fe、Mn、V、Ti；焙烧改性对催化剂活性具有一定的提升效果，可以使催化剂中的Fe3O4转化为具有更好脱硝活性的α-Fe2O3；硫酸改性后的催化剂具有优异的催化活性，300℃时可以达到88.5%的脱硝效率；硫酸改性改变了催化剂表面形貌，减小了晶粒尺寸，生成了大量的硫酸盐物种，给催化剂表面提供了更多酸性位点，从而促进催化性能的提升。该研究为低成本脱硝催化剂的开发提供了基础，促进了冶金工业的清洁生产。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.01.03.002
摘要:
对近年来汽车用新型钢铁材料的研发进展进行了综述，重点介绍了国内外增强成形性双相钢（DH钢）、锌铝镁镀层钢板和高鲜映性汽车外板的技术思路、产品优势和应用情况。对比介绍了DH钢在解决冲压开裂、实现车身轻量化方面的效果，评价了锌铝镁镀层钢板的耐蚀性优势，剖析了钢板表面波纹度对漆膜鲜映性的影响。指出了这些新型钢铁材料要关注的生产和应用方面问题，如DH钢中较高Al、Si含量导致的连铸生产困难和表面质量问题、高合金含量带来的性能波动问题、高强度级别产品的氢脆问题和镀层板焊接的液态金属脆性（Liquid Metal Embrittlement，LME）问题等；锌铝镁镀层钢板焊接、涂装、粘接、成形等基础数据还不健全；高鲜映性汽车外板还需要进一步减少表面缺陷的数量、尺寸，进一步压制长波的表面轮廓。
对近年来汽车用新型钢铁材料的研发进展进行了综述，重点介绍了国内外增强成形性双相钢（DH钢）、锌铝镁镀层钢板和高鲜映性汽车外板的技术思路、产品优势和应用情况。对比介绍了DH钢在解决冲压开裂、实现车身轻量化方面的效果，评价了锌铝镁镀层钢板的耐蚀性优势，剖析了钢板表面波纹度对漆膜鲜映性的影响。指出了这些新型钢铁材料要关注的生产和应用方面问题，如DH钢中较高Al、Si含量导致的连铸生产困难和表面质量问题、高合金含量带来的性能波动问题、高强度级别产品的氢脆问题和镀层板焊接的液态金属脆性（Liquid Metal Embrittlement，LME）问题等；锌铝镁镀层钢板焊接、涂装、粘接、成形等基础数据还不健全；高鲜映性汽车外板还需要进一步减少表面缺陷的数量、尺寸，进一步压制长波的表面轮廓。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.02.19.003
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选择性絮凝分选是微细粒矿物高效分选的重要手段之一。为了强化絮凝剂在亲水、疏水矿物表面的絮凝选择性，将疏水基团十六烷基二甲基烯丙基氯化铵（C16DMAAC）引入聚丙烯酰胺（PAM）分子链中合成了疏水改性聚丙烯酰胺（HMPAM），采用耗散型石英晶体微天平（QCM-D）研究了不同浓度K+和Ca2+对分散剂六偏磷酸钠（SHMP）和HMPAM在亲水和疏水化表面原位吸附行为的影响，并使用激光粒度分析仪分析了不同盐度下SHMP和HMPAM对硅微粉及疏水改性硅微粉粒径分布的影响。结果表明，不同盐度环境下HMPAM均呈现了较好的絮凝选择性。背景溶液分别为10 mM、100 mM KCl及1 mM CaCl2时，QCM-D 结果表明SHMP在疏水化表面均未形成吸附层，随后HMPAM在疏水化表面发生吸附，且随着盐度的增加，HMPAM的吸附量增大且吸附层的耗散性降低；背景溶液为10 mM CaCl2时，SHMP在疏水化表面形成可逆吸附层，随后通入HMPAM溶液形成Δf为-18.3 Hz的吸附层。相比，100 mM KCl时1 mM SHMP在SiO2表面形成薄而致密的吸附层，随后抑制了HMPAM的吸附；10 mM CaCl2中SHMP在SiO2表面形成耗散的吸附层，随后10 mM CaCl2冲洗过程中沉积了较为致密的吸附层，也抑制了HMPAM吸附。不同盐度下SHMP和HMPAM对硅微粉及疏水化硅微粉粒径分布的影响与QCMD试验结果相一致。本研究是选择性絮凝分选中絮凝剂选择与研发的重要研究基础。
选择性絮凝分选是微细粒矿物高效分选的重要手段之一。为了强化絮凝剂在亲水、疏水矿物表面的絮凝选择性，将疏水基团十六烷基二甲基烯丙基氯化铵（C16DMAAC）引入聚丙烯酰胺（PAM）分子链中合成了疏水改性聚丙烯酰胺（HMPAM），采用耗散型石英晶体微天平（QCM-D）研究了不同浓度K+和Ca2+对分散剂六偏磷酸钠（SHMP）和HMPAM在亲水和疏水化表面原位吸附行为的影响，并使用激光粒度分析仪分析了不同盐度下SHMP和HMPAM对硅微粉及疏水改性硅微粉粒径分布的影响。结果表明，不同盐度环境下HMPAM均呈现了较好的絮凝选择性。背景溶液分别为10 mM、100 mM KCl及1 mM CaCl2时，QCM-D 结果表明SHMP在疏水化表面均未形成吸附层，随后HMPAM在疏水化表面发生吸附，且随着盐度的增加，HMPAM的吸附量增大且吸附层的耗散性降低；背景溶液为10 mM CaCl2时，SHMP在疏水化表面形成可逆吸附层，随后通入HMPAM溶液形成Δf为-18.3 Hz的吸附层。相比，100 mM KCl时1 mM SHMP在SiO2表面形成薄而致密的吸附层，随后抑制了HMPAM的吸附；10 mM CaCl2中SHMP在SiO2表面形成耗散的吸附层，随后10 mM CaCl2冲洗过程中沉积了较为致密的吸附层，也抑制了HMPAM吸附。不同盐度下SHMP和HMPAM对硅微粉及疏水化硅微粉粒径分布的影响与QCMD试验结果相一致。本研究是选择性絮凝分选中絮凝剂选择与研发的重要研究基础。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.01.24.003
摘要:
近年来，钾离子电池（KIBs）因钾元素丰度高、氧化还原电位低等优势受到越来越多的关注。负极是电池的重要组成部分之一，直接影响着电池的安全性、稳定性和能量密度。其中，合金负极基于多电子反应机制能够提供较高的理论比容量，有望提升全电池的能量密度。此外，其储钾电位远离了金属钾的沉积/析出电位，保证了电池的安全性。然而，（去）合金化过程中剧烈的体积波动会引起电极材料的破裂和粉化，进而导致容量快速衰减。优化电解液构筑稳定的电极-电解液界面是一种切实有效稳定合金负极结构的方法，主要包括：调控固体电解质膜的组分、调节钾离子的溶剂化结构、利用溶剂对电极的化学吸附作用等。它具备工艺简单、成本低廉等优点。本文综述了近年来钾离子电池合金负极与电解液界面作用的相关研究进展，总结了电解液的优化策略，分析了合金负极的储钾机制和电化学性能，重点阐述了合金负极与电解液的界面作用机制，并对未来钾离子电池电解液的发展提供了新的见解与思路。
近年来，钾离子电池（KIBs）因钾元素丰度高、氧化还原电位低等优势受到越来越多的关注。负极是电池的重要组成部分之一，直接影响着电池的安全性、稳定性和能量密度。其中，合金负极基于多电子反应机制能够提供较高的理论比容量，有望提升全电池的能量密度。此外，其储钾电位远离了金属钾的沉积/析出电位，保证了电池的安全性。然而，（去）合金化过程中剧烈的体积波动会引起电极材料的破裂和粉化，进而导致容量快速衰减。优化电解液构筑稳定的电极-电解液界面是一种切实有效稳定合金负极结构的方法，主要包括：调控固体电解质膜的组分、调节钾离子的溶剂化结构、利用溶剂对电极的化学吸附作用等。它具备工艺简单、成本低廉等优点。本文综述了近年来钾离子电池合金负极与电解液界面作用的相关研究进展，总结了电解液的优化策略，分析了合金负极的储钾机制和电化学性能，重点阐述了合金负极与电解液的界面作用机制，并对未来钾离子电池电解液的发展提供了新的见解与思路。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.10.19.003
摘要:
为了探究不同起爆位置下条形药包全场应变以及裂纹动态断裂特性，采用爆炸荷载动态焦散线实验系统和数字图像相关方法（DIC），开展了爆破模型实验研究。研究结果表明：条形药包一端起爆时，起爆点处翼裂纹扩展长度最小，随着炸药爆轰的传播，翼裂纹扩展长度增长；中心起爆时，中心位置翼裂纹扩展长度小于两端位置翼裂纹扩展长度，一端起爆时非起爆端翼裂纹扩展长度最长。无论中心起爆或一端起爆，条形药包中心区域翼裂纹扩展主要为Ⅰ型裂纹，并且中心翼裂纹起裂韧度最大，端部翼裂纹以Ⅱ型为主的Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹。一端起爆时，拉压应变作用范围沿炸药传爆方向传递，且非起爆端拉压应变作用区域大于起爆端，压应变最大值为距起爆点约0.67-0.83倍的装药长度。中心起爆时，拉压应变的作用过程沿起爆中心向两端呈对称形式传播，中心点位置应变最大。两种起爆方式下都出现端部压应力集中现象。
为了探究不同起爆位置下条形药包全场应变以及裂纹动态断裂特性，采用爆炸荷载动态焦散线实验系统和数字图像相关方法（DIC），开展了爆破模型实验研究。研究结果表明：条形药包一端起爆时，起爆点处翼裂纹扩展长度最小，随着炸药爆轰的传播，翼裂纹扩展长度增长；中心起爆时，中心位置翼裂纹扩展长度小于两端位置翼裂纹扩展长度，一端起爆时非起爆端翼裂纹扩展长度最长。无论中心起爆或一端起爆，条形药包中心区域翼裂纹扩展主要为Ⅰ型裂纹，并且中心翼裂纹起裂韧度最大，端部翼裂纹以Ⅱ型为主的Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹。一端起爆时，拉压应变作用范围沿炸药传爆方向传递，且非起爆端拉压应变作用区域大于起爆端，压应变最大值为距起爆点约0.67-0.83倍的装药长度。中心起爆时，拉压应变的作用过程沿起爆中心向两端呈对称形式传播，中心点位置应变最大。两种起爆方式下都出现端部压应力集中现象。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.12.17.003
摘要:
软体机械臂因其出色的环境适应能力以及安全的人机交互使其在医疗、航天航空等领域有着广阔的应用前景。但由于软体机械臂是一类连续体装置，不能采用传统的刚体机械臂的建模和控制方法，需要一种新的建模方法。针对一类线驱动软体机械臂，本文提出一种基于应变参数化方法的软体机械臂建模方法，能够描述软体机械臂在三维空间下在不同布线方式下的运动。首先把整个软体机械臂当作一个Cosserat梁，利用成熟的Cosserat梁理论进行建模，其核心思想是利用Ritz方法对软体机械臂应变场进行离散化，得到一组常微分方程组，其次利用反向传播(back propagation，BP)神经网络完成形状空间与驱动器空间的驱动力转换。针对软体机械臂模型中存在的未知动态，利用径向基函数（radial basis function，RBF）神经网络进行逼近和补偿。然后基于Lyapunov稳定理论证明了引入自适应神经网络控制器后闭环系统的稳定性。最后，针对模型与自适应神经网络控制器进行了一系列的仿真实验，验证了模型和控制算法的有效性。因此，可以实现对一类软体机械臂的建模控制。
软体机械臂因其出色的环境适应能力以及安全的人机交互使其在医疗、航天航空等领域有着广阔的应用前景。但由于软体机械臂是一类连续体装置，不能采用传统的刚体机械臂的建模和控制方法，需要一种新的建模方法。针对一类线驱动软体机械臂，本文提出一种基于应变参数化方法的软体机械臂建模方法，能够描述软体机械臂在三维空间下在不同布线方式下的运动。首先把整个软体机械臂当作一个Cosserat梁，利用成熟的Cosserat梁理论进行建模，其核心思想是利用Ritz方法对软体机械臂应变场进行离散化，得到一组常微分方程组，其次利用反向传播(back propagation，BP)神经网络完成形状空间与驱动器空间的驱动力转换。针对软体机械臂模型中存在的未知动态，利用径向基函数（radial basis function，RBF）神经网络进行逼近和补偿。然后基于Lyapunov稳定理论证明了引入自适应神经网络控制器后闭环系统的稳定性。最后，针对模型与自适应神经网络控制器进行了一系列的仿真实验，验证了模型和控制算法的有效性。因此，可以实现对一类软体机械臂的建模控制。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.12.27.006
摘要:
CO-CO2混合气体下对MoO2还原碳化至Mo2C的反应机理及其动力学展开基础研究，并结合FactSage 7.3、SEM、XRD、TG、BET和模型拟合等方法对实验数据进行分析。结果表明：变温实验中，升温速率越大，MoO2的开始反应温度和完全还原温度越高；恒温实验中，温度越高，MoO2的还原碳化速率越快。反应前后物相表征结果表明MoO2经一步反应直接生成Mo2C，没有中间产物Mo的生成，并且所得产物基本保持原料一致的片状形貌；然而，由于气体的进入与逸出以及产物摩尔体积的缩减，Mo2C颗粒表面存在部分微孔和裂纹，比表面积相比原料增长近20倍。动力学分析结果表明该反应不是由单一反应控速，而是由形核长大与化学反应共同控制；根据模型拟合结果可知，形核反应占比0.689，表观活化能为80.651 kJ/mol；化学反应占比0.311，表观活化能为121.002 kJ/mol。
CO-CO2混合气体下对MoO2还原碳化至Mo2C的反应机理及其动力学展开基础研究，并结合FactSage 7.3、SEM、XRD、TG、BET和模型拟合等方法对实验数据进行分析。结果表明：变温实验中，升温速率越大，MoO2的开始反应温度和完全还原温度越高；恒温实验中，温度越高，MoO2的还原碳化速率越快。反应前后物相表征结果表明MoO2经一步反应直接生成Mo2C，没有中间产物Mo的生成，并且所得产物基本保持原料一致的片状形貌；然而，由于气体的进入与逸出以及产物摩尔体积的缩减，Mo2C颗粒表面存在部分微孔和裂纹，比表面积相比原料增长近20倍。动力学分析结果表明该反应不是由单一反应控速，而是由形核长大与化学反应共同控制；根据模型拟合结果可知，形核反应占比0.689，表观活化能为80.651 kJ/mol；化学反应占比0.311，表观活化能为121.002 kJ/mol。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.01.11.003
摘要:
随着微纳制造技术的快速发展，微电子芯片、微反应器和微燃料电池等微型器件受到了研究者越来越多的关注。微型器件的应用不仅对加工工艺和材料具有较高的要求，而且需要高效的热管理来维持其性能。特别是对于高集成度和高频化的高性能微电子芯片，超高的热流密度不仅会严重制约芯片的性能，而且会显著影响芯片的寿命和可靠性。鉴于传统的风冷和液体单相对流换热冷却方式无法满足散热需求，具有高换热系数的微通道换热技术成为解决微型器件散热问题的重要途径。然而，常规的微通道换热技术普遍存在着高流动阻力和非均温性的难题，限制了该技术的实际规模化应用。近年来，研究者开发出一系列新型的分形微通道技术用于换热过程强化。本文系统总结了不同类型的分形换热微通道（包括Y、H、T、Ψ、康托、科赫等分形结构），并对各分形微通道的原理和性能进行了着重介绍，最后对分形微通道换热的现存挑战和未来发展方向分别进行了分析和展望，以期为换热过程强化的发展提供新的研究思路。
随着微纳制造技术的快速发展，微电子芯片、微反应器和微燃料电池等微型器件受到了研究者越来越多的关注。微型器件的应用不仅对加工工艺和材料具有较高的要求，而且需要高效的热管理来维持其性能。特别是对于高集成度和高频化的高性能微电子芯片，超高的热流密度不仅会严重制约芯片的性能，而且会显著影响芯片的寿命和可靠性。鉴于传统的风冷和液体单相对流换热冷却方式无法满足散热需求，具有高换热系数的微通道换热技术成为解决微型器件散热问题的重要途径。然而，常规的微通道换热技术普遍存在着高流动阻力和非均温性的难题，限制了该技术的实际规模化应用。近年来，研究者开发出一系列新型的分形微通道技术用于换热过程强化。本文系统总结了不同类型的分形换热微通道（包括Y、H、T、Ψ、康托、科赫等分形结构），并对各分形微通道的原理和性能进行了着重介绍，最后对分形微通道换热的现存挑战和未来发展方向分别进行了分析和展望，以期为换热过程强化的发展提供新的研究思路。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.01.04.002
摘要:
连铸工艺的成功与保护渣的正确使用密不可分，但保护渣在结晶器内发生的氟化物挥发、卷渣、控热与润滑的矛盾又制约了绿色和高效连铸的发展。重庆大学通过对保护渣在结晶器内物理化学研究，发现保护渣中以铝为代表的网络形成中间体元素具有适应结晶器工况环境的奇特功效：1）抑制保护渣与水之间离子交换程度，起到固氟和钠的作用；2）形成异类网络结构，使熔渣产生明显的剪切稀化行为，实现保护渣不同位置粘度大小控制；3）在低碱度条件下表现出明显的热扩散效应，促使玻璃渣膜变成晶体渣膜。在此基础上，提出连铸结晶器“自适应保护渣”设计理论，简称“自适应保护渣”理论（Smart Mold Powders, SMP）。利用这一理论开发出环境友好、非牛顿流体及热扩散效应保护渣。这类保护渣无需降氟就可达到环境友好、降低超低碳钢冷轧板封锁率及提升304D高氮不锈钢板坯表面质量的效果。“自适应保护渣”理论可盼为保护渣的发展在解决环境问题及卷渣、控热与润滑矛盾方面开辟一条新途径。
连铸工艺的成功与保护渣的正确使用密不可分，但保护渣在结晶器内发生的氟化物挥发、卷渣、控热与润滑的矛盾又制约了绿色和高效连铸的发展。重庆大学通过对保护渣在结晶器内物理化学研究，发现保护渣中以铝为代表的网络形成中间体元素具有适应结晶器工况环境的奇特功效：1）抑制保护渣与水之间离子交换程度，起到固氟和钠的作用；2）形成异类网络结构，使熔渣产生明显的剪切稀化行为，实现保护渣不同位置粘度大小控制；3）在低碱度条件下表现出明显的热扩散效应，促使玻璃渣膜变成晶体渣膜。在此基础上，提出连铸结晶器“自适应保护渣”设计理论，简称“自适应保护渣”理论（Smart Mold Powders, SMP）。利用这一理论开发出环境友好、非牛顿流体及热扩散效应保护渣。这类保护渣无需降氟就可达到环境友好、降低超低碳钢冷轧板封锁率及提升304D高氮不锈钢板坯表面质量的效果。“自适应保护渣”理论可盼为保护渣的发展在解决环境问题及卷渣、控热与润滑矛盾方面开辟一条新途径。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.01.23.001
摘要:
矿石图像处理技术能代替人工自动、高效地完成多项困难、重复的工作，构成了智慧矿山建设中的重要一环。本文聚焦于矿石勘探和将矿石破碎筛分后的皮带运输两个环节，系统总结了深度学习技术在矿石图像处理中的主要应用，包括矿石分类、粒度分析和异物识别等任务，并分门别类地梳理了完成以上三大任务的常用算法及其优缺点。其中，矿石分类在地质勘探中起着重要作用；粒度分析能为破碎机和传送皮带的控制提供参考依据，还能识别出给矿皮带上过大尺寸的矿石，防止处于给矿皮带和受矿皮带之间的转运缓冲仓内发生堵料事故；异物识别能将皮带上混在矿石中的有害物品检测出来。
矿石图像处理技术能代替人工自动、高效地完成多项困难、重复的工作，构成了智慧矿山建设中的重要一环。本文聚焦于矿石勘探和将矿石破碎筛分后的皮带运输两个环节，系统总结了深度学习技术在矿石图像处理中的主要应用，包括矿石分类、粒度分析和异物识别等任务，并分门别类地梳理了完成以上三大任务的常用算法及其优缺点。其中，矿石分类在地质勘探中起着重要作用；粒度分析能为破碎机和传送皮带的控制提供参考依据，还能识别出给矿皮带上过大尺寸的矿石，防止处于给矿皮带和受矿皮带之间的转运缓冲仓内发生堵料事故；异物识别能将皮带上混在矿石中的有害物品检测出来。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.12.16.005
摘要:
泥层高度和浓度是深锥浓密机的两个关键技术参数，研究二者关系对于深锥安全运行和浓度达标至关重要。首先，从Terzaghi有效应力原理定义出发，证明了有效应力原理在深锥浓密机泥层压力分析中的适用性。其次，以压缩系数与泥层压力之间的关系为纽带，建立了不同情况下（为常数和为变量）泥层高度和浓度数学模型。然后，结合矿山实例对数学模型进行工业应用和差异性分析，研究结果表明：两种情况下泥层高度与浓度均呈幂函数关系；在为常数时，随泥层高度增加，单位浓度泥层高度变化率（dh/dc）逐渐减少，并且泥层高度为29.4 m时浓度就达到100%，与现实不符，因此该模型只在临界压缩浓度与底流浓度范围内具有指导意义；在为变量时，随泥层高度增加，dh/dc逐渐增加，泥层越来越不容易被压缩，该模型与现实相符合。最后，从压密机理和有效应力两个方面分析了该数学模型在动、静态压密过程中的适用性。根据数学模型表达式及实际应用，在传统深锥浓密过程划分的基础上，基于dh/dc变化情况将深锥浓密机中尾矿划分为混合沉降区、减速压缩区和极限压缩区。泥层高度与浓度关系的揭示对实际生产中底流浓度的精准控制具有较好的指导意义。
泥层高度和浓度是深锥浓密机的两个关键技术参数，研究二者关系对于深锥安全运行和浓度达标至关重要。首先，从Terzaghi有效应力原理定义出发，证明了有效应力原理在深锥浓密机泥层压力分析中的适用性。其次，以压缩系数与泥层压力之间的关系为纽带，建立了不同情况下（为常数和为变量）泥层高度和浓度数学模型。然后，结合矿山实例对数学模型进行工业应用和差异性分析，研究结果表明：两种情况下泥层高度与浓度均呈幂函数关系；在为常数时，随泥层高度增加，单位浓度泥层高度变化率（dh/dc）逐渐减少，并且泥层高度为29.4 m时浓度就达到100%，与现实不符，因此该模型只在临界压缩浓度与底流浓度范围内具有指导意义；在为变量时，随泥层高度增加，dh/dc逐渐增加，泥层越来越不容易被压缩，该模型与现实相符合。最后，从压密机理和有效应力两个方面分析了该数学模型在动、静态压密过程中的适用性。根据数学模型表达式及实际应用，在传统深锥浓密过程划分的基础上，基于dh/dc变化情况将深锥浓密机中尾矿划分为混合沉降区、减速压缩区和极限压缩区。泥层高度与浓度关系的揭示对实际生产中底流浓度的精准控制具有较好的指导意义。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.12.27.008
摘要:
结合CO2的高温反应特性，针对性地制定了CO2冶炼工艺，并对转炉顶吹CO2比例对终点磷、氮和碳氧浓度积的影响进行了工业试验研究，结果表明：随着转炉冶炼前中期CO2顶吹比例由4.84%逐渐提高到9.68%，转炉终点磷的质量分数先下降后基本不变，氮的质量分数逐渐下降，碳氧浓度积与渣中TFe变化趋势基本相同，均为先降低后增加，对于不同指标来说最佳顶吹CO2比例不同。试验转炉终点磷、氮的质量分数、碳氧浓度积与渣中TFe下降比例最高分别为20.4%、34.3%、12.92%和8.89%。
结合CO2的高温反应特性，针对性地制定了CO2冶炼工艺，并对转炉顶吹CO2比例对终点磷、氮和碳氧浓度积的影响进行了工业试验研究，结果表明：随着转炉冶炼前中期CO2顶吹比例由4.84%逐渐提高到9.68%，转炉终点磷的质量分数先下降后基本不变，氮的质量分数逐渐下降，碳氧浓度积与渣中TFe变化趋势基本相同，均为先降低后增加，对于不同指标来说最佳顶吹CO2比例不同。试验转炉终点磷、氮的质量分数、碳氧浓度积与渣中TFe下降比例最高分别为20.4%、34.3%、12.92%和8.89%。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.12.29.004
摘要:
“碳达峰”、“碳中和”是一个总体的宏观概念，为中国未来经济与环境发展提供了笼统的理论框架与基本理念。基于“双碳”目标的深度解析，中国钢铁行业处于“碳锁定”状态，只有同时进行技术和制度变革才能实现“碳解锁”。结合当前钢铁工业生产结构、节能减排水平及CO2排放现状，指出合理设定碳达峰时间及峰值，提高全废钢电弧炉比例是短期钢铁行业降低碳排切实有效的路径。但实现“碳中和”还要依靠氢冶金及碳捕集、利用与封存技术的发展和应用，以及制度的变革。基于近年在全废钢电弧炉相关方面的理论研究、装备开发与实践的深入研究，针对全废钢电弧炉冶炼工艺存在的问题，开发了一系列关键技术，实现在全废钢条件下满足当前连铸生产工艺节奏以及钢液质量的控制，为全废钢电弧炉的发展提供理论支持。
“碳达峰”、“碳中和”是一个总体的宏观概念，为中国未来经济与环境发展提供了笼统的理论框架与基本理念。基于“双碳”目标的深度解析，中国钢铁行业处于“碳锁定”状态，只有同时进行技术和制度变革才能实现“碳解锁”。结合当前钢铁工业生产结构、节能减排水平及CO2排放现状，指出合理设定碳达峰时间及峰值，提高全废钢电弧炉比例是短期钢铁行业降低碳排切实有效的路径。但实现“碳中和”还要依靠氢冶金及碳捕集、利用与封存技术的发展和应用，以及制度的变革。基于近年在全废钢电弧炉相关方面的理论研究、装备开发与实践的深入研究，针对全废钢电弧炉冶炼工艺存在的问题，开发了一系列关键技术，实现在全废钢条件下满足当前连铸生产工艺节奏以及钢液质量的控制，为全废钢电弧炉的发展提供理论支持。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.01.05.002
摘要:
转炉钢水温度是转炉终点控制的工艺参数之一，精确的钢水温度预测对转炉终点控制具有重要的指导意义。然而，以往的大多数转炉终点预测模型属于静态模型，只能够实现转炉吹炼终点钢水温度的预测，无法实现动态预测，导致模型的作用有限。针对该问题，本文提出了一种基于数据驱动的转炉二吹阶段钢水温度动态预测模型。模型首先通过新案例主吹阶段的工艺参数基于案例推理算法找到历史案例库中相似案例，然后利用相似案例的二吹阶段的工艺参数基于LSTM算法训练工艺参数与钢水温度的变化关系，再然后利用训练好的LSTM模型，计算新案例二吹阶段的钢水温度变化。最后基于某钢厂实际生产数据，对预测模型进行了验证。实验结果表明：钢水温度动态预测模型的预测误差在[-5℃,5℃]、[-10℃,10℃]和[-15℃,15℃]范围内的命中率分别为39%、73%和90%，高于其他动态预测模型，模型在实际生产中具有更高的指导作用。
转炉钢水温度是转炉终点控制的工艺参数之一，精确的钢水温度预测对转炉终点控制具有重要的指导意义。然而，以往的大多数转炉终点预测模型属于静态模型，只能够实现转炉吹炼终点钢水温度的预测，无法实现动态预测，导致模型的作用有限。针对该问题，本文提出了一种基于数据驱动的转炉二吹阶段钢水温度动态预测模型。模型首先通过新案例主吹阶段的工艺参数基于案例推理算法找到历史案例库中相似案例，然后利用相似案例的二吹阶段的工艺参数基于LSTM算法训练工艺参数与钢水温度的变化关系，再然后利用训练好的LSTM模型，计算新案例二吹阶段的钢水温度变化。最后基于某钢厂实际生产数据，对预测模型进行了验证。实验结果表明：钢水温度动态预测模型的预测误差在[-5℃,5℃]、[-10℃,10℃]和[-15℃,15℃]范围内的命中率分别为39%、73%和90%，高于其他动态预测模型，模型在实际生产中具有更高的指导作用。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.01.05.003
摘要:
在绿色化、低碳化发展的时代背景下，全球钢铁行业纷纷开展低碳研究工作，各类低碳技术层出不穷。本文概述了全球钢铁行业CO2排放现状，以及主要产钢国的碳减排目标，并对其低碳策略进行详细的分析，指出未来钢铁行业的低碳发展方向主要聚焦在发展电炉流程、氢冶金、CCUS和清洁能源利用等方面。同时，结合国内钢铁行业碳排放现状，梳理了中国钢铁行业实现“双碳”目标的应对策略，指出减量化发展、流程结构调整是我国钢铁行业低碳发展的主攻方向。
在绿色化、低碳化发展的时代背景下，全球钢铁行业纷纷开展低碳研究工作，各类低碳技术层出不穷。本文概述了全球钢铁行业CO2排放现状，以及主要产钢国的碳减排目标，并对其低碳策略进行详细的分析，指出未来钢铁行业的低碳发展方向主要聚焦在发展电炉流程、氢冶金、CCUS和清洁能源利用等方面。同时，结合国内钢铁行业碳排放现状，梳理了中国钢铁行业实现“双碳”目标的应对策略，指出减量化发展、流程结构调整是我国钢铁行业低碳发展的主攻方向。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.01.24.001
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随着科学技术的快速发展，微电子器件在信息、航空航天、能源和化工等领域发挥着越来越重要和广泛的应用。对于高集成化和高频化的微电子器件，在其性能提高的同时热流密度也越来越高。传统的风冷和液冷技术很难满足这些高性能微电子器件的高效散热要求，因此严重影响了设备系统的可靠性与安全性。近年来，研究者提出了多种无源换热过程强化技术，包括基于换热元件结构、表面粗糙度、表面疏水性和换热通道尺寸的调控等，但是这些无源换热技术在不同程度上增加了流动阻力从而限制了其应用潜力。超声波技术具有成本低、使用简便、操控灵活、穿透性强和无污染等特点，超声波与散热技术相结合实现换热过程强化已逐渐引起研究者的关注和重视。本文对超声波激励换热过程强化的研究进展进行了系统综述，首先介绍超声波强化换热的机理，然后总结并分析超声波技术在单相气体对流、单相液体对流、池沸腾和流动沸腾换热过程中的理论和实验研究，最后讨论超声波换热技术面临的若干挑战并提出未来潜在的发展方向，为构建高性能和实用化超声波换热体系提供相应的参考。
随着科学技术的快速发展，微电子器件在信息、航空航天、能源和化工等领域发挥着越来越重要和广泛的应用。对于高集成化和高频化的微电子器件，在其性能提高的同时热流密度也越来越高。传统的风冷和液冷技术很难满足这些高性能微电子器件的高效散热要求，因此严重影响了设备系统的可靠性与安全性。近年来，研究者提出了多种无源换热过程强化技术，包括基于换热元件结构、表面粗糙度、表面疏水性和换热通道尺寸的调控等，但是这些无源换热技术在不同程度上增加了流动阻力从而限制了其应用潜力。超声波技术具有成本低、使用简便、操控灵活、穿透性强和无污染等特点，超声波与散热技术相结合实现换热过程强化已逐渐引起研究者的关注和重视。本文对超声波激励换热过程强化的研究进展进行了系统综述，首先介绍超声波强化换热的机理，然后总结并分析超声波技术在单相气体对流、单相液体对流、池沸腾和流动沸腾换热过程中的理论和实验研究，最后讨论超声波换热技术面临的若干挑战并提出未来潜在的发展方向，为构建高性能和实用化超声波换热体系提供相应的参考。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.12.16.003
摘要:
拟建高楼山隧道是通达陇南市及四川省九寨沟的控制性工程，项目具有“三高一大”的特点，是复杂地质条件下深埋特长公路隧道的典型代表。本文以现场两种岩爆类型为研究对象，通过冲击岩爆实验系统并设定不同应力路径，首先进行了岩爆试验全过程分析，而后对比研究了板裂屈曲型岩爆试验碎屑(岩爆碎屑1)、爆破冲击型岩爆试验碎屑(岩爆碎屑2)和现场收集的不知类型的岩爆碎屑(岩爆碎屑3)的质量、尺度分布及形状及分形维数特征。在此基础上，结合岩爆试验图像变化过程，深化了对不同类型岩爆碎屑成因及岩爆机理的认识。结果表明：(1)板裂屈曲岩爆和爆破冲击型岩爆区别在于破坏主导机制不同，一种为张拉破坏主导，另一种为张剪破坏主导。(2)岩爆碎屑1以中粒条板状碎屑为主，在长度方向上更容易破碎，且质量远大于岩爆碎屑2，这与竖向应力集中形成板裂化结构的板裂屈曲型岩爆孕育机制密不可分。(3)动载的介入使得岩爆碎屑2受剪切作用明显，因而在厚度方向的破碎更容易且破碎程度更高，形成以粗粒片状碎屑为主的碎屑，该类型碎屑在现场岩爆中由于质量较大，体积较大，弹射距离较远，因此危害性可能更大。(4)通过上述比对分析，可判定岩爆碎屑3对应的岩爆类型为爆破冲击型，且片状、“V”型特征碎屑为该类型岩爆特有的碎屑类型。
拟建高楼山隧道是通达陇南市及四川省九寨沟的控制性工程，项目具有“三高一大”的特点，是复杂地质条件下深埋特长公路隧道的典型代表。本文以现场两种岩爆类型为研究对象，通过冲击岩爆实验系统并设定不同应力路径，首先进行了岩爆试验全过程分析，而后对比研究了板裂屈曲型岩爆试验碎屑(岩爆碎屑1)、爆破冲击型岩爆试验碎屑(岩爆碎屑2)和现场收集的不知类型的岩爆碎屑(岩爆碎屑3)的质量、尺度分布及形状及分形维数特征。在此基础上，结合岩爆试验图像变化过程，深化了对不同类型岩爆碎屑成因及岩爆机理的认识。结果表明：(1)板裂屈曲岩爆和爆破冲击型岩爆区别在于破坏主导机制不同，一种为张拉破坏主导，另一种为张剪破坏主导。(2)岩爆碎屑1以中粒条板状碎屑为主，在长度方向上更容易破碎，且质量远大于岩爆碎屑2，这与竖向应力集中形成板裂化结构的板裂屈曲型岩爆孕育机制密不可分。(3)动载的介入使得岩爆碎屑2受剪切作用明显，因而在厚度方向的破碎更容易且破碎程度更高，形成以粗粒片状碎屑为主的碎屑，该类型碎屑在现场岩爆中由于质量较大，体积较大，弹射距离较远，因此危害性可能更大。(4)通过上述比对分析，可判定岩爆碎屑3对应的岩爆类型为爆破冲击型，且片状、“V”型特征碎屑为该类型岩爆特有的碎屑类型。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.10.20.003
摘要:
闸片是高速列车制动系统的核心部件，本文基于粉末冶金摩擦材料摩擦性能协同调控理论设计了铜基闸片材料，对闸片进行了1:1台架实验考核，并对摩擦膜的性质进行了分析。结果表明，研制闸片不仅具有优异的摩擦系数稳定性和低的磨耗，还具有不伤盘的特点。瞬时摩擦系数和平均摩擦系数均满足TJCL/307-2019标准的要求，摩擦系数稳定性为0.0015，250-380 km?h-1制动速率范围内的摩擦系数热衰退仅0.027，在380 km?h-1下的平均摩擦系数仍维持在0.35，平均磨耗仅0.06 cm3?MJ-1。闸片优异的摩擦制动性能归因于形成了高强韧、低转移速率的摩擦膜。利用大粒径摩擦组元作为外部运动障碍钉扎摩擦膜。摩擦膜中的亚微米磨屑作为摩擦膜与对偶盘的啮合点，提供摩擦阻力，以保持高速制动时的摩擦系数。添加的易氧化组元为摩擦膜源源不断提供氧化物，研磨生成的纳米氧化物作为弥散相强化摩擦膜。通过多尺度颗粒的协同增强，实现了摩擦膜的动态稳定化，赋予了闸片优异的摩擦磨损性能。
闸片是高速列车制动系统的核心部件，本文基于粉末冶金摩擦材料摩擦性能协同调控理论设计了铜基闸片材料，对闸片进行了1:1台架实验考核，并对摩擦膜的性质进行了分析。结果表明，研制闸片不仅具有优异的摩擦系数稳定性和低的磨耗，还具有不伤盘的特点。瞬时摩擦系数和平均摩擦系数均满足TJCL/307-2019标准的要求，摩擦系数稳定性为0.0015，250-380 km?h-1制动速率范围内的摩擦系数热衰退仅0.027，在380 km?h-1下的平均摩擦系数仍维持在0.35，平均磨耗仅0.06 cm3?MJ-1。闸片优异的摩擦制动性能归因于形成了高强韧、低转移速率的摩擦膜。利用大粒径摩擦组元作为外部运动障碍钉扎摩擦膜。摩擦膜中的亚微米磨屑作为摩擦膜与对偶盘的啮合点，提供摩擦阻力，以保持高速制动时的摩擦系数。添加的易氧化组元为摩擦膜源源不断提供氧化物，研磨生成的纳米氧化物作为弥散相强化摩擦膜。通过多尺度颗粒的协同增强，实现了摩擦膜的动态稳定化，赋予了闸片优异的摩擦磨损性能。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.11.26.004
摘要:
我国多年冻寒区和季节性冻寒区面积广泛，在这些地区进行工程建设和矿产资源开采必须考虑特殊的地质和气候条件，其中寒区边坡的稳定性问题值得研究。为研究低温条件下边坡失稳的岩石力学机理，从西藏玉龙铜矿边坡钻取了大理岩试样，借助含低温控制系统的SHPB实验系统，对常温干燥、常温饱水和低温冻结三种状态的岩样进行了动态拉压力学实验，以探究温度、含水量对岩石动态力学性质的影响。试验结果表明：(1)受低温水冰相变和岩石基质冷缩的共同影响，-20 ℃冻结岩样的平均单轴动态压缩、拉伸强度较常温下有所增大。四种应变率下，压缩应力分别增大1.24、1.37、1.41、1.69倍，拉伸应力分别增大1.11、1.25、1.20和1.05倍;(2)低温条件下岩石动态强度也存在应变率效应;(3)相同应变率下，冻结大理石的动态冲击破碎时间最长，且随应变率增大下降速度最快；相同应变率下，冻结岩样破碎耗能小于常温耗能，随应变率变化增幅不大
我国多年冻寒区和季节性冻寒区面积广泛，在这些地区进行工程建设和矿产资源开采必须考虑特殊的地质和气候条件，其中寒区边坡的稳定性问题值得研究。为研究低温条件下边坡失稳的岩石力学机理，从西藏玉龙铜矿边坡钻取了大理岩试样，借助含低温控制系统的SHPB实验系统，对常温干燥、常温饱水和低温冻结三种状态的岩样进行了动态拉压力学实验，以探究温度、含水量对岩石动态力学性质的影响。试验结果表明：(1)受低温水冰相变和岩石基质冷缩的共同影响，-20 ℃冻结岩样的平均单轴动态压缩、拉伸强度较常温下有所增大。四种应变率下，压缩应力分别增大1.24、1.37、1.41、1.69倍，拉伸应力分别增大1.11、1.25、1.20和1.05倍;(2)低温条件下岩石动态强度也存在应变率效应;(3)相同应变率下，冻结大理石的动态冲击破碎时间最长，且随应变率增大下降速度最快；相同应变率下，冻结岩样破碎耗能小于常温耗能，随应变率变化增幅不大
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.11.30.006
摘要:
煤矿岩巷钻爆法施工中，速度的关键在掏槽。随着岩巷掘进工程量不断增大，虽然炮孔深度逐渐增大，但是掏槽孔超出普通孔的长度并没有改变，基本保持在 200mm及以下。针对掏槽孔超深与炮孔利用率这一问题，在超深系数η的基础上，引入裂隙区重合度φ的概念，采用数学建模方法，分析了不同超深深度爆破时的岩石应力状态，建立了超深深度及岩石碎胀系数之间的关系，并确定了掏槽槽腔主要参数的计算公式及取值范围，发现存在最优掏槽孔超深系数η和裂隙区重合度φ，使得炮眼利用率最高。利用LS-DYNA数值模拟分析了掏槽孔超深爆破时爆炸应力波的传播规律和孔底岩石的受力特征，并比较了不同超深深度的应力波强度变化特征；分别将200mm、300mm、400mm、500mm超深爆破方案应用于岩巷掘进现场，对比了各个超深爆破方案和普通爆破方案的单循环进尺、炮孔利用率、眼痕率及大块率等爆破效果指标。结果表明，当超深深度为400mm时，炸药爆破能量充分用于破岩，能量利用率最高，爆破后形成重叠的裂隙区，增大了后续爆破的自由面，提高了爆破破岩的效率，对岩巷钻爆法施工的参数优化有一定的指导意义。
煤矿岩巷钻爆法施工中，速度的关键在掏槽。随着岩巷掘进工程量不断增大，虽然炮孔深度逐渐增大，但是掏槽孔超出普通孔的长度并没有改变，基本保持在 200mm及以下。针对掏槽孔超深与炮孔利用率这一问题，在超深系数η的基础上，引入裂隙区重合度φ的概念，采用数学建模方法，分析了不同超深深度爆破时的岩石应力状态，建立了超深深度及岩石碎胀系数之间的关系，并确定了掏槽槽腔主要参数的计算公式及取值范围，发现存在最优掏槽孔超深系数η和裂隙区重合度φ，使得炮眼利用率最高。利用LS-DYNA数值模拟分析了掏槽孔超深爆破时爆炸应力波的传播规律和孔底岩石的受力特征，并比较了不同超深深度的应力波强度变化特征；分别将200mm、300mm、400mm、500mm超深爆破方案应用于岩巷掘进现场，对比了各个超深爆破方案和普通爆破方案的单循环进尺、炮孔利用率、眼痕率及大块率等爆破效果指标。结果表明，当超深深度为400mm时，炸药爆破能量充分用于破岩，能量利用率最高，爆破后形成重叠的裂隙区，增大了后续爆破的自由面，提高了爆破破岩的效率，对岩巷钻爆法施工的参数优化有一定的指导意义。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.01.10.007
摘要:
针对碳钢在大气腐蚀过程中影响变量多且作用机制复杂的问题，提出一种基于综合智能模型的重要变量挖掘框架，利用该框架可以挖掘影响碳钢早期大气腐蚀的重要环境变量及其对大气腐蚀速率的影响机制。本文通过大气腐蚀监测仪（ACM）收集了我国5个试验站点的大气腐蚀数据，首先，构建了随机森林（RF）、梯度提升回归树（GBRT）、BP神经网络（BPNN）三种机器学习模型；其次，利用多模型集成重要变量选择算法（MEIVS）量化环境变量的重要性并提取影响碳钢早期大气腐蚀的重要环境变量；最后，绘制了环境变量与对数腐蚀电偶电流的局部依赖曲线（PDP）。仿真结果显示，MEIVS算法挖掘出的重要环境变量更符合大气腐蚀的先验规律；PDP与MEIVS算法的结论具有很好的一致性，重要环境变量对应的PDP的变化幅度大，且PDP的变化趋势能够反映环境变量对腐蚀电偶电流的影响。
针对碳钢在大气腐蚀过程中影响变量多且作用机制复杂的问题，提出一种基于综合智能模型的重要变量挖掘框架，利用该框架可以挖掘影响碳钢早期大气腐蚀的重要环境变量及其对大气腐蚀速率的影响机制。本文通过大气腐蚀监测仪（ACM）收集了我国5个试验站点的大气腐蚀数据，首先，构建了随机森林（RF）、梯度提升回归树（GBRT）、BP神经网络（BPNN）三种机器学习模型；其次，利用多模型集成重要变量选择算法（MEIVS）量化环境变量的重要性并提取影响碳钢早期大气腐蚀的重要环境变量；最后，绘制了环境变量与对数腐蚀电偶电流的局部依赖曲线（PDP）。仿真结果显示，MEIVS算法挖掘出的重要环境变量更符合大气腐蚀的先验规律；PDP与MEIVS算法的结论具有很好的一致性，重要环境变量对应的PDP的变化幅度大，且PDP的变化趋势能够反映环境变量对腐蚀电偶电流的影响。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.01.11.002
摘要:
针对某石油套管钢管壁内缺陷，采用SEM-EDS分析，并结合FactSage8.0软件计算进行研究，结果表明缺陷纵向面主要由浅条纹及深条纹组成，浅条纹处存在大量MgO·Al2O3夹杂物，深条纹处有大量的Al2O3、MgO·Al2O3、CaO·Al2O3·SiO2等夹杂物聚集在一起。缺陷横截面上的夹杂物主要为CaO·Al2O3·SiO2、CaO·Al2O3·MgO和CaO·Al2O3·MgO·SiO2三类。推测钢管壁内缺陷形成机理主要为：①大包钢水在浇注末期钢水卷带钢包渣进入中间包钢水中，该渣滴随后吸附钢中高Al2O3含量的微细xAl2O3·yCaO或Al2O3夹杂物，导致渣滴中的Al2O3含量升高；②大包钢水在VD精炼过程大Ar气搅拌下卷入了钢包渣，该渣滴随后吸附钢中的微细Al2O3夹杂物，导致渣滴中的Al2O3含量升高；以上两种形式形成的渣滴在凝固冷却过程中，转变为CaO·Al2O3·SiO2, CaO·Al2O3·MgO，CaO·Al2O3·SiO2·MgO三种类型的夹杂物。圆管坯在穿孔变形过程中，在纵向拉应力和横向切应力作用下，使卷入的大型渣滴沿纵向及横截面延伸扩展，最终形成钢管壁内的缺陷。
针对某石油套管钢管壁内缺陷，采用SEM-EDS分析，并结合FactSage8.0软件计算进行研究，结果表明缺陷纵向面主要由浅条纹及深条纹组成，浅条纹处存在大量MgO·Al2O3夹杂物，深条纹处有大量的Al2O3、MgO·Al2O3、CaO·Al2O3·SiO2等夹杂物聚集在一起。缺陷横截面上的夹杂物主要为CaO·Al2O3·SiO2、CaO·Al2O3·MgO和CaO·Al2O3·MgO·SiO2三类。推测钢管壁内缺陷形成机理主要为：①大包钢水在浇注末期钢水卷带钢包渣进入中间包钢水中，该渣滴随后吸附钢中高Al2O3含量的微细xAl2O3·yCaO或Al2O3夹杂物，导致渣滴中的Al2O3含量升高；②大包钢水在VD精炼过程大Ar气搅拌下卷入了钢包渣，该渣滴随后吸附钢中的微细Al2O3夹杂物，导致渣滴中的Al2O3含量升高；以上两种形式形成的渣滴在凝固冷却过程中，转变为CaO·Al2O3·SiO2, CaO·Al2O3·MgO，CaO·Al2O3·SiO2·MgO三种类型的夹杂物。圆管坯在穿孔变形过程中，在纵向拉应力和横向切应力作用下，使卷入的大型渣滴沿纵向及横截面延伸扩展，最终形成钢管壁内的缺陷。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.12.03.010
摘要:
本文采用多模式微波谐振法，开展了电解精炼韧铜（Cu-ETP）线性热膨胀系数高精度原位实验测量研究，温度范围为4.3 K-299 K。针对不同的温度区间，采用了降温法（5 K-299 K）和控温法（4.3 K-26 K）两种实验测量方案，降温法测得的线性热膨胀系数标准不确定度优于2.2×10-7 K-1，重复性是其测量不确定度的主要来源；控温法测得的线性热膨胀系数标准不确定度优于2.9×10-9 K-1，微波模式一致性和重复性是其测量不确定度的两大主要来源。由于控温稳定性高、微波测量噪声低，控温法所获得的线性热膨胀系数结果更为精确。最后，进一步发展了Cu-ETP线性热膨胀系数的计算方程，实现了实验数据与温度的高精度关联。
本文采用多模式微波谐振法，开展了电解精炼韧铜（Cu-ETP）线性热膨胀系数高精度原位实验测量研究，温度范围为4.3 K-299 K。针对不同的温度区间，采用了降温法（5 K-299 K）和控温法（4.3 K-26 K）两种实验测量方案，降温法测得的线性热膨胀系数标准不确定度优于2.2×10-7 K-1，重复性是其测量不确定度的主要来源；控温法测得的线性热膨胀系数标准不确定度优于2.9×10-9 K-1，微波模式一致性和重复性是其测量不确定度的两大主要来源。由于控温稳定性高、微波测量噪声低，控温法所获得的线性热膨胀系数结果更为精确。最后，进一步发展了Cu-ETP线性热膨胀系数的计算方程，实现了实验数据与温度的高精度关联。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.12.30.001
摘要:
微合金钢薄板坯连铸过程高发边角部裂纹，致使热轧卷板边部产生翘皮、烂边等质量缺陷，是钢铁行业的共性技术难题。本文立足于某钢厂Qste380TM低碳含铌钛微合金钢薄板坯连铸生产，检测分析了铸坯角部组织金相结构与碳氮化物析出特点、不同冷却与变形速率条件下钢的断面收缩率，并数值仿真研究了不同结构结晶器和二冷区铸坯温度与应力的演变规律。结果表明：微合金钢薄板坯连铸过程存在明显的第三脆性区，且变形速率越大，第三脆性区越显著。传统薄板坯连铸工艺条件下，结晶器的中上部及其出口至液芯压下段的二冷高温区，铸坯角部冷速较低，致使其组织晶界含铌钛微合金碳氮化物呈链状析出。铸坯在液芯压下过程，低塑性角部因受较大变形与应力作用而引发裂纹缺陷。实施沿高度方向有效补偿坯壳凝固收缩的窄面高斯凹型曲面结晶器及其足辊区超强冷工艺，可分别提升铸坯角部冷速至10 ℃/s和20 ℃/s以上，从而促使铸坯角部组织碳氮化物弥散析出，并促进铸坯窄面在液芯压下过程金属宽展流动而降低角部压下应力，大幅降低了微合金钢薄板坯边角部裂纹发生率。
微合金钢薄板坯连铸过程高发边角部裂纹，致使热轧卷板边部产生翘皮、烂边等质量缺陷，是钢铁行业的共性技术难题。本文立足于某钢厂Qste380TM低碳含铌钛微合金钢薄板坯连铸生产，检测分析了铸坯角部组织金相结构与碳氮化物析出特点、不同冷却与变形速率条件下钢的断面收缩率，并数值仿真研究了不同结构结晶器和二冷区铸坯温度与应力的演变规律。结果表明：微合金钢薄板坯连铸过程存在明显的第三脆性区，且变形速率越大，第三脆性区越显著。传统薄板坯连铸工艺条件下，结晶器的中上部及其出口至液芯压下段的二冷高温区，铸坯角部冷速较低，致使其组织晶界含铌钛微合金碳氮化物呈链状析出。铸坯在液芯压下过程，低塑性角部因受较大变形与应力作用而引发裂纹缺陷。实施沿高度方向有效补偿坯壳凝固收缩的窄面高斯凹型曲面结晶器及其足辊区超强冷工艺，可分别提升铸坯角部冷速至10 ℃/s和20 ℃/s以上，从而促使铸坯角部组织碳氮化物弥散析出，并促进铸坯窄面在液芯压下过程金属宽展流动而降低角部压下应力，大幅降低了微合金钢薄板坯边角部裂纹发生率。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.05.004
摘要:
采用1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[EMIm]BF4）离子液体分散多壁碳纳米管（MWCNTs）、二硫化钼（MoS2）以得到具有优异摩擦学特性的纳米流体。通过X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪、纳米粒度电位分析仪、接触角测量仪对纳米流体的分散、润湿性能进行表征，通过导热系数测量仪和流变仪测试材料热物性能，并通过摩擦磨损测试仪和三维超景深显微镜对纳米流体的摩擦学性能进行分析。结果表明：[EMIm]BF4改性的MWCNTs、MoS2纳米颗粒可有效分散在水中，两种纳米颗粒吸附形成的叠层结构使复合纳米流体中粒径分布范围增大。三种纳米流体均为假塑性流体，复合纳米流体具有最小的接触角，稳定状态下的平均粘度为1.49mPa.s，导热系数可达1.19W?mK-1 (65°C)。改性的纳米颗粒极大强化了基液的润滑性能，所制备的纳米流体摩擦系数相比传统冷却液最大降低了10.75%，磨痕的体积磨损率最大减小了72.33%。
采用1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[EMIm]BF4）离子液体分散多壁碳纳米管（MWCNTs）、二硫化钼（MoS2）以得到具有优异摩擦学特性的纳米流体。通过X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪、纳米粒度电位分析仪、接触角测量仪对纳米流体的分散、润湿性能进行表征，通过导热系数测量仪和流变仪测试材料热物性能，并通过摩擦磨损测试仪和三维超景深显微镜对纳米流体的摩擦学性能进行分析。结果表明：[EMIm]BF4改性的MWCNTs、MoS2纳米颗粒可有效分散在水中，两种纳米颗粒吸附形成的叠层结构使复合纳米流体中粒径分布范围增大。三种纳米流体均为假塑性流体，复合纳米流体具有最小的接触角，稳定状态下的平均粘度为1.49mPa.s，导热系数可达1.19W?mK-1 (65°C)。改性的纳米颗粒极大强化了基液的润滑性能，所制备的纳米流体摩擦系数相比传统冷却液最大降低了10.75%，磨痕的体积磨损率最大减小了72.33%。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.11.12.004
摘要:
针对深部矿岩在高地应力下钻孔岩芯饼化现象频发、现场取完整芯样困难等问题，选取采场爆破后的岩石与矿块进行现场点载荷试验，通过测试获得不规则尺寸试样的点载荷强度指标。采用指数型和线性型两种修正系数(,)对点载荷强度指标进行修正，得到修正后的点载荷强度指标为和，获得修正前后的点载荷强度指标的分布特性及规律：修正前后的点载荷强度指标的分布频率基本满足正态分布，修正前的点载荷强度指标呈偏态型分布，修正后的点载荷强度指标呈标准正态分布；在95%的置信度下，采用线性型修正系数所得结果更具准确性，岩样标准点载荷强度指标的置信区间为1.09~1.57MPa，均值为1.33MPa；矿样的置信区间为于0.37~0.45MPa，均值为0.39MPa。由于试样受爆破损伤的影响，岩样与矿样基于单轴抗压强度的点载荷强度指标计算值约为本试验结果的1.62和3.67倍。
针对深部矿岩在高地应力下钻孔岩芯饼化现象频发、现场取完整芯样困难等问题，选取采场爆破后的岩石与矿块进行现场点载荷试验，通过测试获得不规则尺寸试样的点载荷强度指标。采用指数型和线性型两种修正系数(,)对点载荷强度指标进行修正，得到修正后的点载荷强度指标为和，获得修正前后的点载荷强度指标的分布特性及规律：修正前后的点载荷强度指标的分布频率基本满足正态分布，修正前的点载荷强度指标呈偏态型分布，修正后的点载荷强度指标呈标准正态分布；在95%的置信度下，采用线性型修正系数所得结果更具准确性，岩样标准点载荷强度指标的置信区间为1.09~1.57MPa，均值为1.33MPa；矿样的置信区间为于0.37~0.45MPa，均值为0.39MPa。由于试样受爆破损伤的影响，岩样与矿样基于单轴抗压强度的点载荷强度指标计算值约为本试验结果的1.62和3.67倍。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.11.25.009
摘要:
随着软件服务交易模式由提前付费向“先服务后结算”转变，软件即服务（SaaS）所依赖的订阅模式面临着软件服务金融化与法律化的挑战——既无法按实际使用量进行金融支付，也难以通过法律形式规范服务提供方、消费方、交易平台之间权利义务关系。据此，本文将智能法律合约（SLC）引入到服务计算平台中，提出一种服务即合约（SaaSC）架构。通过SaaS+SaaSC的组合，在法律化方面，通过SLC软件订阅合约中设立服务注册、发现、定制化三种条款，从交互动作、服务状态、状态转移流程等方面规范了各方当事人在服务注册、发现与消费三阶段的交互行为；在金融化方面，将服务接口声明添加到智能法律合约中，借助智能合约自动执行和检查条款，实现细化到服务接口调用级别的精准计费模式。进一步，以天气预报服务作为案例实现了基于区块链智能合约的在线软件服务获取、交付及合约化支付，验证了SaaS+SaaSC方案的合理性和有效性，表明软件服务合约化是一种新的可行技术路线。
随着软件服务交易模式由提前付费向“先服务后结算”转变，软件即服务（SaaS）所依赖的订阅模式面临着软件服务金融化与法律化的挑战——既无法按实际使用量进行金融支付，也难以通过法律形式规范服务提供方、消费方、交易平台之间权利义务关系。据此，本文将智能法律合约（SLC）引入到服务计算平台中，提出一种服务即合约（SaaSC）架构。通过SaaS+SaaSC的组合，在法律化方面，通过SLC软件订阅合约中设立服务注册、发现、定制化三种条款，从交互动作、服务状态、状态转移流程等方面规范了各方当事人在服务注册、发现与消费三阶段的交互行为；在金融化方面，将服务接口声明添加到智能法律合约中，借助智能合约自动执行和检查条款，实现细化到服务接口调用级别的精准计费模式。进一步，以天气预报服务作为案例实现了基于区块链智能合约的在线软件服务获取、交付及合约化支付，验证了SaaS+SaaSC方案的合理性和有效性，表明软件服务合约化是一种新的可行技术路线。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.12.23.002
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钠金属因其成本低、自然丰度高、氧化还原电位低和理论比容量高等优点，被认为是高能电池的理想负极材料。然而，钠金属在充放电过程中易发生体积膨胀和产生钠枝晶，导致电池性能不断恶化，并引发安全隐患，严重阻碍了钠金属电池在实际中的应用。为了解决上述问题，国内外已进行了大量探索。其中，构建三维（3D）导电载体可以有效降低局部电流密度、降低成核能、抑制枝晶生长和减缓体积膨胀，在未来应用方面具有巨大的潜力。本文综述了近年来利用三维导电载体来提高钠金属负极电化学循环稳定性的研究进展并对三维导电载体进行了总结和分类。最后，从基础研究和实际应用两个方面讨论了三维导电载体材料在钠金属负极中的发展前景和未来研究方向。
钠金属因其成本低、自然丰度高、氧化还原电位低和理论比容量高等优点，被认为是高能电池的理想负极材料。然而，钠金属在充放电过程中易发生体积膨胀和产生钠枝晶，导致电池性能不断恶化，并引发安全隐患，严重阻碍了钠金属电池在实际中的应用。为了解决上述问题，国内外已进行了大量探索。其中，构建三维（3D）导电载体可以有效降低局部电流密度、降低成核能、抑制枝晶生长和减缓体积膨胀，在未来应用方面具有巨大的潜力。本文综述了近年来利用三维导电载体来提高钠金属负极电化学循环稳定性的研究进展并对三维导电载体进行了总结和分类。最后，从基础研究和实际应用两个方面讨论了三维导电载体材料在钠金属负极中的发展前景和未来研究方向。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.09.07.003
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Al2O3是一种两性氧化物，在高碱度条件下呈现酸性氧化物特征，而在低碱度条件下表现出碱性氧化物的行为，是冶金熔渣中常见的一种组元。论文以超高碱度保护渣（综合碱度R=1.75）为研究对象，分析了Al2O3对保护渣流动特性、熔化特性和凝固特性的影响规律。研究结果显示：随着Al2O3增加，黏度和熔化温度增大，转折温度降低。此外，研究还发现，渣中Al2O3含量每增加1 wt%，开始结晶温度平均下降34℃。平均结晶速率随渣中Al2O3加而减小，Al2O3对结晶速率有显著影响。保护渣结晶矿相研究表明，随着Al2O3增加，断口晶体比例逐渐降低，但晶体保持枪晶石的种类不变。
Al2O3是一种两性氧化物，在高碱度条件下呈现酸性氧化物特征，而在低碱度条件下表现出碱性氧化物的行为，是冶金熔渣中常见的一种组元。论文以超高碱度保护渣（综合碱度R=1.75）为研究对象，分析了Al2O3对保护渣流动特性、熔化特性和凝固特性的影响规律。研究结果显示：随着Al2O3增加，黏度和熔化温度增大，转折温度降低。此外，研究还发现，渣中Al2O3含量每增加1 wt%，开始结晶温度平均下降34℃。平均结晶速率随渣中Al2O3加而减小，Al2O3对结晶速率有显著影响。保护渣结晶矿相研究表明，随着Al2O3增加，断口晶体比例逐渐降低，但晶体保持枪晶石的种类不变。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.10.23.001
摘要:
为满足控制臂的轻量化设计需求，提出了一种采用碳纤维复合材料（CFRP）-泡沫铝夹芯结构的汽车悬架控制臂，并对CFRP面板进行结构优化设计。通过泡沫铝准静态压缩试验验证了泡沫铝六面体胞孔模型的准确性，利用CFRP力学性能试验获得了碳纤维复合材料的性能参数，设计一种由CFRP-泡沫铝夹芯结构本体和铝合金连接件组成的悬架控制臂。在此基础上，建立CFRP-泡沫铝夹芯结构控制臂有限元模型，利用多层次优化方法对CFRP面板进行铺层优化。结果表明，相较于钢制控制臂，优化后夹芯结构控制臂的质量减少了32.4%，同时强度、刚度和模态性能都有所改善。
为满足控制臂的轻量化设计需求，提出了一种采用碳纤维复合材料（CFRP）-泡沫铝夹芯结构的汽车悬架控制臂，并对CFRP面板进行结构优化设计。通过泡沫铝准静态压缩试验验证了泡沫铝六面体胞孔模型的准确性，利用CFRP力学性能试验获得了碳纤维复合材料的性能参数，设计一种由CFRP-泡沫铝夹芯结构本体和铝合金连接件组成的悬架控制臂。在此基础上，建立CFRP-泡沫铝夹芯结构控制臂有限元模型，利用多层次优化方法对CFRP面板进行铺层优化。结果表明，相较于钢制控制臂，优化后夹芯结构控制臂的质量减少了32.4%，同时强度、刚度和模态性能都有所改善。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.11.08.007
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在低轨卫星网络中，卫星运行速度快、运行周期较短，星间链路动态变化，为及时感知星间链路状态并选择正确的路由，提出一种基于树突神经网络的低轨卫星智能感知路由算法，通过卫星之间的可视性约束分析星间建链情况，实现星间链路态势感知；通过实时构造训练集，利用树突神经网络自动调整全局卫星网络链路的权值，进而优化传统Dijkstra算法，实现星间链路质量感知，给出智能路由决策；通过周期性监测卫星网络拓扑，实时修正初始路由路径。仿真结果表明，基于树突神经网络的路由算法复杂度低，路径时延、时延抖动及丢包率均低于传统启发式路由算法和Dijkstra路由算法。
在低轨卫星网络中，卫星运行速度快、运行周期较短，星间链路动态变化，为及时感知星间链路状态并选择正确的路由，提出一种基于树突神经网络的低轨卫星智能感知路由算法，通过卫星之间的可视性约束分析星间建链情况，实现星间链路态势感知；通过实时构造训练集，利用树突神经网络自动调整全局卫星网络链路的权值，进而优化传统Dijkstra算法，实现星间链路质量感知，给出智能路由决策；通过周期性监测卫星网络拓扑，实时修正初始路由路径。仿真结果表明，基于树突神经网络的路由算法复杂度低，路径时延、时延抖动及丢包率均低于传统启发式路由算法和Dijkstra路由算法。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.11.01.005
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本文利用开发的钢中非金属夹杂物成分变化的集成模型，介绍了夹杂物成分随时间和冷却速率的变化，提出了夹杂物成分转变分数的概念，然后介绍了夹杂物成分转变的等温转变曲线（TTT）、连续冷却转变曲线（CCT）和等径转变曲线（TDT）的概念及应用。该集成模型考虑了钢液流动、传热、凝固和元素偏析，也考虑了钢与夹杂物反应的热力学和动力学。然后以管线钢、重轨钢和轴承钢为例，进一步分析讨论了钢液凝固与冷却过程中的冷却速率、固体钢加热过程中的加热温度和加热时间、钢成分以及夹杂物尺寸等参数对夹杂物成分转变的影响。这些概念和特征曲线能够直观展示在钢液凝固冷却过程及固体钢加热过程钢中非金属夹杂物的成分转变，将钢中夹杂物的控制方略从钢液拓展到固体钢中。
本文利用开发的钢中非金属夹杂物成分变化的集成模型，介绍了夹杂物成分随时间和冷却速率的变化，提出了夹杂物成分转变分数的概念，然后介绍了夹杂物成分转变的等温转变曲线（TTT）、连续冷却转变曲线（CCT）和等径转变曲线（TDT）的概念及应用。该集成模型考虑了钢液流动、传热、凝固和元素偏析，也考虑了钢与夹杂物反应的热力学和动力学。然后以管线钢、重轨钢和轴承钢为例，进一步分析讨论了钢液凝固与冷却过程中的冷却速率、固体钢加热过程中的加热温度和加热时间、钢成分以及夹杂物尺寸等参数对夹杂物成分转变的影响。这些概念和特征曲线能够直观展示在钢液凝固冷却过程及固体钢加热过程钢中非金属夹杂物的成分转变，将钢中夹杂物的控制方略从钢液拓展到固体钢中。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.10.27.002
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为了更好求解复杂函数优化和工程约束优化问题，进一步增强JAYA算法的寻优能力，提出一种面向全局优化的混合进化 JAYA 算法。首先在计算当前最优和最差个体时引入反向学习机制，提高最优和最差个体跳离局部极值区域的可能性；然后在个体位置更新中引入并融合正弦余弦算子和差分扰动机制，不仅增加了种群的多样性，而且较好平衡与满足了算法在不同迭代时期对探索和挖掘能力的不同需求；最后在算法结构上采用奇偶不同的混合进化策略，有效利用不同演化机制的优势结果，进一步提升了算法的收敛性和精度。之后给出了算法流程伪代码，理论分析证明了改进算法的时间复杂度与基本JAYA相同，而通过6种代表性算法在包含和组合了30个基准函数的CEC2017测试套件上进行的多维度函数极值优化测试，以及对6个具挑战性的工程设计问题的优化求解，都清楚地表明改进后算法的寻优精度、收敛性能和求解稳定性均有显著提升，在求解CEC复杂函数和工程约束优化问题上有着明显优势。
为了更好求解复杂函数优化和工程约束优化问题，进一步增强JAYA算法的寻优能力，提出一种面向全局优化的混合进化 JAYA 算法。首先在计算当前最优和最差个体时引入反向学习机制，提高最优和最差个体跳离局部极值区域的可能性；然后在个体位置更新中引入并融合正弦余弦算子和差分扰动机制，不仅增加了种群的多样性，而且较好平衡与满足了算法在不同迭代时期对探索和挖掘能力的不同需求；最后在算法结构上采用奇偶不同的混合进化策略，有效利用不同演化机制的优势结果，进一步提升了算法的收敛性和精度。之后给出了算法流程伪代码，理论分析证明了改进算法的时间复杂度与基本JAYA相同，而通过6种代表性算法在包含和组合了30个基准函数的CEC2017测试套件上进行的多维度函数极值优化测试，以及对6个具挑战性的工程设计问题的优化求解，都清楚地表明改进后算法的寻优精度、收敛性能和求解稳定性均有显著提升，在求解CEC复杂函数和工程约束优化问题上有着明显优势。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.10.07.002
摘要:
MXenes(Mn+1XnTx)是一类二维无机化合物材料，由几个原子层厚度的过渡金属氮化物、碳化物或碳氮化物构成。由于具有大的比表面积、快速充放电性能和小的体积变化等优点，而受到研究人员的广泛关注。研究者希望能够利用MXenes材料研发出具有优良电化学性能的锂离子电池负极材料，从而提高电池的能量密度和寿命。然而MXenes材料制备过程中产生的层间堆积和坍塌限制了其进一步的发展。目前，研究人员通过将MXenes与其他材料复合制备出具有新结构的材料，这样不仅可以扩大层间距，改善结构，还能够帮助改进材料的电化学性能。本文综述了通过将MXenes材料与碳纳米材料、过渡金属氧化物、过渡金属硫化物和硅等材料复合改性来提高材料电化学性能的研究策略，并探讨了利用MXenes和碱金属等材料复合实现稳定无枝晶的锂离子电池金属负极的方案。最后，阐述了MXenes应用在锂离子电池负极材料中未来所要面临的挑战，并作出展望。
MXenes(Mn+1XnTx)是一类二维无机化合物材料，由几个原子层厚度的过渡金属氮化物、碳化物或碳氮化物构成。由于具有大的比表面积、快速充放电性能和小的体积变化等优点，而受到研究人员的广泛关注。研究者希望能够利用MXenes材料研发出具有优良电化学性能的锂离子电池负极材料，从而提高电池的能量密度和寿命。然而MXenes材料制备过程中产生的层间堆积和坍塌限制了其进一步的发展。目前，研究人员通过将MXenes与其他材料复合制备出具有新结构的材料，这样不仅可以扩大层间距，改善结构，还能够帮助改进材料的电化学性能。本文综述了通过将MXenes材料与碳纳米材料、过渡金属氧化物、过渡金属硫化物和硅等材料复合改性来提高材料电化学性能的研究策略，并探讨了利用MXenes和碱金属等材料复合实现稳定无枝晶的锂离子电池金属负极的方案。最后，阐述了MXenes应用在锂离子电池负极材料中未来所要面临的挑战，并作出展望。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.30.003
摘要:
负载贵金属的γ-Al2O3催化剂具有优异的有机物催化降解能力，被广泛用于处理固定源和移动源排放产生的废气，高温烧结是导致催化剂失活的重要因素之一，如何提高催化剂抗烧结性能备受关注。本综述介绍了负载贵金属的γ-Al2O3催化剂高温烧结产生的原因和机理，分析表明高温致使贵金属发生Ostwald熟化和液化团聚以及γ-Al2O3晶相转变降低催化剂比表面积降低了催化剂活性。在此基础上从贵金属、载体以及载体与贵金属间作用三个方面回顾和整理了用于提高催化剂高温热稳定的方法，并重点阐述了贵金属修饰、载体改性以及改变金属与载体相互作用来达到提高热稳定性的方法；此外，还介绍了其他方法，如限域法、晶面控制等，实现催化剂稳定性提高，为催化剂设计提供了新思路。最后，对γ-Al2O3基氧化催化剂的发展方向进行了展望。
负载贵金属的γ-Al2O3催化剂具有优异的有机物催化降解能力，被广泛用于处理固定源和移动源排放产生的废气，高温烧结是导致催化剂失活的重要因素之一，如何提高催化剂抗烧结性能备受关注。本综述介绍了负载贵金属的γ-Al2O3催化剂高温烧结产生的原因和机理，分析表明高温致使贵金属发生Ostwald熟化和液化团聚以及γ-Al2O3晶相转变降低催化剂比表面积降低了催化剂活性。在此基础上从贵金属、载体以及载体与贵金属间作用三个方面回顾和整理了用于提高催化剂高温热稳定的方法，并重点阐述了贵金属修饰、载体改性以及改变金属与载体相互作用来达到提高热稳定性的方法；此外，还介绍了其他方法，如限域法、晶面控制等，实现催化剂稳定性提高，为催化剂设计提供了新思路。最后，对γ-Al2O3基氧化催化剂的发展方向进行了展望。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.10.20.004
摘要:
采用真空熔铸和冷开坯工艺，通过优化形变热处理工艺，调控基体晶粒尺寸、第二相的析出及分布状态，制备出综合性能优异的Cu-3Ti-0.1Mg-0.05B-0.05La合金。结果表明，经过400℃/2h一次时效处理后，Cu-3Ti-0.1Mg-0.05B-0.05La合金的显微硬度可达356HV，此时电导率为14.5%IACS。TEM分析表明，Cu-3Ti-0.1Mg-0.05B-0.05La合金第二相的析出演变规律为富Ti相→颗粒状β′-Cu4Ti相→颗粒状β′-Cu4Ti相+片层状β-Cu4Ti相→片层状β-Cu4Ti相，其中颗粒状β′-Cu4Ti相是最重要的强化相，片层状β-Cu4Ti相会导致合金强度下降，但可以提高电导率。采用二次时效能够进一步优化Cu-3Ti-0.1Mg-0.05B-0.05La合金的综合性能，在合金强度基本不变的条件下，显著提升了合金的电导率。450℃/8h一次时效+50%冷轧+400℃/1h二次时效处理后合金的显微硬度和电导率分别达到了341HV和20.5%IACS。
采用真空熔铸和冷开坯工艺，通过优化形变热处理工艺，调控基体晶粒尺寸、第二相的析出及分布状态，制备出综合性能优异的Cu-3Ti-0.1Mg-0.05B-0.05La合金。结果表明，经过400℃/2h一次时效处理后，Cu-3Ti-0.1Mg-0.05B-0.05La合金的显微硬度可达356HV，此时电导率为14.5%IACS。TEM分析表明，Cu-3Ti-0.1Mg-0.05B-0.05La合金第二相的析出演变规律为富Ti相→颗粒状β′-Cu4Ti相→颗粒状β′-Cu4Ti相+片层状β-Cu4Ti相→片层状β-Cu4Ti相，其中颗粒状β′-Cu4Ti相是最重要的强化相，片层状β-Cu4Ti相会导致合金强度下降，但可以提高电导率。采用二次时效能够进一步优化Cu-3Ti-0.1Mg-0.05B-0.05La合金的综合性能，在合金强度基本不变的条件下，显著提升了合金的电导率。450℃/8h一次时效+50%冷轧+400℃/1h二次时效处理后合金的显微硬度和电导率分别达到了341HV和20.5%IACS。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.11.14.002
摘要:
锡基合金焊接接头是电子产品不可或缺的关键部位，是实现电子元器件功能化的基础，电子整机失效往往由于焊点的损伤所导致，焊点的寿命预测对电子产品的可靠性研究具有重要意义。金属间化合物（IMC）厚度是衡量焊点质量的重要参数，本文以IMC层厚度为关键性能退化参数，以62Sn36Pb2Ag组装的QFP器件焊点为研究对象，采用对在94 °C , 120 °C 和150 °C三种温度贮存不同时间后的微观形貌进行观察，测量了IMC层的厚度，基于阿伦尼乌斯方程建立了双侧界面金属间化合物生长动力学模型。并以其作为关键性能退化函数，通过对初始IMC厚度进行正态分布拟合获得失效密度函数，进而获得可靠度函数对焊点的长期贮存失效寿命进行了预测。本研究结果有望对长期贮存焊点的寿命预测方式提供新的思路，为62Sn36Pb2Ag钎料的可靠应用提供试验和数据支撑。
锡基合金焊接接头是电子产品不可或缺的关键部位，是实现电子元器件功能化的基础，电子整机失效往往由于焊点的损伤所导致，焊点的寿命预测对电子产品的可靠性研究具有重要意义。金属间化合物（IMC）厚度是衡量焊点质量的重要参数，本文以IMC层厚度为关键性能退化参数，以62Sn36Pb2Ag组装的QFP器件焊点为研究对象，采用对在94 °C , 120 °C 和150 °C三种温度贮存不同时间后的微观形貌进行观察，测量了IMC层的厚度，基于阿伦尼乌斯方程建立了双侧界面金属间化合物生长动力学模型。并以其作为关键性能退化函数，通过对初始IMC厚度进行正态分布拟合获得失效密度函数，进而获得可靠度函数对焊点的长期贮存失效寿命进行了预测。本研究结果有望对长期贮存焊点的寿命预测方式提供新的思路，为62Sn36Pb2Ag钎料的可靠应用提供试验和数据支撑。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.03.002
摘要:
煤炭生产不可避免地会对生态环境造成影响，目前煤矿生态监测的最常见的方法是基于NDVI的植被覆盖度计算。在对于露天矿的植被监测实验中，基于NDVI的植被覆盖度计算结果出现了严重的误差。为了研究该误差区域的形成原因，为草原矿区生态监测提供合适的方法，本文利用Sentinel-2数据采取遥感波段反演的方法计算了研究区的NDVI。并采取实证对比的方法对胜利、平朔矿区的NDVI分布特征进行了研究。结果表明：NDVI在具有一定植被覆盖的区域能够良好的反映地表植被覆盖情况，但在矿区内部被煤炭覆盖的区域会出现严重的误差区域。误差现象在两个研究区均会出现，且在胜利矿区影响更加严重。该误差现象出现的原因是由于NDVI的归一化算法的不足导致了其无法区分光谱曲线具有相似特征的煤炭覆盖区域和中低覆盖草地。
煤炭生产不可避免地会对生态环境造成影响，目前煤矿生态监测的最常见的方法是基于NDVI的植被覆盖度计算。在对于露天矿的植被监测实验中，基于NDVI的植被覆盖度计算结果出现了严重的误差。为了研究该误差区域的形成原因，为草原矿区生态监测提供合适的方法，本文利用Sentinel-2数据采取遥感波段反演的方法计算了研究区的NDVI。并采取实证对比的方法对胜利、平朔矿区的NDVI分布特征进行了研究。结果表明：NDVI在具有一定植被覆盖的区域能够良好的反映地表植被覆盖情况，但在矿区内部被煤炭覆盖的区域会出现严重的误差区域。误差现象在两个研究区均会出现，且在胜利矿区影响更加严重。该误差现象出现的原因是由于NDVI的归一化算法的不足导致了其无法区分光谱曲线具有相似特征的煤炭覆盖区域和中低覆盖草地。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.10.26.001
摘要:
为了研究脂肪酸不饱和度对低阶煤浮选的影响，选择碳原子个数相同但双键个数依次增加的油酸、亚油酸和亚麻酸作为浮选捕收剂对低阶煤进行浮选，并与常规非极性捕收剂柴油进行对比，通过颗粒-气泡间粘附力测试和药剂吸附的分子动力学模拟，揭示不饱和脂肪酸强化低阶煤浮选的作用机制。浮选结果表明，不饱和脂肪酸类捕收剂的浮选性能优于非极性柴油，且低阶煤浮选产率随脂肪酸不饱和度的增加而增加。采用扫描电镜（SEM）、红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）对该低阶煤表面形貌和表面官能团进行分析。SEM结果表明，该低阶煤表面疏松，含有大量孔隙与裂隙，不利于药剂在煤表面的铺展，也不利于气泡与颗粒的矿化。FTIR和XPS结果表明低阶煤表面含有大量含氧官能团（-OH和C-O），煤样表面疏水性较差，导致浮选回收率较低。对不同捕收剂条件下气泡与煤表面粘附力进行测定，柴油、油酸、亚油酸和亚麻酸体系下气泡与煤表面间最大粘附力随捕收剂不饱和程度的增加而增加，这说明颗粒的可浮性随捕收剂不饱和程度的增加而增加。进一步对不饱和脂肪酸吸附的分子动力学模拟进行分析，结果表明不饱和脂肪酸通过其极性基团与煤表面的极性基团进行氢键键和，从而在煤表面铺展。双键个数的增加使得不饱和脂肪酸的极性不断增加，其在煤表面的吸附程度逐渐增加，从而导致颗粒的可浮性增加，这是低阶煤浮选回收率随脂肪酸不饱和程度增加而增加的主要原因。
为了研究脂肪酸不饱和度对低阶煤浮选的影响，选择碳原子个数相同但双键个数依次增加的油酸、亚油酸和亚麻酸作为浮选捕收剂对低阶煤进行浮选，并与常规非极性捕收剂柴油进行对比，通过颗粒-气泡间粘附力测试和药剂吸附的分子动力学模拟，揭示不饱和脂肪酸强化低阶煤浮选的作用机制。浮选结果表明，不饱和脂肪酸类捕收剂的浮选性能优于非极性柴油，且低阶煤浮选产率随脂肪酸不饱和度的增加而增加。采用扫描电镜（SEM）、红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）对该低阶煤表面形貌和表面官能团进行分析。SEM结果表明，该低阶煤表面疏松，含有大量孔隙与裂隙，不利于药剂在煤表面的铺展，也不利于气泡与颗粒的矿化。FTIR和XPS结果表明低阶煤表面含有大量含氧官能团（-OH和C-O），煤样表面疏水性较差，导致浮选回收率较低。对不同捕收剂条件下气泡与煤表面粘附力进行测定，柴油、油酸、亚油酸和亚麻酸体系下气泡与煤表面间最大粘附力随捕收剂不饱和程度的增加而增加，这说明颗粒的可浮性随捕收剂不饱和程度的增加而增加。进一步对不饱和脂肪酸吸附的分子动力学模拟进行分析，结果表明不饱和脂肪酸通过其极性基团与煤表面的极性基团进行氢键键和，从而在煤表面铺展。双键个数的增加使得不饱和脂肪酸的极性不断增加，其在煤表面的吸附程度逐渐增加，从而导致颗粒的可浮性增加，这是低阶煤浮选回收率随脂肪酸不饱和程度增加而增加的主要原因。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.11.02.006
摘要:
为深入理解非饱和矿堆内溶浸液毛细渗流扩散以及渗流迟滞行为，本文构建适于非饱和矿堆的毛细渗流模型，利用COMSOL Multiphysics有限元数值平台开展毛细渗流可视化模拟研究，并利用时域反射器（Time Domain Reflector，TDR）实时探测了非饱和堆内持液率变化，探索了基于Design Expert的毛细渗流过程多因素响应规律，讨论了非饱和矿堆持液率、毛细吸力、孔隙率与喷淋强度间的潜在关联机制。研究结果表明：孔隙率对矿堆持液率的影响高于喷淋强度，矿堆持液率随喷淋时间的增长收敛性增加，且孔隙率小的矿堆需要更长的时间才能达到稳态持液；不考虑溶液喷淋强度影响时，矿堆持液率与孔隙比、水力传导系数呈正相关；特别是在喷淋初期（0~20s），喷淋强度、水力传导系数和孔隙比对矿堆持液率的影响更为显著；初步构建了考虑气液两相运移的非饱和矿堆溶液毛细渗流模型；毛细吸力的变化对孔隙率较小的矿堆更敏感；喷淋强度较大、孔隙比越小时，矿堆底部的毛细吸力越大，更易达到稳态持液状态。
为深入理解非饱和矿堆内溶浸液毛细渗流扩散以及渗流迟滞行为，本文构建适于非饱和矿堆的毛细渗流模型，利用COMSOL Multiphysics有限元数值平台开展毛细渗流可视化模拟研究，并利用时域反射器（Time Domain Reflector，TDR）实时探测了非饱和堆内持液率变化，探索了基于Design Expert的毛细渗流过程多因素响应规律，讨论了非饱和矿堆持液率、毛细吸力、孔隙率与喷淋强度间的潜在关联机制。研究结果表明：孔隙率对矿堆持液率的影响高于喷淋强度，矿堆持液率随喷淋时间的增长收敛性增加，且孔隙率小的矿堆需要更长的时间才能达到稳态持液；不考虑溶液喷淋强度影响时，矿堆持液率与孔隙比、水力传导系数呈正相关；特别是在喷淋初期（0~20s），喷淋强度、水力传导系数和孔隙比对矿堆持液率的影响更为显著；初步构建了考虑气液两相运移的非饱和矿堆溶液毛细渗流模型；毛细吸力的变化对孔隙率较小的矿堆更敏感；喷淋强度较大、孔隙比越小时，矿堆底部的毛细吸力越大，更易达到稳态持液状态。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.09.12.001
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电解锰阳极泥是生产电解金属锰时阳极产生的一种固体废物，其中含有大量锰、铅等资源，其中高效浸出锰是实现其资源化利用的关键。本研究提出了一种H2SO4-H2O2浸出体系强化电解锰阳极泥中锰浸出的新方法，系统研究了H2O2和H2SO4用量、反应温度、反应时间以及固液比对电解锰阳极泥中锰浸出率的影响。研究结果表明，在阳极泥与H2O2质量比1：0.5、阳极泥与H2SO4质量比1：0.6、反应温度45 ℃、固液质量比1：10条件下浸出15 min，锰的浸出率可达97.23 %，浸出渣中铅的含量高达53.71 %。酸性条件下H2O2具有还原性，电解锰阳极泥中的高价锰被还原成二价锰浸出，同时铅主要以PbSO4富集在浸出渣中。本研究结果为电解锰阳极泥的资源化利用提供了一种新思路。
电解锰阳极泥是生产电解金属锰时阳极产生的一种固体废物，其中含有大量锰、铅等资源，其中高效浸出锰是实现其资源化利用的关键。本研究提出了一种H2SO4-H2O2浸出体系强化电解锰阳极泥中锰浸出的新方法，系统研究了H2O2和H2SO4用量、反应温度、反应时间以及固液比对电解锰阳极泥中锰浸出率的影响。研究结果表明，在阳极泥与H2O2质量比1：0.5、阳极泥与H2SO4质量比1：0.6、反应温度45 ℃、固液质量比1：10条件下浸出15 min，锰的浸出率可达97.23 %，浸出渣中铅的含量高达53.71 %。酸性条件下H2O2具有还原性，电解锰阳极泥中的高价锰被还原成二价锰浸出，同时铅主要以PbSO4富集在浸出渣中。本研究结果为电解锰阳极泥的资源化利用提供了一种新思路。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.13.004
摘要:
近十余年来，钙钛矿太阳能电池光电转换效率从3.8%提升至目前的25.5%，有望成为下一代商业用薄膜太阳能电池。然而，目前广泛使用的TiO2电子传输层电子迁移率低、退火温度高、紫外光照稳定性差等特性使得器件性能，尤其是长期稳定性，面临巨大挑战。SnO2由于良好的电子迁移率、适宜的能带结构、简单的低温溶液合成以及稳定的化学结构等优点成为替代TiO2电子传输层的首选。目前，优化SnO2/钙钛矿薄膜界面来提升电池效率、稳定性引发研究热潮。因此，深入理解以及调控优化SnO2与钙钛矿薄膜界面结构至关重要。鉴于此，本文详细介绍了SnO2电子传输层本体与表面、钙钛矿本体、晶界及表面缺陷类型及特征，重点总结了SnO2电子传输层/钙钛矿、钙钛矿/空穴传输层界面调控及性能提升的研究进展。最后，针对SnO2基钙钛矿太阳能电池器件界面调控与性能优化的研究趋势和发展方向做出展望。
近十余年来，钙钛矿太阳能电池光电转换效率从3.8%提升至目前的25.5%，有望成为下一代商业用薄膜太阳能电池。然而，目前广泛使用的TiO2电子传输层电子迁移率低、退火温度高、紫外光照稳定性差等特性使得器件性能，尤其是长期稳定性，面临巨大挑战。SnO2由于良好的电子迁移率、适宜的能带结构、简单的低温溶液合成以及稳定的化学结构等优点成为替代TiO2电子传输层的首选。目前，优化SnO2/钙钛矿薄膜界面来提升电池效率、稳定性引发研究热潮。因此，深入理解以及调控优化SnO2与钙钛矿薄膜界面结构至关重要。鉴于此，本文详细介绍了SnO2电子传输层本体与表面、钙钛矿本体、晶界及表面缺陷类型及特征，重点总结了SnO2电子传输层/钙钛矿、钙钛矿/空穴传输层界面调控及性能提升的研究进展。最后，针对SnO2基钙钛矿太阳能电池器件界面调控与性能优化的研究趋势和发展方向做出展望。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.07.19.006
摘要:
突变是工程实践过程中广泛存在的现象，当系统的状态发生跳跃性变化时，基于微积分的传统数学建模方法精度较低，人工神经网络等机器学习算法虽然理论上可以逼近任意非线性函数，但是此类黑箱方法无法对突变现象做出合理的解释。基于突变理论的尖点突变模型可以用来解释系统状态的不连续变化，然而传统尖点突变模型的构建往往基于大量的先验知识来选取建模所需的输入变量，在先验知识匮乏且输入变量维度较大的情况下，模型复杂度高且精度较差。为了解决以上问题，提出了一种基于变量选择的尖点突变模型的两步构建方法。第一步，利用多模型集成重要变量选择算法(MEIVS)量化待选变量的重要性并提取重要变量；第二步，基于极大似然法(MLE)利用所提取的重要变量构建尖点突变模型，并与线性和Logistic模型作比较。结果表明，通过MEIVS降维后模型形式简单且在评价指标上优于未降维模型，说明所提算法提高了模型的精度并且降低了模型的复杂度。在具有突变特征的数据集上，尖点突变模型与线性模型、Logistic模型相比具有更高的精度，可以用来解释研究对象的不连续变化，具有实际工程意义。
突变是工程实践过程中广泛存在的现象，当系统的状态发生跳跃性变化时，基于微积分的传统数学建模方法精度较低，人工神经网络等机器学习算法虽然理论上可以逼近任意非线性函数，但是此类黑箱方法无法对突变现象做出合理的解释。基于突变理论的尖点突变模型可以用来解释系统状态的不连续变化，然而传统尖点突变模型的构建往往基于大量的先验知识来选取建模所需的输入变量，在先验知识匮乏且输入变量维度较大的情况下，模型复杂度高且精度较差。为了解决以上问题，提出了一种基于变量选择的尖点突变模型的两步构建方法。第一步，利用多模型集成重要变量选择算法(MEIVS)量化待选变量的重要性并提取重要变量；第二步，基于极大似然法(MLE)利用所提取的重要变量构建尖点突变模型，并与线性和Logistic模型作比较。结果表明，通过MEIVS降维后模型形式简单且在评价指标上优于未降维模型，说明所提算法提高了模型的精度并且降低了模型的复杂度。在具有突变特征的数据集上，尖点突变模型与线性模型、Logistic模型相比具有更高的精度，可以用来解释研究对象的不连续变化，具有实际工程意义。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.09.02.001
摘要:
机器人焊接技术具有质量稳定、效率高等特点，为实现空间内的三维复杂焊缝跟踪，提出基于分段扫描、滤波、特征点采集、路径规划的焊缝四步跟踪方法。通过安装于焊接机器人末端的激光传感器，以分段扫描方式连续多段采集焊缝数据；为提高跟踪精度，采用组合滤波的方式修正数据，有效降低焊件表面毛刺、数据失真和噪声等影响；通过特征点采集与坐标系标定确定焊接点；最后结合焊接机器人路径规划获得空间焊接路径。对二维S型焊缝与三维复杂焊缝进行了实验研究，结果表明提出的四步焊缝跟踪方法可形成完整的焊接路径，两种焊件平均跟踪误差约为0.296 mm和0.292 mm，满足机器人焊接跟踪误差低于0.5 mm的精度要求。表明所提出焊接跟踪方法的有效性，可为复杂焊缝的高精度跟踪和自动焊接研究提供有益参考。
机器人焊接技术具有质量稳定、效率高等特点，为实现空间内的三维复杂焊缝跟踪，提出基于分段扫描、滤波、特征点采集、路径规划的焊缝四步跟踪方法。通过安装于焊接机器人末端的激光传感器，以分段扫描方式连续多段采集焊缝数据；为提高跟踪精度，采用组合滤波的方式修正数据，有效降低焊件表面毛刺、数据失真和噪声等影响；通过特征点采集与坐标系标定确定焊接点；最后结合焊接机器人路径规划获得空间焊接路径。对二维S型焊缝与三维复杂焊缝进行了实验研究，结果表明提出的四步焊缝跟踪方法可形成完整的焊接路径，两种焊件平均跟踪误差约为0.296 mm和0.292 mm，满足机器人焊接跟踪误差低于0.5 mm的精度要求。表明所提出焊接跟踪方法的有效性，可为复杂焊缝的高精度跟踪和自动焊接研究提供有益参考。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.09.15.009
摘要:
本研究在连铸生产中采用大流量长水口吹氩，并采用“冷钢片沾钢法”沾取中间包钢液试样，成功沾取了中间包钢液中微小氩气泡。冷钢片沾样表面气泡为中间包上部钢/渣界面和炉渣中氩气泡，尺寸主要位于1.0-3.0 mm，但该尺寸不能反映中间包钢液内部长水口吹氩生成气泡，冷钢片沾样内部气泡为钢液内部长水口吹氩生成的气泡。结合扫描电镜和共聚焦显微镜对沾取试样内部气泡形貌、尺寸和数量进行了分析，结果表明大部分气泡为独立圆形气泡，偶见少量粘连和聚合气泡；钢液内部氩气泡尺寸主要位于100-1000 μm，平均尺寸为500 μm左右；气泡在长水口出口及其下方较为弥散，气泡密度可达15.2个/cm2。采用扫描电镜结合能谱分析，发现部分气泡内粘附有夹杂物，有些气泡粘附多个夹杂物；气泡粘附Al2O3夹杂物的几率高于粘附CaO(-MgO)-Al2O3-SiO2复合夹杂物的几率。
本研究在连铸生产中采用大流量长水口吹氩，并采用“冷钢片沾钢法”沾取中间包钢液试样，成功沾取了中间包钢液中微小氩气泡。冷钢片沾样表面气泡为中间包上部钢/渣界面和炉渣中氩气泡，尺寸主要位于1.0-3.0 mm，但该尺寸不能反映中间包钢液内部长水口吹氩生成气泡，冷钢片沾样内部气泡为钢液内部长水口吹氩生成的气泡。结合扫描电镜和共聚焦显微镜对沾取试样内部气泡形貌、尺寸和数量进行了分析，结果表明大部分气泡为独立圆形气泡，偶见少量粘连和聚合气泡；钢液内部氩气泡尺寸主要位于100-1000 μm，平均尺寸为500 μm左右；气泡在长水口出口及其下方较为弥散，气泡密度可达15.2个/cm2。采用扫描电镜结合能谱分析，发现部分气泡内粘附有夹杂物，有些气泡粘附多个夹杂物；气泡粘附Al2O3夹杂物的几率高于粘附CaO(-MgO)-Al2O3-SiO2复合夹杂物的几率。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.16.007
摘要:
为提高矿震监测系统定位精度，减少监测盲区，降低监测成本，基于分布式的思想，提出一种基于手机移动传感网络的矿震定位方法。首先以矿区附近工人及家属等使用的智能手机建立手机移动传感网络，其次对模拟震源点网格化，构建基于标准差的目标函数，提出改进的萤火虫寻优策略，并使用拐点回溯法以及手机移动传感网络排除离散点策略(EDPS)降低定位误差，最后通过矿震模拟实验进行验证。实验结果表明：在手机移动传感网络无到时误差理想情况下，所有模拟震源点都能够准确收敛至震源位置，定位误差小于1m。但手机相较于检波器到时误差较高，且定位误差与到时误差具有相关性，当手机到时误差为-1.0s~1.0s时，传统算法定位误差为216m，无法实现高精度定位。通过研究目标函数值与定位误差间的关系，提出并使用拐点回溯法以及EDPS两种优化方法，算法绝对定位误差降低至73m，当到时误差为-0.2s~0.2s时，绝对定位误差降低至17m，定位精度提高76.1%。基于手机移动传感网络的矿震群智定位方法，为矿震监测提供了一种新方法，未来可考虑与井下微震系统联合，在节省监测成本、提高定位精度方面具有重要意义。
为提高矿震监测系统定位精度，减少监测盲区，降低监测成本，基于分布式的思想，提出一种基于手机移动传感网络的矿震定位方法。首先以矿区附近工人及家属等使用的智能手机建立手机移动传感网络，其次对模拟震源点网格化，构建基于标准差的目标函数，提出改进的萤火虫寻优策略，并使用拐点回溯法以及手机移动传感网络排除离散点策略(EDPS)降低定位误差，最后通过矿震模拟实验进行验证。实验结果表明：在手机移动传感网络无到时误差理想情况下，所有模拟震源点都能够准确收敛至震源位置，定位误差小于1m。但手机相较于检波器到时误差较高，且定位误差与到时误差具有相关性，当手机到时误差为-1.0s~1.0s时，传统算法定位误差为216m，无法实现高精度定位。通过研究目标函数值与定位误差间的关系，提出并使用拐点回溯法以及EDPS两种优化方法，算法绝对定位误差降低至73m，当到时误差为-0.2s~0.2s时，绝对定位误差降低至17m，定位精度提高76.1%。基于手机移动传感网络的矿震群智定位方法，为矿震监测提供了一种新方法，未来可考虑与井下微震系统联合，在节省监测成本、提高定位精度方面具有重要意义。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.09.005
摘要:
针对热管良好的散热能力和两级热电制冷器能达到更大的制冷温差的特性，提出了一种基于热管散热的两级热电冷水机模型。基于有限时间热力学和非平衡热力学，考虑包括汤姆逊效应在内的各种热电效应，用数值模拟的方法分析了恒温热源下工作电流、热电单元分配比以及热管几何参数(热管外径、蒸发段长度和吸液芯厚度)对该装置制冷率、制冷系数和极限制冷温差的影响。在热电单元总对数一定的约束条件下，分别以制冷率和制冷系数最大为目标，以电流和热电单元分配比为优化变量，优化了装置性能，并分析了关键参数对最优变量和最优性能的影响，得到了协调制冷率和制冷系数的最优区间。
针对热管良好的散热能力和两级热电制冷器能达到更大的制冷温差的特性，提出了一种基于热管散热的两级热电冷水机模型。基于有限时间热力学和非平衡热力学，考虑包括汤姆逊效应在内的各种热电效应，用数值模拟的方法分析了恒温热源下工作电流、热电单元分配比以及热管几何参数(热管外径、蒸发段长度和吸液芯厚度)对该装置制冷率、制冷系数和极限制冷温差的影响。在热电单元总对数一定的约束条件下，分别以制冷率和制冷系数最大为目标，以电流和热电单元分配比为优化变量，优化了装置性能，并分析了关键参数对最优变量和最优性能的影响，得到了协调制冷率和制冷系数的最优区间。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.07.04.002
摘要:
探寻事物之间的因果效应在统计学、计算机科学、计量经济学等许多领域都是一个颇具潜力的研究课题。本文简要介绍因果推断所涉及的基本概念及其三种分析框架：反事实框架、潜在结果模型和结构因果模型。首先，从反事实框架介绍因果效应的发端；然后，从基于反事实的两个因果推断分析框架：潜在结果模型和结构因果模型，来分别阐述两个分析框架所涉及的关键理论和应用方法。其中，潜在结果模型使用数学和可计算的语言对因果理论进行阐述，是一种将假设、命题和结论清晰化表达的计算模型，其在原因和结果变量已知的前提下定量分析原因变量对结果变量的因果效应，并对缺失的潜在结果进行补齐，使观察性研究的效果接近试验性研究。结构因果模型则是一种基于图论的因果推断方法，它将事件分为观察、干预和反事实三个层级，并通过do-运算将干预和反事实层级的因果关系都降维成可以通过统计学手段解决的问题。最后，本文探讨了现今多领域内因果推断的应用场景，并总结了三种分析框架的异同点。
探寻事物之间的因果效应在统计学、计算机科学、计量经济学等许多领域都是一个颇具潜力的研究课题。本文简要介绍因果推断所涉及的基本概念及其三种分析框架：反事实框架、潜在结果模型和结构因果模型。首先，从反事实框架介绍因果效应的发端；然后，从基于反事实的两个因果推断分析框架：潜在结果模型和结构因果模型，来分别阐述两个分析框架所涉及的关键理论和应用方法。其中，潜在结果模型使用数学和可计算的语言对因果理论进行阐述，是一种将假设、命题和结论清晰化表达的计算模型，其在原因和结果变量已知的前提下定量分析原因变量对结果变量的因果效应，并对缺失的潜在结果进行补齐，使观察性研究的效果接近试验性研究。结构因果模型则是一种基于图论的因果推断方法，它将事件分为观察、干预和反事实三个层级，并通过do-运算将干预和反事实层级的因果关系都降维成可以通过统计学手段解决的问题。最后，本文探讨了现今多领域内因果推断的应用场景，并总结了三种分析框架的异同点。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.27.007
摘要:
针对自行车机器人侧向自平衡问题，以一类装有角动量轮的自行车机器人为研究对象，提出一种新的平衡控制方法。该方法根据自行车机器人的侧向平衡条件，构造机器人平衡控制的运动学约束，并将平衡约束视为控制目标。基于Udwadia-Kalaba（U-K）理论，建立满足机器人侧向平衡的扭矩解析模型，设计基于模型的平衡约束跟随控制器。研究结果表明，所提控制方法能够实现自行车机器人的侧向平衡，克服机器人侧向横滚角θ初始偏差的干扰，通过对平衡扭矩模型的计算，对自行车机器人进行主动平衡控制。相较于传统反馈控制方法，该种基于模型设计的控制方法，具有系统响应速度快、超调量小和控制扭矩易于优化等特点。借助MATLAB软件，对所提控制方法进行了仿真验证，实现了初始横滚角速度分别为0°/s、1°/s、2°/s、5°/s条件下的自行车机器人侧向自平衡控制，仿真结果验证了控制系统的稳定性和有效性，为无人驾驶自行车机器人的平衡控制领域提供了一个新的思路。
针对自行车机器人侧向自平衡问题，以一类装有角动量轮的自行车机器人为研究对象，提出一种新的平衡控制方法。该方法根据自行车机器人的侧向平衡条件，构造机器人平衡控制的运动学约束，并将平衡约束视为控制目标。基于Udwadia-Kalaba（U-K）理论，建立满足机器人侧向平衡的扭矩解析模型，设计基于模型的平衡约束跟随控制器。研究结果表明，所提控制方法能够实现自行车机器人的侧向平衡，克服机器人侧向横滚角θ初始偏差的干扰，通过对平衡扭矩模型的计算，对自行车机器人进行主动平衡控制。相较于传统反馈控制方法，该种基于模型设计的控制方法，具有系统响应速度快、超调量小和控制扭矩易于优化等特点。借助MATLAB软件，对所提控制方法进行了仿真验证，实现了初始横滚角速度分别为0°/s、1°/s、2°/s、5°/s条件下的自行车机器人侧向自平衡控制，仿真结果验证了控制系统的稳定性和有效性，为无人驾驶自行车机器人的平衡控制领域提供了一个新的思路。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.28.004
摘要:
为促进凝灰岩固体废弃物的有效利用，该文提出一种凝灰岩石粉胶凝材料的制备方法，制备过程为先后添加NaOH和Na2SiO3溶液，并进行60 ℃密闭养护。保持Na2SiO3溶液浓度恒定并改变NaOH浓度，通过抗压强度测试，以及pH值测定、扫描电镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）、X射线衍射分析（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等表征，探讨了碱液浓度对石粉聚合强度的影响规律及相关机理。结果表明，2.5 M~12.5 M的NaOH浓度范围，最佳浓度为7.5 M~10 M，凝灰岩石粉聚合物的28天最大抗压强度达到71.33 MPa。随着激发剂中NaOH浓度的升高，颗粒表面的溶解程度提高，表面硅铝酸盐生成物增加，使抗压强度提高。但是，当其浓度超过最优值后，孔隙直径增大，凝灰岩石粉颗粒表面的粘结面积减小，从而造成强度降低。当NaOH浓度为2.5 M和5 M时，抗压强度发展主要在3天~7天之间，当NaOH浓度为7.5 M、10 M和12.5 M时，抗压强度发展主要在7天~14天之间。抗压强度发展与试样浸出液的pH值变化有较好对应关系，pH值随龄期下降阶段对应试样的强度上升阶段。主要机理为，碱激发反应过程大量消耗OH-，该过程为强度上升阶段；过高的OH-浓度可能使聚合和缩聚阶段产物重新解聚，以及静电斥力的增大使颗粒趋向点-面接触，引起强度的下降。
为促进凝灰岩固体废弃物的有效利用，该文提出一种凝灰岩石粉胶凝材料的制备方法，制备过程为先后添加NaOH和Na2SiO3溶液，并进行60 ℃密闭养护。保持Na2SiO3溶液浓度恒定并改变NaOH浓度，通过抗压强度测试，以及pH值测定、扫描电镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）、X射线衍射分析（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等表征，探讨了碱液浓度对石粉聚合强度的影响规律及相关机理。结果表明，2.5 M~12.5 M的NaOH浓度范围，最佳浓度为7.5 M~10 M，凝灰岩石粉聚合物的28天最大抗压强度达到71.33 MPa。随着激发剂中NaOH浓度的升高，颗粒表面的溶解程度提高，表面硅铝酸盐生成物增加，使抗压强度提高。但是，当其浓度超过最优值后，孔隙直径增大，凝灰岩石粉颗粒表面的粘结面积减小，从而造成强度降低。当NaOH浓度为2.5 M和5 M时，抗压强度发展主要在3天~7天之间，当NaOH浓度为7.5 M、10 M和12.5 M时，抗压强度发展主要在7天~14天之间。抗压强度发展与试样浸出液的pH值变化有较好对应关系，pH值随龄期下降阶段对应试样的强度上升阶段。主要机理为，碱激发反应过程大量消耗OH-，该过程为强度上升阶段；过高的OH-浓度可能使聚合和缩聚阶段产物重新解聚，以及静电斥力的增大使颗粒趋向点-面接触，引起强度的下降。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.27.005
摘要:
本文研究了温度对镍基高温合金GH4169蠕变性能及微观组织的影响，并分析其断口形貌和蠕变断裂机理。实验结果表明，随着蠕变温度的升高，GH4169合金的稳态蠕变速率逐渐升高，蠕变寿命显著降低，即该合金有极强的温度敏感性。蠕变过程中，γ″相长大聚集，并向δ相转变，随着蠕变温度的升高，γ″相向δ相转变的越快，晶内的γ″相数量减少，δ相所占面积增加，尺寸增大，次生裂纹数量减少，尺寸减小。当蠕变温度为650 ℃时，断口中存在较多亮白色撕裂棱，韧窝尺寸大小不一，有少量析出物和碳化物；当温度提高到670 ℃时，韧窝尺寸减小，以浅韧窝为主，且出现解理面；当温度提高到690 ℃时，只存在少量韧窝，且δ相的数量显著增多，出现解理台阶，断裂方式为解理断裂或准解理断裂。
本文研究了温度对镍基高温合金GH4169蠕变性能及微观组织的影响，并分析其断口形貌和蠕变断裂机理。实验结果表明，随着蠕变温度的升高，GH4169合金的稳态蠕变速率逐渐升高，蠕变寿命显著降低，即该合金有极强的温度敏感性。蠕变过程中，γ″相长大聚集，并向δ相转变，随着蠕变温度的升高，γ″相向δ相转变的越快，晶内的γ″相数量减少，δ相所占面积增加，尺寸增大，次生裂纹数量减少，尺寸减小。当蠕变温度为650 ℃时，断口中存在较多亮白色撕裂棱，韧窝尺寸大小不一，有少量析出物和碳化物；当温度提高到670 ℃时，韧窝尺寸减小，以浅韧窝为主，且出现解理面；当温度提高到690 ℃时，只存在少量韧窝，且δ相的数量显著增多，出现解理台阶，断裂方式为解理断裂或准解理断裂。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.25.005
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高炉操作炉型与高炉操作、技术经济指标等关系密切，合理的操作炉型有利于保证高炉生产的优质、低耗、高产、长寿。通过对冷却壁温度的聚类分析，能够有效合理地表征高炉操作炉型的变化，对高炉生产有着重要的指导意义。本文分别采用K-Means、TwoStep对数据集进行聚类分析，基于两种聚类算法的原理，结合Davies-Bouldin评价指标对聚类结果进行评价，分析不同聚类算法间的差异，得出了在本文所选的样本数据及数据特征基础上，K-Means算法聚类结果更好的结论，该研究可为高炉炼铁大数据分析中的聚类算法选择提供有力参考。
高炉操作炉型与高炉操作、技术经济指标等关系密切，合理的操作炉型有利于保证高炉生产的优质、低耗、高产、长寿。通过对冷却壁温度的聚类分析，能够有效合理地表征高炉操作炉型的变化，对高炉生产有着重要的指导意义。本文分别采用K-Means、TwoStep对数据集进行聚类分析，基于两种聚类算法的原理，结合Davies-Bouldin评价指标对聚类结果进行评价，分析不同聚类算法间的差异，得出了在本文所选的样本数据及数据特征基础上，K-Means算法聚类结果更好的结论，该研究可为高炉炼铁大数据分析中的聚类算法选择提供有力参考。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.07.09.006
摘要:
高浓度尾砂料浆具有复杂的触变性，颗粒粒径是影响料浆触变性的重要因素，颗粒粒径对触变性影响的定量研究尚不丰富。为探究高浓度尾砂膏体的颗粒粒径对触变性的影响，使用同种尾砂制备了不同平均粒径的样品并制成膏体，开展恒剪切速率实验。结果表明，尾砂膏体具有显著的触变性，恒剪切速率条件下呈剪切稀化。稳态条件下，料浆宾汉姆屈服应力、稳态屈服应力、宾汉姆黏度均与颗粒平均粒径平方的倒数呈线性正相关。瞬态条件下，颗粒平均粒径和相应瞬态拟合参数呈线性关联。推荐的稳态和触变性模型均表现出较高的适用性。通过数据拟合构建了稳态剪切应力和瞬态剪切应力的预测模型，定量表征颗粒平均粒径对触变性料浆稳态和瞬态流变行为的影响。
高浓度尾砂料浆具有复杂的触变性，颗粒粒径是影响料浆触变性的重要因素，颗粒粒径对触变性影响的定量研究尚不丰富。为探究高浓度尾砂膏体的颗粒粒径对触变性的影响，使用同种尾砂制备了不同平均粒径的样品并制成膏体，开展恒剪切速率实验。结果表明，尾砂膏体具有显著的触变性，恒剪切速率条件下呈剪切稀化。稳态条件下，料浆宾汉姆屈服应力、稳态屈服应力、宾汉姆黏度均与颗粒平均粒径平方的倒数呈线性正相关。瞬态条件下，颗粒平均粒径和相应瞬态拟合参数呈线性关联。推荐的稳态和触变性模型均表现出较高的适用性。通过数据拟合构建了稳态剪切应力和瞬态剪切应力的预测模型，定量表征颗粒平均粒径对触变性料浆稳态和瞬态流变行为的影响。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.17.004
摘要:
锂离子电池（LIBS）已经广泛应用到便携式电子产品和电动汽车上。然而，随着锂资源的开采使用，锂离子电池的成本也在逐渐增加。相比之下，地壳中较高的钾含量使得钾离子电池（KIBs）成本相对较低。进而，钾离子电池作为一种新型低成本储能器件受到了广泛关注。但钾离子的半径较大，这导致充放电过程中，离子嵌入脱出的动力学性能较差。因此，电池电极材料的选择面临着新的挑战。本文对钾离子电池电极材料进行了分类和总结，重点介绍了石墨及各种形式的碳材料、过渡金属氧化物、合金类等负极材料以及普鲁士蓝、层状金属氧化物、聚阴离子型化合物等正极材料的研究进展，并对钾离子电池的发展进行了展望，以期对高性能钾离子电池的发展提供新思路。
锂离子电池（LIBS）已经广泛应用到便携式电子产品和电动汽车上。然而，随着锂资源的开采使用，锂离子电池的成本也在逐渐增加。相比之下，地壳中较高的钾含量使得钾离子电池（KIBs）成本相对较低。进而，钾离子电池作为一种新型低成本储能器件受到了广泛关注。但钾离子的半径较大，这导致充放电过程中，离子嵌入脱出的动力学性能较差。因此，电池电极材料的选择面临着新的挑战。本文对钾离子电池电极材料进行了分类和总结，重点介绍了石墨及各种形式的碳材料、过渡金属氧化物、合金类等负极材料以及普鲁士蓝、层状金属氧化物、聚阴离子型化合物等正极材料的研究进展，并对钾离子电池的发展进行了展望，以期对高性能钾离子电池的发展提供新思路。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.29.008
摘要:
钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要原因。本文以钢筋混凝土梁为研究对象，考虑钢筋非均匀锈蚀膨胀效应，建立三维钢筋混凝土梁剪切破坏分析的多阶段数值分析模型。钢筋的非均匀锈蚀膨胀以施加非均匀径向位移的方式模拟，并以此“最终状态”作为之后混凝土梁静载试验的“初始条件”输入，进而模拟构件的力学行为。在验证了多阶段数值模型合理性的基础上，分析了纵筋锈蚀引起的保护层锈胀开裂和构件性能退化；并探讨了剪跨比对无腹筋混凝土梁抗剪性能的影响规律。最后，基于模拟结果对相关设计规范中的抗剪承载力计算公式进行了讨论，发展建立了考虑锈蚀影响的无腹筋混凝土梁抗剪承载力计算方法。
钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要原因。本文以钢筋混凝土梁为研究对象，考虑钢筋非均匀锈蚀膨胀效应，建立三维钢筋混凝土梁剪切破坏分析的多阶段数值分析模型。钢筋的非均匀锈蚀膨胀以施加非均匀径向位移的方式模拟，并以此“最终状态”作为之后混凝土梁静载试验的“初始条件”输入，进而模拟构件的力学行为。在验证了多阶段数值模型合理性的基础上，分析了纵筋锈蚀引起的保护层锈胀开裂和构件性能退化；并探讨了剪跨比对无腹筋混凝土梁抗剪性能的影响规律。最后，基于模拟结果对相关设计规范中的抗剪承载力计算公式进行了讨论，发展建立了考虑锈蚀影响的无腹筋混凝土梁抗剪承载力计算方法。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.07.28.001
摘要:
ODS钢因其良好的高温力学性能和抗辐照性能被认为是钠冷快堆包壳材料的重要候选材料。本文通过机械合金化以及热等静压和锻造工艺制备15Ni-15Cr ODS奥氏体钢，并且采用相同工艺制备了不加氧化物的15Ni-15Cr奥氏体钢作为参比材料。利用TEM对样品的微观结构进行分析，发现15Ni-15Cr和15Ni-15Cr ODS奥氏体钢晶粒尺寸分别为0.75 μm、0.5 μm。15Ni-15Cr ODS奥氏体钢中分布的氧化物弥散粒子主要为δ-Y4Zr3O12以及少量的Al2O3。15Ni-15Cr ODS奥氏体钢中氧化物弥散粒子的平均粒径为12.8 nm、数密度5.5×1022 /m3、粒子间距26 nm。相比于15Ni-15Cr奥氏体钢，15Ni-15Cr ODS钢具有更高的强度，但是高温塑性降低。
ODS钢因其良好的高温力学性能和抗辐照性能被认为是钠冷快堆包壳材料的重要候选材料。本文通过机械合金化以及热等静压和锻造工艺制备15Ni-15Cr ODS奥氏体钢，并且采用相同工艺制备了不加氧化物的15Ni-15Cr奥氏体钢作为参比材料。利用TEM对样品的微观结构进行分析，发现15Ni-15Cr和15Ni-15Cr ODS奥氏体钢晶粒尺寸分别为0.75 μm、0.5 μm。15Ni-15Cr ODS奥氏体钢中分布的氧化物弥散粒子主要为δ-Y4Zr3O12以及少量的Al2O3。15Ni-15Cr ODS奥氏体钢中氧化物弥散粒子的平均粒径为12.8 nm、数密度5.5×1022 /m3、粒子间距26 nm。相比于15Ni-15Cr奥氏体钢，15Ni-15Cr ODS钢具有更高的强度，但是高温塑性降低。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.01.003
摘要:
智能阻锈剂具有控释、长效、靶向特征，解决了传统阻锈剂过早失活、过量投放的问题。本文采用第一性原理计算、物理检测和电化学方法研究了智能阻锈剂LDH-NO2的控释规律和缓蚀行为，结果表明：1）在氯离子侵蚀或碳化的混凝土环境中，LDH-NO2中的NO2?可快速、自发释放；2）LDH-NO2对碳化环境敏感，其中的离子交换反应能更大，反应产物的稳定性更好；3）含氯碳化混凝土环境中，5 g/L LDH-NO2对碳钢钢筋的缓蚀效率超过80%；4）LDH-NO2的缓蚀性能主要源于NO2?的释放，而非腐蚀性离子的吸附。
智能阻锈剂具有控释、长效、靶向特征，解决了传统阻锈剂过早失活、过量投放的问题。本文采用第一性原理计算、物理检测和电化学方法研究了智能阻锈剂LDH-NO2的控释规律和缓蚀行为，结果表明：1）在氯离子侵蚀或碳化的混凝土环境中，LDH-NO2中的NO2?可快速、自发释放；2）LDH-NO2对碳化环境敏感，其中的离子交换反应能更大，反应产物的稳定性更好；3）含氯碳化混凝土环境中，5 g/L LDH-NO2对碳钢钢筋的缓蚀效率超过80%；4）LDH-NO2的缓蚀性能主要源于NO2?的释放，而非腐蚀性离子的吸附。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.05.003
摘要:
本文对铁酸锌非等温碳热还原反应动力学及其还原反应机理进行了研究。通过不同温度条件下还原后的铁酸锌团块物相分析(XRD)对其碳热还原的物相转变过程进行了解析，950℃时出现FeO0.85·xZnO无定型物质，此时Fe3+被还原成Fe2+。探讨了铁酸锌碳热还原过程转化率与转化速率的关系，该还原过程可以划分为三个阶段，第二阶段的转化率变化最大(0.085~0.813)。最后，通过等转化率法和主曲线拟合法对不同升温速率条件下铁酸锌碳热还原第二阶段的动力学进行了分析，可以得出第二阶段的平均活化能为362.16 kJ/mol，二级化学反应是这一阶段的主要控速环节，并确定了第二阶段的主要控速方程。
本文对铁酸锌非等温碳热还原反应动力学及其还原反应机理进行了研究。通过不同温度条件下还原后的铁酸锌团块物相分析(XRD)对其碳热还原的物相转变过程进行了解析，950℃时出现FeO0.85·xZnO无定型物质，此时Fe3+被还原成Fe2+。探讨了铁酸锌碳热还原过程转化率与转化速率的关系，该还原过程可以划分为三个阶段，第二阶段的转化率变化最大(0.085~0.813)。最后，通过等转化率法和主曲线拟合法对不同升温速率条件下铁酸锌碳热还原第二阶段的动力学进行了分析，可以得出第二阶段的平均活化能为362.16 kJ/mol，二级化学反应是这一阶段的主要控速环节，并确定了第二阶段的主要控速方程。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.24.003
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.29.001
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.16.008
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.15.001
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.02.003
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.07.31.002
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.02.002
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.17.008
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.30.003
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.12.004
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.10.001
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.29.002
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.07.005
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.18.003
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.02.002
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.30.001
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.07.001
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.30.002
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.04.004
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%。
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%。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.08.002
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.11.005
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.16.005
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.30.004
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%。
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%。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.11.001
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.
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.
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.25.002
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.22.002
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.16.005
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.30.003
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.06.001
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.02.19.002
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%。
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%。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.21.002
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.16.002
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.10.002
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。
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。
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采用Gamma随机过程描述车辆荷载频率函数，提出了基于荷载频率增大的钢筋混凝土桥梁时变可靠度分析方法。考虑历史荷载信息对桥梁时变抗力的验证作用，改进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，对某装配式预应力混凝土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；结构在20至40 a的时变失效概率介于验证荷载为31.6%至36.4%初始抗力的失效概率之间，证明改进的公式具有更高的精度。当荷载频率λ小于10 a−1，考察范围不超过35 a，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λ(t)的可靠度计算方法；若一年两遇的车载强度超过结构初始抗力的36.4%，且年均增长率γ超过150%时，在海洋环境建造的钢筋混凝土梁桥在20 a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。
采用Gamma随机过程描述车辆荷载频率函数，提出了基于荷载频率增大的钢筋混凝土桥梁时变可靠度分析方法。考虑历史荷载信息对桥梁时变抗力的验证作用，改进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，对某装配式预应力混凝土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；结构在20至40 a的时变失效概率介于验证荷载为31.6%至36.4%初始抗力的失效概率之间，证明改进的公式具有更高的精度。当荷载频率λ小于10 a−1，考察范围不超过35 a，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λ(t)的可靠度计算方法；若一年两遇的车载强度超过结构初始抗力的36.4%，且年均增长率γ超过150%时，在海洋环境建造的钢筋混凝土梁桥在20 a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。
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研究了生物质复合团块在高炉中的反应行为，该复合团块主要成分(质量分数)为：11.1% C、72.7% Fe3O4、11.25% FeO、0.77% Fe和4.67% 脉石。并对高炉环境下复合团块的反应行为进行了建模，通过高炉气氛下的等温动力学实验确定模型参数并进行了模型验证。进一步，结合模型模拟，模拟高炉环境的实验和团块微观结构分析，对模拟高炉条件下和实际高炉条件下团块的反应行为进行了分析。研究结果表明：模拟高炉条件下，在60 min (973 K) 到120 min (1273 K) 期间， 团块的微观结构发生明显变化，其微观结构由渣相网络结构向金属铁网络结构转变。在实际高炉中，复合团块的反应进程主要包括三个阶段：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，与烧结矿相比，团块内氧化铁还原速率更快；与焦炭相比，团块内生物质炭气化速率更高。同时，在此阶段，团块有提高高炉煤气利用率和降低高炉热储备区温度的作用。
研究了生物质复合团块在高炉中的反应行为，该复合团块主要成分(质量分数)为：11.1% C、72.7% Fe3O4、11.25% FeO、0.77% Fe和4.67% 脉石。并对高炉环境下复合团块的反应行为进行了建模，通过高炉气氛下的等温动力学实验确定模型参数并进行了模型验证。进一步，结合模型模拟，模拟高炉环境的实验和团块微观结构分析，对模拟高炉条件下和实际高炉条件下团块的反应行为进行了分析。研究结果表明：模拟高炉条件下，在60 min (973 K) 到120 min (1273 K) 期间， 团块的微观结构发生明显变化，其微观结构由渣相网络结构向金属铁网络结构转变。在实际高炉中，复合团块的反应进程主要包括三个阶段：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，与烧结矿相比，团块内氧化铁还原速率更快；与焦炭相比，团块内生物质炭气化速率更高。同时，在此阶段，团块有提高高炉煤气利用率和降低高炉热储备区温度的作用。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.12.18.004
摘要:
针对废石全尾砂高浓度充填料浆管输易堵管及充填体分层的问题，开展减水剂、搅拌参数等对料浆均质性影响的试验及料浆均质化定量表征的研究。首先基于泌水−坍落度试验确定了聚羧酸系(PC)减水剂及其掺量区间，获得了PC作用下的料浆流变参数及充填体强度的变化规律。其次，通过图像处理技术分析搅拌料浆表面特征，明确了PC作用下搅拌时长及废尾比(废石与尾矿质量比)对料浆均质化的影响规律。最后，构建了废石全尾砂高浓度充填料浆的均质化模型。结果表明，PC作用能够降低料浆的屈服应力与塑性黏度系数，改善料浆流动性。合理掺量可以提升充填体的早期强度，但对28 d强度有削弱。料浆表面图像信息熵越高、黑色像素点占比越小，料浆均质化程度越高，且均质化程度随搅拌时长、废尾比的增大呈先增大后减小趋势。当PC的质量分数为0.26%~0.5%时，料浆均质化程度高，PC质量分数为0.5%时料浆屈服应力和塑性黏度达到最小值，分别为202.25 Pa和0.79 Pa·s。
针对废石全尾砂高浓度充填料浆管输易堵管及充填体分层的问题，开展减水剂、搅拌参数等对料浆均质性影响的试验及料浆均质化定量表征的研究。首先基于泌水−坍落度试验确定了聚羧酸系(PC)减水剂及其掺量区间，获得了PC作用下的料浆流变参数及充填体强度的变化规律。其次，通过图像处理技术分析搅拌料浆表面特征，明确了PC作用下搅拌时长及废尾比(废石与尾矿质量比)对料浆均质化的影响规律。最后，构建了废石全尾砂高浓度充填料浆的均质化模型。结果表明，PC作用能够降低料浆的屈服应力与塑性黏度系数，改善料浆流动性。合理掺量可以提升充填体的早期强度，但对28 d强度有削弱。料浆表面图像信息熵越高、黑色像素点占比越小，料浆均质化程度越高，且均质化程度随搅拌时长、废尾比的增大呈先增大后减小趋势。当PC的质量分数为0.26%~0.5%时，料浆均质化程度高，PC质量分数为0.5%时料浆屈服应力和塑性黏度达到最小值，分别为202.25 Pa和0.79 Pa·s。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.17.001
摘要:
炼钢过程是极其复杂的工业场景，影响因素多且安全性要求极高，是当前深度学习尚未大规模应用的领域之一。在对深度学习的原理和类型进行梳理的基础之上，结合国内外应用实例，总结了深度学习在炼钢过程中的发展历程与研究现状。指出了深度学习在炼钢过程中应用主要有特征提取简单、泛化能力强、模型可塑性高的优势，同时也面临数据依赖性高、预处理难度大、生产安全性有待验证的挑战。提出了未来随着高精度传感器的应用、物联网的普及、计算硬件的迭代、以及算法的创新，深度学习模型可以更加有效地应用于炼钢的更多场景中，将推动冶金工业智能化发展。
炼钢过程是极其复杂的工业场景，影响因素多且安全性要求极高，是当前深度学习尚未大规模应用的领域之一。在对深度学习的原理和类型进行梳理的基础之上，结合国内外应用实例，总结了深度学习在炼钢过程中的发展历程与研究现状。指出了深度学习在炼钢过程中应用主要有特征提取简单、泛化能力强、模型可塑性高的优势，同时也面临数据依赖性高、预处理难度大、生产安全性有待验证的挑战。提出了未来随着高精度传感器的应用、物联网的普及、计算硬件的迭代、以及算法的创新，深度学习模型可以更加有效地应用于炼钢的更多场景中，将推动冶金工业智能化发展。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.30.003
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VOCs催化氧化为主题的论文最多的国家，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，对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，最热门的元素是Mn，实验中最常见的VOCs类底物是甲苯。总结了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。
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VOCs催化氧化为主题的论文最多的国家，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，对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，最热门的元素是Mn，实验中最常见的VOCs类底物是甲苯。总结了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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.10.08.003
摘要:
针对龙芯中央处理器（CPU）无对应高性能服务器芯片组的现状，设计开发了一种为龙芯CPU筛选芯片组的架构，并实现了一种龙芯CPU和芯片组适配的方法。提出了采用现场可编程门阵列（FPGA）串联在龙芯CPU和即将适配的多组芯片组之间的架构。借助于此架构，设计实现了在CPU和芯片组之间待处理物理信号线的连接方法，设计了两者之间上下电时序配合的调试方法，设计实现了规避两者信号协议差异的方法。借助该架构和这些方法能够实现同时筛选多款芯片组的目的，避免了以前需要设计多款主板进行适配的情况，节省了重复研发主板的成本；找到了可以适配龙芯CPU的高性能服务器芯片组；其芯片组规格参数和性能高于目前龙芯CPU所用的芯片组，开拓了其在服务器领域的应用。
针对龙芯中央处理器（CPU）无对应高性能服务器芯片组的现状，设计开发了一种为龙芯CPU筛选芯片组的架构，并实现了一种龙芯CPU和芯片组适配的方法。提出了采用现场可编程门阵列（FPGA）串联在龙芯CPU和即将适配的多组芯片组之间的架构。借助于此架构，设计实现了在CPU和芯片组之间待处理物理信号线的连接方法，设计了两者之间上下电时序配合的调试方法，设计实现了规避两者信号协议差异的方法。借助该架构和这些方法能够实现同时筛选多款芯片组的目的，避免了以前需要设计多款主板进行适配的情况，节省了重复研发主板的成本；找到了可以适配龙芯CPU的高性能服务器芯片组；其芯片组规格参数和性能高于目前龙芯CPU所用的芯片组，开拓了其在服务器领域的应用。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.25.001
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号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、黏聚力、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会发生变化，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，底板任意一点与煤柱中心线的距离越大，最大主应力偏转角度越小；随着11号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。
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号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、黏聚力、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会发生变化，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，底板任意一点与煤柱中心线的距离越大，最大主应力偏转角度越小；随着11号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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.11.01.001
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吸附法是有望同时实现烟气NOx超低排放深度净化与资源化的关键技术，高效NOx吸附剂是其核心关键，然而目前针对满足应用需求的NOx吸附剂仍缺乏系统认识。本文基于烟气NOx净化效率及材料热稳定性实际需求，分析挑选了沸石、金属氧化物、硅铝胶等代表性吸附剂，研究了NOx在各吸附剂上的吸附穿透、吸附量、程序升温脱附等关键特性，结合吸附剂孔道特性对比发现，中低硅H-ZSM-5沸石兼具较高NOx净化深度、NOx吸附量、较低脱附温度且可获得更易于资源化的NOx解吸气，因而可作为优选NOx吸附剂。进一步地，随着吸附温度升高，硅铝比(w(SiO2)/w(Al2O3) )为25、38的H-ZSM-5的NOx吸附量均降低，其中低硅H-ZSM-5的NOx吸附量较高，但吸附传质系数较低。本文可为烟气NOx吸附净化的效益环保技术提供指导。
吸附法是有望同时实现烟气NOx超低排放深度净化与资源化的关键技术，高效NOx吸附剂是其核心关键，然而目前针对满足应用需求的NOx吸附剂仍缺乏系统认识。本文基于烟气NOx净化效率及材料热稳定性实际需求，分析挑选了沸石、金属氧化物、硅铝胶等代表性吸附剂，研究了NOx在各吸附剂上的吸附穿透、吸附量、程序升温脱附等关键特性，结合吸附剂孔道特性对比发现，中低硅H-ZSM-5沸石兼具较高NOx净化深度、NOx吸附量、较低脱附温度且可获得更易于资源化的NOx解吸气，因而可作为优选NOx吸附剂。进一步地，随着吸附温度升高，硅铝比(w(SiO2)/w(Al2O3) )为25、38的H-ZSM-5的NOx吸附量均降低，其中低硅H-ZSM-5的NOx吸附量较高，但吸附传质系数较低。本文可为烟气NOx吸附净化的效益环保技术提供指导。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.12.06.008
摘要:
中国深空探测是复杂的系统工程，涉及领域多、技术难度大、经费需求高，目前方案优选方法是论证组论证和中介机构专家评估后形成，该方法论证周期长，不易快速做出科学决策。本文基于模糊层次分析模型，考虑技术、科学、经费等多指标多层次结构，建立系统指标评价模型。以中国探月工程中嫦娥四号任务方案为具体算例，综合专家判断和理论分析，建立各层次指标的判断矩阵，计算权重系数，进而实现总体方案的优选应用评价。结果表明，技术、科学和经费这三个因素相对于周期和效益更为重要。在4个备选方案中，由长征四号丙发射中继星，长征三号乙发射着陆器和巡视器组合体的方案，排序权值最大，因此该方案为最优方案，这也与实际情况一致。本研究可为我国后续各类深空探测方案制定提供快速及科学的理论支撑。
中国深空探测是复杂的系统工程，涉及领域多、技术难度大、经费需求高，目前方案优选方法是论证组论证和中介机构专家评估后形成，该方法论证周期长，不易快速做出科学决策。本文基于模糊层次分析模型，考虑技术、科学、经费等多指标多层次结构，建立系统指标评价模型。以中国探月工程中嫦娥四号任务方案为具体算例，综合专家判断和理论分析，建立各层次指标的判断矩阵，计算权重系数，进而实现总体方案的优选应用评价。结果表明，技术、科学和经费这三个因素相对于周期和效益更为重要。在4个备选方案中，由长征四号丙发射中继星，长征三号乙发射着陆器和巡视器组合体的方案，排序权值最大，因此该方案为最优方案，这也与实际情况一致。本研究可为我国后续各类深空探测方案制定提供快速及科学的理论支撑。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.08.002
摘要:
在流程工业中，生产过程需根据客户对产品质量要求进行判级，以满足客户提出的产品质量需求。目前，企业主要采用“事后”抽检方式，但因无法对所有产品实现在线自动判级，常发生索赔和退货，导致我国钢铁企业每年近100亿元损失。为了实现产品质量在线自动判级，提出基于高维数据非线性同等缩放与核简支集类边界确定相结合的质量在线智能判级方法。首先，将高维的工艺参数通过非线性同等缩放算法变换成低维的数据集，并对缩放后数据集进行聚类，分析工艺参数的类分布特征。然后，根据分类后样本的质量指标值分布，采用核简支集类边界算法来确定不同产品质量级别的类边界。最后，依据已确定的类边界，通过质量指标预测实现产品在线判级。通过深冲钢(IF钢)应用实例，证实该方法在训练阶段的在线自动判级准确率达到97.2%，测试阶段的准确率为96%。
在流程工业中，生产过程需根据客户对产品质量要求进行判级，以满足客户提出的产品质量需求。目前，企业主要采用“事后”抽检方式，但因无法对所有产品实现在线自动判级，常发生索赔和退货，导致我国钢铁企业每年近100亿元损失。为了实现产品质量在线自动判级，提出基于高维数据非线性同等缩放与核简支集类边界确定相结合的质量在线智能判级方法。首先，将高维的工艺参数通过非线性同等缩放算法变换成低维的数据集，并对缩放后数据集进行聚类，分析工艺参数的类分布特征。然后，根据分类后样本的质量指标值分布，采用核简支集类边界算法来确定不同产品质量级别的类边界。最后，依据已确定的类边界，通过质量指标预测实现产品在线判级。通过深冲钢(IF钢)应用实例，证实该方法在训练阶段的在线自动判级准确率达到97.2%，测试阶段的准确率为96%。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.05.003
摘要:
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。本工作是在三电极体系中，以Pt丝对电极为Pt源，采用简单易于控制的循环伏安（Cyclic voltammetry, CV）电化学沉积方法，在水热制备的镍钴层状双氢氧化物（NiCo-LDHs）上实现了高分散Pt的痕量负载。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，在Pt负载量为30.4 g·cm−2时，Pt‒NiCo-LDHs电极驱动10 mA·cm−2电流密度的过电位仅需要56 mV，塔菲尔斜率仅为43 mV·decade−1，摆脱了Volmer步骤的限制，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。
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。本工作是在三电极体系中，以Pt丝对电极为Pt源，采用简单易于控制的循环伏安（Cyclic voltammetry, CV）电化学沉积方法，在水热制备的镍钴层状双氢氧化物（NiCo-LDHs）上实现了高分散Pt的痕量负载。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，在Pt负载量为30.4 g·cm−2时，Pt‒NiCo-LDHs电极驱动10 mA·cm−2电流密度的过电位仅需要56 mV，塔菲尔斜率仅为43 mV·decade−1，摆脱了Volmer步骤的限制，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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.11.22.001
摘要:
地下工程施工过程中，处于三向应力状态的断层破碎带凝灰岩在流固耦合作用下发生颗粒流失，继而诱发断层带破碎岩石结构失稳，最终导致断层突水灾害发生。基于此，开展现场断层取样，利用破碎岩石三轴渗透试验系统，研究三轴荷载下不同粒径级配试样颗粒流失规律，进而分析颗粒流失对孔隙结构与渗流流速时变演化规律的影响。研究结果表明：（1）不同三轴应力下，破碎凝灰岩颗粒流失质量与时间满足指数型函数关系，两者间相关系数不低于94%。颗粒流失质量与轴压和围压成反比，且轴向位移越大，颗粒流失质量随围压减小的幅度越小；（2）渗透过程中0～60 s间的孔隙率增长较快，孔隙结构的渗流演变过程与粒径级配有关，随着n (Talbot幂指数) 值的增大，孔隙率整体增大，n值相同时，孔隙率随轴向位移与围压的增大而减小，且孔隙率量级为0.33～0.52；（3）由于试样内部颗粒规律性流失，破碎凝灰岩渗流流速时变演化过程可划分为“平稳渗流、渗流流速突增和近似管流”三个阶段，围压为0.8 MPa时各阶段流速整体大于围压为1.4 MPa时对应阶段的流速。平稳渗流阶段历时短，流速低，其发生次数随n值增加而减少；渗流流速突增阶段流速猛增达到峰值；近似管流阶段保持较高流速，虽然偶尔产生波动，但整体相对平稳。研究成果可为断层突水灾害演化规律研究提供理论依据。
地下工程施工过程中，处于三向应力状态的断层破碎带凝灰岩在流固耦合作用下发生颗粒流失，继而诱发断层带破碎岩石结构失稳，最终导致断层突水灾害发生。基于此，开展现场断层取样，利用破碎岩石三轴渗透试验系统，研究三轴荷载下不同粒径级配试样颗粒流失规律，进而分析颗粒流失对孔隙结构与渗流流速时变演化规律的影响。研究结果表明：（1）不同三轴应力下，破碎凝灰岩颗粒流失质量与时间满足指数型函数关系，两者间相关系数不低于94%。颗粒流失质量与轴压和围压成反比，且轴向位移越大，颗粒流失质量随围压减小的幅度越小；（2）渗透过程中0～60 s间的孔隙率增长较快，孔隙结构的渗流演变过程与粒径级配有关，随着n (Talbot幂指数) 值的增大，孔隙率整体增大，n值相同时，孔隙率随轴向位移与围压的增大而减小，且孔隙率量级为0.33～0.52；（3）由于试样内部颗粒规律性流失，破碎凝灰岩渗流流速时变演化过程可划分为“平稳渗流、渗流流速突增和近似管流”三个阶段，围压为0.8 MPa时各阶段流速整体大于围压为1.4 MPa时对应阶段的流速。平稳渗流阶段历时短，流速低，其发生次数随n值增加而减少；渗流流速突增阶段流速猛增达到峰值；近似管流阶段保持较高流速，虽然偶尔产生波动，但整体相对平稳。研究成果可为断层突水灾害演化规律研究提供理论依据。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.10.01.003
摘要:
部分选矿循环水中含一定量的高分散性悬浮颗粒，仅依靠简单浓缩沉降难以澄清，无法达到回用要求。针对这一难题，提出了一种选矿循环水固体悬浮物澄清装置。为优化装置的结构参数与运行参数，建立了选矿循环水深度澄清装置的二维物理模型，基于计算流体力学（CFD）的方法，选用Mixture和RNG k‒ε 模型对装置主要的结构参数与运行参数展开了数值模拟研究。研究发现适当降低水力循环区喷嘴长度，增加喉管与喷嘴管径比、颗粒沉降区开口尺寸、装置直径等结构，能够降低颗粒沉降区平均湍动能，由于湍动能为单位质量流体由于紊流脉动所具有的动能，故降低了颗粒沉降区流场的紊流程度，增加了水流的稳定性，提高了装置对悬浮颗粒的去除效果；同时发现降低入口流速、增加悬浮颗粒粒径有助于提高悬浮物的去除率，当进水流速为0.1 m·s‒1、经过混凝的悬浮颗粒形成粒径大于100 μm时，装置对选矿循环水中的悬浮颗粒去除效果显著。
部分选矿循环水中含一定量的高分散性悬浮颗粒，仅依靠简单浓缩沉降难以澄清，无法达到回用要求。针对这一难题，提出了一种选矿循环水固体悬浮物澄清装置。为优化装置的结构参数与运行参数，建立了选矿循环水深度澄清装置的二维物理模型，基于计算流体力学（CFD）的方法，选用Mixture和RNG k‒ε 模型对装置主要的结构参数与运行参数展开了数值模拟研究。研究发现适当降低水力循环区喷嘴长度，增加喉管与喷嘴管径比、颗粒沉降区开口尺寸、装置直径等结构，能够降低颗粒沉降区平均湍动能，由于湍动能为单位质量流体由于紊流脉动所具有的动能，故降低了颗粒沉降区流场的紊流程度，增加了水流的稳定性，提高了装置对悬浮颗粒的去除效果；同时发现降低入口流速、增加悬浮颗粒粒径有助于提高悬浮物的去除率，当进水流速为0.1 m·s‒1、经过混凝的悬浮颗粒形成粒径大于100 μm时，装置对选矿循环水中的悬浮颗粒去除效果显著。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.18.003
摘要:
由于锂离子电池中的杂质金属在氢氧化物中溶解度差，而锂、镍、钴由于本身氢氧化物溶解度较大，或能与氨根离子形成络合物，能大量存在于碱溶液中。因此碱浸对废旧电池正极活性物质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。本文依据碱浸回收的工业研究现状，总结了四种碱浸回收体系，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，并着重介绍了不同体系的原理及优点。最后，总结了废旧锂离子电池的回收方法及前景。
由于锂离子电池中的杂质金属在氢氧化物中溶解度差，而锂、镍、钴由于本身氢氧化物溶解度较大，或能与氨根离子形成络合物，能大量存在于碱溶液中。因此碱浸对废旧电池正极活性物质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。本文依据碱浸回收的工业研究现状，总结了四种碱浸回收体系，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，并着重介绍了不同体系的原理及优点。最后，总结了废旧锂离子电池的回收方法及前景。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.18.001
摘要:
提出一种基于近邻成分分析(Neighbourhood component analysis, NCA)、L2正则化和随机配置网络(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.
提出一种基于近邻成分分析(Neighbourhood component analysis, NCA)、L2正则化和随机配置网络(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.
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.08.004
摘要:
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，并针对第三代合作伙伴计划(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。
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，并针对第三代合作伙伴计划(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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.07.007
摘要:
受到上部结构自重以及海洋环境荷载的影响，海上风电基础设计时应考虑竖向荷载、水平荷载以及弯矩荷载作用下基础的承载性能。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。
受到上部结构自重以及海洋环境荷载的影响，海上风电基础设计时应考虑竖向荷载、水平荷载以及弯矩荷载作用下基础的承载性能。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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.30.003
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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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.16.005
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。在传统网络谣言传播SIR(Susceptible, infected, recovered)模型的基础上加入潜在信谣者与铁杆信谣者群体，引入政府辟谣机制，同时考虑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，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。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，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。
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。在传统网络谣言传播SIR(Susceptible, infected, recovered)模型的基础上加入潜在信谣者与铁杆信谣者群体，引入政府辟谣机制，同时考虑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，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。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，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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.13.003
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、监测系统和工作面充填系统四大部分。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。
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、监测系统和工作面充填系统四大部分。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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.28.001
摘要:
为了准确研究含油气盆地被盖层分隔储层油源断裂在油气成藏中的作用，在被盖层分隔储层油源断裂输导油气机理及有效时期研究的基础上，通过断裂停止活动时期、断裂开始破坏泥岩盖层封闭能力时期和断裂填充物开始封闭时期确定出油源断裂输导油气时期，利用源岩地化特征确定出源岩排烃时期，将二者叠合建立了一套被盖层分隔储层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5.3 Ma，较有利于油气在东一段储层中运聚成藏（目前构造高部位尚未钻探）；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2.4 Ma，且主要为断裂填充物输导油气，不利于油气在东一段储层中大规模运聚成藏，和F1油源断裂在测线L8附近东一段虽已发现油气，但规模有限一致。该方法可有效用于厘定被盖层分隔储层油源断裂输导油气有效时期。
为了准确研究含油气盆地被盖层分隔储层油源断裂在油气成藏中的作用，在被盖层分隔储层油源断裂输导油气机理及有效时期研究的基础上，通过断裂停止活动时期、断裂开始破坏泥岩盖层封闭能力时期和断裂填充物开始封闭时期确定出油源断裂输导油气时期，利用源岩地化特征确定出源岩排烃时期，将二者叠合建立了一套被盖层分隔储层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5.3 Ma，较有利于油气在东一段储层中运聚成藏（目前构造高部位尚未钻探）；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2.4 Ma，且主要为断裂填充物输导油气，不利于油气在东一段储层中大规模运聚成藏，和F1油源断裂在测线L8附近东一段虽已发现油气，但规模有限一致。该方法可有效用于厘定被盖层分隔储层油源断裂输导油气有效时期。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.27.003
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，研究了正极材料在室温下的表观密度的介电特性以及随温度变化的微波介电特性和吸收性能。结果表明，在室温下，正极材料在表观密度为1.484 g·cm–3时具有最佳的介电性能。加热过程中，正极材料在25～700 ℃之间都有良好的微波吸收性能，400 ℃时介电常数\begin{document}$ {\textit{ε}}_{\rm{r}}^{{{'}}} $\end{document} ![]()
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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，研究了正极材料在室温下的表观密度的介电特性以及随温度变化的微波介电特性和吸收性能。结果表明，在室温下，正极材料在表观密度为1.484 g·cm–3时具有最佳的介电性能。加热过程中，正极材料在25～700 ℃之间都有良好的微波吸收性能，400 ℃时介电常数
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.01.005
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，可有效抑制电池寿命的衰减速度。最后，通过在线等效油耗最小策略仿真与在同一权重下的动态规划解进行比较来验证其有效性。
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，可有效抑制电池寿命的衰减速度。最后，通过在线等效油耗最小策略仿真与在同一权重下的动态规划解进行比较来验证其有效性。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.10.002
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。基于连续反演算法的时滞补偿控制策略是一种有效的控制方法且取得很多研究成果。该时滞补偿控制的主要思路是将具有时滞特性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(ODE−PDE/PDE−PDE)级联系统。进一步地，基于变换的级联系统，结合连续反演算法提出相应的控制策略。该方法具有系统的稳定性证明简单，鲁棒性强，易于求取闭环系统精确解等优点。详细论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。
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。基于连续反演算法的时滞补偿控制策略是一种有效的控制方法且取得很多研究成果。该时滞补偿控制的主要思路是将具有时滞特性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(ODE−PDE/PDE−PDE)级联系统。进一步地，基于变换的级联系统，结合连续反演算法提出相应的控制策略。该方法具有系统的稳定性证明简单，鲁棒性强，易于求取闭环系统精确解等优点。详细论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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.21.005
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较高的工作温度（>800 ℃）限制了其商业推广，降低其工作温度成为当前研究的热点。钙钛矿阴极材料La1−xSrxCo1−yFeyO3−δ(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。
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较高的工作温度（>800 ℃）限制了其商业推广，降低其工作温度成为当前研究的热点。钙钛矿阴极材料La1−xSrxCo1−yFeyO3−δ(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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.26.003
摘要:
化学电阻传感器由于其结构简单、分析快速等特点在众多气体传感方式中脱颖而出，因此成为了目前应用广泛的传感器类型。其中，用于检测挥发性有机化合物（VOCs）的电阻传感器中敏感材料对气体的选择性吸附和相应的检测至关重要，此外也需要一些额外措施保证检测的选择性。因此，传感材料的比表面积、孔尺寸、功能官能团以及辅助材料等决定了传感器的响应程度、选择和敏感程度。金属有机框架材料（MOF）是一类新型的有机−无机杂化材料，具有丰富多孔、高比表面积、结构多样性、化学稳定性良好等特点，除此以外一些MOF衍生物也具有比表面积大、导电性良好等特点，因此MOF及MOF衍生物已在气体传感器中得到广泛研究和应用。基于化学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，对其发展前景和面临的挑战进行了展望。
化学电阻传感器由于其结构简单、分析快速等特点在众多气体传感方式中脱颖而出，因此成为了目前应用广泛的传感器类型。其中，用于检测挥发性有机化合物（VOCs）的电阻传感器中敏感材料对气体的选择性吸附和相应的检测至关重要，此外也需要一些额外措施保证检测的选择性。因此，传感材料的比表面积、孔尺寸、功能官能团以及辅助材料等决定了传感器的响应程度、选择和敏感程度。金属有机框架材料（MOF）是一类新型的有机−无机杂化材料，具有丰富多孔、高比表面积、结构多样性、化学稳定性良好等特点，除此以外一些MOF衍生物也具有比表面积大、导电性良好等特点，因此MOF及MOF衍生物已在气体传感器中得到广泛研究和应用。基于化学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，对其发展前景和面临的挑战进行了展望。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.12.001
摘要:
采用支持向量机算法，在实验数据的基础上，建立航空发动机阻燃钛合金的合金化元素与力学性能关系模型，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阻燃钛合金，可以通过加入质量分数为0～0.1%的Si元素和质量分数为0.05%～0.125%的C元素，并减少质量分数为2%～5%的V元素，来提高力学性能；对于Ti−25V−15Cr阻燃钛合金，可以通过加入质量分数为1.5%～1.8%的Al元素和质量分数为0.15%～0.2%的C元素，来提高力学性能。
采用支持向量机算法，在实验数据的基础上，建立航空发动机阻燃钛合金的合金化元素与力学性能关系模型，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阻燃钛合金，可以通过加入质量分数为0～0.1%的Si元素和质量分数为0.05%～0.125%的C元素，并减少质量分数为2%～5%的V元素，来提高力学性能；对于Ti−25V−15Cr阻燃钛合金，可以通过加入质量分数为1.5%～1.8%的Al元素和质量分数为0.15%～0.2%的C元素，来提高力学性能。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.23.002
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循环神经网络（Recurrent neural network, RNN）、卷积神经网络（Convolutional neural networks, 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，将提出的模型与基于分解机的神经网络（DeepFM）、深度兴趣网络（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，接受者操作特征曲线下面积（Area under curve, AUC）指标为85.831%，相比于基础模型（BaseModel）提升1.154%，相比于DIN提升0.476%。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。
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循环神经网络（Recurrent neural network, RNN）、卷积神经网络（Convolutional neural networks, 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，将提出的模型与基于分解机的神经网络（DeepFM）、深度兴趣网络（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，接受者操作特征曲线下面积（Area under curve, AUC）指标为85.831%，相比于基础模型（BaseModel）提升1.154%，相比于DIN提升0.476%。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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.23.001
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3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核磁共振(13C−NMR)和红外光谱(FTIR)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进行在3种不同类型表面活性剂作用下的煤尘润湿性定量表征方程的构建。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： 13C−NMR结构参数中的季碳、亚甲基和次甲基(\begin{document}$ {\text{f}}_{\text{al}}^{\text{H}} $\end{document} ![]()
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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3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核磁共振(13C−NMR)和红外光谱(FTIR)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进行在3种不同类型表面活性剂作用下的煤尘润湿性定量表征方程的构建。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： 13C−NMR结构参数中的季碳、亚甲基和次甲基(
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.02.26.001
摘要:
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，均为由非调制四方结构的板条马氏体相和面心立方富Ni的γ相组成的双相结构；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。
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，均为由非调制四方结构的板条马氏体相和面心立方富Ni的γ相组成的双相结构；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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.25.001
摘要:
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。施加电磁搅拌后，钢液受到径向电磁力，液面呈现旋转流动趋势。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 增加到500 A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，钢水温度更加均匀。同时钢液的水平旋流能够抑制初生坯壳的生长，降低坯壳的生长速度，使结晶器出口处坯壳厚度变薄。综合分析，该厂在实际生产时合理的电磁搅拌的电流大小应为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。
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。施加电磁搅拌后，钢液受到径向电磁力，液面呈现旋转流动趋势。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 增加到500 A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，钢水温度更加均匀。同时钢液的水平旋流能够抑制初生坯壳的生长，降低坯壳的生长速度，使结晶器出口处坯壳厚度变薄。综合分析，该厂在实际生产时合理的电磁搅拌的电流大小应为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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.10.002
摘要:
基于块体离散单元数值模拟方法（UDEC-GBM），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。
基于块体离散单元数值模拟方法（UDEC-GBM），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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.10.001
摘要:
基于爆破产生的P波入射作用下均匀内压薄壁管道的受力特点，采用拟静力分析和叠加原理建立压力管道爆破地震波作用下的应力解析计算模型；基于压力管道材料屈服特性及Tresca屈服理论，建立爆破P波作用下压力管道的振动安全判据计算模型，并结合爆炸影响的直埋压力薄壁管道工程案例进行解析验算。研究结果表明：爆破荷载施加前管道仅受均匀内压，具有初始轴向和切向应力，爆破发生后，管道同时受到内压和爆破地震波P波动荷载作用；管−土界面入射波临界角较小，管道峰值应力随入射角度增大减小，垂直入射时主要发生拉伸破坏，全反射时主要为切向破坏；压力管道安全控制振速随入射角的增大而增大，随运行内压的增大而减小，实际工程中根据管道内压实际情况，选择较小的值作为安全控制值。
基于爆破产生的P波入射作用下均匀内压薄壁管道的受力特点，采用拟静力分析和叠加原理建立压力管道爆破地震波作用下的应力解析计算模型；基于压力管道材料屈服特性及Tresca屈服理论，建立爆破P波作用下压力管道的振动安全判据计算模型，并结合爆炸影响的直埋压力薄壁管道工程案例进行解析验算。研究结果表明：爆破荷载施加前管道仅受均匀内压，具有初始轴向和切向应力，爆破发生后，管道同时受到内压和爆破地震波P波动荷载作用；管−土界面入射波临界角较小，管道峰值应力随入射角度增大减小，垂直入射时主要发生拉伸破坏，全反射时主要为切向破坏；压力管道安全控制振速随入射角的增大而增大，随运行内压的增大而减小，实际工程中根据管道内压实际情况，选择较小的值作为安全控制值。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.13.001
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.11.001
摘要:
探讨了在真实成桥内力状态下，耐震时程法(Endurance time method，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 a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(Incremental dynamic analysis，IDA)结果相对比，验证了采用ETM可快速准确地得到地震反应的适用性；通过该方法分析了墩顶位移、梁端位移及碰撞力等地震反应，并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.
探讨了在真实成桥内力状态下，耐震时程法(Endurance time method，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 a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(Incremental dynamic analysis，IDA)结果相对比，验证了采用ETM可快速准确地得到地震反应的适用性；通过该方法分析了墩顶位移、梁端位移及碰撞力等地震反应，并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.
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.01.002
摘要:
基于相似的动力学机理，利用水溶液中溶解氧的去除过程模拟了钢液的真空脱气行为. 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，对溶池表面和内部脱气速率进行了分析计算. 实验结果表明，在整个脱气过程中溶池表面脱气速率很低，内部脱气位点析出的气泡会极大地提高溶解氧的去除速率，尤其当真空压力为25 kPa时，其脱气速率约为自由表面的脱气速率的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为一级反应过程，其体积传质系数（k · A · V−1）为常数，因此可以利用溶解氧在水溶液中的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k · A · V−1的影响，引入搅拌动能密度（ε）的概念，通过线性回归得到了lg (k · A · V−1)与lg ε之间的函数关系，并与以往的模拟研究进行了对比.
基于相似的动力学机理，利用水溶液中溶解氧的去除过程模拟了钢液的真空脱气行为. 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，对溶池表面和内部脱气速率进行了分析计算. 实验结果表明，在整个脱气过程中溶池表面脱气速率很低，内部脱气位点析出的气泡会极大地提高溶解氧的去除速率，尤其当真空压力为25 kPa时，其脱气速率约为自由表面的脱气速率的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为一级反应过程，其体积传质系数（k · A · V−1）为常数，因此可以利用溶解氧在水溶液中的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k · A · V−1的影响，引入搅拌动能密度（ε）的概念，通过线性回归得到了lg (k · A · V−1)与lg ε之间的函数关系，并与以往的模拟研究进行了对比.
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.14.004
摘要:
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。
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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.04.002
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；局部监测结果表明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。
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；局部监测结果表明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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.30.002
摘要:
膜增湿器为质子交换膜燃料电池水热管理系统的关键部件，本研究考虑与燃料电池工作条件的强耦合，系统地进行了膜增湿器运行参数和几何参数的敏感性仿真分析。基于Matlab/Simulink建立了膜增湿器稳态数学模型，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：提高入口质量流量会提高传热量，并且能有效提高水分传递量，但会使水分传递率和出口相对湿度降低；干湿两侧温度的增加可以使膜中水的扩散系数和水传递量增加，但过高的温度会显著提高水蒸气饱和压力，降低水的活度，进而降低膜含水量，不利于水的传递；压力的变化对传热的影响很小，但总压的提高会使湿侧入口含湿量下降，水分传递量下降，但水分传递率升高；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，可以有效地提高膜增湿器和燃料电池系统水热管理性能。
膜增湿器为质子交换膜燃料电池水热管理系统的关键部件，本研究考虑与燃料电池工作条件的强耦合，系统地进行了膜增湿器运行参数和几何参数的敏感性仿真分析。基于Matlab/Simulink建立了膜增湿器稳态数学模型，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：提高入口质量流量会提高传热量，并且能有效提高水分传递量，但会使水分传递率和出口相对湿度降低；干湿两侧温度的增加可以使膜中水的扩散系数和水传递量增加，但过高的温度会显著提高水蒸气饱和压力，降低水的活度，进而降低膜含水量，不利于水的传递；压力的变化对传热的影响很小，但总压的提高会使湿侧入口含湿量下降，水分传递量下降，但水分传递率升高；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，可以有效地提高膜增湿器和燃料电池系统水热管理性能。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.19.001
摘要:
为了探明炉渣成分对冶炼白云鄂博矿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，通过正交试验和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自由碱度（Ro）、w(MgO)和w(Al2O3)的控制范围。研究表明： 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；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)应控制在15%左右；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。
为了探明炉渣成分对冶炼白云鄂博矿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，通过正交试验和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自由碱度（Ro）、w(MgO)和w(Al2O3)的控制范围。研究表明： 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；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)应控制在15%左右；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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.07.006
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，并探究了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YI、YII及T*（分别是量纲为一的I型、II型应力强度因子及T应力）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，而四次函数下其对断裂参数的影响相对最小。（3）当β较小时，纯II型加载角度随载荷分布角度增大而减小；当β较大时，其随载荷分布角度增大而增大；摩擦系数增大可使纯II型加载角度增大。
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，并探究了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YI、YII及T*（分别是量纲为一的I型、II型应力强度因子及T应力）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，而四次函数下其对断裂参数的影响相对最小。（3）当β较小时，纯II型加载角度随载荷分布角度增大而减小；当β较大时，其随载荷分布角度增大而增大；摩擦系数增大可使纯II型加载角度增大。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.11.001
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。在概述了尾砂浓密脱水技术发展历程的基础上，将浓密机发展阶段分为普通浓密机阶段、高效浓密机阶段和膏体浓密机阶段，阐述了尾砂浓密工艺的应用现状和国内外几个典型的应用案例。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/动态压缩条件下的床层压缩理论与重力浓密理论，并阐述了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、小型浓密实验和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、颗粒录影显微镜技术等先进的观测手段和尾砂浓密技术数值模拟研究现状。现阶段，尾砂浓密脱水技术仍处于发展阶段，存在尾砂浓密的关键参数不稳定、尾砂浓密的生产调控不及时和尾砂浓密的信息平台不健全等问题，尾砂浓密技术的发展仍面临诸多挑战。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。
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。在概述了尾砂浓密脱水技术发展历程的基础上，将浓密机发展阶段分为普通浓密机阶段、高效浓密机阶段和膏体浓密机阶段，阐述了尾砂浓密工艺的应用现状和国内外几个典型的应用案例。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/动态压缩条件下的床层压缩理论与重力浓密理论，并阐述了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、小型浓密实验和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、颗粒录影显微镜技术等先进的观测手段和尾砂浓密技术数值模拟研究现状。现阶段，尾砂浓密脱水技术仍处于发展阶段，存在尾砂浓密的关键参数不稳定、尾砂浓密的生产调控不及时和尾砂浓密的信息平台不健全等问题，尾砂浓密技术的发展仍面临诸多挑战。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。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.09.23.002
摘要:
钢铁工业是CO2的排放大户，也是CO2资源潜在用户，通过研究证实了CO2能够在炼钢流程中实现高效利用。二氧化碳绿色洁净炼钢技术通过利用CO2的反应冷却、气泡增殖、弱氧化、强冲击等独有特性，解决了炼钢烟尘和炉渣固废源头减量，钢水磷、氮、氧洁净控制诸多炼钢工艺难题，构建了CO2炼钢理论体系，实现了CO2利用和炼钢生产工艺的结合。本技术作为“中国低碳原创技术”，促进了我国钢铁工业绿色低碳技术的发展，我国每年将减少炼钢固体污染物产生约1000万吨，温室气体减排约2600万吨，是建设“碳中和”国家的重要助力。
钢铁工业是CO2的排放大户，也是CO2资源潜在用户，通过研究证实了CO2能够在炼钢流程中实现高效利用。二氧化碳绿色洁净炼钢技术通过利用CO2的反应冷却、气泡增殖、弱氧化、强冲击等独有特性，解决了炼钢烟尘和炉渣固废源头减量，钢水磷、氮、氧洁净控制诸多炼钢工艺难题，构建了CO2炼钢理论体系，实现了CO2利用和炼钢生产工艺的结合。本技术作为“中国低碳原创技术”，促进了我国钢铁工业绿色低碳技术的发展，我国每年将减少炼钢固体污染物产生约1000万吨，温室气体减排约2600万吨，是建设“碳中和”国家的重要助力。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.08.005
摘要:
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建立、部署、订立和存证四个阶段的规范化合约订立流程，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书面化交互接口，使之满足合约“订”和“立”两个阶段的交互；此外，在智能法律合约语言SPESC中引入了合约订立相关语法，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智能法律合约订立方案的合规性。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。
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建立、部署、订立和存证四个阶段的规范化合约订立流程，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书面化交互接口，使之满足合约“订”和“立”两个阶段的交互；此外，在智能法律合约语言SPESC中引入了合约订立相关语法，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智能法律合约订立方案的合规性。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。
显示方式:
2022, 44(5): 827-839.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.23.007
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。
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。
2022, 44(5): 840-848.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.13.001
摘要:
半水磷石膏（HPG）长时间堆存状态下会出现固结现象，其胶凝性能也相应下降。以室内HPG结晶水检测和单轴压缩试验为基础，通过设定4种不同堆存温度，分别为20，40，60和80 ℃，探究不同堆存温度作用下HPG试样结晶水质量分数变化和堆存后制备的充填胶凝材料（HCM）抗压强度发展规律，并采用扫描电镜等微观分析手段研究堆存温度对其强度影响机制。结果表明，堆存温度对HPG胶凝性能影响显著，高的堆存温度会加快HPG试样中的自由水转变为结晶水速率，而且会抑制堆存后制备的HCM强度发展。采用数据标准化对不同堆存温度作用后的试样抗压强度作出预测，被证实与实测值较吻合。微观分析发现，堆存温度主要影响体系的过饱和度，而使不同堆存温度作用后制备的HCM微观形态表现差异。
半水磷石膏（HPG）长时间堆存状态下会出现固结现象，其胶凝性能也相应下降。以室内HPG结晶水检测和单轴压缩试验为基础，通过设定4种不同堆存温度，分别为20，40，60和80 ℃，探究不同堆存温度作用下HPG试样结晶水质量分数变化和堆存后制备的充填胶凝材料（HCM）抗压强度发展规律，并采用扫描电镜等微观分析手段研究堆存温度对其强度影响机制。结果表明，堆存温度对HPG胶凝性能影响显著，高的堆存温度会加快HPG试样中的自由水转变为结晶水速率，而且会抑制堆存后制备的HCM强度发展。采用数据标准化对不同堆存温度作用后的试样抗压强度作出预测，被证实与实测值较吻合。微观分析发现，堆存温度主要影响体系的过饱和度，而使不同堆存温度作用后制备的HCM微观形态表现差异。
2022, 44(5): 849-856.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.29.002
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%以及磷质量分数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（质量分数）28%、无烟煤用量（质量分数）16%、还原温度1300 ℃，还原时间3 h。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消耗了石灰石，使铁矿物中的磷以及磷灰石还原成单质磷并与铁颗粒形成铁磷合金。
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%以及磷质量分数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（质量分数）28%、无烟煤用量（质量分数）16%、还原温度1300 ℃，还原时间3 h。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消耗了石灰石，使铁矿物中的磷以及磷灰石还原成单质磷并与铁颗粒形成铁磷合金。
2022, 44(5): 857-864.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.07.01.002
摘要:
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，分析混凝土的扫描电镜微观形貌。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，导致部分混凝土性能的降低。
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，分析混凝土的扫描电镜微观形貌。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，导致部分混凝土性能的降低。
2022, 44(5): 865-875.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.12.002
摘要:
针对深部岩体工程科学前沿的岩爆研究难题，分析了制约其动态定量及智能化预警研究的挑战性问题。为突破挑战问题制约，采用面向对象的B/S+C/S结构，建立了岩爆数据库管理系统，包含岩爆案例数据库、微震波形数据库、微震时序数据库，具备多工程管理、详细数据采集、查询分析、结果导出等功能的岩爆数据库管理系统，成功实现了多工程、多源岩爆灾害信息的详细采集与有效管理。利用多个具有岩爆灾害的深埋岩体工程，对岩爆数据库管理系统进行了应用，取得了较好的效果。结果表明建立的岩爆数据库管理系统具有较好的适用性，可为不同工程岩爆类比研究、岩爆智能预警研究等提供科学、可靠的数据基础与参考。
针对深部岩体工程科学前沿的岩爆研究难题，分析了制约其动态定量及智能化预警研究的挑战性问题。为突破挑战问题制约，采用面向对象的B/S+C/S结构，建立了岩爆数据库管理系统，包含岩爆案例数据库、微震波形数据库、微震时序数据库，具备多工程管理、详细数据采集、查询分析、结果导出等功能的岩爆数据库管理系统，成功实现了多工程、多源岩爆灾害信息的详细采集与有效管理。利用多个具有岩爆灾害的深埋岩体工程，对岩爆数据库管理系统进行了应用，取得了较好的效果。结果表明建立的岩爆数据库管理系统具有较好的适用性，可为不同工程岩爆类比研究、岩爆智能预警研究等提供科学、可靠的数据基础与参考。
2022, 44(5): 876-885.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.02.01.001
摘要:
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，提出了六条建议；综合考虑服务年限、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，进一步完善了矿山边坡设计理论和方法。
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，提出了六条建议；综合考虑服务年限、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，进一步完善了矿山边坡设计理论和方法。
2022, 44(5): 886-893.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.14.002
摘要:
致力于碳热焙烧还原砷酸钙制备具有商业价值的金属单质砷，为推进砷危废物无害化处理向砷资源化回收利用前进展开科学研究。其中热重分析表明，砷酸钙与碳粉混合热解的质量损失分为3个阶段，阶段1和阶段2为失水过程，阶段3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3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60 min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，较优条件下产品砷主要为片状金属砷和粉末非晶体砷，焙烧残渣为CaO。
致力于碳热焙烧还原砷酸钙制备具有商业价值的金属单质砷，为推进砷危废物无害化处理向砷资源化回收利用前进展开科学研究。其中热重分析表明，砷酸钙与碳粉混合热解的质量损失分为3个阶段，阶段1和阶段2为失水过程，阶段3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3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60 min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，较优条件下产品砷主要为片状金属砷和粉末非晶体砷，焙烧残渣为CaO。
2022, 44(5): 894-899.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.05.002
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。
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。
2022, 44(5): 900-910.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.10.00214
摘要:
金属磁记忆检测技术由于其能够快速便捷的对铁磁性构件的损伤进行识别，且被认为具有识别隐性损伤的能力，而被广泛研究。为推进金属磁记忆检测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，建立了损伤区域力与磁信号和磁信号梯度的关系曲线，并提出用磁场梯度指数来表征钢梁的受力和损伤状态。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4个状态；可以用磁场梯度指数来进行构件受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箱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。
金属磁记忆检测技术由于其能够快速便捷的对铁磁性构件的损伤进行识别，且被认为具有识别隐性损伤的能力，而被广泛研究。为推进金属磁记忆检测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，建立了损伤区域力与磁信号和磁信号梯度的关系曲线，并提出用磁场梯度指数来表征钢梁的受力和损伤状态。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4个状态；可以用磁场梯度指数来进行构件受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箱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。
2022, 44(5): 911-919.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.06.001
摘要:
针对海底管道缺陷磁记忆定量反演的难题，提出一种基于改进粒子群优化的门控循环神经网络模型，即IPSO-GRU模型。以两端焊有盲板的X52管道作为实验材料，其上预制有不同直径、深度的缺陷，采用TSC-5M-32磁记忆检测仪，外接11-6W非接触探头，进行水下磁记忆检测试验，提取不同缺陷尺寸的磁记忆信号特征值。考虑到磁记忆信号特征值随缺陷尺寸呈复杂的非线性变化,引入门控循环神经网络，利用其双门结构能够记忆缺陷处的信号特征，非线性回归拟合能力强的特点，构建海底管道缺陷定量反演模型，进一步考虑到模型超参数选择的随机性，采用改进粒子群算法进行超参数寻优。验证结果表明：该模型对缺陷深度反演平均精度达96%；对缺陷直径反演平均精度达93%，为海底管道缺陷的磁记忆定量化识别与反演提供了新的思路和方法。
针对海底管道缺陷磁记忆定量反演的难题，提出一种基于改进粒子群优化的门控循环神经网络模型，即IPSO-GRU模型。以两端焊有盲板的X52管道作为实验材料，其上预制有不同直径、深度的缺陷，采用TSC-5M-32磁记忆检测仪，外接11-6W非接触探头，进行水下磁记忆检测试验，提取不同缺陷尺寸的磁记忆信号特征值。考虑到磁记忆信号特征值随缺陷尺寸呈复杂的非线性变化,引入门控循环神经网络，利用其双门结构能够记忆缺陷处的信号特征，非线性回归拟合能力强的特点，构建海底管道缺陷定量反演模型，进一步考虑到模型超参数选择的随机性，采用改进粒子群算法进行超参数寻优。验证结果表明：该模型对缺陷深度反演平均精度达96%；对缺陷直径反演平均精度达93%，为海底管道缺陷的磁记忆定量化识别与反演提供了新的思路和方法。
