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2017年  39卷  第1期

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汞污染土壤修复技术的研究进展
卢光华, 岳昌盛, 彭犇, 邱桂博, 郭敏, 张梅
2017, 39(1): 1-12. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.001
摘要:
在造成土壤污染的重金属中,汞以其来源多、传播广、毒性大等特点,已经引起世界各国环境工作者的高度重视.随着近代工业的发展,土壤系统中汞的排放量增长显著,对土壤环境安全造成较大的威胁,也对土壤修复工作提出迫切的要求.结合土壤修复技术研究现状,本文分别对汞的来源、土壤中汞的主要赋存状态及修复方法进行综述,重点介绍不同汞污染土壤的修复方法,如淋洗法、稳定化/固化法、热处理法、电动修复法、纳米技术法、生物修复法等国内外最新研究进展,并对今后汞污染土壤的修复技术提出展望,为从事土壤修复、环境保护与治理的科研工作者提供有效参考.
综放开采顶煤与覆岩力链结构及演化光弹试验研究
王金安, 韩现刚, 庞伟东, 梁超, 王美美
2017, 39(1): 13-22. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.002
摘要:
综放开采过程中顶煤和覆岩由连续向非连续和散体介质状态转变,描述矿压在断裂覆岩和碎裂顶煤中的形成、传递方式和作用机理是综放开采矿压理论研究的难点.基于光弹试验原理,借助散体介质双轴加载双向流动光弹试验装置,对综放开采过程中散体顶煤与非连续覆岩关键层中力链网络结构及演化特征进行研究.研究发现:地层载荷在煤岩体中构成了错综复杂的弱-强力链网络.综放开采打破了初始力链网络结构的平衡,顶煤与覆岩中形成梁-拱复合力链拱结构,覆岩荷载以强力链形式传递到工作面前方煤体.随着工作面推进和顶煤放出,覆岩梁-拱力链网络不断扩展和演化,形成更大规模的力链拱结构.关键层弯曲、断裂和失稳运动,使工作面前方的强力链拱脚出现回缩现象,力链分布密度和强度增加,导致工作面来压现象.地层内水平力作用使顶煤与覆岩内的梁-拱力链结构效应较更加明显,整体拱结构形态愈加完整,强力链网络结构更加紧致,关键层断裂失稳时力链拱对工作面煤层的作用力更加显著.
基于混合整数规划法的自然崩落法放矿计划优化
任助理, 毕林, 王李管, 陈鑫
2017, 39(1): 23-30. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.003
摘要:
放矿计划是自然崩落法矿山生产过程中最重要的环节.针对传统手工编制放矿计划随意性大及出矿品位不均衡,在对其进行科学系统的分析基础上,本文运用混合整数规划法解决自然崩落法放矿计划优化问题.以计划期内与目标品位偏差最小为目标函数,综合考虑矿量、品位、放矿速率、崩落指数、排产指数等约束条件,构建放矿计划优化的混合整数规划模型,并在MATLAB环境下用YALMIP编写模型语言调用CPLEX求解器进行求解,使品位波动降低18%,进而得到最优短期放矿计划方案.经实例验证,此方法科学可行,对充分发挥自然崩落法的优越性和提高矿产资源的回收率具有重要的理论和现实意义.
初始温度条件下全尾胶结膏体损伤本构模型
王勇, 吴爱祥, 王洪江, 王贻明, 崔亮, 靳斐, 周勃, 沈家华
2017, 39(1): 31-38. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.004
摘要:
膏体充填料到达采场初始温度不同是矿山存在的普遍现象,不同初始温度条件下膏体力学特性及应力-应变关系直接影响到矿山采充周期及相邻采场开采时贫化指标.通过对初始温度为2、20、35和50℃的硬化膏体进行单轴抗压强度试验,获得不同初始温度下充填体应力-应变演化曲线.根据理论推导和试验结果,建立了不同初始温度下膏体损伤本构模型,通过本构模型参数回归,提出膏体温度-时间耦合损伤本构模型.最后,采用Comsol数值模拟软件,将温度-时间耦合损伤本构模型嵌入solid mechanics模块,对单轴抗压试验进行数值模拟,模拟应力-应变曲线与试验结果较为吻合,验证了所提出本构模型的可靠性.
基于全局优化支持向量机的多类别高炉故障诊断
张海刚, 张森, 尹怡欣
2017, 39(1): 39-47. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.005
摘要:
针对高炉故障诊断系统快速性和准确性的要求,提出基于全局优化最小二乘支持向量机的策略.首先,采用变尺度离散粒子群对最小二乘支持向量机的参数和故障特征的选取进行优化;然后,利用核主元分析法对选取的特征向量进行压缩整理;最后,构造了以Fisher线性判别率为标准的启发式纠错输出编码.仿真结果表明,通过对故障训练样本有意义地分割重组,用较少的最小二乘支持向量机分类器,得到较高的故障判断准确率且增强了整个系统的实时性.
含固相铜冶炼渣的黏度计算及其应用
盛力, 李江涛, 张建坤, 张家靓, 张立峰, 侯新梅
2017, 39(1): 48-53. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.006
摘要:
利用Roscoe方程,结合FactSage的多元多相平衡计算和纯液相渣黏度计算功能可对含固相熔渣的黏度进行计算.本研究针对基于铜冶炼渣的FeO-SiO2-Fe3O4-CaO-Al2O3-MgO系,首先根据相似炉渣的黏度测定值对Roscoe方程中的参数进行拟合,同时验证了该方法在计算所研究体系时的准确性.基于所得的计算模型考察不同组分含量对平衡相组成及黏度的影响规律,并总结获得合理的渣型配比.当炉渣中各组分的质量分数分别控制在FeO 40%~60%、SiO2 25%~40%、Fe3O4 0%~15%、CaO 0%~10%、Al2O3 0%~8%和MgO 0%~4%时,可在冶炼过程中得到流动性较好、固体量较少的熔渣.
高固含固液搅拌槽内颗粒悬浮与混合特性
赵洪亮, 殷攀, 张立峰
2017, 39(1): 54-60. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.007
摘要:
对高固含体系下Intermig桨搅拌槽内的桨叶搅拌性能以及颗粒的混合与悬浮特性进行实验研究.采用光导纤维技术对不同桨径、搅拌转速和桨叶离底距离下搅拌槽内底部以及轴向颗粒密度进行测量,同时对临界悬浮转速和搅拌功率进行测定.实验结果表明:对高固含液-固搅拌体系,所采用的Intermig搅拌桨具有很好的轴向混合特性,该桨适合在较大的桨径和较低的桨叶离底距离下应用,可在促进颗粒悬浮与均匀分布的同时,大大降低功率消耗.通过对实验结果的分析和拟合得出底部均匀度与搅拌槽内弗劳德数有关,Q=0.58Fr-0.35,Intermig搅拌桨功率准数在0.2~0.3之间,且与雷诺数关系为NP=2.1Re-0.2.
基于双亚点阵模型对H13钢中初生碳氮化物的研究
孙晓林, 王飞, 陈希春, 郭汉杰, 毛明涛
2017, 39(1): 61-67. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.008
摘要:
实验证明H13钢中存在三类初生碳氮化物,包括富V和C的(Vx,Mo1-x)(Cy,N1-y)、富Ti和N的(Tix,V1-x)(Cy,N1-y)及富V和C的(Tix,V1-x)(Cy,N1-y),部分存在形核核心.基于双亚点阵模型和凝固偏析模型分析计算H13钢凝固过程中元素含量变化,考虑初生碳氮化物中元素间的相互作用,根据三类碳氮化物中合金元素含量和C/N比值不同,对各碳氮化物的生成自由能进行分析.理论研究指出富Ti和N的(Tix,V1-x)(Cy,N1-y)在固相率为0.90时即可生成,而富V和C的(Tix,V1-x)(Cy,N1-y)在固相率大于0.96才可生成,两类碳氮化物的临界生成固相率fP均随固溶Ti和N含量的增加而减小.(Vx,Mo1-x)(Cy,N1-y)的临界生成固相率与x值密切相关,x减小时fP降低,粒子尺寸增加,实验与理论分析吻合良好.根据错配度分析氧化物和碳氮化物对H13钢中初生碳氮化物异质形核的作用.
Fe-13Cr-5Ni马氏体不锈钢在连续加热过程中两相区的奥氏体生长行为
宋鹏程, 柳文波, 刘璐, 张弛, 杨志刚
2017, 39(1): 68-74. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.009
摘要:
通过光学显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪以及显微硬度仪研究Fe-13Cr-5Ni马氏体不锈钢在加热过程中的组织转变行为.结果表明,Fe-13Cr-5Ni钢在10℃·s-1的加热速率下,加热至奥氏体单相区,冷却至室温后具有明显的“组织遗传冶现象.奥氏体以“针状冶形式在马氏体板条界处形核并沿着马氏体板条界长大,与母相间保持Kurdjumov-Sachs (K-S)位向关系.加热至两相区不同温度然后淬火至室温,奥氏体的量随两相区保温温度的升高先增加再减少,650℃时对应室温下残余奥氏体的极大值,并且这一变化趋势与试样显微硬度测试结果所得结论一致.
固溶时效工艺对6016铝合金力学性能的影响及多目标优化
马严玮, 王宝雨, 校文超, 周靖, 康艺
2017, 39(1): 75-80. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.010
摘要:
作为6XXX铝合金热处理工艺的一部分,固溶处理与时效处理对6016铝合金的力学性能有显著影响.本文把固溶温度、时间和时效温度、时间作为设计变量,应用中心组合实验设计法设计固溶-时效实验方案,在室温下分别测出试样的屈服强度、伸长率和维氏硬度.第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)解决了第一代算法参数选取难、运行效率低等缺点.本文用第二代非支配排序遗传算法把得到的响应面方程作为目标函数进行多目标优化,经过计算后获得非劣解,从中可筛选出使目标函数较好的解与相对的固溶-时效工艺参数.
纳米SiC对C/C复合材料石墨化与抗氧化性能的影响规律
甄强, 鲁飞, 宋绍雷, 李榕, 郑锋
2017, 39(1): 81-87. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.011
摘要:
本文制备纳米SiC基体改性的SiC-C/C复合材料,利用X射线衍射技术、高分辨率透射电镜等研究SiC对碳材料的石墨化度的影响.纳米SiC能够显著促进碳基体材料的石墨化度,同时通过高分辨率透射电镜在纳米SiC颗粒周围观测到明显的石墨化结构,并且距离SiC越近,碳基体的石墨化程度越高.通过静态氧化实验研究SiC-C/C复合材料的抗氧化性能.结果表明,随着SiC加入量的增加复合材料的抗氧化性显著提高,纳米SiC在高温下生成较为均匀的SiO2保护层,覆盖在碳材料的表面,阻碍氧气与碳材料的接触,并且SiC含量越高,形成的保护层越厚,抗氧化能力越强.
高温应变栅丝蠕变对应变测量精度影响与补偿
王文瑞, 王刚, 胡挺, 张佳明
2017, 39(1): 88-95. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.012
摘要:
接触式应变测量是材料和构件高温力学行为研究的必要手段,其测量精度是高温应变测量领域关注的热点,而应变栅丝的高温蠕变性能是测量精度的主要影响因素.本文首先根据材料蠕变机理分析应变片的蠕变特性,搭建高温应变栅丝蠕变电测的系统,基于诺顿蠕变规律与试验的测量结果,建立应变栅丝的高温蠕变模型.论文基于应变栅丝蠕变输出有限元模型,对栅丝蠕变输出的影响因素进行研究;最后建立了高温应变蠕变补偿模型,以提高高温应变测量精度,并取得了试验验证.
分级气体成分对燃气辐射管热过程影响的数值模拟及研究
徐钱, 冯俊小, 周闻华
2017, 39(1): 96-106. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.013
摘要:
采用现有的双P型辐射管进行燃烧实验,并进行相应的CFD仿真对比,结果显示NOx体积分数的数值计算与试验结果误差最大为3.6%,其他参数的偏差均在1%以内.将空气分级的理念应用于双P型辐射管,设计一种带支管的分区分级燃气辐射管,并对其流动和传热特性进行仿真研究.结果表明:支管通入空气量占总空气量的25%时,辐射管壁面温差最大,热效率最高;支管通入燃气量为20%时,辐射管壁面温差最小,壁面温度均匀性最好;支管以相同空燃比同时通入空气和燃气,且支管通入空燃气量为总燃气量的25%时,整个辐射管内气体温度分布最均匀;支管通入空燃气量占总气体量从5%增加到35%的过程中,壁面温差先降低后缓慢增加,支管通入燃气量为20%时辐射管壁面温差最小.
纯电动车用18650电池的一致性研究
安富强, 赵建源, 陈璐凡, 黄俊, 李平
2017, 39(1): 107-114. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.014
摘要:
通过对国内外五款纯电动车用18650电池进行电化学性能测试、变异系数分析和相关性分析,评估电池在初始阶段和老化过程中的一致性,并系统分析电流、温度及电压范围对电池一致性的影响.结果表明:为了提高纯电动车用18650电池全寿命周期内的一致性,必须控制充电倍率小于0.3C,放电倍率小于0.5C,使用温度高于0℃.此外,优化电池筛选工艺也是改善电池一致性的一个重要方法.初始筛选时加入能够表征寿命因素的特征参数k值,即静置时开路电压的下降速率,是非常有效的.
钢铁智能制造背景下物质流和能量流协同方法
郑忠, 黄世鹏, 龙建宇, 高小强
2017, 39(1): 115-124. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.015
摘要:
钢铁企业面临库存增加、产能过剩、盈利艰难等问题,迫切需要通过绿色化和智能化的发展来应对当前的严峻形势.基于钢铁企业制造流程特点,通过分析企业以铁素流为核心的物质流和相应能量流网络特征,针对企业现有信息化系统在物质流和能量流协同方面存在的问题,提出钢铁制造过程的物质流和能量流的协同方法,明确物质流和能量流的耦合应从钢铁制造的单元工位设备与整体流程网络两个层面进行规划、设计和实施,并且指出可从完善信息监控、进行计划协同和调度协同三个方面来实现协同优化.构想基于现有信息系统架构,通过增加相应企业资源计划系统、制造执行系统、能源管理系统等信息系统的功能,以及建立物质流和能量流协同优化信息子系统的方式,以钢铁制造过程的物质流和能量流相关信息的数字化及模型化为支撑,实现制造流程的物质流和能量流协同优化,达成生产优化、资源优化和能源优化的效果.
基于自适应搜索的免疫粒子群算法
张超, 李擎, 王伟乾, 陈鹏, 冯毅南
2017, 39(1): 125-132. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.016
摘要:
经典粒子群算法由于多样性差而陷入局部最优,从而造成早熟停滞现象.为克服上述缺点,本文结合人工免疫算法,提出一种基于自适应搜索的免疫粒子群算法.首先,该算法改善了浓度机制;然后由粒子最大浓度值来控制子种群数目以充分利用粒子种群资源;最后对劣质子种群进行疫苗接种,利用粒子最大浓度值调节接种疫苗的搜索范围,不仅避免了种群退化现象,而且提高了算法的收敛精度和全局搜索能力.仿真结果表明该算法求解复杂函数优化问题的有效性和优越性.
循环加、卸载速率对砂岩变形和渗透特性的影响
赵宏刚, 张东明, 边光, 李文璞
2017, 39(1): 133-140. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.017
摘要:
通过煤岩热流固耦合试验系统(THM-2)对砂岩进行循环加、卸载试验,研究加、卸载速率对其变形和渗透特性的影响.结果表明:初始循环时,岩石的轴向变形量△ε1较大,随着循环试验的进行,△ε1趋于稳定,受卸载速率v2的影响较小.加载变形模量和卸载变形模量均逐渐上升,随着循环次数的增加,上升速度逐渐变缓;同一循环内,卸载变形模量大于加载变形模量,且随着加、卸载的进行,差值逐渐减小.加载阶段和卸载阶段渗透率变化量的差值随着循环次数的增加逐渐减小;从第5次循环开始,渗透率曲线呈“∞”形,渗透率演化规律可以用轴向应变的变化特点表征,轴向应变的变化量△ε1i受到卸载速率v2i和应力加载上限σmaxi的综合作用,二者对应变在卸载初期起到积极的促进作用,三者之间的相互关系可用幂函数表达.
应用激光多普勒测振仪的岩块体累计损伤评价试验研究
杜岩, 谢谟文, 蒋宇静, 宋红克, 李博, 刘日成
2017, 39(1): 141-146. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.018
摘要:
岩块体崩塌破坏的突发性使其成为最难预防的地质灾害,严重威胁人类的生命财产安全.边坡岩块体崩塌破坏多是系统不稳定导致的动力破坏,而用振动特征参数来进行安全监测和损伤评价更为有效.本文应用激光多普勒测振技术,通过固有振动频率对危岩块体主控结构面的黏结力损伤进行定量分析.通过改进后的极限平衡模型,得出结构面不断劣化块体的安全系数由原来的1.17下降到1.04,与实际破坏结果相符.试验结果表明:固有振动频率一方面可对危岩块体累积损伤进行有效识别,另一方面可以为黏结力参数的合理确定提供客观的数据支持.因此,基于固有振动频率分析的激光多普勒测振技术可实现边坡岩块体的累计损伤评价,并将在未来的工程应用中发挥巨大的作用.
不同应力状态下孔隙结构特征对土-水特征曲线的影响
陈宇龙, 黄栋
2017, 39(1): 147-154. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.019
摘要:
针对传统土-水特征曲线测试仪无法实现荷载作用的不足,研制吸力控制式三轴试验装置,开展不同应力状态作用下土-水特征曲线试验,讨论应力状态对孔隙特征的作用.结果表明,固结压力和基质吸力均能使土体产生不可逆的收缩变形.固结压力越大,土颗粒就越紧密,孔隙比越小,孔隙尺寸和数量越小,渗透性越差,表现出较好的持水能力,空气难以进入土体,土体排水困难,导致进气值增大和减湿率减小.土-水特征曲线与孔隙结构特征的关系紧密,与应力状态无直接关系.固结压力对土-水特征曲线的影响是通过改变孔隙结构特征来体现的.孔隙结构特征相近时,应力状态对其土-水特征曲线不会产生影响.
正交胶合木填充墙-钢框架体系受力性能
沈银澜, 牟在根, Siegfried F. Stiemer, 李相杰, 张爵扬
2017, 39(1): 155-165. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.020
摘要:
采用开源地震工程模拟系统(OpenSees)对以正交胶合木作填充墙的钢框架结构进行探索性数值研究,主要研究该填充墙钢框架单元在单调和循环加载作用下的受力性能,墙体与钢框架之间的协同工作性能以及连接个数对整体结构受力性能的影响.结果表明:正交胶合木填充墙能够提高钢框架的抗侧刚度和水平承载力;柔性连接的设置使整体结构耗能性能良好;工作缝的设置减缓墙体的开裂,更大程度上发挥连接件的耗能和变形能力;连接个数对构件的抗侧能力影响较大,可以通过调整连接数量和连接间距设计出具有多种刚度和耗能能力的框架单元.