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2017年  39卷  第10期

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大气环境中金属及其保护层霉菌腐蚀研究的进展
刘倩倩, 卢琳, 高歌, 李晓刚
2017, 39(10): 1463-1469. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.001
摘要:
微生物及其生命特征严重影响着材料的服役性能与寿命.目前大量的研究集中在细菌腐蚀领域,对于大气环境中真菌造成的腐蚀行为与机理研究较少.事实上,在大气环境中存在着大量的霉菌,其生命活动对金属及涂、镀层的腐蚀也具有重要的影响.本文综述了霉菌的生化特性与腐蚀的关系,讨论了在大气环境中霉菌对金属及涂、镀层材料腐蚀行为的影响,并归纳了霉菌腐蚀的相关机理;同时根据腐蚀特征的对比分析可知,霉菌腐蚀与细菌腐蚀具有一定的差异性,其主要原因在于两类菌的代谢产物不同.目前,对金属及涂、镀层材料的霉菌腐蚀研究大多停留在对材料表面霉菌腐蚀现象的描述和产物的分析等方面,缺乏对霉菌生命活动与腐蚀速度的定量表征,缺乏对霉菌引起的腐蚀过程动力学规律的研究,这将是未来研究工作的重点.
基于XFEM的岩体卸荷过程裂纹起裂扩展规律研究
邓青林, 赵国彦, 谭彪, 邹玉良, 李夕兵
2017, 39(10): 1470-1476. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.002
摘要:
地下和边坡工程开挖常涉及岩体卸荷问题,采用ABAQUS软件中的扩展有限单元法(extended finite element method,XFEM)对开挖卸荷过程岩体内部裂纹的起裂扩展进行了模拟,通过计算裂纹尖端应力强度因子研究了其起裂特征,并探讨了起裂影响因素,通过记录裂纹扩展形态研究了其动态演化模式.结果表明,卸荷过程中卸荷速率越快,裂纹长度越长,倾角越大,其起裂越容易;并且裂纹面受到的正应力不断减小,剪应力不断增大,裂纹扩展主要由剪应力控制,这与理论分析结果一致.裂纹最终扩展演化形态也与物理试验相近,充分表明运用扩展有限单元法研究岩体裂纹问题的可靠性.
砂岩Ⅰ型断裂的尺寸效应试验研究
彭剑文, 李长洪, 苗胜军
2017, 39(10): 1477-1484. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.003
摘要:
通过对尺寸成等比例的砂岩试样进行三点弯曲试验,研究了I型断裂问题中试样尺寸对砂岩断裂参数的影响.结果表明:随着试样尺寸的增大,名义张拉强度减小,名义断裂韧度和破裂过程区长度增大,三者均为试样尺寸的函数.基于试验结果,引入有效破裂过程区长度cf,建立等效线弹性断裂力学尺寸效应模型,通过理论分析,发现其尺寸效应曲线介于理想脆性和理想塑性材料之间,体现出准脆性材料的尺寸效应特点,并计算得到了不同尺寸试样的破裂过程区长度等断裂参数.为验证该尺寸效应模型在砂岩中的正确性,采用数字图像匹配技术(DIC)测定相应尺寸砂岩试样的破裂过程区长度,测定结果和理论模型计算值相符.
尾矿浆沉积室内模拟试验
巫尚蔚, 杨春和, 张超, 冒海军, 敬小非
2017, 39(10): 1485-1492. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.004
摘要:
尾矿浆的沉积特性对尾矿坝的坝体结构有重要影响.为了研究尾矿浆的沉积分层特征和时间演化规律,对黏性尾矿浆和砂性尾矿浆进行一维沉降柱试验,讨论了尾矿沉积物的细观结构特征和分层划分依据,分析了沉积物形态与时间的关系,并用双电层理论解释了絮凝作用对沉积特征的影响机理.结果表明:尾矿黏粒具有颗粒细小、黏土矿物成分比例高和吸附性强的特点,在液体环境下易形成高孔隙率的絮状结构体;根据细观结构的变化,尾矿沉积层从上到下依次分为澄清区、絮凝区、沉降区和固结区;按时间划分,可以将尾矿的沉积过程分为沉降阶段和固结阶段,黏性尾矿的沉积时间大约是砂性尾矿的2倍;砂性尾矿的沉积时间主要由单颗粒的自由沉降速度决定,黏性尾矿浆的沉积过程可用分界面高度-时间的函数关系来描述.研究结果揭示了尾矿浆的沉积过程和细观结构之间的联系,为尾矿浆沉积规律的预测提供了参考.
高硫膏体强度劣化机理实验研究
程海勇, 吴爱祥, 王洪江, 王贻明
2017, 39(10): 1493-1497. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.005
摘要:
高硫尾矿配制成的膏体表现出不同程度的强度劣化,高硫膏体强度劣化能引起充填体质量的巨大变化.通过不同硫含量的膏体强度劣化实验,同时结合X射线衍射物相分析和环境扫描电镜分析,对高硫膏体的劣化规律和劣化机理进行了分析.得出含硫尾矿在一定程度上能促进膏体早期强度增长,却抑制了后期强度发育,硫含量越高,膏体后期强度劣化越显著.硫化物氧化生成的硫酸盐能促进膨胀性钙矾石和石膏类物质的生成.同时酸性环境造成了C-S-H的脱钙和CH的分解,已形成的胶凝体系遭到破坏,进一步促进了充填体的劣化.通过孔隙计算模型对晶体膨胀应变和裂纹发育过程进行了分析,阐述了膨胀性物质的线弹性应变发育机理.
次生硫化铜矿微生物浸出实验
尹升华, 王雷鸣, 潘晨阳, 陈勋, 谢芳芳, 艾纯明
2017, 39(10): 1498-1506. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.006
摘要:
微生物浸矿是提取低品位,难选次生硫化铜矿中有价元素的最有效方法之一.本研究利用嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidthiobacillus ferrooxidans)浸取福建某难选次生硫化铜矿,依次开展浸矿菌富集培养实验、驯化转代实验和不同粒径配比下柱浸试验,获得了不同阶段的细菌浓度、pH值、铜浸出率等演变规律;并结合电子计算机断层扫描技术实现了柱内矿堆塌落、截面孔隙演化和浸矿机理研究.研究表明:细菌浓度和pH值均呈现缓慢增加后趋降低的趋势,浸柱中细菌增殖较慢,浸矿480 h后,细菌浓度仅为每毫升5×107个.浸矿过程中,细颗粒趋于向柱底迁移,矿堆出现塌落;柱顶孔隙率变大,增幅为6.65%,柱底孔隙率变小,降幅为8.29%;塌落程度与细粒含量成正比,最小塌落为1.7 mm,最大塌落为6.15 mm.入堆矿石粒径极大影响着柱浸体系的浸出效果.实验中柱浸B组(粒径r < 1 mm占28.41%)浸矿效果最佳,浸矿480 h后铜浸出率达47.23%.
基于循环系统的膏体浓密机底流调控及其数学模型
杨柳华, 王洪江, 吴爱祥, 张连富, 陈辉
2017, 39(10): 1507-1511. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.007
摘要:
为了保证浓密机在高料位下不压耙,一般通过增设循环系统使料浆始终处于活化状态,降低耙架运行阻力.然而,目前循环参数对底流的影响规律不明确,造成系统的设计及应用缺乏科学依据,为此开展了循环参数对底流的调控研究.分析循环系统的作用原理,将循环系统作用范围划分为两大区域,揭示循环参数对底流的调控机制,运用微积分原理对区域内的底流体积分数变化进行求解,最终建立浓密机底流调控数学模型.最后,利用该模型对底流循环实验参数进行验证.研究结果表明:开启底流循环后,底流体积分数开始降低并最终趋于稳定,底流体积分数差随着循环流量及循环高度增大而增大,体积分数变化幅度为0.7%~2.2%,稳定所需时间随流量及高度增加而减小.该理论模型完全吻合验证结果函数,为循环系统的设计及运行提供理论依据.
氢化松香酯基阳离子捕收剂M-N的合成及浮选性能
郭婷, 梅光军, 李诚, 于明明, 陈晓东
2017, 39(10): 1512-1517. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.008
摘要:
以石英纯矿物浮选回收率和季铵盐活性物含量为指标,进行了摩尔比、温度、时间等合成条件的优化.以酒钢焙烧磁铁矿实际矿石在捕收剂M-N作用下进行脱硅反浮选,所得铁精矿品位56.54%、回收率77.33%.在5~30℃条件下,浮选精矿指标稳定,耐低温性优良.捕收性能优于传统药剂十二胺和醚胺.Zeta电位和红外光谱分析表明,M-N在石英表面发生静电吸附作用和氢键作用,因此加强了浮选分离的效果.
季铵型木质素的合成及其对AuCl4-的吸附性能
张保平, 杨芳, 马钟琛, 郭美辰, 刘运
2017, 39(10): 1518-1524. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.009
摘要:
以稻草为原料,经酚化、交联和胺化后合成了季铵型木质素,并研究了其对AuCl4-的吸附性能.通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)和差热-热重分析(TG-DSC)对合成产物进行了表征,考察了AuCl4-初始浓度、盐酸浓度和吸附时间对AuCl4-吸附效果的影响.研究结果表明,合成的产物为热稳定性好且含有大量孔隙和表面粗糙的不规则块状季铵型木质素;在盐酸浓度为0.5 mol·L-1,AuCl4-初始浓度为6.0 mmol·L-1,吸附100 h时AuCl4-的最大吸附容量为3.27 mol·kg-1,在0.5 mol·L-1盐酸和1.0 mmol·L-1 AuCl4-的条件下吸附达到平衡时间为360 min.经扫描电镜和X射线衍射分析和傅里叶红外光谱分析表明吸附后的AuCl4-被季铵型木质素中的酚羟基还原而以单质形态析出.
氮含量对0Cr16Ni5Mo马氏体不锈钢高温热变形行为影响
张宝丽, 陈刚, 孙永庆, 袁武华, 梁剑雄
2017, 39(10): 1525-1531. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.010
摘要:
采用Gleeble3800试验机对三种不同N含量的0Cr16Ni5Mo马氏体不锈钢进行等温热压缩实验.通过对真应变-应力曲线及压缩后变形组织的观察,发现相同热变形条件下,N含量的增加提高了试验钢的流变应力,抑制了再结晶晶粒长大.采用Zener-Hollomon参数,以流变应力方程为基础,构建三种本构模型.通过观察拟合应力值与实验值的离散性,确定双曲正弦模型更适用于本试验钢的本构方程计算,优化此计算模型,获得了三种试验钢的本构方程.
微弧氧化对7050铝合金腐蚀行为的影响
庄俊杰, 张晓燕, 孙斌, 宋仁国, 李海
2017, 39(10): 1532-1539. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.011
摘要:
采用微弧氧化(MAO)技术在7050铝合金表面制备了陶瓷膜层,运用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)表征陶瓷膜微观结构,采用动电位极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)和慢应变速率拉伸试验(SSRT)研究了微弧氧化膜对7050铝合金在3.5%(质量分数) NaCl水溶液中腐蚀和应力腐蚀开裂(SCC)行为的影响.结果表明:微弧氧化膜层由表面疏松层与内部致密层组成,表面疏松层主要由Al2O3组成,内部致密层由氧化铝与铝烧结而成.微弧氧化膜层可以有效抑制7050铝合金表面的腐蚀萌生及明显降低腐蚀速率,且使7050铝合金的应力腐蚀敏感性出现显著下降.
热轧带钢氧化铁皮拉伸开裂行为
王尚, 杨荃, 任云鹤, 王晓晨, 单忠德
2017, 39(10): 1540-1545. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.012
摘要:
采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和万能拉力试验机,研究了Q235-A带钢氧化铁皮的组织、结构及其开裂行为.结果表明,氧化铁皮的成分主要为Fe3O4、Fe2O3和Fe,含有少量的FeO,氧化层厚度比较均匀,约为10 μm,结构致密且与基体结合较好.拉伸实验表明,随着应变的增加,裂纹条数增加呈先慢,后快,再慢的规律.应变达到0.05%时氧化铁皮开始出现裂纹,当应变在0.08%~0.10%范围内裂纹条数随应变增加非常明显,当应变超过0.10%时裂纹条数增加缓慢,应变超过0.15%时裂纹条数几乎不再增加.
BCOISOA-BP网络在磨矿粒度软测量中的应用
周颖, 杨京松, 付冬梅, 岳彬
2017, 39(10): 1546-1551. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.013
摘要:
传统人群搜索(SOA)算法通过计算搜索方向、搜索步长和搜寻更新个体位置三个步骤进行寻优.它的缺点在于计算量大,种群之间信息交流少,导致寻优速度慢.针对人群搜索算法存在的缺点,本文提出二项交叉算子改进人群搜索算法(BCOISOA)对其改进.在计算搜索步长方面,本文采用随机数与最大函数值位置乘积判断子群位置,进而提高全局寻优计算速率.在更新位置方面,本文提出二项交叉算子加强种群之间的联系,避免在更新搜索方向过程中,算法因局部最优而导致过早收敛,进而达到快速、准确寻找最优解的目的.本文将以上二项交叉算子改进人群搜索-BP神经网络算法应用在二段式磨矿过程中,实现磨矿粒度在线软测量.仿真结果表明,与人群搜索算法和粒子群算法进行比较,二项交叉算子改进人群搜索算法收敛速度更快,预测精度最高,满足对磨矿粒度实时检测的要求.
基于软超球体的高维非线性数据异常点识别算法
徐钢, 张晓彤, 黎敏, 徐金梧
2017, 39(10): 1552-1558. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.014
摘要:
在冶金、化工等流程型工业领域,生产中的过程控制参数往往具有高维非线性结构特征.为了解决这类高维复杂数据的异常点检测问题,本文引入了软超球体的概念,采用非线性核函数将原始数据映射到高维的特征空间,并在特征空间中确定软超球体的边界.通过检测待识别样本映射到特征空间的位置信息来判定过程参数的设定值是否为异常点,从而避免出现批量的产品质量问题.以某类汽车用钢为应用实例,对实际生产数据进行检测,证明了所提出的基于软超球体的异常点识别算法对于高维的非线性数据具有良好的检测能力.
基于粒子群最大似然估计的焊缝早期隐性损伤磁记忆精确定位模型
邢海燕, 陈思雨, 李思岐, 葛桦, 孙晓军
2017, 39(10): 1559-1564. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.015
摘要:
针对由于焊接残余应力、磁场噪声等干扰,造成磁记忆检测在焊缝早期隐性损伤位置定量评价上的困难,提出基于粒子群算法优化的最大似然估计磁记忆梯度定量模型.通过对预制未焊透缺陷的Q235焊接试件进行焊缝疲劳拉伸实验,同步对比扫描电镜和X射线检测结果,发现磁记忆信号梯度对早期隐性损伤位置反应比较敏感,并获得了梯度随着与隐性损伤的距离增大而减小的衰减变化规律,构建隐性损伤位置参数与磁记忆梯度的非线性函数,考虑磁场噪声对隐性损伤定位结果的影响,引入最大似然估计建立目标函数,进一步考虑目标函数的非线性容易陷入局部极值而非全局极值的问题,采用具有全局搜索能力的粒子群算法对目标函数进行优化,建立基于粒子群最大似然估计的焊缝隐性损伤位置磁记忆定量模型,验证结果表明定位误差仅为3.48%,为实际工程中利用磁记忆技术及时发现早期隐性损伤并精确定位提供了新的思路.
车载超高速永磁无刷电机驱动器
张前, 冯明, 陈俊, 任天明
2017, 39(10): 1565-1574. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.016
摘要:
超高速永磁无刷电机因其低电感和高换相频率而普遍面临转子与定子过热的困扰,而发热的一个重要原因是进行脉冲宽度调制(PWM)引起的高频电流谐波.对于逆变器处直接斩波调速方式,需要通过提高斩波频率以减小电流谐波.但对于像燃料电池汽车空压机用10 kW级电机驱动器,现有功率开关器件无法同时满足开关频率和功率的要求.因此在逆变器处斩波调速并不是驱动超高速永磁无刷电机的理想方案.为了减小定转子损耗,本文从减小电流谐波的角度出发,设计了一台前置Buck变换器无位置传感器控制方波驱动器.通过反电动势滤波电路以及换相位置补偿角的优化设计将无位置控制的适用范围扩展到3000~100000 r·min-1,对开发过程中遇到的关键问题进行了分析并提出了相应解决方案.最后,通过实验验证了该驱动器的控制性能.
迭代生成微分方程分解方法研究
李康强, 冯志鹏
2017, 39(10): 1575-1583. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.017
摘要:
针对实际振动信号中多分量分离问题,在生成微分方程解调技术的基础上,提出一种新的迭代分解方法.首先采用生成微分方程(generating differential equation,GDE),估计初始振动信号的瞬时频率和幅值包络,然后对瞬时频率通过低通滤波分离出第一个频率,基于此频率对原始信号通过高通滤波器后提取的成分作为第一个分量,最后用初始信号减去第一个分量的余值作为下一次迭代的初始值,迭代同样的步骤分析分解直到获取所有信号分量,以低于能量比阈值作为迭代终止条件.本方法不需要先验信息.通过仿真信号验证并与传统方法进行对比分析,证明了方法的有效性.通过实测轴承试验信号的故障分析,证明了方法的实用性.
基于深度卷积神经网络的地磁导航方向适配性分析
肖晶, 齐晓慧, 段修生, 王俭臣
2017, 39(10): 1584-1590. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.018
摘要:
针对地磁导航方向适配性分析时人工提取的特征主观性较强且难以表达深层的结构性特征的问题,提出一种基于深度卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的地磁导航方向适配性分析方法.首先,利用Gabor滤波器的方向选择特性建立了6个典型方向的适配特征图;然后,设计了卷积神经网络对深层次的方向适配特征进行提取,并通过混和粒子群算法(hybrid particle swarm optimization,HPSO)对卷积神经网络的训练参数进行优选;最后,通过仿真实验对所提方法进行了验证.结果表明,该方法可有效避免复杂的计算以及人工特征提取的盲目性,实现了地磁导航方向适配性分析的自动化,且所提方法的准确率高于传统的BP网络和支持向量机,对地磁导航和航迹规划具有指导意义.
面向老人迟滞性特征的可信情感计算
韩晶, 解仑, 贺苗, 王志良, 任福继
2017, 39(10): 1591-1597. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.019
摘要:
根据老人认知心理特征中的迟滞性特征,结合基于Gross认知重评的情感计算模型,考虑迟滞性特征对个体情感状态转移的影响,在认知重评参数的基础上,建立迟滞性因子,对当前情感状态下的认知重评能力进行修正,从而对情感计算模型进行有效的修正,使人机交互更加自然和谐.为了实现情感计算模型的可信,结合现场可编程门阵列硬件平台和高级加密标准密码算法对情感计算模型中的老人情感信息进行加密处理,实现情感计算过程中的数据可信.采用可编程片上系统技术在现场可编程门阵列芯片EP4CE115F29C7中搭建功能实现所需的所有硬件组件,结合硬件组件编写逻辑程序并实现高级加密标准密码算法,在情感计算过程中实现数据的实时传输和安全处理,实现可信的情感计算.最后实验结果表明受到迟滞性特征影响下的情感计算模型与老人的真实情感具有高度一致性,且可信计算有助于提升老人的正向情感状态.
运转工况下风电塔抗震分析
戴靠山, 赵志, 易正翔, 盛超
2017, 39(10): 1598-1605. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.020
摘要:
为了研究运转工况下风电塔的地震响应及倒塔模式,使用风电塔设计软件FAST建立风电塔模型,比较停机和运转不同工况下的结构响应,并在运转工况下通过改变地震动输入方向研究不同风震组合角对结构响应的影响,得到最不利工况;使用ABAQUS建立风电塔的精细化有限元模型,将FAST计算的塔顶风荷载导入ABAQUS开展分析计算.将基于叶素理论计算的塔顶荷载与FAST计算结果进行对比,并进一步将弹性阶段ABAQUS与FAST模拟的塔顶位移进行对比,校验分析方法的合理性.利用ABAQUS模型将地震动调幅,开展倒塔模拟.研究结果表明运转工况下最不利风震组合角是90°,强震下塑性铰在塔身下部出现并向中上部发展,最终该风电塔在中上部发生破坏.