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2017年  39卷  第3期

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从鸟群群集飞行到无人机自主集群编队
邱华鑫, 段海滨
2017, 39(3): 317-322. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.03.001
摘要:
无人机可通过自主集群编队提高其在复杂环境下执行任务的能力.多飞行器并存导致系统协调管理难度提升等一系列问题,因此如何设计合理高效的无人机集群编队协调自主控制算法是一个亟待解决的难点问题.在鸟群群集飞行过程中,个体通过遵循简单行为规则进行相互合作而产生复杂有序的集体行为.由于鸟群群集飞行过程中所表现出的邻近交互性、群体稳定性和环境适应性等特点与无人机集群编队的自主、协调和智能等控制要求有着紧密的契合之处,因此,研究鸟群群集飞行机制,并将其映射到无人机集群系统,是解决无人机集群编队协调自主控制问题的一条切实可行的途径.
中国大陆金属矿区实测地应力分析及应用
李鹏, 苗胜军
2017, 39(3): 323-334. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.03.002
摘要:
以迄今为止查阅到的中国大陆金属矿区实测地应力数据为基础,经优化处理后最终采用165组数据,基本覆盖了我国大陆主要金属矿山分布地区.采用回归分析法给出了中国大陆金属矿区测量埋深范围内的地应力场特征,并尝试从地应力的角度对中国大陆金属矿区断层的稳定性进行了讨论.结果显示,中国大陆金属矿区垂直主应力、最大与最小水平主应力总体上随埋深呈线性增加;最大与最小水平主应力之差Δσ随埋深的增加有增大的趋势,但规律性不显著;最大水平主应力与垂直主应力之比Kh,max主要集中在1.00~2.50之间,最小水平主应力与垂直主应力之比Kh,min主要集中在0.50~1.50之间,平均水平主应力与垂直主应力之比Kh,av主要集中在1.00~2.00之间,随着埋深的增加,3个侧压系数的变化幅度逐渐减小,Kh,max趋向于1.83,Kh,min趋向于0.80,Kh,av趋向于1.31;最大与最小水平主应力之比与埋深没有显著的关系,主要集中在1.5~2.0之间,近似服从正态分布;断层在埋深小于500 m范围内有滑动的可能,埋深超过500 m时,逆断层有滑动的可能,走滑断层处于相对稳定状态.
爆轰波三波点擦除烟迹表面积碳机制
赵焕娟, John H. S. Lee, 张英华, 严屹然
2017, 39(3): 335-341. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.03.003
摘要:
为理解三波点在壁面及端面积碳留下记录的确切机制,推动对螺旋爆轰内部结构的研究,采用端面烟熏玻璃与内壁烟膜结合的实验方法记录胞格结构,并得到不稳定、较稳定及稳定预混气的侧壁及端面爆轰记录.2H2+O2+3Ar给出了清晰精细的端面结果,其单头螺旋结果表明相对于结果近似的侧壁结果,内部螺旋结构并非固定.进而从附着碳粒的粒度尺寸分析出碳迹附着原理并结合五种预混气的反应特性,确定键能足以克服碳迹吸附在表面的力时才能擦除烟迹.另外预混气中的碳分子也会导致烟迹堆积而影响端面结果,反射激波的强度也影响记录的清晰度.最终确定烟迹擦除机制受预混气影响,应针对预混气选用表面粗糙度载体和积碳颗粒尺寸,并给出了记录爆轰结构的方法.
地下金属矿山采掘作业计划优化模型
李国清, 李宝, 胡乃联, 侯杰, 修国林
2017, 39(3): 342-348. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.03.004
摘要:
为了实现地下金属矿山采掘作业计划编制的实时准确与科学有效性,针对矿山作业地点分散、生产组织复杂、矿石质量难以控制等特征,构建了基于0-1整数规划的作业计划优化模型.通过分析开采技术经济指标及空间逻辑关系,以最小品位偏差为目标,将产量均衡、出矿能力以及品位高低结合开采等转化为约束条件,考虑各采场作业工序、回采顺序、生产能力以及其他生产要素等,运用计算机技术和整数规划方法,得出地下矿山采掘作业计划最优方案.以国内某大型金矿为案例进行了模型的有效性验证,解算出矿山最优的采掘作业计划,并得出作业计划甘特图.结果表明,模型能够指导完成生产作业任务,且满足作业计划连续性和均衡性要求.
金川镍沉降渣的工艺矿物学
刘晓民, 高双龙, 李杰, 寇珏, 孙春宝
2017, 39(3): 349-353. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.03.005
摘要:
采用化学分析、X射线衍射(XRD)、光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和能谱(EDS)等方法,研究了金川镍沉降渣的矿物组成、结构、嵌布特征、主要有价成分Fe、Ni、Cu、Co的分布等工艺矿物学性质.结果表明,金川镍沉降渣主要由铁镁橄榄石和玻璃质组成,并含少量的铜镍铁硫化物、辉铜矿、磁铁矿等;沉降渣的结构单一,微细粒的铜镍铁硫化物呈星散状无规律分散在硅酸盐基质中;铁主要存在于铁镁橄榄石内,镍和铜主要赋存在铜镍铁硫化物中,钴没有独立矿物存在,主要以类质同象形式赋存在其他矿物中.镍渣中有价成分的回收可考虑用深度还原法或湿法冶金工艺.
碱性氧化铜矿产氨菌浸出特性
尹升华, 谢芳芳, 陈勋
2017, 39(3): 354-359. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.03.006
摘要:
为了研究碱性氧化铜矿产氨菌浸出特性,分析了产氨菌浸矿过程对矿石的作用.将云南某矿的碱性氧化铜矿置于含菌培养液、去菌培养液和氨水等5种浸矿溶液中,在同一条件下进行摇瓶浸矿实验,剖析溶液中各可能的浸矿因子.研究结果表明:产氨菌产氨能力较强,尿素培养液中氨质量浓度最大达8.93 g·L-1;产氨量与细菌含量呈正相关关系,细菌含量越高,产氨量越大;产氨菌主要通过产氨间接浸矿,此外产氨菌和其代谢产物都能直接作用于矿石,浸矿能力细菌产氨 > 细菌 > 细菌代谢产物,三者比值约为12:5:4.
基于实验与3D-CAFE法的高硅钢铸锭凝固行为
宋炜, 张炯明, 王顺玺
2017, 39(3): 360-368. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.03.007
摘要:
通过空冷和水冷实验研究了高硅钢的铸态组织,发现高硅钢铸态组织主要由粗大的柱状晶构成,水冷铸锭中柱状晶比例高达90%以上.依据铸锭的化学成分和晶粒统计结果,确定了3D-CAFE法模拟所需的枝晶生长动力学系数及高斯分布等参数.采用CAFE法对不同冷却条件下高硅钢的凝固过程进行模拟研究,发现空冷铸锭较水冷铸锭的温度场更均匀,糊状区更宽阔;空冷铸锭呈“过渡式”凝固,水冷铸锭呈“分层式”凝固;空冷流场较水冷流场更稳定,凝固末期冒口处出现明显的抽吸现象,而水冷模拟结果中未观察到该现象.组织模拟结果发现,模拟得到的高硅钢凝固组织无论是形貌还是晶粒尺寸都与实验结果相一致;最后通过改变浇注温度模拟研究了过热度对高硅钢凝固组织的影响,结果表明,随着过热度的降低,铸锭中心等轴晶率提高,晶粒数量增加,晶粒尺寸变得细小.
冶炼关键参数对于IF钢轧材夹杂缺陷的影响
郝阳, 包燕平, 李任春, 李太全, 程迪, 陈霄, 王睿
2017, 39(3): 369-376. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.03.008
摘要:
针对邯钢IF钢冶炼过程,采用统计学软件SPSS中逻辑回归分析、相关性统计、描述性统计等方法,研究了冶炼过程中关键参数和轧材夹杂缺陷之间的对应关系以及参数间的相关性.结果表明:在IF钢冶炼过程中将转炉终点温度控制在1695~1700℃之间,吹氧量控制在250 m3以下,静置时间控制在30~40 min之间,加铝前氧位不超过3.9×10-4时,IF钢轧材出现夹杂缺陷的机率减少.由此对现场提出了改善措施,结果表明以上优化措施可以减少IF钢轧材中夹杂缺陷的产生.
硫氧混合铅锌矿中锌的氧化氨浸动力学
贾楠楠, 王会刚, 郭敏, 张梅
2017, 39(3): 377-382. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.03.009
摘要:
常压低温条件下在NH3-(NH42SO4体系中使用过硫酸铵作为氧化剂对硫氧混合铅锌矿中的锌进行浸出实验,系统研究了搅拌速度、浸出剂浓度、氧化剂浓度与温度对于锌浸出率的影响.结果表明,在最优条件下锌的浸出率可达93.2%,且浸出过程中几乎没有其他离子进入溶液,实现了锌的选择性高效浸出,从而简化了后续的浸出液净化与材料制备过程.动力学研究表明,硫氧混合铅锌矿中锌的氧化氨浸过程遵循固体产物层扩散控制的未反应核收缩模型,浸出反应的表观活化能为17.89 kJ·mol-1.
次亚磷酸盐在电解铜氰废液同时回收铜和氰过程中的作用
高腾跃, 刘奎仁, 韩庆, 徐滨士
2017, 39(3): 383-388. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.03.010
摘要:
以高浓度铜氰溶液为研究对象,通过添加次亚磷酸盐,进行了高碱条件下电积回收铜与氰化物的研究.研究了次亚磷酸盐用量、温度对铜和氰化物沉积过程的影响;利用线性循环伏安、恒电位电解并结合X射线衍射分析阳极沉淀物的物相,分析了阳极反应机理和次亚磷酸盐抑制氰化物分解的机理;采用电解后余液进行金的氰化浸出实验.结果表明:次亚磷酸盐可有效抑制电沉积过程中氰化物的分解,其抑制效果随温度升高而增强.电解过程中阳极表面生成的Cu2+是造成氰化物分解的主要原因;次亚磷酸盐通过优先与Cu2+发生氧化还原反应从而抑制氰化物的分解.处理后余液对金的氰化浸出无不良影响,通过电解可综合回收铜氰废水中金属与氰化物,处理后废水可循环利用.
变渣皮厚度条件下铜冷却壁应力分布规律及挂渣稳定性
李峰光, 张建良
2017, 39(3): 389-398. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.03.011
摘要:
根据热弹性力学理论,建立了渣皮厚度可变的铜冷却壁热-力耦合应力场分布计算模型,从铜冷却壁本体和炉渣-镶砖界面应力分布的角度分析了煤气温度、冷却制度、镶砖材质和炉渣性质等因素对铜冷却壁寿命及挂渣稳定性的影响规律.计算结果表明:煤气温度的升高使铜冷却壁本体应力线性升高,同时挂渣稳定性减弱;铜冷却壁本体应力值及挂渣稳定性均随渣皮厚度增加而呈现先下降后上升的趋势,实际生产中渣皮厚度应维持在30~60 mm之间;冷却水流速的增大会导致铜冷却壁本体应力值小幅上升,但可使挂渣稳定性增强;冷却水温的提升可小幅降低冷却壁本体应力,但会显著降低挂渣稳定性;镶砖热导率的提升和炉渣热膨胀系数的减小均有利于降低铜冷却壁本体应力并增强挂渣稳定性.
304不锈钢在模拟压水堆一回路水中高温电化学腐蚀行为
汪家梅, 陆辉, 张乐福, 孟凡江, 徐雪莲
2017, 39(3): 399-406. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.03.012
摘要:
通过模拟压水堆一回路水环境,研究了氯离子浓度和溶解氧对304不锈钢高温电化学腐蚀行为的影响.动电位极化曲线结果表明,氯离子浓度主要影响高电位下的二次钝化效应,低电位下影响效果不明显,结合X射线光电子能谱对氧化膜元素成分的分析发现二次钝化效应与氧化膜中Fe/Cr元素含量比密切相关.电化学阻抗谱和扫描电镜结果表明,随着氯离子浓度增加,氧化膜阻抗逐渐降低,表面外层氧化物颗粒和间隙逐渐增大,耐腐蚀性能降低.随着溶解氧含量的升高,304自腐蚀电位逐渐升高,钝化电流密度降低,钝化区间缩小,表面氧化膜阻抗逐渐增加.
高性能锂离子电池负极材料一氧化锰/石墨烯复合材料的合成
苗小飞, 刘永川, 张祥昕, 陈素晶, 陈远强, 张易宁
2017, 39(3): 407-416. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.03.013
摘要:
通过冻干-煅烧合成了一氧化锰/石墨烯(MnO/rGO)复合材料,并将其用作锂离子电池负极材料.在500 mA·g-1的电流密度下,MnO/rGO复合材料表现出高达830 mAh·g-1的可逆容量,且在充放电循环160圈后,其可逆容量依然高达805 mAh·g-1.倍率测试结果显示,循环225圈后,在2.0 A·g-1的电流密度下,其可逆容量高达412 mAh·g-1.复合材料中的石墨烯在提高材料导电性的同时有效地缓解了一氧化锰充放电过程中的体积膨胀.通过对比容量-电压的微分分析,发现复合材料超出一氧化锰理论容量的部分是由形成了更高价态的锰引起的.MnO/rGO复合材料比纯一氧化锰(p-MnO)更容易出现高价态的锰,可能是因为rGO上残留的氧为电极反应提供了额外所需的氧源.该一氧化锰/石墨烯复合材料因其简单绿色的合成过程及优异的电化学性质,有望在未来的锂电负极中得到广泛的实际应用.
毛细铜/钛复合管材的游动芯头拉拔制备及组织性能
刘新华, 林一良, 付华栋, 刘雪峰, 谢建新
2017, 39(3): 417-425. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.03.014
摘要:
在热旋制备界面结合质量优异的铜/钛双金属复合管坯的基础上,对复合管进行了游动芯头拉拔加工,重点研究了复合管材游动芯头拉拔加工成形能力以及拉拔加工对复合管材组织性能的影响.研究结果表明,游动芯头拉拔方式,特别是减壁拉拔,对铜/钛复合管材结合界面有较大的破坏作用,且难以实现多道次连续拉拔加工,单道次拉拔加工量不宜超过30%;575℃保温70 min的道次间退火虽然对界面元素扩散情况影响不大,但能缓解加工硬化和残余应力,使得铜/钛复合管材的平均剥离强度由变形态的7.8 N·mm-1提高到退火态的17.1 N·mm-1,大幅度提高铜/钛复合管材的后续拉拔加工性能.通过严格控制拉拔减壁量,合理制定了铜/钛复合管材的拉拔加工工艺,成功制备了结合性能优异的毛细规格铜/钛复合管材.
MA-SPS制备超细晶Ti-8Mo-3Fe合金的摩擦磨损性能
王涛, 路新, 徐伟, 章林, 曲选辉
2017, 39(3): 426-431. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.03.015
摘要:
以机械合金化+放电等离子烧结(MA-SPS)制备的超细晶Ti-8Mo-3Fe合金为研究对象,研究了合金在模拟体液(SBF)中的摩擦磨损性能,并与放电等离子烧结制备的微米尺寸晶粒的Ti-8Mo-3Fe合金、铸造纯Ti及Ti-6Al-4V (TC4)合金进行了对比.结果表明:采用MA-SPS工艺可制备出高致密度、组织均匀的超细晶Ti-8Mo-3Fe合金,合金由β相及少量α相组成,平均晶粒尺寸为1.5 μm,显微硬度为448 HV;在相同摩擦磨损条件下,超细晶Ti-8Mo-3Fe合金的摩损程度明显低于微米晶粒Ti-8Mo-3Fe和铸态的纯Ti及TC4合金,具有最低的磨损体积和较稳定的摩擦系数.超细晶Ti-8Mo-3Fe合金的磨损机制为磨粒磨损,而微米晶粒Ti-8Mo-3Fe和铸态纯Ti及TC4合金的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损并存的混合磨损.
基于厚向组织性能考量的7B50铝合金中厚板回归再时效热处理
侯陇刚, 赵凤, 庄林忠, 张济山
2017, 39(3): 432-442. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.03.016
摘要:
为解决T6态高强铝合金强度高而耐蚀性难以满足使用需求,采用三级时效工艺来改善析出强化相特别是晶界析出相的形貌、尺寸、分布等,并通过研究不同回归处理制度对组织、性能的影响而获得适宜7B50铝合金中厚板的三级时效工艺.研究发现提高回归温度或延长回归时间均会使中厚板心部及表层组织的晶内和晶界析出相发生粗化并析出稳定η-MgZn2相,导致强度下降、电导率上升,其中回归温度对强度和电导率的影响显著.三级时效处理虽使晶内析出相尺寸有所增加,但却使T6态连续分布的晶界析出相呈断续分布,结合心部和表层强度及电导率测量结果认为合适的回归处理制度为165℃/6 h.然而,热轧引起中厚板表层较心部更为严重的变形使表层含有更多的亚晶或亚结构且其分布更均匀,从而使表层更快到达峰时效,进一步的回归再时效处理则使表层析出更多稳定η相,而η相的形成与晶内析出相的粗化长大是造成表层和心部强度差异的关键.虽然淬火/三级时效态表层和心部的晶粒结构存在差异,且局部出现亚晶合并长大,但其对强度的提升效果远低于表层析出稳定η相所引起的强度下降.可见,三级时效工艺并不能缓解7B50铝合金中厚板心部和表层的性能差异,但可使表层和心部的强度、电导率满足某实际工况要求.
变压吸附空分用椰壳基炭分子筛的制备
李兴伟, 徐绍平, 丛媛媛
2017, 39(3): 443-448. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.03.017
摘要:
提出以椰壳预炭化料为骨料、酚醛树脂为黏结剂制备变压吸附空分制氮用炭分子筛的新工艺路线,包括成型、炭化、水蒸气活化、两步苯气相碳沉积调孔等主要工序;完善了炭分子筛的变压吸附空分评价手段,即以变压吸附空分为基本手段,结合变压吸附脱附尾气总量及其中O2浓度等参数分析,准确表征炭分子筛制备过程中样品的微孔孔容和孔径变化,从而实现对炭分子筛制备工艺参数的精确控制.所得的椰壳基炭分子筛具有较高的抗压强度,其变压吸附空分性能接近商业炭分子筛产品.
棒式文丘里除尘器气液两相流阻力特性
夏毅敏, 杨端, 胡承欢, 唐浦华, 卜英勇
2017, 39(3): 449-455. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.03.018
摘要:
为了掌握棒式文丘里除尘器内气液两相流的阻力特性,基于多相流理论,建立其三维CFD模型,研究分析棒间距、除尘风量和液气比对棒式文丘里除尘器阻力特性的影响,并建立了阻力预测公式以及三者之间的关系式.结果表明:文丘里棒层与下筒体的压力损失随着棒间距的减小和风量的增大呈幂指数关系增大,随着液气比的增大呈近线性增大;上筒体的压力损失与风量呈近平方关系;通过与实验数据对比,关系式最大误差为16.88%,验证了其有效性.
降压式18脉冲自耦变压器优化设计
牛兰, 葛红娟, 杨光, 姜帆
2017, 39(3): 456-461. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.03.019
摘要:
针对目前18脉冲自耦变压器输出电压难以调节的问题,在保持现有18脉冲自耦变压器优势的基础上,提出一种新型降压式18脉冲自耦变压器拓扑结构并对其进行优化.变压器通过每相原边延长绕组与副边移相绕组的连接实现对输出电压的宽范围降压调节.考虑到延长绕组与副边移相绕组连接抽头的位置变化对变压器性能的影响,以变压器降压比及延长绕组连接抽头的位置系数为变量,理论推导不同情况下变压器的通用设计公式,并进行仿真分析,得到相同降压比条件下降压式自耦变压器等效容量最小的最优连接抽头位置.最后通过实验验证了设计的合理性.
基于逐层演化的群体智能算法优化
张水平, 王碧, 陈阳
2017, 39(3): 462-473. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.03.020
摘要:
为能彻底解决群体智能算法早熟问题的同时保持原算法主体不变且可与现有优化理论协同优化,在前期仿真实验和理论证明的基础上,提出了一种逐层演化的改进策略.利用在原算法中构建基于搜索空间压缩理论的自适应系统,通过逐层的压缩、选择、再初始化的操作,以包括压缩后搜索空间在内的社会信息作为遗传知识,指导寻优过程,从而实现最终解精度的提升、避免早熟问题的出现.对基准函数进行仿真实验可以看出该策略在提升算法精度,增强后期个体活性方面具有良好的表现.