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2020年  42卷  第11期

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THMC多场耦合作用下岩石物理力学性能与本构模型研究综述
颜丙乾, 任奋华, 蔡美峰, 郭奇峰, 乔趁
2020, 42(11): 1389-1399. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.29.003
摘要:
岩石多场耦合作用的研究已经开展了数十年,包括岩石在单一物理场、两场耦合或三场耦合作用效应的研究。然而深部矿产资源开采和地下空间开发中岩体的赋存环境非常复杂,岩体在高温、高渗透压、高应力及复杂水化学环境中将发生温度–水流–应力–化学(THMC)多场耦合作用。综合分析岩石多场耦合作用下的裂隙演化、变形力学机制、力学本构和耦合模型构建等方面的研究,在分析岩石强度理论的基础上得出岩石多场耦合本构模型以及岩石蠕变本构模型。不同行业对岩石多场耦合作用的研究重点存在一定的差异,岩石多场耦合作用不仅涉及到矿产资源开发、油气田开采、地热资源开发等资源能源领域,其在水利水电工程、高寒工程、地下工程、地下核废料处置及深埋能源储库等领域也是研究的重点。岩石在高应力、水流、高温和化学作用下,不仅会发生耦合作用,而且会对岩石本身的物理力学性能产生影响。分析研究多场耦合作用下岩石的力学性能对于预防事故发生和保障工程安全开展具有重要的现实意义。最后探讨分析了岩石多场耦合研究的重点、难点和今后研究的方向,为工程实践和相关问题的解决提供参考。
锌浸出渣有价金属回收及全质化利用研究进展
王振银, 高文成, 温建康, 甘永刚, 武彪, 尚鹤
2020, 42(11): 1400-1410. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.16.004
摘要:
锌浸出渣是一种具有较高综合利用价值的固废资源。本文针对锌浸出渣中有价金属的回收以及全质化利用的研究进展进行了归纳总结:锌浸出渣中有价金属的种类多,如锌、铅和银等具有较高的回收价值,其回收工艺主要有火法工艺和湿法工艺。通过对多种典型锌浸出渣回收工艺的优缺点和适用性的详细比较分析,提出了微生物浸出−氯盐浸出联合的方法,该方法可高效浸出锌浸出渣中的锌、铅和银,对不同类型的锌浸出渣具有良好的适用性,展现出了良好的工业应用前景;其次,介绍了锌浸出渣全质化利用的进展,展望了技术发展方向,锌浸出渣全质化利用将朝着制备性能优异、精细化和绿色节能的高端材料方向发展,在实现锌冶炼行业清洁生产的同时努力获得更大的经济效益。
模拟烟气中气态痕量元素污染物发生方法的研究现状
胡鹏博, 翁麒宇, 李端乐, 吕涛, 王淑娟, 禚玉群
2020, 42(11): 1411-1421. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.05.006
摘要:
目前燃煤电厂对于SO2、NOx和PM等主要污染物已经有较为成熟的控制方法,但针对具有长期环境危害性的痕量污染物尚缺乏有效的排放控制手段。为全面掌握痕量污染物在煤燃烧过程中的释放、迁移和转化规律并开发相应的控制技术,建立稳定可靠的模拟烟气痕量污染物发生方法是开展相关研究的前提条件。通过文献调研,对常见痕量污染物的四种发生方法进行了总结、归纳和对比:溶液蒸发法较为简单易用,但产物中易含有副产物,这些副产物会带来一定的影响;燃烧法产生的痕量污染物最接近实际情况,但受实验条件影响较大,并且产物成分较为复杂;升华法获得的产物浓度较为准确,但适用范围较窄,仅用于某几种气态痕量污染物的发生;氢化物氧化法可准确地控制产物的发生速率,但也仅适用于少量痕量污染物,并且装置较为复杂。分析比较了不同方法的适用情形,最后提出多种方法联用的思路以期得到更加接近实际情形并且成分可控的结果。
复合定形相变材料的封装及应用研究新进展
李兴会, 陈敏智, 周晓燕
2020, 42(11): 1422-1432. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.26.002
摘要:
有机相变材料具有热存储密度高、自身温度和体积变化小、腐蚀性小和化学性质稳定等优点,能有效提升不可再生能源的利用率,是一种绿色节能环保材料,在新能源开发和热能储存领域起着至关重要的作用。然而,有机相变储能材料普遍存在相变过程中熔融泄漏和热导率低的问题,严重制约了相变材料的实际应用。因此,相变材料的封装定形和导热强化成为近年来的研究热点。本文针对有机相变材料普遍存在的泄漏和热导率低问题,综述了有机相变材料的封装技术和导热强化技术的基本方法及最新研究成果,并总结了复合相变储能材料的能量转换机理,浅谈了复合定形相变储能材料在建筑节能、太阳能和电子设备等领域的应用情况。最后,对未来复合定形相变储能材料发展的研究重点和方向进行了展望。
自然场景文本检测技术研究综述
白志程, 李擎, 陈鹏, 郭立晴
2020, 42(11): 1433-1448. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.24.002
摘要:
文本检测在自动驾驶和跨模态图像检索中具有极为广泛的应用。该技术也是基于光学字符的文本识别任务中重要的前置环节。目前,复杂场景下的文本检测仍极具挑战性。本文对自然场景文本检测进行综述,回顾了针对该问题的主要技术和相关研究进展,并对研究现状进行分析。首先对问题进行概述,分析了自然场景中文本检测的主要特点;接着,介绍了经典的基于连通域分析、基于滑动检测窗的自然场景文本检测技术;在此基础上,综述了近年来较为常用的深度学习文本检测技术;最后,对自然场景文本检测未来可能的研究方向进行展望。
裂隙性储层水平井起裂行为的控制
王志荣, 宋沛, 温震洋, 陈玲霞
2020, 42(11): 1449-1456. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.11.15.003
摘要:
针对裂隙性储层水力压裂行为中出现的围岩维护、增透效率与地下水害防治等实际问题,本文对多场多相耦合作用下起裂压力控制机制,以及压裂性评价展开了深入研究。首先分析了射孔集中力对原始应力场的改造作用;其次,考虑压裂液在储层原生裂隙中的渗透作用;最后,基于断裂力学强度准则建立了水平井起裂压力计算模型。根据模型分析了储层裂隙场几何参数对起裂压力的控制作用,提出了裂隙场特征参数的概念。研究结果表明,水平井水力压裂是流固多相在射孔应力场、压裂液渗流场以及储层裂隙场耦合空间内相互作用过程,裂隙场特征参数对起裂压力的大小起着主导控制作用,其中最大控制因素为储层隙宽,且当储层隙宽在200~700 μm区间内时,水力压裂对改善其渗透性能才有实际意义,从而解决了裂隙性储层起裂压力的定量化与压裂性评判问题。经实例计算与对比发现,苏里格气田东区H8段的砂岩储层,起裂压力的理论值与实测值契合度较高,压裂后的产能也十分理想,从而验证了模型的正确性,可以为水平井压裂施工提供理论依据。
低浓度拜耳赤泥充填材料制备及水化机理
刘娟红, 周在波, 吴爱祥, 王贻明
2020, 42(11): 1457-1464. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.11.25.001
摘要:
针对矿山充填中拜耳法赤泥利用率较低或低浓度赤泥充填材料存在强度低、泌水量高、易收缩等问题,研究粉煤灰添加比例、脱硫石膏、石灰及激发剂对赤泥充填材料早期强度及体积稳定性的影响,采用扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)和X射线衍射(XRD)分析手段探讨赤泥基充填材料的水化机理。结果表明,脱硫石膏促进钙矾石的生成,石灰促进粉煤灰火山灰效应,激发剂可以加快赤泥−粉煤灰水化反应进程,三者协同作用提高赤泥充填体强度。充填材料28 d抗压强度3.35 MPa,且初始及60 min流动度在200 mm以上。微观实验表明,硬化体水化产物为钙矾石、硬柱石、硅铝酸盐凝胶类矿物,水化产物通过填充孔隙,提高浆体强度。赤泥基充填材料固体废弃物利用率达到92%,无泌水,无沉缩,具有较高的经济价值和环保价值。
电解制备含钪铝合金三元相超声细化机制
刘轩, 郭志超, 薛济来, 王曾洁, 李想, 朱常伟, 张鹏举
2020, 42(11): 1465-1472. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.11.28.007
摘要:
研究采用超声协同熔盐电解法制备Al–Si–Sc和Al–Cu–Sc合金,采用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射研究超声对合金中三元含钪强化相形貌与尺寸的影响,进而阐明超声细化机制。研究结果表明,协同超声促使三元AlSiSc相由粗大菱形管状转变为细小实心方棒状,其尺寸由205减小到40 μm左右;超声显著细化三元AlCuSc相团簇尺寸,由约100减小至约30 μm;超声协同细化机制主要是通过提高形核率细化初生Al3Sc相并促进其均匀分布,进而作为形核发育基底,最终实现三元含钪相细化;同时超声也可促进合金溶质均匀分布,避免粗大Al3Sc相析出;超声细化三元含钪相机制主要作用于电解后凝固阶段。
大线能量焊接用EH420海工钢生产工艺及焊接性能
刘洪波, 李建新, 吝章国, 李玉谦, 田志强, 杜琦铭, 梅东贵, 刘崇, 刘占礼, 马浩冉
2020, 42(11): 1473-1480. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.23.001
摘要:
河钢集团有限公司开发了利用钢液中形成TiOx−MgO−CaO细小粒子改善焊接粗晶热影响区韧性的ITFFP技术(Improve the toughness of HAZ by forming TiOx−MgO−CaO fine particles in steel),成功试制生产出大线能量焊接用30 mm厚度规格(H30)和60 mm厚度规格(H60)EH420海洋工程用钢。母材力学性能试验结果表明,H30和H60试制钢屈服强度分别达到461 MPa和534 MPa,抗拉强度分别达到570 MPa和628 MPa,延伸率分别为26%和24.5%,满足EH420海洋工程用钢国家标准要求。采用Gleeble-3800型热模拟试验机对试制钢进行了200 kJ·cm−1条件下热模拟试验,并对焊接热影响区中的显微组织和−40 ℃冲击韧性进行了分析和测试。结果表明,试制钢中形成的CaO(−MgO)−Al2O3−TiOx−MnS夹杂物可以有效地诱导针状铁素体析出,显著提高钢材的冲击韧性。另外,利用气电立焊设备对H30和H60试制钢分别进行了焊接线能量为247 kJ·cm−1和224 kJ·cm−1的实焊试验,结果显示,H30试制钢焊接接头表面和根部焊缝处−40 ℃冲击吸收功值≥74 J,焊接热影响区≥115 J,H60试制钢焊接接头表面和根部焊缝处−40 ℃冲击吸收功值≥91 J,焊接热影响区≥75 J,焊接接头的冲击性能远高于国家标准值42 J。
铈对工程机械用700 MPa级高强钢焊接性能的影响
陆斌, 陈芙蓉, 刘伟建, 智建国
2020, 42(11): 1481-1487. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.11.21.004
摘要:
针对工业生产700 MPa级高强度调质态钢板,通过Gleeble3500热模拟机进行模拟焊接试验,利用光学显微镜、硬度仪、场发射扫描电镜等设备对比研究了稀土Ce对高强钢焊接热影响区(HAZ)显微组织、晶粒度和力学性能的影响。研究结果表明,焊接热输入为25 kJ·cm−1和50 kJ·cm−1时,无稀土钢焊接热影响区冲击功分别为84.8 J和24.5 J,Ce质量分数为0.0018%的钢焊接热影响区冲击功分别为110.0 J和112.0 J,因此钢中加入适量Ce能够有效改善钢板焊接韧性。对比分析两种实验钢焊接热影响区晶粒尺寸和显微组织可以看出,随着焊接热输入值增大,高强钢焊接热影响区显微组织均逐渐从马氏体、下贝氏体转变为上贝氏体和粒状贝氏体组织,且奥氏体晶粒尺寸明显增大。但相同焊接热输入下,含Ce钢焊接热影响区晶粒尺寸显著减小,组织更加细小,且脆性的上贝氏体组织减少,从而显著提高了700 MPa级高强钢的焊接性能。
一种铅基快堆用高硅不锈钢的热处理工艺优化及铅铋相容性研究
赵熹, 陈映雪, 曾献, 龚星, 张勇, 殷振国, 燕青芝
2020, 42(11): 1488-1498. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.11.19.002
摘要:
针对自行制备的11Cr−1Si铁素体/马氏体不锈钢开展了热处理制度探索,及力学性能、铅铋环境静态腐蚀和应力腐蚀行为研究。热处理研究结果表明,11Cr−1Si不锈钢在经过调质热处理后(950 ℃/60 min+750 ℃/120 min)能够在保证较高强度的同时获得良好的韧性。500 ℃静态腐蚀结果表明,11Cr−1Si在经过3368 h腐蚀后表面形成的氧化膜致密且连续,没有出现开裂和脱落,并且整体氧化速率较缓慢,没有观察到铅铋向材料基体内的渗透,表现出良好的抗腐蚀性能。应力腐蚀实验发现,11Cr−1Si不锈钢在350 ℃和400 ℃下存在本征脆化,但是在450 ℃下没有观察到铅铋致脆现象。
单晶锗微切削温度场建模及实验分析
李金乐, 李珊, 杨晓京, 杨沆林, 马一鸣
2020, 42(11): 1499-1506. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.11.21.003
摘要:
针对单晶锗微切削热传导问题,采用移动热源法分别建立了在剪切滑移面热源和前刀面摩擦热源作用下单晶锗的微切削温升理论模型,计算了单晶锗三种切削速度下的最高切削温度,同时以同类硬脆性材料单晶硅的切削温度对此模型进行了验证。通过单点金刚石车削实验,利用红外热像仪对单晶锗微切削过程中的温度进行了在线测量。实验测量结果与模型计算结果对比发现,不同切削速度下,单晶锗的最高切削温度变化趋势一致,切削速度越大温度越高,其相对误差在2.56%~6.64%之间;单晶硅的最高切削温度相对误差为3.84%。模型能够对单晶锗及同类硬脆性材料的温度场进行较准确的预测,为研究其热效应提供进一步理论支持。
PSA制氧过程产品气流量对其氧气体积分数的影响
刘应书, 张全立, 刘文海, 李子宜, 杨雄, 曹曦光, 付耀国, 李烨
2020, 42(11): 1507-1515. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.11.11.002
摘要:
为了提高小型两床变压吸附(PSA)制氧机在变产品气流量下的氧气体积分数,建立了改进的Skarstrom两床循环PSA制氧实验装置,研究了产品气流量对其氧气体积分数的影响。研究结果表明,在低产品气流量运行条件下,通过提高清洗气总氧量与原料气总氧量之比(P/F)以及降低最高吸附压力与最低解吸压力之比(θ)可消除氧气返混的不利影响;在高产品气流量运行条件下,通过提高P/Fθ可以提高实验装置中分子筛的工作能力,进而提高产品气中的氧气体积分数。在此基础上,对低和高产品气流量运行条件下的P/Fθ进行了调节,分别将产品气流量为3.55 L·min−1和19.88 L·min−1时的氧气体积分数从92.4%增加至了95.7%和从74.0%增加至了74.9%。本文的研究结果可为变产品气流量下PSA制氧工艺参数优化提供参考。
基于卷积神经网络的反无人机系统声音识别方法
薛珊, 李广青, 吕琼莹, 毛逸维
2020, 42(11): 1516-1524. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.30.008
摘要:
针对如何识别无人机的问题,提出了一种基于卷积神经网络的声音识别无人机的方法。首先,对100 m范围内的无人机、鸟和人的声音进行采集、预处理和提取MFCC+GFCC特征值,将其特征参数作为卷积神经网络学习和识别的数据集;然后分别设计了支持向量机和卷积神经网络两种模型对无人机等声音进行识别实验。实验结果表明,运用支持向量机识别无人机的准确率为91.9%,卷积神经网络识别无人机的准确率为96.5%。为了进一步验证设计的卷积神经网络的识别能力,在部分UrbanSound8K数据集上进行测试,准确率达到90%。实验结果表明运用卷积神经网络识别无人机具有可行性,且识别性能优于支持向量机。
基于深度学习的高效火车号识别
王志明, 刘志辉, 黄洋科, 邢宇翔
2020, 42(11): 1525-1533. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.05.001
摘要:
基于高性能的YOLOv3目标检测算法,提出一种分阶段高效火车号识别算法。整个识别过程分为两个阶段:第一阶段在低分辨率全局图像中检测出火车号区域位置;第二阶段在局部高分辨率图像中检测出组成火车号的字符,根据字符的空间位置关系搜索得到12位火车号,并利用每个字符的识别置信度及火车号编码规则进行校验得到最终火车号。另外,本文提出一种结合批一化因子和滤波器相关度的剪枝算法,通过对两个阶段检测模型的剪枝,在保证识别准确率不降(实验中略有提升)的条件下降低了存储空间占用率和计算复杂度。在现场采集的1072幅火车号图像上的实验结果表明,本文提出的火车号识别算法达到了96.92%的整车号识别正确率,平均识别时间仅为191 ms。