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2020年  42卷  第12期

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材料辐照损伤中的点缺陷团簇与一维迁移现象
万发荣
2020, 42(12): 1535-1541. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.02.05.001
摘要:
材料辐照损伤是核反应堆材料、尤其是核聚变堆材料所面临的重要问题。高能粒子(中子、离子、电子)辐照在材料中会产生大量的点缺陷,即自间隙原子和空位。这些点缺陷聚集在一起会形成自间隙原子团簇和空位团簇,从而对材料结构和性能的演化产生重要影响。空位团簇包括有空洞、层错四面体、空位型位错环,而自间隙原子团簇则只有自间隙型位错环。本文介绍了两种点缺陷团簇的性质、及其对于以材料辐照肿胀为主要内容的材料辐照损伤性能的影响。作为空位团簇,比较详细介绍了具有本课题组特色的空位型位错环的研究,同时分析了合金元素和氢同位素对空位型位错环的影响。在铁试样中形成的这种空位型位错环尺寸可达100 nm左右,该空位型位错环具有两种柏氏矢量, b =<100> 和 b =1/2<111>,前者的数密度比后者高一个数量级。对于自间隙原子团簇,则重点介绍了与其相关的一维迁移现象及其研究动态,该一维迁移性能有可能是影响高熵合金辐照性能的重要因素。
炼钢–连铸区段3种典型工序界面技术研究进展
杨建平, 张江山, 刘青
2020, 42(12): 1542-1556. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.05.08.001
摘要:
面对钢厂智能化发展的时代要求,炼钢–连铸区段工序界面技术受到越来越多冶金学者的关注,其不仅是解决工序关系集合协同–优化问题的重要手段,也影响着工序功能集合解析–优化和流程工序集合重构–优化的效果。本文对炼钢–连铸区段3种典型工序界面技术,即钢包运行控制、天车运行控制和生产运行模式优化的研究进展进行阐述,其中,钢包运行控制包括钢包热状态监测、钢包选配以及钢包调度,天车运行控制包括吊运任务的分配和同跨/异跨天车的协同调度,生产运行模式优化包括工序/设备产能、时间节奏与炉–机对应模式的匹配设计。此外,针对炼钢–连铸区段多工序协同运行的制约因素,指出工序界面技术协同的必要性,并对上述工序界面技术的协同机制与协同方案进行了阐述。
金属磁记忆检测技术研究新进展与关键问题
苏三庆, 刘馨为, 王威, 左付亮, 邓瑞泽, 秦彦龙
2020, 42(12): 1557-1572. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.05.10.002
摘要:
金属磁记忆检测技术是一种适用于铁磁材料的新兴的无损检测技术,主要优势在于无需外加激励磁场源,即在天然地磁场的激励作用下,通过测量材料表面的漏磁信号,就能够对铁磁构件的早期损伤进行检测,避免结构或构件发生突然的脆性破坏。针对近10余年金属磁记忆检测技术的研究现状,概述了该技术的理论基础,总结了该技术理论研究、试验研究以及工程应用新进展,探讨了磁记忆检测技术的损伤评判准则,分析了影响磁记忆检测信号的因素,基于此,提出了磁记忆检测技术目前存在的问题和未来的研究发展方向。
中牟区块过渡相页岩气藏产能分析及压裂参数优选
唐帅, 朱维耀, 张金川
2020, 42(12): 1573-1587. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.10.002
摘要:
南华北盆地中牟区块页岩气是海陆过渡相页岩气的典型代表,以地质模型为基础,结合理论分析和数值模拟手段,研究了不同储层参数对水平井开采页岩气的采收率、日产气量以及累计产气量的影响规律,通过正交设计与多指标分析方法确定了影响页岩气产能的主控因素,考虑各主控因素与页岩气产能的关系,建立了水平井压裂条件下的累计产气量和页岩气采收率方程。针对目标压裂层段,对比分析了不同压裂参数条件下的页岩气产能变化,指出水平井段长度和动用程度是决定产能大小的主要参数。在一定的压裂级数条件下,裂缝长度的增加可以有效沟通裂缝,从而提高产能。以净现值大于0和收益率达到8%~12%作为经济评价指标,优选了3类海陆过渡相页岩气压裂参数。
含端部裂隙大理岩单轴压缩破坏及能量耗散特性
韩震宇, 李地元, 朱泉企, 刘濛, 李夕兵
2020, 42(12): 1588-1596. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.07.001
摘要:
对含端部双裂隙ϕ50 mm×50 mm的圆柱体大理岩试样进行单轴压缩试验,并利用高速摄影仪实时记录试样破坏过程,研究了端部裂隙长度和倾角对大理岩力学特性及裂纹扩展规律的影响。研究表明,当裂隙长度达到门槛值前,试样的单轴抗压强度的弱化程度较低,弹性模量、峰值应变的变化较小。相对垂直裂隙,相同长度的倾斜裂隙对大理岩的影响更加显著。试验结果与理论分析均表明,裂纹一般不从端部垂直裂隙尖端起裂,试样的起裂裂纹大多发展为主裂纹,扩展过程中较少产生分支与分叉,试样表面会产生局部剥落,倾斜裂隙试样宏观上呈剪切或拉剪复合破坏,垂直裂隙试样呈劈裂拉伸破坏。试样能耗参数与单轴抗压强度的变化趋势一致,试样总应变能和其单轴抗压强度有较好的正相关关系。最后,比较了动、静载荷作用下含端部裂隙大理岩力学响应与裂纹扩展过程的差异。
卷积神经网络在矿区预测中的研究与应用
袁传新, 贾东宁, 周生辉
2020, 42(12): 1597-1604. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.02.001
摘要:
在研究富钴结壳高产区地形特征基础上,以富钴结壳站点地理坐标为中心,获得了一平方公里的海拔高度数值矩阵作为地形特征。使用卷积神经网络的分析方法对数值矩阵进行训练,学习坡度和平整度等区域特征,将富钴结壳站点地形和其他海底地形进行区分。依据训练后获得的模型,对富钴结壳高产区进行预测,取得了较好的预测效果,结合其他因素的影响,可以提高结壳靶区选取的精准度。
受限空间不同照度环境下VDT作业视觉疲劳
徐明伟, 金龙哲, 田兴华, 魏祎璇, 王丽君
2020, 42(12): 1605-1612. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.08.20.002
摘要:
受限空间内视觉疲劳是造成事故的主要原因之一。为探究有限空间内光照对视屏显示终端(Visual display terminals,VDT)作业视觉疲劳的影响,选取24名作业人员,在搭建的受限空间平台内进行VDT打字作业1 h,在50~700 lx范围内设置7个光照梯度使用眼动仪采集瞳孔直径数据。将采集数据进行归一化和降噪处理。实验结果表明,随着照度增大,瞳孔直径总体呈减小趋势,且瞳孔‒照度关系符合幂函数关系;照度400,550和700 lx环境下瞳孔直径变化率在−12%~8%之间浮动,且随着光照强度的增强,作业人员视觉疲劳发生的程度增加;在低照度50,100和200 lx环境下,瞳孔直径变化率在−8%~4%之间浮动,且随着强度的减弱,作业人员视觉疲劳发生的程度也会增加。本研究提出使用窗口化的瞳孔直径标准差σ判断视觉疲劳出现时间,低照度下的σ峰值出现时间早于高照度下σ峰值出现的时刻,300 lx照度下σ峰值出现的时刻最晚,50~300 lx弱光照下对视觉造成的疲劳程度大于300~700 lx强光照下造成的疲劳。
双孔聚能爆破煤层裂隙扩展贯通机理
郭德勇, 赵杰超, 朱同功, 张超
2020, 42(12): 1613-1623. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.05.19.001
摘要:
针对双孔聚能爆破孔间煤层裂隙扩展贯通问题,基于对双孔爆破应力波叠加效应的分析,建立双孔聚能爆破数值分析模型,研究双孔同时起爆时应力波的传播特征、煤体的应力状态、煤体裂隙扩展贯通规律以及应力波叠加效应对裂隙扩展的影响。结果表明,应力波叠加效应致使两爆破孔中间截面上部分区域及其邻域内形成均压区,迫使部分径向裂隙转向,主导爆生裂隙空白带的形成;两爆破孔间的定向裂隙相互贯通后,爆生气体相互作用促进贯通区裂隙的扩展并贯穿空白带。同时,结合煤层深孔聚能爆破现场试验发现,在两爆破孔外侧,应力波叠加效应促进裂隙的扩展,该作用随着远离爆破孔呈先增加后减小之势;在两爆破孔之间,应力波叠加效应抑制部分区域裂隙的扩展,致使两爆破孔之间不同位置处煤层增透效果有起伏变化。
Zn‒In LDHs在Zn‒Ni二次电池中的电化学性能
屈亚松, 俞小花, 谢刚, 史春阳, 杨亚刚, 李永刚
2020, 42(12): 1624-1630. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.25.002
摘要:
采用水热法制备Zn‒In LDHs,并且将其作为锌镍二次电池的新型负极材料。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对制备的Zn‒In LDHs进行了形态和微观结构的分析。通过循环伏安(CV)、Tafel极化曲线和恒电流充电放电测试研究了Zn‒In LDHs作为锌镍电池负极材料的电化学性能。形貌表征发现制备的Zn‒In LDHs呈现出六边形片状结构,电化学性能研究结果表明Zn‒In LDHs应用到Zn–Ni二次电池中具有很好的循环可逆性能和抗腐蚀性能,恒电流充电放电测试结果分析可知,Zn‒In LDHs电极表现出了较为优异的循环稳定性以及充放电特性。经过100次循环后,循环保持率可以达到92.25%。
7075铝合金板材热冲压成形中的高温摩擦
吴佳松, 蒋怡涵, 王武荣, 韦习成
2020, 42(12): 1631-1638. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.11.004
摘要:
采用自制的板带高温摩擦试验机模拟实际固溶–冲压–淬火一体化热成形工艺下7075铝合金的高温摩擦过程,分别对上下摩擦头进行冷却和加热以模拟实际热冲压过程对模具和压边圈的冷却和加热,分析了下模加热温度、法向载荷和滑动速度对7075铝合金摩擦行为及磨损机理的影响。结果表明:铝合金摩擦系数随着下模加热温度的升高而增大,磨损机制由300 ℃时的黏着磨损转变为500 ℃时的黏着磨损、氧化磨损和磨粒磨损;施加法向载荷越大,摩擦系数越大,不同载荷下磨损机制均为黏着磨损及轻微的磨粒磨损,且随着载荷增大,黏着磨损程度有所加深;高滑动速度导致了磨损表面局部氧化物的生成,使摩擦系数随着滑动速度增大而减小,滑动速度为30 mm·s−1时,磨损机制主要是氧化磨损、磨粒磨损和黏着磨损。
感应加热温度对冷−热轧制成形钛/钢复合板界面的影响
白于良, 李晶琨, 刘雪峰, 王怀柳, 代广霖
2020, 42(12): 1639-1646. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.11.001
摘要:
对钛/钢组坯进行冷轧预复合成形,将钛/钢预复合板感应加热至热轧温度后单道次热轧成形制备了钛/钢复合板,研究了感应加热温度对钛/钢复合板的界面组织和界面结合性能的影响。结果表明,冷−热轧制复合法制备的钛/钢复合板的界面结合紧密,没有孔洞和间隙。钛/钢复合板由于感应加热和热轧的时间较短(<5 s),钛/钢界面仅有少量硬化层碎块,没有金属间化合物析出。钛/钢复合板的界面Ti和Fe元素扩散层宽度随感应加热温度增大而增大,950 ℃时界面扩散层宽度达到8 μm。在感应加热温度为750 ~ 950 ℃的条件下,钛/钢复合板的界面结合良好。
飞机隔热隔音超细玻璃纤维棉燃烧火焰蔓延特性
刘天奇, 王宁, 郑秋雨, 蔡之馨, 段国升
2020, 42(12): 1647-1652. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.29.002
摘要:
为研究隔热隔音超细玻璃纤维棉燃烧火焰蔓延特性,采用火焰蔓延特性测试仪探究玻璃纤维棉暴露于辐射热源和明火条件下燃烧火焰蔓延特性。结果表明:当点火时间从15增大至85 s,火焰沿Y轴正向蔓延最远距离从280增至435 mm,火焰蔓延速率整体呈现先减小、后增大、再减小趋势,分析认为火焰蔓延速率中途会增大是因为试样在制样时切割出切口,使局部氧气在一定程度上得到补充。随辐射板温度在700~820 ℃范围内增大,火焰沿Y轴正向蔓延最远距离从280不断增大至390 mm,增幅达110 mm,说明增大辐射板温度对促进火焰蔓延有显著作用,而火焰沿Y轴正向蔓延最远距离的增长速率不断减小。通过监测燃烧过程中不同位置玻璃纤维棉内部实时温度,得到距离点火源越近的监测点温度整体偏高,同时最高温度出现的时间大于点火时间。得到火焰沿Y轴正向蔓延最远距离与玻璃纤维棉厚度的定量拟合曲线,得到玻璃纤维棉厚度在12~48 mm越大,对阻止火焰蔓延与扩散的效果越明显,分析认为这是由于大厚度玻璃纤维棉在燃烧时,有更多热量沿内部厚度方向传播,从而减小了火焰热量沿Y轴正向的传播速度和蔓延距离。
基于EtherCAT总线的七自由度机械臂的隐蔽攻击技术
汪世鹏, 解仑, 李连鹏, 孟盛, 王志良
2020, 42(12): 1653-1663. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.07.002
摘要:
针对七自由度机械臂控制系统提出了一种七自由度机械臂隐蔽攻击模型。首先基于推导的机械臂逆运动学方程,对基于EtherCAT总线的七自由度机械臂进行运动规划与建模;其次,根据粒子群算法的研究与分析,提出了基于混沌理论的多种群粒子群优化的七自由度机械臂系统PID参数辨识算法;最后搭建了七自由度机械臂的攻击实验平台并使用辨识的参数结合隐蔽攻击原理开展了机械臂系统的攻击实验,并且将所提出的隐蔽攻击技术与其他传统攻击技术进行了比较。结果表明,所提出的七自由度机械臂隐蔽攻击方法可以破坏机械臂系统的数据完整性和准确性,并且具有很好的隐蔽性,验证了所建立的攻击模型的有效性和可行性。
基于多变量混沌时间序列的航班运行风险预测模型
王岩韬, 李景良, 谷润平
2020, 42(12): 1664-1673. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.09.002
摘要:
为了提升航班运行风险预测精度,基于某航空公司2016—2018年航班运行风险数据,在验证15个风险时间序列的混沌特性后,构建基于多变量混沌时间序列的风险预测模型。首先,对15个风险时间序列进行多变量相空间重构,采用主成分分析法(PCA)对相空间进行降维处理;然后,基于迭代预测的方式,分别采用极限学习机、RBF神经网络、回声状态网络和Elman神经网络建立风险短期预测模型;最后,以降维后的相空间作为输入,计算并比较分析未来1~7 d的风险预测结果。结果表明:多变量相空间重构后总维数为62维,经PCA降维处理,降至31维;在不同的预测模型中,降维后RBF模型预测效果最佳;其中,预测第1天结果相对误差<25%出现频数为82.62%,至第5天仍达75%以上;该模型第1天预测结果的修正平均绝对百分比误差(MAPE)值为11.32%,且前5 d均低于20%,满足航空公司使用要求。1~5 d预测结果对航班风险管控具有实践操作价值,证明基于多变量混沌时间序列的风险预测方案可行、有效。
一种基于差分进化的正弦余弦算法
刘小娟, 王联国
2020, 42(12): 1674-1684. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.07.26.002
摘要:
正弦余弦算法是一种新型仿自然优化算法,利用正余弦数学模型来求解优化问题。为提高正弦余弦算法的优化精度和收敛速度,提出了一种基于差分进化的正弦余弦算法。该算法通过非线性方式调整参数提高算法的搜索能力、利用差分进化策略平衡算法的全局探索能力及局部开发能力并加快收敛速度、通过侦察蜂策略增加种群多样性以及利用全局最优个体变异策略增强算法的局部开发能力等优化策略来改进算法,最后通过仿真实验和结果分析证明了算法的优异性能。