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工程科学学报
北京科技大学
工程科学学报

北京科技大学

徐金梧

月刊

2095-9389

xuebaozr@ustb.edu.cn

010-62332875

100083

北京海淀区学院路30号

工程科学学报/Journal Chinese Journal of EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是由教育部主管、北京科技大学主办的学术类科技期刊。国内外公开发行，主要刊载矿业与环境工程、冶金工程、材料科学与工程、机械工程等与冶金工业相关的学科领域的最新研究成果，为中文核心期刊（冶金工业类）及中国科技论文统计源期刊。目前，已经被EI、CA、MA、《剑桥科学文摘社网站》、俄罗斯《文摘杂志》、德国《数学文摘》等国内外著名检索刊物或数据库列为收录源期刊，先后荣获首届国家期刊奖、中国期刊方阵“双高期刊”、第二、三届国家期刊奖百种重点期刊等多项大奖。
正式出版
收录年代

    露天爆破中炸药单耗对岩石破碎块度的数值模拟研究

    黄永辉李永杰杨阳熊卫国...
    973-981页
    查看更多>>摘要：露天爆破中岩石破碎块度是钻爆、铲装、运输及后续工艺等综合成本的主要衡量标准,炸药单耗是其主要影响因素,而炸药单耗对破碎块度的研究一般采用爆破模型试验,但其存在成本高、试验结果误差大等缺点.为了优化炸药单耗来降低爆堆的大块率、平均块度,并预测实际工程块度,在爆炸破岩理论基础上,运用基础力学测试设备对模型材料进行了单轴抗压、弹性模量、断裂韧度等测试,标定RHT本构模型参数,通过LS-DYNA数值仿真软件和粒子流算法(SPH)构建了三维露天台阶爆破数值仿真模型,首次对爆破破岩数值模拟结果实现块度精准统计,并对爆破破岩块度随炸药单耗的变化规律开展了系统研究.研究结果表明:炸药单耗在0.23～0.79 kg·m-3范围内,岩块最大尺寸均小于240 mm,其变化区域分为240、220、140 mm三个最大块度相近区和240～220 mm、220～140 mm两个明显下降区;随单耗增加,均匀性指数n呈波浪式减小,分形维数D与n的变化趋势相反,平均块度尺寸呈现先快速下降后缓慢变化的趋势;炸药单耗的块度分布拟合曲线采用G-G-S函数拟合,相关系数均在0.91～0.97间,其变化规律验证了通过SPH法来模拟岩石爆破和岩石破碎块度统计方法的可行性和准确性.研究结果对爆破破碎块度分布规律的完善及块度控制工程具有一定的意义.

    岩石块度炸药单耗数值模拟SPH法通过率

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    近疲劳强度循环荷载下粉砂岩强度变化机制

    苗胜军尚向凡王辉梁明纯...
    982-993页
    查看更多>>摘要：通过开展不同循环次数的循环加卸载转单调加载试验,结合声发射和CT扫描技术,揭示了近疲劳强度循环荷载作用下泥质石英粉砂岩的细观破裂演化规律、裂隙扩展特征与强度变化机制.结果表明:(1)泥质石英粉砂岩的损伤应力小于疲劳强度,可称损伤应力与疲劳强度之间的应力水平为近疲劳强度.(2)随着循环次数增加,粉砂岩峰值强度先小幅下降后持续增加最终趋于稳定,当一次循环后轴向(体积)变形从压缩(膨胀)转为几乎不变时,可认为粉砂岩的强度从劣化转为强化.(3)单调加载阶段应力接近峰值强度时,粉砂岩中、低频区的声发射信号大幅增加,可将其视为岩石受压破坏的先兆.(4)当循环次数较低时,循环过程中粉砂岩的弱胶结结构断裂,有效承载面积减小,转单调加载后岩石破裂尺度增大、内部裂纹局部集中,发生劣化,呈单斜面剪切破坏.(5)当循环次数较高时,循环过程中粉砂岩胶结强度增加、细观结构更为致密与均匀,有效承载面积增大,岩石内部在泊松效应的影响下持续产生横向拉应力,转单调加载后岩石裂隙尺寸、裂隙密度和破碎程度降低,发生强化,呈张拉-剪切的复合裂隙网络.

    泥质石英粉砂岩循环荷载近疲劳强度细观破裂特征强度变化机制

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    堆浸体系内微细颗粒在孔隙内迁移和附着规律

    陈威唐惠阳尹升华
    994-1003页
    查看更多>>摘要：在堆浸过程中,堆浸体系内游离的颗粒会随着溶液的流动而移动,从而对浸出的速度和效率产生影响.对于粒径较小的微细颗粒,虽然难以对矿石颗粒间孔隙产生堵塞,但其在孔隙壁表面的大量附着也会影响溶液对矿石的内渗从而降低浸出效率.本文基于真实的孔隙结构使用Fluent软件开展仿真模拟实验,从粒径、颗粒密度和流体流速三个方面探究它们对微细颗粒在孔隙内迁移和附着行为的影响.模拟结果表明,当颗粒粒径为1×10-6 m时几乎没有颗粒会沉积附着在孔隙内.而随着粒径的增大,在1×10-6～1×10-4 m的粒径范围内,附着在孔隙壁表面的颗粒数量会呈现先增多后减少的趋势,且对于不同密度的颗粒,其附着数量在峰值处的占比均超过了90％.观察发现颗粒的主要附着部位为弯孔隙的外壁以及流速较小、坡度较缓的小孔隙内.分析认为粒径和密度越大的颗粒,其重力和惯性对其运动轨迹的影响越大,而流体对其轨迹运动的影响越小,在迁移过程中更容易靠近孔隙壁从而导致颗粒附着.且大粒径、大密度的颗粒主要在大孔隙内迁移,轨迹较为集中.而小粒径、低密度的颗粒,在高流速流体内迁移时,其水平运动幅度更大,迁移轨迹分布更加分散,更容易进入小孔隙内迁移.

    堆浸微细颗粒孔隙迁移附着

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    矿井水反渗透系统阻垢剂成分与阻垢机制

    李曈徐梦兰赵悦任舒阳...
    1004-1011页
    查看更多>>摘要：矿井水反渗透浓水中阻垢剂可以抑制Ca2+、Mg2+结晶沉淀导致双碱法投药量高、除硬效果差,影响后续蒸发结晶分盐效果.探究反渗透系统中阻垢剂成分及阻垢机制是实现Ca2+、Mg2+脱稳、解决深度除硬与零排放问题的关键.本文首先测定反渗透浓水水质条件,通过超滤分级、傅里叶红外光谱(FT-IR)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)和三维荧光光谱(EEM)分析得出溶解性有机物主要为分子量<3 kDa且含有羧基、醇/酚羟基与不饱和烃结构的微生物代谢产物和类腐殖酸物质;根据13C和31P核磁共振(NMR)谱化学位移特征(甲基碳、季碳和C—PO3H2结构),确定阻垢剂主要成分为羟基乙叉二膦酸(HEDP);吸附去除88.55％总磷和38.86％COD后,双碱滴定结果表明,Ca2+沉淀完全所需CO32-的投加量从2845.8减少至826.8 mg·L-1,表明HEDP主要阻止Ca2+结晶成垢;重新利用HEDP复配,CO32-投加量仅增加至1626.3 mg·L-1,说明吸附去除的部分有机物具有一定分散作用,可以抑制溶液中Ca2+结晶团聚.HEDP与溶解性有机物的协同阻垢机制,为矿井水反渗透浓水中Ca2+、Mg2+深度去除提供重要理论依据和调控策略.

    反渗透浓水阻垢剂羟基乙叉二膦酸核磁共振阻垢机制

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    低浓度聚丙烯酰胺含量的检测及溶液离子的影响

    饶博邹文杰赵伟余可馨...
    1012-1023页
    查看更多>>摘要：处理后选矿废水中残余的聚丙烯酰胺(PAM)影响回水水质及其回用,本文为建立一种低检出限的低浓度PAM快速检测方法,在190～300 nm波长范围内建立了4种类型及分子量不同PAM的紫外吸收光谱,研究了不同浓度K+和Ca2+对PAM浓度检测的影响,并通过原子力显微镜(AFM)分析了PAM分子构象的变化.结果表明,4种类型的PAM峰值吸光度均在波长194 nm处测得,PAM浓度与吸光度之间具有强线性关系(R2>0.98),检出限均低于0.1 mg·L-1,但PAM类型影响其浓度与吸光度的线性关系.随着K+和Ca2+浓度的增加,PAM溶液吸光度特征峰的强度逐渐降低并降速减缓,最大吸收波长不断红移,分别沉积在二氧化硅和金基底的APAM-3与CPAM-12的表面形貌粗糙度分别随K+和Ca2+浓度的增加而增大,说明PAM分子链在溶液中的构象逐渐变卷曲,使紫外光谱特征吸收峰的峰值降低,10、100 mmol·L-1 K+与1、10 mmol·L-1 Ca2+对PAM构象变化的影响程度基本相同.本研究实现聚丙烯酰胺的快速定量检测,对开展选矿水处理中聚丙烯酰胺的迁移规律研究具有重要意义.

    紫外分光光度法聚丙烯酰胺浓度检测溶液离子原子力显微镜(AFM)

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    金属矿山井巷建设工程碳排放智能测算方法

    乔兰邓乃夫马世纪李庆文...
    1024-1040页
    查看更多>>摘要：深入研究金属矿山井巷建设工程的预算定额编制特点,提出基于矿山建设直接系统和辅助系统的双路径碳排放测算架构和计量模型,以实现井巷工程建设期全流程智能碳排测算统计、碳排路径分析及碳排放大户筛分等功能.结合现场工段施工台班表,深度分析多级剖分下各层级最小单元过程的物质名录清单,总结归纳金属矿山井巷建设工程特有的碳排放因子数据库.利用MySQL关系型数据库形式搭建金属矿山井巷工程十大碳排放基础数据表,同时各数据库由唯一标识码进行标记.最后,利用MATLAB app designer为十大基础数据表建立高效的索引调度机制,并利用整合的双路径碳排放计量模型对金属矿山井巷建设工程开展精细化碳排放测算分析.案例结果显示,本方法能够为金属矿山井巷建设工程在施工前期提供细粒度碳测算分析数据,为后续施工组织设计、低碳技术部署提供具体的数据依托.

    矿山井巷工程金属矿山碳排放测算碳排放因子碳排放数据库

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    露天矿边坡裂隙智能识别与信息解算

    赵怡晴黄晢航刘宏发金爱兵...
    1041-1053页
    查看更多>>摘要：节理裂隙是影响露天矿边坡稳定性的重要因素之一,随着图像处理技术以及机器视觉技术的发展,采用智能算法进行识别已成为热点.为快速获取节理裂隙几何信息,通过ResNet系列算法对U-net的骨架构网络进行改进,提出了一种露天矿边坡裂隙识别及几何参数解译方法.利用无人机综合考虑视角、距离、重叠率以及飞行速度等因素对露天矿边坡裂隙航拍获取高清图像,使用全局阈值分割技术进行预处理,并运用随机旋转、随机亮度及对比度调整等方式进行数据增广形成裂隙图像数据集;采用残差网络(ResNet)对U-Net网络的骨架构网络进行改进,提出基于改进U-net网络的边坡裂隙识别模型,基于像素二分类问题采用准确率(Accuracy)、交并比(IoU)和F1分数(F1 Score)作为评价指标,结合裂隙图像数据集对提出模型进行训练和评估,输出裂隙二值图,并与传统裂隙识别方法识别结果进行对比;对裂隙二值图进行裂隙几何参数信息解算,获得裂隙长度、宽度统计分布规律和参数.结果表明:ResNet模型对U-net模型改进可以提高模型的评价指标,随着网络层数加深,评价指标有先增高,后趋于稳定的趋势,在网络层次达到101时评价指标达到最优,Res101-Unet模型的Accuracy、IoU、F1 Score分别为95.12％、60.13％、79.53％,对于简单和复杂裂隙的识别完整度都有提升;利用训练好的Res101-Unet模型对目标边坡上的裂隙进行识别,所得裂隙数量与现场测线方式所得结果一致,证明本模型识别结果与工程实际相符.

    露天矿山边坡无人机裂隙识别深度学习U-net残差网络

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    协同开采技术的演化原理与模型

    黄昊陈庆发
    1054-1064页
    查看更多>>摘要：为推动传统开采技术变革,弥补协同开采技术基础理论的部分空缺.从技术分类、技术构成等方面对协同开采技术体系进行了完善;通过协同开采技术协同演化支持证据、自组织演化条件及自组织演化特征的分析,论证了协同开采技术的形成与实施过程是协同演化的过程,揭示了协同开采技术的协同演化原理:前提是开放与非平衡态,动力是由竞争与协同产生的非线性相互作用,诱因是随机涨落,路径是相变与分叉;论证了基于哈肯模型构建协同开采技术演化模型的适用性,结合协同开采协同演化类型的分析,构建了普适于协同开采技术的协同演化模型,得出了协同开采技术的协同演化方程及势函数,指出了构建协同演化方程及势函数的意义;引入基于哈肯模型的实证分析方法,提出了协同开采技术协同演化模型的应用方法,主要分为指标体系构建、子系统状态测算、协同演化机制分析3个步骤.结合高峰矿105号矿体的协同开采技术实例,对模型进行了应用验证.研究结果可为协同开采技术的实践及决策提供理论依据.

    协同开采自组织理论协同演化原理协同演化模型哈肯模型

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    高温合金熔化焊的研究现状及发展趋势

    孙元秦鑫冬王诗洋侯星宇...
    1065-1076页
    查看更多>>摘要：综述了高温合金熔化焊的研究进展.对电弧焊、电子束焊和激光焊等常见高温合金熔化焊工艺技术的优势和应用范围进行了阐述;介绍了常见的焊接裂纹类型,并对凝固裂纹、晶界液化裂纹、应变时效裂纹和失塑裂纹的形成机理及影响因素进行了概括总结;此外,从热输入、材料的成分和微观结构以及焊接残余应力等方面探讨了提高熔化焊焊接性的主要技术方法.由于母材合金成分和组织结构与焊接性能密切相关,在未来的发展中,应加强对新兴高温合金和传统不可焊高温合金等的成分设计,此外,也应关注焊接工艺技术的完善以及焊前和焊后处理方法的改进,协同提高高温合金的焊接性能,促进高温合金熔化焊的广泛应用.

    高温合金熔化焊焊接工艺焊接裂纹焊接性

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    固溶处理对选区激光融化316L不锈钢晶间腐蚀性能行为的影响机制

    王保山商强满成
    1077-1088页
    查看更多>>摘要：选区激光融化316L不锈钢(SLM-316L不锈钢)常采用固溶处理进行组织优化、消减残余应力,以获得优异综合性能.奥氏体不锈钢的晶间腐蚀行为与其组织结构有较高的依赖性,因此固溶处理会提高SLM-316L不锈钢的晶间腐蚀性能.然而,固溶处理对SLM-316L不锈钢晶间腐蚀行为的影响规律和机制目前尚不清晰.基于此,本文首先对SLM-316L不锈钢进行1150℃固溶处理,随后采用SEM、EBSD、TEM等分析其组织结构特征和纳米氧化物颗粒形貌,最后采用双环电化学再活化和过硫酸铵电解试验研究其晶间腐蚀行为.主要结论如下:固溶处理后SLM-316L不锈钢发生再结晶,形成规则形状等轴晶粒及退火孪晶;纳米氧化物颗粒粗化,晶界处最大尺寸能够达到微米级,同时氧化物颗粒的类型也从菱矿石结构的MnSiO3转变为尖晶石结构CrMn2O4;固溶处理导致SLM-316L不锈钢晶间腐蚀性能下降,伴随着敏化时间的延长,晶间腐蚀类型从台阶状转变为沟状.

    晶间腐蚀选区激光融化316L不锈钢热处理组织结构

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