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期刊信息/Journal information
中南大学学报（自然科学版）
中南大学
中南大学学报（自然科学版）

中南大学

黄伯云

月刊

1672-7207

zngdxb@csu.edu.cn

0731-88879765

410083

湖南省长沙市中南大学校内

中南大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Central South University（Science and Technology)CSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是中南大学主办的一本以有色金属和稀有金属为主的综合性学术刊物，主要刊登地质采矿、矿物工程、有色冶金、材料科学与工程、机械工程、自动控制工程、计算机科学、应用数理化等方面的学术论文和科研成果，可供有关高等院校师生，研究院研究人员、厂矿企业及地质队工程技术人员在教学、科研和生产工作中参考。
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    分子动力学模拟在矿物浮选中的研究进展

    徐芮孙宁孙伟韩海生...
    1-19页
    查看更多>>摘要：浮选药剂是实现矿物选择性分离的关键,尤其是组合药剂在矿物浮选中应用广泛.药剂性能的发挥与其在三相界面的微观吸附结构及组装行为密切相关,从微观层面探索药剂的作用机制成为近年来的研究热点.随着高性能计算的飞速发展,分子动力学模拟逐渐成为研究矿物浮选行为的有利工具.本文以硅酸盐矿物浮选体系为例,论述近年来组合捕收剂在硅酸盐浮选分离中的应用,阐述研究者对药剂在水溶液体系、气-水界面及矿物-水界面的分子动力学模拟研究进展,指出目前模拟研究中存在的问题,并对分子动力学在矿物浮选中的应用发展前景进行展望.

    分子动力学模拟浮选界面组合捕收剂

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    微细粒浮选技术与装备研究进展及其发展趋势

    肖遥韩海生孙伟彭建...
    20-31页
    查看更多>>摘要：随着矿产资源的开发和利用,贫、细、杂的矿物资源将越来越成为资源的主体来源,人们面临着如何高效利用这部分资源的问题;同时,为了使低品位的矿床能够经济开采,微细颗粒的浮选显得尤为重要.本文分析了微细粒矿物浮选过程中遇到的瓶颈问题,在此基础上分析并归纳了近年来人们针对微细粒难以浮选的问题采用的新技术和新方法.最后,分析了微细粒浮选装备需要满足的流体动力学条件,总结了近年来微细粒浮选装备的发展,并对未来微细粒浮选技术和装备的发展趋势进行了展望.

    微细粒浮选微细粒浮选技术微细粒浮选装备流体动力学

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    锌氧压酸浸硫精矿和硫尾矿的矿物学特征与环境活性

    孙朴李兴彬魏昶邓志敢...
    32-42页
    查看更多>>摘要：采用电感耦合(ICP-OES)、X射线衍射(XRD)、扫面电镜-能谱(SEM-EDS)、红外光谱(FTIR)及差热差重(TG-DTA)等多种检测方法对锌氧压酸浸硫精矿和硫尾矿的化学组成、粒度分布、物相结构等进行研究,并采用毒性浸出程序(TCLP)法考察其短期环境活性.研究结果表明:硫精矿1和硫精矿2主要以球状的单质硫存在,其中,少量硫精矿1以小颗粒的闪锌矿、黄铁矿等附着于块状的铁矾颗粒上,平均粒径为22.1 μm;少量硫精矿2以块状的闪锌矿、黄铁矿和小颗粒存在,平均粒径为59.2 μm.2种硫精矿在185～340℃时会剧烈燃烧,热稳定性较差.2种硫尾矿主要以块状的铅黄铁矾和黄钠铁矾存在,其中,硫尾矿1平均粒径为21.1 μm;硫尾矿2含一定的赤铁矿(16.86%),平均粒径为5.3 μm.硫精矿和硫尾矿中锌和镉元素在弱酸条件下不稳定,硫尾矿1中锌和镉的浸出量分别超标1.93倍和2.50倍;硫精矿2的分别超标2.03倍和6.56倍,硫尾矿1的分别超标3.46倍和5.94倍,硫尾矿2的分别超标11.10倍和8.28倍.

    锌氧压酸浸硫精矿硫尾矿微观结构工艺矿物学浸出毒性

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    钨矿碱分解工艺制备仲钨酸铵全流程仿真计算

    龚丹丹张勇周红丽钱汉麟...
    43-54页
    查看更多>>摘要：以钨矿碱分解工艺制备仲钨酸铵全流程为对象,基于质量守恒、化学平衡、元素分配约束和指标约束等原理,构建钨矿配矿、磨矿、碱分解、脱磷、离子交换、除钼和蒸发结晶的热力学模型,进而根据各工序物料的迁移传递关系,应用MetCal软件平台,开发钨矿碱分解工艺制备仲钨酸铵全流程仿真计算系统,并采用典型工况下的实际值对模型计算的可靠性进行实例验证.研究结果表明:碱分解浓料中WO3和P质量分数计算值与实际值的相对误差分别为-5.755%和-12.195%,钨渣中WO3、P、Fe、Mn和Ca质量分数的相对误差分别为-2.026%、-5.439%、-14.819%、-14.971%和11.826%;脱磷后液中WO3和P质量分数的相对误差分别为5.513%和-7.692%,脱磷渣中WO3、P和Ca质量分数的相对误差分别为-5.834%、3.337%和7.113%;除钼后液中WO3和Mo质量分数的相对误差分别为-1.627%和-9.375%,除钼渣中WO3、Mo、S和Cu质量分数的相对误差分别为2.547%、-8.827%、8.686%和9.692%.

    钨冶炼碱分解全流程仿真计算离子交换

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    时效处理对不同晶粒组织Al-Zn-Mg合金腐蚀性能的影响

    王鹏宇叶凌英柯彬董宇...
    55-68页
    查看更多>>摘要：以中强Al-Zn-Mg合金为研究对象,采用晶间腐蚀、电化学极化曲线测试、慢应变速率拉伸等试验,结合OM、TEM、SEM、EBSD等组织分析方法研究时效处理和晶粒组织对合金腐蚀性能的影响.研究结果表明:随着双级时效时间的延长,再结晶晶粒合金的抗腐蚀性能逐渐提升,从欠时效处理到过时效处理,晶间腐蚀等级由4级降为2级,电化学腐蚀电流密度由27.71 μA/cm2降为0.098 μA/cm2,应力腐蚀指数由79.15降至18.40;纤维晶粒合金与同时效阶段的再结晶晶粒合金相比,其抗腐蚀性能显著提升,其中,晶间腐蚀最大深度降低了35.9%,电化学腐蚀电流密度降低了81.4%,年腐蚀速率降低了81.9%,应力腐蚀敏感指数降低了46.2%.中强Al-Zn-Mg合金腐蚀性能的提升主要源于其较低的再结晶分数和较低的大角度晶界占比.

    Al-Zn-Mg晶粒组织腐蚀性能

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    基于覆盖率和喷丸强度的喷丸工艺数值模拟

    曹云泰牛天昊盖鹏涛徐戊矫...
    69-79页
    查看更多>>摘要：覆盖率和喷丸强度是喷丸工艺实现标准化的重要参数,但这2个喷丸执行参数既不能在生产中由喷丸设备直接设置,又不能在喷丸数值模拟模型中作为参数直接输入.为了在喷丸数值模拟中实现对覆盖率和喷丸强度的计算和控制,建立包含多弹丸模型和阿尔门试片模型的数值模拟仿真体系;基于Avrami方程和开发的Python程序,提出在特定覆盖率目标下生成多弹丸的随机初始位置的算法,在Abaqus平台下快速建立考虑覆盖率的多弹丸模型;采用DEM-FEM耦合方法,基于粒子生成器建立考虑喷丸强度的简化阿尔门试片模型;开展喷丸实验,通过对比喷丸强度、受喷工件的残余应力和表面粗糙度,验证所建立的喷丸数值模拟仿真体系的有效性;基于建立的喷丸数值模拟仿真体系,进一步探究影响喷丸效果的因素.研究结果表明:在相同的覆盖率下,喷丸强度越高,靶材的残余压应力场对应的深度越大,而靶材的表面粗糙度也会增大.当覆盖率和喷丸强度都相同时,小尺寸和高速的弹丸在获得更高的峰值残余压应力的同时,表面糙化现象也会越严重.仅控制喷丸执行参数并不能保证一致的喷丸强化效果,要实现对喷丸强化效果的精准控制,需要在考虑覆盖率和喷丸强度这类执行参数的同时,考虑弹丸尺寸、弹丸速度和弹丸类型等过程参数.

    喷丸覆盖率喷丸强度阿尔门试片数值模拟

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    燃料电池汽车动力系统及能量管理策略研究进展

    陈家一高帷韬贾璐阴亚楠...
    80-92页
    查看更多>>摘要：动力系统是燃料电池汽车(FCV)的核心,可分为单一式系统与混合动力系统两大类,其中,将燃料电池与辅助电源相结合组成"电-电"混合动力系统,已成为业界主流.本文根据辅助电源类型的不同,提出3类FCV混动系统的构建方案,分别为燃料电池+动力电池方案、燃料电池+超级电容方案、燃料电池+动力电池+超级电容方案,并对各方案的优势和劣势进行比较.同时,本文综述了近年来国内外学者提出的面向FCV的代表性能量管理策略,从理论基础与求解方法的差异出发,将现有燃料电池汽车的能量管理策略分为3类:基于规则定义的策略、基于最优化方法的策略以及基于机器学习的策略,并总结了各类策略在最优性与实时性等方面的优势和劣势.其中,基于规则定义的策略最易实现,在工程应用中最为普遍,但无法实现性能最优;基于最优化方法的策略能够接近甚至达到理论最优,但存在计算量过大、计算耗时过长、实时性差等问题;以强化学习为代表的基于机器学习的策略有望在最优性与实时性之间实现理想的平衡,但目前还存在模型训练耗时长、试错代价高等困难,在实车应用层面还存在一定挑战.基于文献研究与分析,本文提出以下观点:1)以大功率燃料电池为核心的功率混合型系统是FCV混动系统的未来发展方向;2)必须进一步提升智能化程度,根据实际使用场景开发具有个性化的能量管理策略;3)亟需建立关于燃料电池汽车能量管理策略的综合评价体系.

    燃料电池汽车混合动力系统能量管理策略强化学习

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    柴油机活塞燃烧室疲劳开裂失效机理研究

    熊培友田小青张俊青宋树峰...
    93-105页
    查看更多>>摘要：以2种不同结构的柴油机活塞为研究对象,在相同的试验条件下进行发动机疲劳耐久可靠性台架试验,直至2种活塞分别开裂失效.试验结束后,采用金相显微镜和扫描电子显微镜对活塞的微观组织和裂纹形貌进行表征,并结合有限元模拟对活塞燃烧室的开裂失效机理进行研究.研究结果表明:活塞在机械或热机耦合载荷作用下,燃烧室底部会出现较高的拉应力,而机械载荷的周向应力最大值出现在销孔方向的燃烧室底部;活塞运行时间越长,活塞材料越容易发生"过时效",从而导致活塞的强度和硬度明显下降,引发开裂失效风险;通过将活塞内冷油腔位置向上移动,并根据燃烧室形状将内腔顶部进行等壁厚随形设计,可以降低燃烧室部位的机械及热机耦合应力,有效提高活塞服役寿命.

    柴油机活塞燃烧室疲劳失效

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    基于团簇微观结构分析的离子电活性聚合物驱动特性

    王红杨亮杨延宁
    106-115页
    查看更多>>摘要：首先,对离子交换膜吸附水分子微观过程进行分析,并结合团簇结构揭示离子电活性聚合物的传质动力学特性;其次,基于溶胀理论研究团簇受力情况,依据几何变形特点和变形传质机理建立物理模型;最后,对得到的驱动模型进行验证和分析讨论.研究结果表明:本文模型所得结果和实验结果较吻合.含水量对离子交换膜团簇通道的形成有重要影响,阳离子的迁移以及水分子运动是离子交换膜驱动的主控因素.随着阳离子浓度和水分子浓度增加,静水压力、渗透压力以及静电压力均逐渐增大,渗透压力对离子电活性聚合物弯曲变形起主导作用.

    离子聚合物金属复合材料团簇微观结构软体机器人驱动特性

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    水下旋翼式平台近水底扰动定深控制方法研究

    宋智斌黎时宇戴建生
    116-130页
    查看更多>>摘要：针对水下旋翼式平台在近水底工作时的时变非线性干扰问题,提出一种基于干扰观测器的动态面控制器以实现水下旋翼式平台的近水底定深控制.首先,采用水下航行器建模理论并结合牛顿欧拉方法建立水下旋翼式平台的运动学和动力学模型;然后,采用动态面控制方法处理系统的非线性特性,引入一阶滤波器对虚拟控制律进行滤波,以此来代替复杂的微分运算,同时,通过非线性干扰观测器对系统内外部总扰动进行观测估计,并通过李雅普诺夫理论证明系统的稳定性;通过仿真实验验证所设计控制策略在白噪声模拟的随机干扰和参数不确定条件下的有效性;最后,设计开发实验样机,并在不同期望深度的近水底开展定深实验.研究结果表明:在水底反冲击力的作用下,相比动态面控制和串级PID控制,采用所设计的控制策略,平台姿态通道和深度通道的控制精度均有不同程度的提高,说明所提出的控制方法具有较好的鲁棒性,可有效解决近水底扰动问题.

    水下旋翼式平台近水底扰动定深控制动态面控制干扰观测器

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