2012年第35卷第11期文章目次

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  • 1  圆柱齿轮齿根三维裂纹扩展分析及寿命预测
    林腾蛟 钟声 沈亮
    2012, 35(11):1-7. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.001
    [摘要](2070) [HTML](0) [PDF 10.24 M](1261)
    摘要:
    基于线弹性断裂力学理论,建立含齿根初始裂纹的圆柱齿轮三维边界元模型,计算了裂纹前缘应力强度因子;对初始裂纹进行自动扩展分析,得到齿根裂纹的扩展轨迹及裂纹扩展寿命。在此基础上,研究了载荷大小、裂纹尺寸、裂纹位置及裂纹方向对裂纹扩展寿命的影响规律。结果表明,齿根裂纹以先慢后快的速率扩展,齿宽方向比齿厚方向易于扩展;随着载荷及初始裂纹尺寸的增大,裂纹扩展寿命逐渐减小,载荷对扩展寿命的影响很大,初始裂纹深度对扩展寿命的影响大于裂纹宽度;初始裂纹越靠近齿轮端面扩展寿命越长,初始裂纹方向为-30°左右时,裂纹扩展寿命最短。
    2  施密特平行轴联轴器非线性动态特性分析
    朱才朝 王孟 杜雪松
    2012, 35(11):8-14. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.002
    [摘要](2075) [HTML](0) [PDF 8.50 M](1063)
    摘要:
    考虑系统横向振动和扭转振动的耦合作用,采用集中参数法建立施密特平行轴联轴器系统动力学分析模型,根据牛顿力学定律,推导出传动系统的动力学方程。考虑发动机激励和误差激励的作用,采用Gill数值积分法对传动系统的动态响应进行研究,得出系统动态性能良好,其振动属于准周期性运动等结论,为进一步的动态性能优化和工程应用提供理论指导。
    3  EEMD滤波的转子轴心轨迹提纯方法
    陈仁祥 汤宝平 吕中亮
    2012, 35(11):15-20. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.003
    [摘要](2226) [HTML](0) [PDF 9.11 M](1434)
    摘要:
    针对轴心轨迹提纯问题,研究了集合经验模式分解(Ensemble empirical mode decomposition ,EEMD)抑制模态混叠的特性及其滤波特性,提出了基于EEMD滤波的转子轴心轨迹提纯方法。应用EEMD将信号分解成一系列的固有模式函数(Intrinsic mode function,IMF)分量,再根据先验知识选择相应的IMF分量重构信号,组合成提纯轴心轨迹。对小型转子试验台转子轴心轨迹的成功提纯验证了该方法的有效性,与谐波窗和EMD轴心轨迹提纯方法的对比结果表明了该方法的优势,为转子系统故障诊断提供了一种新的手段。
    4  基于啮合理论的双导程ZN型蜗杆副精确建模
    舒林森 曹华军 许磊 李智勇
    2012, 35(11):21-27. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.004
    [摘要](2157) [HTML](0) [PDF 8.71 M](1287)
    摘要:
    蜗杆副精确建模是蜗杆副计算机辅助分析的重要环节,所建模型精度直接影响后续CAE分析的准确性。针对这一问题,提出一种基于啮合理论的双导程ZN型蜗杆副精确建模方法。首先分析双导程ZN型蜗杆副加工成形原理及特点,给出该蜗杆副几何特征的数学方程,再通过NURBS曲面插值建立蜗杆副工作齿面及边界曲面,最后由曲面修剪缝合生成双导程ZN型蜗杆副实体模型。工作齿面偏差分析表明,采用该方法所建立的双导程ZN蜗杆副模型偏差极小,能满足后续计算机辅助分析的要求,为蜗轮类复杂结构设计提供一种新思路。
    5  无线传感器网络倍增超周期多信道MAC协议设计
    汤宝平 阮启东 裴勇
    2012, 35(11):28-33. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.005
    [摘要](2030) [HTML](0) [PDF 7.06 M](1008)
    摘要:
    针对数据吞吐量较大,延迟要求较高的无线传感器网络(WSN)应用,提出了新颖的分簇扩展与调度方法,设计了一种倍增超周期多信道MAC(Medium Access Control)协议。该协议以TDMA(Time Division Multiple Access)机制为基本原理,结合可灵活配置的混合型信道访问机制,能够有效提高网络吞吐量和信道利用效率。利用OMnet++仿真软件模拟协议的运行,结果验证了本协议在提高网络吞吐量和降低传输延迟方面有优良的性能。
    6  威布尔分布随机载荷下齿轮弯曲疲劳试验分析
    胡建军 许洪斌 高孝旺 祖世华
    2012, 35(11):34-39. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.006
    [摘要](1937) [HTML](0) [PDF 7.77 M](1336)
    摘要:
    根据齿轮传动过程中普遍承受的三参数威布尔分布载荷谱,编制了试验用随机变幅疲劳载荷谱,在MTS电液伺服疲劳试验机上利用成组试验方法完成了该随机载荷作用下齿轮弯曲疲劳试验,得到了特定变异系数三参数威布尔分布载荷谱下齿轮弯曲强度的S-N曲线。试验结果证明,在服从三参数威布尔分布随机载荷谱下,随机变幅疲劳试验得出的轮齿疲劳寿命远低于恒载荷疲劳试验得出的疲劳寿命。对随机载荷下的齿轮设计的疲劳极限的理论值进行了预测,并与试验结果进行了比较。随机载荷下的理论值与试验结果相吻合,因此可以通过随机载荷谱的载荷比例系数去推断随机载荷下齿轮弯曲疲劳强度值。
    7  改进的粒子群算法在翼型优化设计中的应用
    陈进 汪泉 李松林 郭小峰
    2012, 35(11):40-46. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.007
    [摘要](1715) [HTML](0) [PDF 8.64 M](1429)
    摘要:
    建立了多目标风力机翼型型线优化模型,并采用改进的粒子群优化算法对多目标风力机翼型型线进行优化,设计出4种不同厚度的性能较好的风力机翼型。对CQUA18和CQUA21两种新翼型的气动特性与相同厚度典型的风力机翼型进行对比分析,结果表明,该翼型具有良好的气动特性,对翼型的前缘粗糙度不敏感,在主要攻角范围内,光滑和粗糙条件下,新翼型的升力系数和升阻比都要高,其气动特性具有显著的提高。
    8  工艺参数对多辊下压式柔性拉形影响的数值模拟
    张昊晗 李明哲 付文智 陈雪 冯朋晓
    2012, 35(11):47-52. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.008
    [摘要](1616) [HTML](0) [PDF 7.83 M](1072)
    摘要:
    多辊下压式拉形方法是基于新原理的柔性拉形方法。为了研究不同工艺参数对该拉伸成形过程和成形质量的影响,使用非线性动态显式有限元分析软件对该新工艺的成形过程进行模拟。模拟结果表明压辊装置与模具距离越近板料合模越容易,成形效果也越好,而夹持装置和压辊装置之间的距离对成形结果影响不大。进行了相关实验验证,结果表明数值模拟结果与实验结果趋势一致。
    9  水泥基复合材料氯离子扩散系数与孔隙率之间的关系
    高礼雄 孙国文 张云升 孙伟
    2012, 35(11):53-61. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.009
    [摘要](2679) [HTML](0) [PDF 10.15 M](1818)
    摘要:
    为了研究水泥基复合材料中孔隙率对氯离子扩散系数的影响,成型了不同水灰比,含骨料体积分数、粒径与级配不同的砂浆试样;采用稳态电加速法测试氯离子扩散系数、压汞技术测试孔结构参数、微焦点计算机断层扫描技术(X-CT)可视化孔结构分布,系统地研究了水泥基复合材料氯离子扩散系数与其骨料体积分数、总孔隙率、毛细孔隙率、连通孔径之间的关系。结果表明:骨料与基体之间的界面过渡区(界面区)显著地改变了水泥石中孔结构分布,水灰比越小,多孔的界面区对材料孔隙率的影响越显著;水泥基复合材料的氯离子扩散系数与其总孔隙、毛细孔隙率之间有很好的相关性,与其连通孔径几乎成线性关系,连通孔径越大,氯离子的扩散系数越大。
    10  铸件/铸型热力耦合界面换热系数的稳态法测量
    赵建华 宋刚 王亚军 曾礼
    2012, 35(11):62-66. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.010
    [摘要](1783) [HTML](0) [PDF 6.48 M](1109)
    摘要:
    通过自行设计的实验装置研究了A356/H13钢在热力耦合下的界面换热系数随温度和接触载荷的变化规律。结果表明:采用由滑轮增力机构和液压增力机构组成的二级增力机构加载的稳态热流方法,可以对铸型/铸件热力耦合界面换热系数进行测量研究;双边加热实验比单边加热实验具有优越性;在所测量的温度和载荷范围内,A356/H13钢界面换热系数随着温度和载荷的增加而呈增大趋势;温度较高时的A356/H13钢界面换热系数对温度的敏感性比温度较低时大;A356/H13钢界面换热系数与界面载荷成近似线性关系。
    11  基于氧气高炉的烧结矿还原动力学分析
    薛庆国 蓝荣宗 王静松 韩毅华 王琳涛
    2012, 35(11):67-74. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.011
    [摘要](2048) [HTML](0) [PDF 9.83 M](1173)
    摘要:
    采用热天平减重法在氧气高炉气氛下进行烧结矿的还原实验,考察还原度RI和还原速率RI′的变化情况,并进行烧结矿还原动力学分析。结果表明:在氧气高炉气氛900 ℃下还原时,烧结矿的还原度RI高达98.2%;还原终了时间随还原温度的提高而缩短,由900 ℃时的117 min缩短到1 100 ℃时的63 min;氧气高炉气氛下,烧结矿还原的开始阶段由界面化学反应控速,还原约20 min后转变为由界面化学反应和内扩散混合控速;氧气高炉气氛900~1100 ℃时,烧结矿还原反应开始阶段的表观活化能为38.30 kJ/mol。
    12  使用CO2对拜尔法赤泥脱钠的无害化工艺
    吴龙 李士琦 沈平
    2012, 35(11):75-80. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.012
    [摘要](1711) [HTML](0) [PDF 6.73 M](1124)
    摘要:
    通过使用CO2脱钠实验对拜尔法赤泥脱钠无害化工艺进行探讨,以脱钠率为研究指标,分析反应温度、反应时间、固液比、CO2气流量和赤泥粒度5个因素对脱钠率的影响。研究结果表明,合理的脱钠工艺参数为:反应温度25℃、反应时间100min、固液比1/5、CO2气体流量0.8L/min和细磨的赤泥粒度;该工艺下的脱钠率为76.12%,残余Na2O含量为2.5%,NaHCO3溶液浓度约为4%。相比传统工艺,该处理工艺简单,经该工艺处理赤泥浆pH值由10.2降至7.1,实现了赤泥无害化,又降低了温室气体CO2排放,并可进行回收NaHCO3,有利于资源的循环利用。
    13  改性粉煤灰基烟气脱汞吸附剂氧化性能分析
    许志鹏 刘清才 姚春玲 杨剑 卫敏
    2012, 35(11):81-85. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.013
    [摘要](1928) [HTML](0) [PDF 5.68 M](1281)
    摘要:
    为提高粉煤灰基吸附剂对单质汞的氧化性能,分别用NaBr、NaCl溶液对粉煤灰基烟气脱汞吸附剂进行浸渍改性,分析了改性前后吸附剂的物理性能,并研究了改性溶液浓度和烟气温度对Hg 0氧化率的影响。结果表明:用浓度为5%的NaBr溶液改性得到的吸附剂对汞的氧化率为79.43%,饱和吸附量约为1 700 ng/g,使用寿命约为480 h。烟气温度对Hg 0的氧化吸附影响显著,最佳温度范围为100~200 ℃。
    14  考虑生产组织约束的钢铁企业合同计划
    芦永明 王丽娜 陈宏志 赵永丽 潘秋娟 薛向荣
    2012, 35(11):86-91. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.014
    [摘要](1661) [HTML](0) [PDF 7.56 M](1048)
    摘要:
    针对典型钢铁生产流程A,分析实现流程高效运行的铁钢界面、脱磷与脱碳转炉、精炼设备以及铸轧界面的生产组织约束。建立了考虑生产组织约束的钢铁企业合同计划模型,模型中充分考虑了不同生产线的排产紧凑与协调以及合同投产日期的优化,之后采用禁忌搜索算法对模型进行了求解。最后,从钢厂A中随机选取3组不同规模的实际生产合同,并对其进行仿真实验。仿真结果表明:所建立的合同计划模型与求解算法能够有效协调和优化生产,实现钢铁制造流程高效运行。
    15  指纹图像质量的自动评定
    杨永明 张祖泷 韩凤玲 林坤明 孙豪
    2012, 35(11):92-98. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.015
    [摘要](1921) [HTML](0) [PDF 9.67 M](1425)
    摘要:
    针对指纹图像质量差而导致指纹识别系统识别成功率低下的问题,提出一种基于多影响因子的指纹图像质量自动评定方法。以原始指纹图像的局部纹理、全局纹理、可利用面积大小和干湿状况作为影响因子,先以梯度相关性计算局部纹理质量分数,再以分块思想分别计算出后三者的质量分数。然后,以不同的影响权值将上述4个影响因子联系起来,综合评定指纹质量。最后调节部分影响因子的影响作用,修正综合评定结果。采用FVC2004DB2_B中图像进行算法验证,实验结果表明:能合理有效地将指纹图像质量评定为5个等级,而且正确率可达到97.5%,能有效提高指纹识别系统的识别成功率。
    16  316L-20G双金属复合管焊缝组织元素扩散分析
    范兆廷 张胜涛 殷林亮 刘佳 戴志向
    2012, 35(11):99-103. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.016
    [摘要](2061) [HTML](0) [PDF 7.35 M](1377)
    摘要:
    通过对20G钢内衬316L金属复合管的焊缝区、316L基体以及20G钢进行EDS元素扫描,再采用扫描电镜对316L焊缝区、20G钢焊缝区进行线扫描分析,对焊缝组织主要合金元素的扩散进行了研究。结果表明:焊缝过渡层中合金元素被碳钢稀释,碳原子向316L和焊缝扩散,同时316L和焊丝中的合金元素Cr、Ni也向碳钢中渗透,但过渡层起到了良好的隔离作用,致使316L不锈钢金属中合金元素含量没有明显降低,保持了316L母材耐腐蚀性能。
    17  BAC-SBR反应器处理ABS凝聚干燥工段废水
    杨利伟 赖波 周岳溪 庞翠翠 廉雨 张胜 周继红
    2012, 35(11):104-110. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.017
    [摘要](2036) [HTML](0) [PDF 8.17 M](1179)
    摘要:
    采用生物活性炭序批式反应器(BAC-SBR)处理ABS凝聚干燥工段废水,利用紫外可见光谱及红外光谱等技术检测分析废水处理过程中有机污染物的变化,并重点研究分析了该废水中的有毒难降解有机污染物在BAC-SBR反应器中的降解过程。研究结果表明BAC-SBR反应器处理该废水的过程主要包括活性炭吸附、活性炭的生物再生及生物再生完成3个阶段;经过180 min的处理,废水的COD和TOC去除率均能达到85%以上;并且通过紫外可见光谱和红外光谱检测分析可知该反应器能够高效地降解转化废水中的芳香类及有机腈类有毒有害污染物。
    18  突出瓦斯流与矿井通风系统耦合移动仿真
    李宗翔 刘宇 于景晓 贾进章
    2012, 35(11):111-116. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.018
    [摘要](1836) [HTML](0) [PDF 10.57 M](1037)
    摘要:
    针对2009年重庆松藻煤电有限公司同华煤矿“5·30”特别重大煤与瓦斯突出事故,运用有源通风网络理论和数值模拟仿真技术(开发了计算机仿真系统),对瓦斯突出时期矿井通风系统突变过程进行了详细模拟。突出后矿井通风系统一般经历突出溢流、自然流动和通风顺流3个过程。在突出源动力作用下,做辐射流动,可沿主进风大巷逆流;瓦斯先灌入主通风巷道,滞后进入低风量风门巷道或硐室,导致这些巷道的瓦斯浓度超限,威胁矿井安全。突出完成后,瓦斯动力消失,矿井在瓦斯自然风压的作用下开始自然流动。在恢复通风后,矿井在通风机动力作用下瓦斯开始随风流动。受瓦斯自然风压干扰,通风机工况点出现频繁变动(与巷道网结构有关),随着瓦斯排净,恢复到原来的工作状态。值得注意的是,低风量巷道和硐室中的瓦斯滞留时间相对较长,成为持续性瓦斯供给源,十分危险;此外,主流巷道与支路低风量巷道之间的延迟灌入或瓦斯滞留产生的瓦斯自然风压,导致局部回路发生逆转的风流紊乱现象,也容易扩大瓦斯波及范围,或形成瓦斯排放延迟与滞留。
    19  柠檬酸强化黄铜尾矿的生物浸矿
    李东伟 梁志蓉 焦斌权 李斗
    2012, 35(11):117-121. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.019
    [摘要](2067) [HTML](0) [PDF 6.81 M](1177)
    摘要:
    通过摇瓶试验研究混合硫杆菌浸出黄铜矿尾矿砂,并初步探讨不同矿浆质量浓度和柠檬酸质量浓度对浸提实验的影响。研究结果表明,添加柠檬酸在一定质量浓度范围内对黄铜矿尾矿砂的硫杆菌浸提有促进作用。在整个浸提实验中,浸矿效率最高达到44.8%,溶液中柠檬酸质量浓度和矿浆质量浓度都会直接影响细菌的氧化活性和浸矿效果。
    20  一维溃坝波的数值模拟——基于WENO重构的解耦格式
    张文忠 陈景秋 张永祥 缪吉沦
    2012, 35(11):122-125. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.020
    [摘要](1795) [HTML](0) [PDF 4.22 M](1294)
    摘要:
    采用五阶精度的WENO格式对界面变量进行数值重构,形成高精度的数值离散格式,对其捕捉溃坝波的能力进行分析。用roe平均对一维浅水方程组进行局部线性化,通过直接和解耦2种格式进行求解,数值模拟溃坝洪水的推进过程,得到沿程的水位和流速分布。与理论解的比较表明基于WENO5重构的解耦格式,具有很高的分辨率,展现了溃坝涌波的运动特性。
    21  基于GIS的地表破碎指数计算
    贾兴利 许金良 杨宏志 赵利苹
    2012, 35(11):126-130. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.021
    [摘要](2952) [HTML](0) [PDF 7.42 M](1435)
    摘要:
    为了研究区域地表破碎程度,选取地表起伏度、地表切割密度、地表切割深度3个单因素指标来综合量化地表破碎指数。以数字地面高程模型为数据基础,以地理信息系统为技术平台,对各单因素指标的计算和提取进行了研究;提出了基于粗集和模糊集理论的地表破碎程度综合指标的单要素权重确定方法,建立了综合指标地表破碎指数的计算公式。并以山东省为例进行了指数计算,得到了山东省地表破碎程度图。计算结果表明:山东省地表破碎指数存在明显的地域分异规律,它能够客观、准确地反应出山东省地表破碎程度分布情况,为公路区划、土地规划等的研究提供了依据。
    22  逐步回归时间序列和RBF-ANN在降水预测中的应用
    卢文喜 杨磊磊 杨忠平 辛欣 罗建男 初海波
    2012, 35(11):131-135. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.022
    [摘要](2216) [HTML](0) [PDF 5.00 M](1186)
    摘要:
    将逐步回归融入到时间序列预测模型的建立中,摒弃了传统的“考虑所有变量”模式,利用“有进有出”的形式,分清各因子主次关系,仅选用影响显著的变量建立预测方程。径向基函数人工神经网络(RBF-ANN)属于局部逼近网络,准确度高。以桦甸市五道沟站的月降水量和月蒸发量为例,分别用传统、逐步回归时间序列分析和RBF-ANN建立降水预测模型,并对比其精度。结果表明:传统、逐步回归时间序列及RBF-ANN模型的后验差比值分别为0.315、0.272、0.284,平均绝对误差分别为18.37、15.65、13.82 mm,有效系数分别为0.87、0.94、0.93,精度均满足要求,最后用逐步回归时间序列法预测了未来5年的月降水量和月蒸发量。
    23  太湖沉积物重金属的形态特征及生态风险评价
    王沛芳 周文明 王超 钱进 侯俊 郑莎莎
    2012, 35(11):136-143. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.023
    [摘要](2212) [HTML](0) [PDF 9.56 M](1152)
    摘要:
    对太湖29个点位表层沉积物中主要的重金属Cd、Pb、Cu、Cr含量及分布特征进行了研究,采用BCR提取法分析各种重金属赋存形态,并依据各种重金属的形态特征进行了生态风险评价。结果表明:表层沉积物中Cr含量最高,Cd最低;各湖区各种重金属含量分布不同,梅梁湾、竺山湾和贡湖湾的Cu和Cr含量较高,南部沿岸区Cu含量最低,湖心区Cr含量最低;各种重金属的赋存形态中,Cd可提取态所占比例最高,而Pb、Cu和Cr均以残渣态为主,表明Cd的迁移性最强。运用次生相与原生相比值法(RSP)对重金属潜在生态风险进行评价,发现Pb、Cu和Cr在全太湖处于无污染水平,而Cd在竺山湾和西部沿岸区入湖河口处于中度污染水平,在东太湖、胥湖湾、贡湖湾部分采样点处于轻度污染水平,说明Cd污染分布较广且污染较重,四种重金属的潜在生态风险由大到小的顺序为:Cd>Pb>Cu>Cr;从湖区平均值分析,南部沿岸区、湖心区和贡湖湾处于无污染水平,其它湖区处于轻度污染水平。但贡湖湾已接近轻污染水平。
    24  低渗油藏压裂水平井生产动态物理模拟
    沈瑞 高树生 熊伟 胡志明
    2012, 35(11):144-148. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2012.11.024
    [摘要](1678) [HTML](0) [PDF 5.76 M](1272)
    摘要:
    针对长庆油田某区块采用的纺锤形和哑铃形2种裂缝分布形式的压裂水平井,制作三维比例物理模型,进行了压裂水平井弹性开采及水驱物理模拟研究。结果表明,2种模型在弹性开采条件下,产油量与时间呈指数函数关系变化,哑铃形压裂水平井的产量较高,产量递减速度较快;利用压裂水平井产能公式和封闭油藏弹性驱动物质平衡方程,推导出产量的指数表达形式,分析了弹性开采条件下产量及其递减速度的影响因素。在水驱条件下,纺锤形压裂水平井见水时间较晚,含水率上升速度较慢。在水驱实验初期,弹性驱动占据主导地位,哑铃形压裂水平井的产量较高,当累积注水量大于0.2 PV后,纺锤形裂缝分布模型的采出程度开始逐渐大于哑铃形裂缝分布模型。当含水率达到98%时, 纺锤形和哑铃形裂缝分布模型的采出程度分别为33.67%和27.48%。

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