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深部工程岩体温度与渗流耦合作用下复杂应力场反演方法

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工程力学 2024年第6期41卷 188-201页

作者：周家兴王金安李飞清华大学水利水电工程系北京100084 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

深部地质体应力场的复杂性可归因于高地温和高岩溶水压覆存环境中的岩体非线性特征和局部构造应力场重构。该文结合岩体在流-固-热多场耦合作用下的力学响应机制,建立了能够解析深部各应力测点构造信息特征的非线性反演与优化方法。系... 详细信息

深部地质体应力场的复杂性可归因于高地温和高岩溶水压覆存环境中的岩体非线性特征和局部构造应力场重构。该文结合岩体在流-固-热多场耦合作用下的力学响应机制,建立了能够解析深部各应力测点构造信息特征的非线性反演与优化方法。系统地分析了深部地质体温度场—渗流场—地应力场的耦合作用,以及温度场和渗流场对地应力场的影响机理,开展了三山岛金矿区深部岩体在不同围压及孔隙水压力作用下的三轴压缩试验,探究了深部岩体物理力学参数随不同孔隙水压及围压的非线性变化规律。提出了一种非线性特征延扩迭代算法(NCEI算法),该算法能够对各区域实测地应力数据中“弱”非线性与连续性部分的特征信息进行整体优化拟合,以及对局部构造区地应力中“强”非线性和非连续部分的特征信息进行强化解析。基于ABAQUS软件的二次开发接口,编写出多耦合计算子程序,实现了岩体地应力场—温度场—渗流场的耦合迭代计算,并对三山岛矿区深部地应力场进行了反演计算和分析。反演结果表明,考虑岩体多场耦合作用下的NCEI算法的各测点应力分量的平均反演精度为85.62%,高于BP神经网络算法与不考虑岩体耦合作用下NCEI算法的反演计算结果。因此,该研究方法可充分考虑深部地质环境的特征,为深部岩体复杂地应力场的反演与构建提供新的思路。

关键词：深部岩体地应力温度场渗流场耦合作用

气体雾化过程中涉及颗粒形貌和空心颗粒形成的金属液滴变形和破碎数值模拟

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第7期34卷 2074-2094页

作者：汪鹏黎兴刚周香林陈志培王淼辉甘萍任晓娜余志勇北京科技大学新金属材料国家重点实验北京100083 中机新材料研究院(郑州)有限公司郑州450001 南方科技大学材料科学与工程系深圳518055 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 中国联合重型燃气轮机技术有限公司北京100016

采用考虑液滴冷却和凝固的流体体积(VOF)方法模拟金属液滴在气体雾化过程中的变形和破碎。建立典型粉末形貌和液滴破碎行为之间的相关性,以指导球形粉末颗粒的制备。结果显示,当增加液滴的气动力与黏性力的比值时,球形颗粒的形成得到加... 详细信息

采用考虑液滴冷却和凝固的流体体积(VOF)方法模拟金属液滴在气体雾化过程中的变形和破碎。建立典型粉末形貌和液滴破碎行为之间的相关性,以指导球形粉末颗粒的制备。结果显示,当增加液滴的气动力与黏性力的比值时,球形颗粒的形成得到加强;然而,当减小这个比值时,预期的液滴破碎模型将被改变或仅仅只发生液滴的变形。从空心颗粒的形成和演变过程的数值模拟中观察到几种典型的情况,例如,开放的空心液膜的形成、液膜封闭、气泡的离心和气泡的脱离。通过提高气体速度或液滴温度,实现较高的非平衡拉普拉斯压力或较低的粘性力,促使气泡从液滴内部分离。

关键词：液滴破碎空心颗粒颗粒形貌黏性力金属粉末气体雾化

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取向硅钢细化磁畴技术研究进展

热加工工艺 2024年第2期53卷 6-11页

作者：王丽娜何承绪李萧北京科技大学天津学院材料科学与工程系天津301830 先进输电技术国家重点实验室国网智能电网研究院有限公司北京102209 北京科技大学国家材料服役安全科学中心北京102206

细化磁畴技术是取向硅钢生产过程中重要的技术手段之一,可有效降低带材损耗。介绍了取向硅钢损耗的影响因素、细化磁畴降低铁损的原理,同时对两种类型细化磁畴技术的原理和研究现状进行了综述。非耐热型细化磁畴技术相对成熟稳定,已实... 详细信息

细化磁畴技术是取向硅钢生产过程中重要的技术手段之一,可有效降低带材损耗。介绍了取向硅钢损耗的影响因素、细化磁畴降低铁损的原理,同时对两种类型细化磁畴技术的原理和研究现状进行了综述。非耐热型细化磁畴技术相对成熟稳定,已实现工业应用。耐热型细化磁畴技术目前被少数企业所垄断,国内仅宝钢掌握大功率激光刻痕细化磁畴技术,而其他耐热型细化磁畴技术更多处于实验室研发阶段,无法应用于工业生产。在能源结构调整、电工装备要求不断提升的背景下,对耐热型取向硅钢提出了更多的需求,未来耐热型细化磁畴技术将成为取向硅钢细化磁畴技术的一个重点研究方向。

关键词：取向硅钢细化磁畴激光刻痕机械刻痕铁损

基于工业小试规模的多元氨基两相CO吸收剂连续循环性能研究

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中国电机工程学报 2024年

作者：黄杰崔永康高巨宝王淑娟许世森清华大学山西清洁能源研究院清华大学能源与动力工程系北京科技大学能源与环境工程学院北京怀柔实验室

两相吸收剂可有效减少碳捕集能耗，目前针对相变吸收剂的实验室规模循环研究较多，但在工业小试或中试装置中的稳定性验证试验研究相对匮乏。本文以二乙烯三胺（DETA）为主吸收剂开发三种吸收剂，代号分别为DAGH、DGH和DAH，其中新型多... 详细信息

两相吸收剂可有效减少碳捕集能耗，目前针对相变吸收剂的实验室规模循环研究较多，但在工业小试或中试装置中的稳定性验证试验研究相对匮乏。本文以二乙烯三胺（DETA）为主吸收剂开发三种吸收剂，代号分别为DAGH、DGH和DAH，其中新型多元氨基两相吸收剂DAGH各组分比例为有机胺：促进剂：分相剂：H2O=20:10:30:40，DGH各组分比例为有机胺：分相剂：H2O=25:25:50，DAH各组分比例为有机胺：促进剂：H2O=（2/7）:（1/7）:（4/7）。利用模拟烟气量1 Nm3/h循环吸收解吸装置对吸收剂进行性能测试，与30 wt.%单乙醇胺（MEA）进行比较。通过调控系统液气比、压力、温度等参数对吸收剂的运行参数进行优化。长周期稳态运行试验结果表明DAGH吸收剂在CO2捕集率≥90%，CO2纯度≥99%条件下，循环担载量为1.64 mol CO2/kg溶液，明显优于30% MEA吸收剂(0.824 mol CO2/kg溶液)，其再生热耗为4.80 GJ/t，相比MEA吸收剂（6.71 GJ/t）降低28%以上。此外，由于设备未装配补液系统，DAGH经过160 h长周期稳态运行后，重（浓）相中吸收剂、促进剂和H2O组分变化量分别为2.50%、6.36%和2.33%，轻（稀）相中分相剂和H2O组分变化量分别为6.84%和18.8%，相对于其他几种吸收剂表现出较好的稳定性。

关键词：化学吸收法碳捕集多元氨基两相吸收剂连续循环吸收解吸再生热耗工业小试研究

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深部煤层非连续区地应力场反演方法

清华大学学报(自然科学版) 2024年

作者：周家兴王金安李飞清华大学水利水电工程系清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室清华大学水利部水圈科学重点实验室北京科技大学土木与资源工程学院北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室

随着煤矿开采深度的增加,断层等非连续构造活化会对煤层安全高效开采带来巨大隐患,掌握精确的地应力场分布对于开采工程设计与施工、防灾减灾具有重要的指导意义。针对深部地应力场的非线性及非连续性特征,推导了正断层、逆断层和走滑... 详细信息

随着煤矿开采深度的增加,断层等非连续构造活化会对煤层安全高效开采带来巨大隐患,掌握精确的地应力场分布对于开采工程设计与施工、防灾减灾具有重要的指导意义。针对深部地应力场的非线性及非连续性特征,推导了正断层、逆断层和走滑断层区域地应力侧压力系数的稳定性判别式,并基于长短时记忆神经网络算法,提出了深部煤层非连续区的地应力场反演方法。该方法将不同时期的地应力资料作为时间序列进行优化学习,有效解决了深部实测地应力数据的非线性、离散性、多噪声等问题,确保了优良地应力数据信息长期记忆,不良地应力数据信息及时遗忘。以上海庙矿区鹰骏二号井田主副井区域为例,考虑了不同尺度断层的地应力场分布特征,反演得到详尽的地应力场分布。反演与实测地应力场的相关系数为0.945,平均误差为12.897%,地应力差值的标准差为2.000。因此,该方法可为深部煤层非连续区地应力场反演提供新的思路。

关键词：深部煤层非连续地应力场反演方法

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铸造桥式起重机卷筒轴断裂失效分析

机械设计与制造 2024年第4期398卷 351-356,360页

作者：李艳向东韦尧中王君英中国联合工程有限公司浙江杭州310000 北京科技大学机械工程学院北京100083 天地科技股份有限公司北京100013 清华大学机械工程系北京100085

针对某50/10t铸造桥式起重机卷筒轴断裂失效分析案例,结合断口形貌分析、材料金相组织分析、加工过程分析,全面排查了卷筒轴断裂失效的原因,搭建了铸造桥式起重机的动力学分析模型,计算了传动链中卷筒及钢丝绳的动态载荷,并分析了动载... 详细信息

针对某50/10t铸造桥式起重机卷筒轴断裂失效分析案例,结合断口形貌分析、材料金相组织分析、加工过程分析,全面排查了卷筒轴断裂失效的原因,搭建了铸造桥式起重机的动力学分析模型,计算了传动链中卷筒及钢丝绳的动态载荷,并分析了动载作用下卷筒的结构强度及卷筒轴的疲劳寿命。结果表明,该起卷筒轴断裂失效事故中,卷筒轴的结构硬度、材料组织良好,卷筒轴过渡圆角处会产生明显应力集中,周期性动载产生的交变应力会导致桥式起重机卷筒轴疲劳寿命大大减小,属于高名义应力的旋转弯曲疲劳断裂。

关键词：铸造桥式起重机卷筒轴断裂失效分析

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直纹面面齿轮共轭小齿轮的滚齿加工研究

西安交通大学学报 2024年第7期58卷 160-169页

作者：彭先龙吴易凯胡锡文徐磊刘忠亮西安科技大学机械工程学院西安710054 中国核电工程有限公司北京100840

针对直纹面面齿轮与圆柱齿轮不满足共轭关系而限制其在小传动比应用场合的情况,提出与直纹面面齿轮共轭的小齿轮及其滚齿加工方法。首先建立了直纹面面齿轮及其共轭小齿轮的齿面方程,获得共轭小齿轮相比圆柱齿轮的齿面偏差形貌;随后推... 详细信息

针对直纹面面齿轮与圆柱齿轮不满足共轭关系而限制其在小传动比应用场合的情况,提出与直纹面面齿轮共轭的小齿轮及其滚齿加工方法。首先建立了直纹面面齿轮及其共轭小齿轮的齿面方程,获得共轭小齿轮相比圆柱齿轮的齿面偏差形貌;随后推导了阿基米德齿轮滚刀的齿面方程,并根据滚齿加工运动坐标系和啮合原理建立了圆柱齿轮的数学模型;在滚齿加工圆柱齿轮的运动基础上,通过增加滚刀的径向移动和工件的附加转动使滚刀切削刃逼近共轭齿面,附加运动由泰勒多项式表示,通过建立敏感矩阵方程并采用奇异值分解法迭代求解方程获得附加数控运动多项式系数,最后获得数控加工齿面;为评价直纹面面齿轮副的传动性能,进行了齿面承载接触分析,并与传统面齿轮-圆柱齿轮副进行了对比。研究结果表明:相同参数下,直纹面面齿轮副与传统面齿轮副的承载性能基本相同,完全能够代替传统面齿轮副传动;数值算例和仿真加工对该方法的验证表明,其数值算例误差不超过1μm,仿真结果误差不超过6μm,证明了该方法的可行性和准确性。

关键词：直纹面共轭小齿轮齿面偏差敏感矩阵滚齿加工齿面承载接触分析

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锂离子电池用硅基负极硅源材料及其制备研究进展

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复合材料学报 2024年第7期41卷 3503-3514页

作者：龚俊宋鹏刘星汉唐延洪谭凯文李业军湖南科技大学机电工程学院湘潭411201 湖南博邦山河新材料有限公司长沙410119 中南大学物理学院长沙410083 清华大学化学工程系北京100084

近年来,新能源汽车的飞速发展对电池的性能提出了更高要求,而传统石墨类负极材料的比容量较低,难以满足发展的需求。硅具有极高的理论比容量,作为负极材料能有效提高电池性能,具有巨大的发展潜力,而制备硅基负极的硅源材料、硅颗粒的形... 详细信息

近年来,新能源汽车的飞速发展对电池的性能提出了更高要求,而传统石墨类负极材料的比容量较低,难以满足发展的需求。硅具有极高的理论比容量,作为负极材料能有效提高电池性能,具有巨大的发展潜力,而制备硅基负极的硅源材料、硅颗粒的形貌尺寸及其加工制备工艺对硅基负极性能有着重要影响。本文综述了硅基负极材料的最新研究进展,重点关注硅源材料的选择、硅纳米化工艺、硅基负极材料的制备等,提出了不同硅源和对应制备工艺在硅基负极材料制备过程中存在的问题和挑战,为锂离子硅基负极的发展提供重要的参考。

关键词：硅负极材料纳米化工艺锂离子电池电化学性能

黑磷烯量子点作为水基润滑添加剂的摩擦学性能研究

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机械工程学报 2024年第3期60卷 226-237页

作者：王伟魏春艳屈怡珅董少文吕凡凡金杰王快社西安建筑科技大学冶金工程学院西安710055 北京交通大学经济管理学院北京100040 北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100040

为了提高钛合金加工的表面质量,降低其加工成本。利用具有高承载、低摩擦等特性的黑磷烯量子点作为钛合金加工液的高效润滑介质。采用MS-T3001摩擦磨损试验机,以GCr15轴承钢/TC4钛合金盘为摩擦副研究黑磷烯量子点作为水基润滑添加剂的... 详细信息

为了提高钛合金加工的表面质量,降低其加工成本。利用具有高承载、低摩擦等特性的黑磷烯量子点作为钛合金加工液的高效润滑介质。采用MS-T3001摩擦磨损试验机,以GCr15轴承钢/TC4钛合金盘为摩擦副研究黑磷烯量子点作为水基润滑添加剂的摩擦学性能。试验结果表明,黑磷烯量子点的平均横向尺寸为4.44 nm±0.86 nm,厚度约小于4 nm,在超纯水中表现出良好的分散性。随着接触压力增加,摩擦因数和磨损率先快速减小后缓慢增加。在1273 MPa接触压力、119.3 mg/L浓度下,和超纯水相比,黑磷烯量子点水基润滑添加剂的平均摩擦因数和磨损率分别降低27.6%和28.29%。磨痕表面分析表明,黑磷烯量子点水基润滑添加剂的抗磨减摩机理为钛合金磨损表面生成的Fe_(2)O_(3)、TiO_(2)、Al_(2)O_(3)氧化物组成的摩擦化学反应膜及黑磷烯量子点层间剪切和滚珠效应的协同作用。此研究为黑磷烯水基润滑添加剂在钛合金切削润滑领域的应用提供理论依据。

关键词：黑磷烯量子点润滑添加剂摩擦学性能润滑机理