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基于非线性方法的核级双层容器及支承结构热棘轮效应研究

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原子能科学技术 2024年第2期58卷 431-440页

作者：刘亚楠莫亚飞高付海李晓轩中国原子能科学研究院北京102413 中国机械科学研究总院北京100048

核级双层容器承担一回路压力边界和一回路冷却剂“纵深防御”包容的双重安全功能,是高温反应堆本体常用的一种结构形式。然而内层容器在瞬态工况下温度变化剧烈,内外层容器之间导热性能差,内外温差大,热棘轮效应是可能的重要失效机制。... 详细信息

核级双层容器承担一回路压力边界和一回路冷却剂“纵深防御”包容的双重安全功能,是高温反应堆本体常用的一种结构形式。然而内层容器在瞬态工况下温度变化剧烈,内外层容器之间导热性能差,内外温差大,热棘轮效应是可能的重要失效机制。本文通过建立核级双层容器及支承结构轴对称有限元模型,使用非线性方法分析其在热-机循环载荷作用下温度、应力和应变的响应,研究棘轮效应分布的规律和特征。结果表明:热棘轮效应显著,是该类容器的主要失效模式;热棘轮敏感区域分布具有多点式的特点,在内外层容器不同部位均有涉及;危险区域的塑性应变累积行为主要出现在循环温度载荷的降温阶段,应变增量随循环次数的增加逐步稳定。结论指出热棘轮效应是核级双层容器结构设计必须关注的重点问题,所建立的非线性分析方法是解决该问题的有效手段。本研究可为核级双层容器热棘轮分析以及一回路工况参数优化设计和应变监测测点布置提供重要方法指导。

关键词：核级双层容器及支承结构热棘轮非线性方法多点式分布工况设计

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缆式焊丝GMAW焊缝截面侧偏行为机理分析

焊接学报 2024年第1期45卷 83-87,I0008页

作者：杨泽坤徐锴杨战利张焱费大奎周坤杨永波中国机械科学研究总院集团有限公司北京100048 中国机械总院集团哈尔滨焊接研究所有限公司哈尔滨150028 哈尔滨威尔焊接有限责任公司哈尔滨150000

缆式焊丝熔化极气体保护电弧焊(gas metal arc welding,GMAW)中存在的焊缝截面侧偏现象会导致焊接接头熔合不良,基于熔滴受力分析和最小电压理论对焊缝截面侧偏现象的变化规律进行机理分析.结果表明,电流是影响截面侧偏的关键因素,由于... 详细信息

缆式焊丝熔化极气体保护电弧焊(gas metal arc welding,GMAW)中存在的焊缝截面侧偏现象会导致焊接接头熔合不良,基于熔滴受力分析和最小电压理论对焊缝截面侧偏现象的变化规律进行机理分析.结果表明,电流是影响截面侧偏的关键因素,由于缆式焊丝独特的绞合结构引起电弧旋转,进而导致出现熔滴受力不均的现象,熔滴过渡方向与焊丝轴线存在夹角,在熔滴冲击力的作用下导致焊缝截面出现侧偏现象,随着电流的增加,电弧对熔滴的拘束增强,熔滴过渡方向逐渐趋于轴线,因而焊缝截面侧偏的趋势随着电流增加而减小.

关键词：缆式焊丝熔化极气体保护焊焊缝截面侧偏熔滴过渡最小电压原理

Q&P工艺对38MnB5Nb超高强钢力学性能与微观组织的影响

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金属热处理 2024年第2期49卷 77-83页

作者：杨杰王德成李贤君巫小林侯俊卿杨涛张赛中国机械总院集团北京机电研究所有限公司北京100083 中国机械科学研究总院集团有限公司北京100089

为了提高先进高强钢强塑积,满足汽车轻量化发展要求,以先进高强钢38MnB5Nb为研究对象,讨论其在不同配分温度和配分时间的Q&P工艺下力学性能与微观组织的变化特征,并确定该钢种较优的Q&P工艺参数窗口。结果表明,Ms~Mf之间采用低温长时配... 详细信息

为了提高先进高强钢强塑积,满足汽车轻量化发展要求,以先进高强钢38MnB5Nb为研究对象,讨论其在不同配分温度和配分时间的Q&P工艺下力学性能与微观组织的变化特征,并确定该钢种较优的Q&P工艺参数窗口。结果表明,Ms~Mf之间采用低温长时配分和高温短时配分工艺时,38MnB5Nb钢可以获得较好的强塑性匹配。其中,220℃配分90 s和280℃配分60 s条件下试样强塑积均超过30 GPa·%,分别为35.09 GPa·%和33.23 GPa·%。微观组织方面,相同配分时间随着配分温度的升高板条马氏体逐渐发生粗化现象,相同配分温度随着配分时间的增加马氏体回火现象愈发明显,且伴随碳化物的析出。

关键词： 38MnB5Nb钢 Q&P 强塑积力学性能微观组织

松软破碎煤体取制样与剪切试验系统研制及应用

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煤炭科学技术 2024年第2期52卷 126-134页

作者：舒龙勇饶文铭范喜生刘正帅孙中学霍中刚煤炭科学研究总院北京100013 煤炭科学技术研究院有限公司北京100013

研究松软破碎煤体力学性质对巷道支护和煤与瓦斯突出预测等工作具有重要意义,但当前缺乏有效的松软破碎煤体取样、制样及力学特性分析装置。为此,研发了一套松软破碎煤体取制样与剪切试验系统,主要由取样装置、制样装置和力学特性参数... 详细信息

研究松软破碎煤体力学性质对巷道支护和煤与瓦斯突出预测等工作具有重要意义,但当前缺乏有效的松软破碎煤体取样、制样及力学特性分析装置。为此,研发了一套松软破碎煤体取制样与剪切试验系统,主要由取样装置、制样装置和力学特性参数测试系统组成,各部分具有以下主要功能与特点:①取样装置中的单动三管取芯器包含脑袋总成、外管总成及内管总成3部分,内外管间设置稳定环,保证内外管同心,内管总成腔体内部设置衬管用于储存煤心,取芯钻进时内管不随外管旋转;当钻取的煤心充满衬管后,退出取芯器,拆卸取出衬管,将煤心连同衬管一并取出并进行封装。取样装置灵活、轻便、易拆装携带。②制样装置包含脱模仪、切割机、冰箱、热风枪4部分,脱膜仪用于脱去煤心外层衬管,切割机、冰箱和热风枪用于对煤心进行切割、冷冻和热缩;制作标准煤心试件分为打孔润湿、冷冻切割和热缩脱模3个步骤,采用端头局部冷冻切割、脱模与热缩均匀同步等技术,实现多种标准尺寸试件制备,制样方法完善、成功率高。③力学特性参数测试系统包含主体结构、伺服油源控制装置和软件系统3部分,能实现限制性及非限制性直剪试验功能,主要用于开展松软破碎煤体标准试件不同法向应力下直剪试验、不同围压下三轴压缩试验。整体设计结构简单、操作方便。研究利用单动三管取芯器获取松软破碎煤体,利用脱模仪等制样装置将其制备成标准试件,进而在力学特性参数测试系统上分别开展松软破碎煤体标准试件在0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09 MPa法向应力下的直剪试验和0.2、0.3、0.4 MPa围压下的三轴压缩试验,并求得两种试验条件下松软破碎煤体的黏聚力和内摩擦角等抗剪强度参数,其中直剪试验求得的黏聚力和内摩擦角为0.125 kPa和37.2°,三轴压缩试验求得的黏聚力和内摩擦角为0.121 kPa和36.4°。结果表明,该套系统具有较好的实用性和可靠性,为研究松软破碎煤体力学特性提供了较好的试验平台和方法。

关键词：松软破碎煤体取芯器取样标准煤样制备剪切试验抗剪强度

原生层理结构影响下煤岩组合体超声波及CT扫描分析

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 74-86页

作者：雷国荣李春元齐庆新王嘉敏杜伟升李向上何团煤炭科学研究总院有限公司深部开采与冲击地压防治研究院北京100013

为研究原生层理结构对煤岩组合体波速及力学性质的影响,并提升室内获取煤岩波速及力学参数的精确性、快速性及便捷性,在室内对不同原生层理倾角的煤岩组合体开展了多层位多方位的超声波及CT扫描测试。基于超声波测试数据,获取了原生层... 详细信息

为研究原生层理结构对煤岩组合体波速及力学性质的影响,并提升室内获取煤岩波速及力学参数的精确性、快速性及便捷性,在室内对不同原生层理倾角的煤岩组合体开展了多层位多方位的超声波及CT扫描测试。基于超声波测试数据,获取了原生层理结构影响下煤岩组合体不同层位的波速及波速比变化特征;结合CT扫描及三维重构技术,应用煤岩灰度分布频数数据,提出了不同层位CT灰度均值的计算方法,获得了不同原生层理倾角下煤岩组合体不同层位灰度及煤岩含量的变化规律,建立了煤岩CT灰度均值与波速、力学参数的关系;构建了考虑层理倾角与煤岩含量效应的煤岩组合体纵波波速计算模型,并应用测试数据进行了对比验证。结果表明:①含原生层理的煤岩组合体波速及波速比与层理倾角线性相关,随层理倾角增加,组合体的纵波波速近似线性减小,而波速比的分布范围增大;②不同层理倾角下组合体的CT灰度均值与波速线性相关,随CT灰度均值增高,煤岩组合体波速线性增加;③煤岩组合体的密度随CT灰度均值增加线性增高,其动态弹性模量及剪切模量则与CT灰度均值均呈三阶多项式关系,并随CT灰度均值增高趋于增大;④层理倾角与煤岩含量相比,组合体波速对煤岩含量的敏感性更高,煤岩含量相近则波速受层理倾角响变化最大。

关键词：煤岩组合体层理倾角超声波 CT扫描波速灰度

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我国煤矿重特大事故统计分析及对策建议

中国安全科学学报 2024年第9期34卷 9-18页

作者：王海军齐庆杰梁运涛齐庆新刘英杰孙祚煤炭科学研究总院有限公司北京100013

为揭示近年来我国煤矿事故特征,有针对性地提出事故防范对策建议,首先,收集整理2013—2023年全国重特大煤矿事故,分析事故发生的年份、类型、月份、省份和原因等方面;其次,以内蒙古新井煤业“2·22”特别重大坍塌事故为例,基于“2-4”模... 详细信息

为揭示近年来我国煤矿事故特征,有针对性地提出事故防范对策建议,首先,收集整理2013—2023年全国重特大煤矿事故,分析事故发生的年份、类型、月份、省份和原因等方面;其次,以内蒙古新井煤业“2·22”特别重大坍塌事故为例,基于“2-4”模型(24Model)分析导致事故发生的原因;最后,结合以上分析和研究结果提出符合我国现阶段煤矿安全生产形势的事故预防对策与建议。结果表明:煤矿重特大事故发生起数和死亡人数呈整体下降趋势,且进入“十二五”规划以来,我国煤矿安全生产水平明显提高;瓦斯事故仍是我国煤矿主要事故,占事故总起数的51%;每年第4季度是煤矿事故高发期,占事故总起数的30.43%;受地质条件和赋存情况影响,煤炭主要产区发生事故较多;人的不安全行为导致的事故占比高达74%;当个体层面和组织层面存在隐患且双重预防措施不到位时,易发生事故;从安全监管、科技兴安、队伍建设、安全文化等4个维度提出降低煤矿安全事故的对策建议。

关键词：煤矿重特大事故统计分析 “2-4”模型(24Model) 事故原因不安全行为

改进YOLOv5s的旋转框工业零件检测算法

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激光与光电子学进展 2024年第14期61卷 145-154页

作者：魏瑶坤康运江王丹伟赵鹏徐斌机科发展科技股份有限公司北京100044 中国机械科学研究总院集团北京100044

在工业场景应用中,对于紧密排列分布的工业零件,采用水平框目标检测,会存在零件错选漏选及边界方向丢失的问题,因此提出一种基于改进YOLOv5s的旋转工件目标检测算法。首先,引入无参的SimAM网络,在不增加模型参数量的基础上,使网络更聚... 详细信息

在工业场景应用中,对于紧密排列分布的工业零件,采用水平框目标检测,会存在零件错选漏选及边界方向丢失的问题,因此提出一种基于改进YOLOv5s的旋转工件目标检测算法。首先,引入无参的SimAM网络,在不增加模型参数量的基础上,使网络更聚焦于关键信息,提高在复杂背景下的特征提取能力并抑制噪声干扰。其次,将原来的完全交并比(CIoU)回归函数替换为引入角度因子的SIoU函数,更加符合旋转框检测要求,将激活函数替换为Mish函数,提高模型收敛速度与精度。最后,引入移相编码法和改进的HardL-Tanh激活函数,实现角度和回归角度余弦值的预测,解决五参数表示法带来的角度多一性和边界问题,实现工件的旋转框检测。所提算法的平均精度均值达97.4%。实验结果表明所提算法权重文件小、平均准确率高、预测用时少,满足工业实时性要求。

关键词：工业零件检测 SimAM 旋转目标检测移相编码法 YOLOv5s

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耐辐射高铅玻璃熔制挥发物分析及控制

硅酸盐学报 2024年第7期52卷 2364-2370页

作者：杨胜赟曹振博张梅伦张洋王可韩玉吕海风周游贾金升中建材光子科技有限公司山东枣庄277000 中国建筑材料科学研究总院有限公司北京100000

用于制备耐辐射光纤面板的高铅(铅当量≥0.3)玻璃材料须具备较高的折射率、较好的X射线吸收性能、较高的可见光透过率以及良好的热稳定性和化学稳定性。但由于其高铅含量对熔制坩埚及耐火材料腐蚀性极高,且熔制过程中挥发量较高,玻璃组... 详细信息

用于制备耐辐射光纤面板的高铅(铅当量≥0.3)玻璃材料须具备较高的折射率、较好的X射线吸收性能、较高的可见光透过率以及良好的热稳定性和化学稳定性。但由于其高铅含量对熔制坩埚及耐火材料腐蚀性极高,且熔制过程中挥发量较高,玻璃组分不易稳定控制,目前仅国外少数企业能够高质量稳定生产。研究了玻璃熔制过程中影响挥发物的3个主要因素,有效控制挥发物的挥发率由2.00%降至0.51%左右,确定了最佳熔制温度以及通气压强,并在此条件下分别采用2种方式向玻璃中引入铅,通过能谱仪和光电子能谱仪对该高铅玻璃在熔制过程中的挥发物进行了研究,确定了其挥发物成分以铅氧化物为主,其中铅的价态以四价为主,二价为辅。

关键词：耐辐射光纤面板玻璃熔制挥发物

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煤层瓦斯含量测定技术及装备研究进展

煤炭科学技术 2024年第4期52卷 164-176页

作者：孙四清杨帆郑玉岐张庆利煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

瓦斯含量是煤与瓦斯突出危险预测、煤层瓦斯资源量估算、矿井瓦斯治理工程设计的重要参数。围绕如何在大区域准确快速测定煤层瓦斯含量,依托国家科技重大专项、国家自然科学基金和煤炭企业联合基金等项目科技攻关,在取样、测试方面取得... 详细信息

瓦斯含量是煤与瓦斯突出危险预测、煤层瓦斯资源量估算、矿井瓦斯治理工程设计的重要参数。围绕如何在大区域准确快速测定煤层瓦斯含量,依托国家科技重大专项、国家自然科学基金和煤炭企业联合基金等项目科技攻关,在取样、测试方面取得了一定进展。主要表现在如下4个方面:①煤层瓦斯含量测定取样经历了孔口接样、岩心管定点取样、压力引射定点取样和密闭取样4个阶段,密闭取样装备保压能力达到11.5 MPa,煤心直径达到38 mm;②针对不同煤层地质条件,发展形成了顺煤层定向长钻孔密闭取样、底板穿层钻孔密闭取样和顶(底)板梳状定向长钻孔密闭取样3种取样技术;③在河南焦作和山西晋城矿区硬煤层中,顺层定向长钻孔取样深度达到516 m,密闭取样法测得煤层瓦斯含量较常规取样法分别平均提高了0.44倍和1.04倍。在安徽淮南矿区碎软煤层中,穿层钻孔密闭取样深度达到209 m,测得煤层瓦斯含量较常规取样法平均提高了0.26倍;在安徽淮北矿区碎软煤层中,顶(底)板梳状钻孔密闭取样深度达到484 m,测得煤层瓦斯含量较常规取样法平均提高了0.19倍,密闭取样法在煤层瓦斯含量测定精度、探测范围上优于常规取样法;④在瓦斯含量测试方面,除了传统解吸法测试,发展了系列煤矿井下瓦斯含量快速测试装备,可实现最快30 min内测得煤层瓦斯含量,一般用于百米孔内的瓦斯含量测试。提出了煤层瓦斯含量测定密闭取样装备需向小型化、轻量化的方向发展,并能实现随钻密闭取样。在测试上,应根据实际情况确定合理的解吸终止限,并将测试装备和密闭取样装备进一步结合,以实现深孔瓦斯含量快速准确测定。密闭取样技术已成为煤层瓦斯含量大区域精准勘查、预测的主要手段,是煤炭安全高效开采的重要技术保障。

关键词：煤层瓦斯含量定点取样密闭取样碎软煤层硬煤