工程科學學報

姓名
郵箱
手機號碼
標題
留言內容
驗證碼

期刊信息

月刊，1955年創刊

ISSN 2095-9389

CN 10-1297/TF

主管單位：教育部

主辦單位：北京科技大學

編　　輯：《工程科學學報》編輯部

出　　版：科學出版社

主任委員：楊仁樹

副主任委員(主編)：吳愛祥

地　　址：北京市海淀區學院路30號

電　　話：(010)62333436

傳　　真：(010)62333436

郵發代碼：82-303

國內發行：北京報刊發行局

國內訂閱：全國各地郵局

郵　　箱：xuebaozr@ustb.edu.cn

單　　價：40元/期，全年480元

下載中心

重點征稿方向
征稿通知
版權協議
論文模板

Email alert

RSS

2023年第45卷第6期

欄目

冶金工程·材料科學與工程
控制科學與工程
土木工程·能源工程·環境工程

上一期 | 下一期

選擇全部

顯示方式:

2022年度礦業與冶金工程學科國家自然科學基金管理工作綜述

王西勃, 苗鴻雁, 李航宇, 徐龍華, 高軍恒, 金佳旭

2023, 45(6): 875-882. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.02.06.002

[摘要](965)

[HTML全文] (185)

[PDF 457KB](112) [施引文獻] ()

摘要:
總結了2022年度國家自然科學基金委員會工程與材料科學部礦業與冶金工程學科科學基金項目的申請、評審和資助情況，主要分石油工程、礦業工程、安全科學與工程和冶金與材料加工工程4大領域進行分析；同時介紹了科學基金項目的結題審查和中期檢查情況，并對學科下一步的工作進行了展望。

冶金工程·材料科學與工程

WO₃–CaSO₄在HCl–Na₂SO₄溶液中的平衡溶解

徐略渭, 何秉軒, 徐國鉆, 雷鑫, 胡皓東, 梁勇, 劉德剛

2023, 45(6): 883-889. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.03.25.001

[摘要](501)

[HTML全文] (208)

[PDF 1881KB](113) [施引文獻] ()

摘要:
目前鎢冶煉的堿分解工藝，存在用水量大、廢水量大、加工成本高等問題，使鎢冶煉企業面臨著經濟與環保的雙重壓力，不能繼續滿足行業發展需求。對此，在大量白鎢焙燒分解工藝研究的基礎上，提出了酸法焙燒思路，開發出了硫酸鹽焙燒分解白鎢工藝，一步轉型生成WO₃。由于白鎢礦焙燒產物的主要雜質為Na₂SO₄與難溶CaSO₄，可采用鹽酸浸出方式進行鎢鈣分離，本文采用等溫平衡法，考察對比了WO₃、CaSO₄與WO₃–CaSO₄在HCl–Na₂SO₄溶液中的溶解行為，結果表明：WO₃與CaSO₄在鹽酸中的溶解度相差較大，CaSO₄在鹽酸中溶解度隨溫度、鹽酸濃度的升高而增大，在溫度80 ℃、鹽酸濃度3 mol·L^–1的條件下，硫酸鈣在鹽酸中的溶解度達到峰值55 g·L^–1，而Na₂SO₄可顯著降低CaSO₄在鹽酸中的溶解度，縮小CaSO₄與WO₃在鹽酸中的溶解差，WO₃溶解度則維持在0.3～3 g·L^–1范圍內，結合目前成熟的低鎢回收工藝，能將該部分溶解鎢有效地回收，即控制一定的溶解條件有利于鎢鈣高效分離。

燒結礦堿度對綜合爐料交互反應的影響

譚培龍, 張建良, 黃建強, 王耀祖, 劉征建, 韓鳳光

2023, 45(6): 890-898. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.05.16.001

[摘要](476)

[HTML全文] (204)

[PDF 2412KB](90) [施引文獻] ()

摘要:
以不同堿度的燒結礦及燒結礦與塊礦的混合礦為研究對象，利用荷重軟化熔滴裝置，考察了燒結礦堿度對綜合爐料軟熔性能及不同爐料間交互作用的影響。研究發現：隨著燒結礦堿度增加，爐料結構中塊礦的質量配加比例提高，爐料間的交互作用增強，主要表現為綜合爐料軟化開始溫度及熔融開始溫度降低，混合爐料的透氣性得到改善。爐料結構的變化使礦物間的交互反應隨著燒結礦堿度的提高而增強，進而導致液相成分發生改變，降低了初渣物相熔點，而燒結礦堿度過高時會惡化料柱的透氣性。同時通過掃描電子顯微鏡?能量色散譜儀(SEM?EDS)及X射線衍射(XRD)精修表征整個還原過程燒結礦物相變化，渣相中主要物相為浮氏體和硅酸鈣，隨著燒結礦堿度增加，在不同斷點2CaO·SiO₂的含量呈現降低趨勢，表明燒結礦還原過程生成的高熔點物相隨之降低，綜合爐料的液相生成溫度隨之降低，爐料間交互作用增強。因此，適當提高燒結礦堿度，提高塊礦入爐的質量配比，利于高爐的強化冶煉。

IF鋼連鑄開澆工藝對頭坯潔凈度影響的研究

李源源, 張炯明, 崔衡, 尹延斌, 鄧深, 楊劍洪

2023, 45(6): 899-906. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.04.15.001

[摘要](434)

[HTML全文] (156)

[PDF 1824KB](126) [施引文獻] ()

摘要:
IF鋼連鑄開澆過程頭坯潔凈度水平較低，目前各企業一般將開澆坯作判廢或降級處理，這導致了產品質量不穩定，成材率低等問題。為研究IF鋼非穩態開澆階段連鑄坯的潔凈度水平及優化措施，采用現場取樣、檢測分析及數值模擬計算相結合的方法，分析了IF鋼開澆階段不同拉速變化曲線條件下連鑄坯沿拉坯方向的潔凈度變化規律。通過實驗檢測發現沿拉坯方向頭坯T[O]、[N]及顯微夾雜物含量呈現明顯下降趨勢，距離頭坯頭部6 m處 T[O]含量為13×10^?6，接近正常坯水平，距離頭坯頭部7 m處 [N]含量約為19×10^?6，接近正常坯水平，開澆工藝對于連鑄坯T[O]、[N]及顯微夾雜物含量影響不大。勻速、前快后慢和前慢后快三種拉速工藝條件下，大型夾雜物在距離頭坯頭部2 m處的質量分數約為0.2 mg?kg^?1，但之后均存在不同程度的大型夾雜物數量波動現象，而前快后慢工藝影響范圍最小，在5.5 m后均達到正常水平。通過數值計算同樣發現，前快后慢的提拉速工藝條件下產生的頭坯潔凈度更快地接近正常坯潔凈度水平（約開澆430 s后，對應拉坯5 m）。基于本文研究，提出了一種優化的IF鋼連鑄開澆過程提拉速的工藝方法。

奧氏體化溫度對Ti–Zr處理鋼中針狀鐵素體轉變的影響

姚浩, 劉承軍, 張立峰

2023, 45(6): 907-914. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.05.03.003

[摘要](450)

[HTML全文] (200)

[PDF 7760KB](87) [施引文獻] ()

摘要:
Ti、Zr的復合氧化物可以有效誘導針狀鐵素體形核，從而細化晶粒。為了研究Ti–Zr處理鋼中針狀鐵素體轉變機理，使用25 kg真空感應爐中熔煉試驗所需鋼種，向低合金鋼中添加了質量分數為0.038%鈦和0.008%鋯。利用高溫激光共聚焦顯微鏡原位觀察了奧氏體化溫度對針狀鐵素體轉變行為的變化，使用掃描電鏡觀察了Ti–Zr處理鋼種的夾雜物成分和針狀鐵素體在夾雜物表面形核，使用光學顯微鏡觀察不同奧氏體化溫度下的微觀組織變化差異。結果表明，隨著奧氏體化溫度從1250 ℃增加至1400 ℃，奧氏體晶粒尺寸從125.6 μm 增加至279.8 μm，針狀鐵素體開始轉變溫度和側板條鐵素體開始轉變溫度先增加，在1350 ℃條件下達到最大值，后又降低，針狀鐵素體的體積分數由39.6%增加至83.6%；Ti–Zr處理鋼中核心為Zr–Ti–O，外部為Al–Ti–Zr–O的氧化物為核心表面析出MnS的復合氧化物主要集中在1.5～3 μm，可以有效促進針狀鐵素體形核，貧Mn區和夾雜物與鐵素體之間的良好晶格關系為該型夾雜物能夠促進針狀鐵素體形核機理。奧氏體晶粒尺寸的增加導致多邊形鐵素形核位點的減少和針狀鐵素體的形核空間的增加，鈦鋯復合處理形成大量的有效誘發針狀鐵素體形核的夾雜物，這共同導致了針狀鐵素體體積分數增加。

基于滲碳體調控低合金鋼中塊狀逆變奧氏體與奧氏體晶粒尺寸

張獻光, 劉歡, 張健, 王洪利, 任英杰, 楊文超, 陳佳俊, 石鵬

2023, 45(6): 915-926. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.27.002

[摘要](521)

[HTML全文] (225)

[PDF 15911KB](130) [施引文獻] ()

摘要:
逆變奧氏體微觀組織顯著影響鋼鐵材料的最終組織性能，闡明塊狀奧氏體的形成規律對于精準掌握逆相變至關重要。本文以Fe–2.5Mn–1.5Si–0.35C合金為研究對象，通過OM、SEM和EBSD等手段研究了不同預回火條件下晶內塊狀奧氏體與最終奧氏體晶粒尺寸的演變規律。研究結果表明，隨預回火溫度自350 ℃升高至650 ℃，晶內塊狀奧氏體體積分數呈現出先增加后迅速降低的趨勢；400 ℃預回火條件下，隨預回火時間的延長，晶內塊狀奧氏體體積分數先增加后趨于穩定；預回火促使晶內塊狀奧氏體形成，導致最終奧氏體晶粒顯著細化。隨著預回火溫度的升高，逆相變前滲碳體發生粗化，增加了晶內塊狀奧氏體的有效形核位點，此促進了晶內塊狀奧氏體的形成。此外，晶內塊狀奧氏體具有多重取向，晶內塊狀奧氏體的增加，使得逆相變后奧氏體晶粒顯著細化。本研究提供了一種在不改變鋼化學成分的條件下，通過控制滲碳體實現對逆相變晶內塊狀奧氏體形成和最終奧氏體晶粒尺寸調控的新方法。

腐蝕微生物種類及腐蝕機理研究進展

邱麗娜, 張瑋瑋, 弓愛君, 鄭書佳, 趙丹丹, 趙偉宇, 范榮榮

2023, 45(6): 927-940. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.04.20.007

[摘要](574)

[HTML全文] (576)

[PDF 2640KB](129) [施引文獻] ()

摘要:
目前微生物腐蝕（MIC）在工業環境中已成為普遍存在的嚴重問題，其是造成腐蝕損壞、設備故障和經濟損失的主要原因之一。雖然部分經典的腐蝕理論能夠解釋一些微生物腐蝕的現象，但這些機理的片面性也逐漸暴露出來。隨著對腐蝕菌種類的研究越來越多,人們對微生物腐蝕機理的認識也更加全面深入。本文重點介紹了易導致腐蝕的微生物種類及特征，如硫酸鹽還原菌、硝酸鹽還原菌和鐵氧化菌等，并總結了微生物腐蝕機理中基于生物能學和生物電化學的最新研究進展，包括微生物胞外電子傳遞過程、代謝產物腐蝕和濃差電池作用等理論，為工業中厭氧及好氧條件下微生物腐蝕的診斷、預測及防治提供了理論指導。

沉管隧道鋼殼在海水中的加速腐蝕

高倩鈺, 曹航, 金文良, 張曉虎, 劉媛媛

2023, 45(6): 941-948. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.09.001

[摘要](336)

[HTML全文] (154)

[PDF 2888KB](68) [施引文獻] ()

摘要:
沉管隧道置于不易檢查和維護的海泥區域，其鋼殼結構受到海水的侵蝕，會縮短其服役周期，腐蝕嚴重則會影響沉管隧道的安全運行。深中通道（又稱“深中大橋”）是國內首個鋼殼式沉管隧道，耐久性要求100年，針對深中通道鋼殼混凝土沉管的服役環境及超高的耐久性要求等諸多特征，且目前國內外可以借鑒的工程和研究很少，因此需要研究揭示鋼殼外壁在海洋環境下的腐蝕機理和腐蝕發展規律。本文采用室內腐蝕模擬加速試驗及電化學分析測試等，對深中通道沉管隧道鋼殼所用Q390C低合金高強度結構鋼在模擬海水條件下的腐蝕發生發展規律進行研究。研究發現Q390C在海水中腐蝕產物主要為Fe₃O₄、α-FeOOH和γ-FeOOH及少量CaCO₃，其均勻腐蝕和局部腐蝕速率都呈指數關系下降，最終趨于穩定。

面向溢油污染治理的SiO₂氣凝膠疏水改性的研究進展

韓松, 張添華, 肖龍恒, 郭敏, 張梅

2023, 45(6): 949-966. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.05.03.002

[摘要](526)

[HTML全文] (193)

[PDF 1862KB](70) [施引文獻] ()

摘要:
二氧化硅氣凝膠（Silica aerogel，SA）具有高孔隙率、低密度、高比表面積等特性，可成為一種良好的吸油材料，然而親水表面和珍珠項鏈的結構限制了其在吸油領域的廣泛應用。疏水改性后的疏水SiO₂氣凝膠（Hydrophobic silica aerogel，HSA）不僅具有SA的優異特性，而且疏水/親油性好，是一種優異的輕質吸油材料。本文以表面后處理法和共前驅體法制備HSA為主線，系統介紹了這兩種方法結合超臨界干燥和常壓干燥制備HSA的研究進展，分析總結了兩種方法的優缺點。其中，共前驅體法主要結合超臨界干燥工藝制備HSA，表面后處理法則常結合常壓干燥，兩種方法主要都采用硅烷化劑為疏水改性劑。表面后處理法改性不改變已形成的孔隙結構，HSA的孔徑和粒徑比較均勻，但可能存在內部改性不徹底的問題。共前驅體法在凝膠結構形成的同時完成改性，制備的HSA比表面積更大，疏水性更好，但是其孔徑不均勻，引入的疏水基團有限。此外，本文還綜述了目前常用的提高HSA機械性能的方法以及HSA吸油性能的研究進展。最后，立足于當前HSA用作吸油材料發展的趨勢，對HSA吸油材料朝著開發低成本且環境友好的原料、開發周期短的疏水改性流程、制備大塊體HSA、提高HSA的機械性能以及提高其吸油性能等發展方向進行了展望。

活性氧抗菌機理及其研究進展

陳媛媛, 唐曉寧, 崔帥, 馬浩, 孫佳慧

2023, 45(6): 967-978. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.06.07.005

[摘要](596)

[HTML全文] (535)

[PDF 1645KB](114) [施引文獻] ()

摘要:
首先介紹了光催化材料中活性氧的產生機制及其在抗菌方面的表現，特別指出構造異質結、引入氧空位等改性手段是提高活性氧產量的主要方式。其次總結了超氧陰離子自由基（·O${}_2^- $

）、過氧化氫（H₂O₂）、單線態氧（¹O₂）和羥基自由基（·OH）的產生過程及作用機理，同時綜述了抗菌過程中四種活性氧的檢測方法，包括直接檢測方法和間接檢測方法，以及間接法所涉及的探針分子特異選擇性反應。整理了光催化材料活性氧激發總濃度的影響因素并提出針對材料提升活性氧產量的改性方向，提出了目前活性氧作用機理研究方面存在的問題，活性氧檢測方法及其與細胞具體作用研究方面存在的不足，建議以活性氧的生成鏈為指導，以多種活性氧動態平衡的體系為考察對象，在生物分子水平上細致分析活性氧的抗菌機理。最后對活性氧抗菌材料的設計與應用提出了建議思路并展望了發展前景。

基于響應曲面法制備鋼渣–花生殼基生態活性炭及其吸附性能研究

杜曉燕, 韓偉勝, 孟子涵, 于先坤, 楊曉軍, 張浩

2023, 45(6): 979-986. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.07.18.005

[摘要](421)

[HTML全文] (157)

[PDF 2125KB](91) [施引文獻] ()

摘要:
以鋼渣超微粉和花生殼為原料制備鋼渣–花生殼基生態活性炭，基于響應曲面法研究微波功率、浸漬比、鋼渣摻量和鋼渣細度對鋼渣–花生殼基生態活性炭對甲醛氣體吸附率的影響，并對其進行優化處理。利用X-射線紅外光譜儀、場發射掃描電鏡、比表面積及孔徑測定儀等對鋼渣–花生殼基生態活性炭進行表征分析。結果表明：鋼渣–花生殼基生態活性炭最優制備參數為微波功率530 W，鋼渣細度1160目，鋼渣摻量(質量分數)10.8%，浸漬比1.25，其對甲醛氣體的吸附率為94.14%。影響鋼渣–花生殼基生態活性炭性能的因素次序依次為：微波功率、鋼渣摻量、浸漬比、鋼渣細度，其中微波功率與浸漬比、微波功率與鋼渣摻量、鋼渣摻量與鋼渣細度均存在顯著交互作用。適量鋼渣改性活性炭有利于形成規則的孔結構、提高表面酸性官能團含量以及增強表面極性。

低功耗微熱板ZnO甲烷傳感器仿真及性能研究

李加明, 焦明之, 錢晨

2023, 45(6): 987-994. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.04.10.002

[摘要](442)

[HTML全文] (215)

[PDF 4883KB](87) [施引文獻] ()

摘要:
隨著微機電系統(MEMS)的發展，運用該技術的半導體傳感器也跟著迅速發展，逐漸走向微型化、集成化和智能化。基于MEMS的微加熱板(MHP)的金屬氧化物甲烷傳感器具有功耗小、響應快等優點，廣泛應用于甲烷檢測。其中，氧化鋅(ZnO)甲烷敏感材料因其靈敏度高、中毒效應小、工作溫度低等優點，廣受關注。但是，該敏感材料制備的傳感器響應性能依然受加熱溫度及熱量分布的強烈影響。使用有限元分析(FEA)軟件COMSOL中的Multiphysics模塊對物理場中的溫度進行仿真分析與比較，揭示了在相同工作條件下加熱電極結構對溫度分布的影響，優選的微加熱板達到300 ℃時需要75 mW左右的功率。在商用微加熱板的叉指電極上采用無遮擋全表面濺射氧化鋅敏感材料構建ZnO薄膜甲烷傳感器，并使用合肥微納公司HIS9010測試了氣體傳感器的響應。采用靜態測量的方法向1 L的氣體腔內注射甲烷氣體，經過測試，與現在不同形貌的ZnO相比，本課題組使用的磁控濺射制備的氧化鋅薄膜氣體傳感器，在(1000～10000)×10^?6甲烷濃度區間內響應線性度比較好，對濃度為10000×10^?6的甲烷響應值達到了30。與國內外商用甲烷傳感器的甲烷響應性能進行了對比，結果表明本課題組制作傳感器響應更高，更具有應用優勢。

控制科學與工程

基于ELM和MCSCKF的鋰離子電池SOC估計

王橋, 葉敏, 魏孟, 廉高棨, 武晨光

2023, 45(6): 995-1002. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.05.10.003

[摘要](462)

[HTML全文] (181)

[PDF 3532KB](69) [施引文獻] ()

摘要:
為了減少噪聲對鋰離子電池荷電狀態估計的影響，本文提出一種新穎的基于極限學習機和最大相關熵平方根容積卡爾曼濾波的SOC估計方法。首先，利用泛化性好、運行速度快的極限學習機作為卡爾曼濾波的測量方程；其次，基于灰狼優化算法，極限學習機的超參數被優化以提高電池荷電狀態的估計精度；最后，基于最大相關熵平方根容積卡爾曼濾波，極限學習機的測量噪聲被進一步減弱。所提方法可以簡化極限學習機繁瑣的調參過程，且為閉環的SOC估計方法。所提方法在多工況和寬溫度范圍內被測試以驗證其泛化性能。測試結果顯示，所提方法明顯地提高了鋰離子電池的荷電狀態估計精度。同時，對比其他算法，所提方法的平均運行時間僅僅為長短時序列和循環門控單元網絡的三分之一。當行駛工況復雜、溫度變化區間較大時，所提方法的均方根誤差小于1%，最大誤差小于3%。當存在初始誤差與環境噪聲時，所提方法顯示出了優越的魯棒性。

一種用于腦腫瘤分割的改進U形網絡

黃敬騰, 李鏘, 關欣

2023, 45(6): 1003-1012. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.03.25.003

[摘要](625)

[HTML全文] (232)

[PDF 1658KB](55) [施引文獻] ()

摘要:
近年來卷積神經網絡在生物醫學圖像處理中得到了廣泛應用，例如從磁共振圖像中準確分割腦腫瘤是臨床診斷和治療腦部腫瘤疾病的關鍵環節。3D U-Net因其分割效果優異受到追捧，但其跳躍連接補充的特征圖為編碼器特征提取后的輸出特征圖，并未進一步考慮到此過程中的原始細節信息丟失問題。針對這一問題，本文提出前置跳躍連接，并在此基礎上設計了一種前置跳躍連接倒殘差U形網絡（FS Inv-Res U-Net）。首先，將前置跳躍連接用于改進DMF Net、HDC Net和3D U-Net 3個典型網絡以驗證其有效性和泛化性；其次，采用前置跳躍連接和倒殘差結構改進3D U-Net，進而提出FS Inv-Res U-Net，最后在BraTS公開驗證集上對所提網絡進行驗證。BraTS2018的驗證結果在增強型腫瘤、全腫瘤和腫瘤核心的Dice值分別是80.23%、90.30%和85.45%，豪斯多夫距離分別是2.35、4.77和5.50 mm；BraTS2019的驗證結果在增強型腫瘤、全腫瘤和腫瘤核心的Dice值分別是78.38%、89.78%和83.01%，豪斯多夫距離分別是4、5.57和6.37 mm。結果表明，FS Inv-Res U-Net取得了不輸于先進網絡的評價指標，能夠實現腦腫瘤精確分割。

基于烏鴉搜索算法的行星滾柱絲杠參數優化

蔡威, 劉更, 馬尚君, 周勇, 付曉軍, 張建新

2023, 45(6): 1013-1022. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.04.12.009

[摘要](456)

[HTML全文] (197)

[PDF 1880KB](87) [施引文獻] ()

摘要:
針對行星滾柱絲杠結構參數匹配問題，提出一種基于烏鴉搜索算法的參數優化模型。考慮行星滾柱絲杠螺紋嚙合點位置的影響，建立絲杠、滾柱以及螺母空間螺旋曲面方程，得到螺紋嚙合點處位置與螺紋牙厚之間的關系。根據螺紋副和齒輪副嚙合關系，確定內齒圈和滾柱端部輪齒設計參數。利用空間螺旋曲面方程，獲得螺紋嚙合點處的法向量，并推導行星滾柱絲杠各零件間的受力關系。以行星滾柱絲杠結構參數作為設計變量，以螺母外徑、絲杠中徑、滾柱長度等參數最小為優化目標，考慮行星滾柱絲杠結構約束和主要承力部件強度約束，利用烏鴉搜索算法作為優化算法，建立行星滾柱絲杠參數優化模型，從而實現優化變量最佳匹配。最后，針對三種負載，利用該優化模型得到三組行星滾柱絲杠結構參數，并將其優化結果與國外產品手冊進行對比，從而驗證了本文優化模型有效性。

土木工程·能源工程·環境工程

一種塊體–顆粒–桿件的耦合方法及其在隧道支護模擬中的應用

李曉光, 李長洪, 馮春

2023, 45(6): 1023-1033. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.03.25.005

[摘要](418)

[HTML全文] (166)

[PDF 3835KB](86) [施引文獻] ()

摘要:
為了模擬隧道開挖過程中邊幫的失穩垮塌過程以及錨桿對隧道的支護過程，提出了一種基于罰彈簧的塊體–顆粒–桿件的耦合方法。該耦合方法基于連續–非連續的數值模擬方法（CDEM），采用離散顆粒簇表征隧道周邊松動圈以內的破碎巖體，采用塊體單元表征松動圈以外的完整巖體，采用桿件單元描述錨桿及錨索等桿系類支護結構，采用插值耦合的方式實現桿件單元與離散顆粒及塊體單元間力與位移的傳遞，從而實現高應力環境下隧道開挖失穩過程的模擬及支護效果的評價。顆粒與塊體之間采用1根法向線性彈簧及2根切向線性彈簧進行耦合，法向彈簧引入拉伸斷裂本構，切向彈簧引入Mohr–Coulomb脆性斷裂本構。桿件與顆粒及桿件與塊體之間的耦合模式基本一致，包含1根沿著桿件軸向的罰彈簧S_gn及1根垂直于桿件軸向的罰彈簧S_gs，S_gn主要用于描述桿件與圍巖之間的拉拔效應及推壓效應，S_gs則主要用于描述桿件與圍巖之間的側向擠壓效應。圓形盾構隧道彈性場分析、預應力錨桿加固矩形巷道模擬、全長連接錨桿對巖塊的錨固作用分析、以及碎裂巖體中的隧道開挖支護效果分析等案例，證明了本文所述塊體–顆粒–桿件耦合算法的準確性及合理性。

基于LMDI?STIRPAT模型的中國鋼鐵行業碳達峰路徑研究

潘崇超, 王博文, 侯孝旺, 古月清, 邢奕, 劉育松, 溫維, 方娟

2023, 45(6): 1034-1044. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.04.25.002

[摘要](536)

[HTML全文] (408)

[PDF 1235KB](111) [施引文獻] ()

摘要:
基于排放因子法核算中國鋼鐵行業2000—2019年碳排放，運用兩階段對數平均迪式分解法（LMDI）和STIRPAT模型分析碳排放增長的影響因素和2030年碳排放。結果表明，碳排放持續增長，2014年達到階段峰值18.48億噸。規模因素是碳排放增加的主要原因，能源強度是最大的抑制因素。情景分析表明，基準情景下將在2025年達峰，碳排放量為19.04億噸；低碳情景下碳達峰時間為2021年，碳排放量為18.67億噸；強低碳情景已于2020年達到碳排放峰值，碳排放量為18.52億噸；快速發展情景則無法在2030年前實現碳達峰。

非常規油氣藏多場耦合滲流理論研究進展

朱維耀, 陳震, 尚新春

2023, 45(6): 1045-1056. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.03.29.002

[摘要](492)

[HTML全文] (218)

[PDF 1294KB](87) [施引文獻] ()

摘要:
非常規油氣藏是目前世界油氣開發的重點領域，由于非常規油氣藏的儲層條件差，滲流場與應力場、溫度場耦合作用，流體的流動更為復雜，以往對多場耦合理論的運用存在簡易化和適應性缺陷，工程中缺少理論指導下的更有效的開采工藝與開發方法，制約了這類油氣藏的大規模高效開發，亟需對多場耦合滲流力學理論進行深入認識，以對工程問題提供有效指導。從實驗認識、理論分析、仿真模擬三個方面闡述了我國非常規油氣資源開發領域的多場耦合滲流力學理論的研究現狀，重點圍繞多尺度介質力學行為特性表征、巖體和流體的溫度響應機制、耦合作用的概念及數學模型、多場耦合模擬仿真方法等關鍵問題的最新成果、認識展開論述。在此基礎上對地下真實應力及溫度環境的模擬、烴類吸附及置換的熱量測試等問題進行分析，建議針對巖石的塑性應變、重復壓裂后的應力環境變化、混合烴類的輸運模型、以及流動條件隨應力和溫度變化的模型等科學問題進一步深化。旨在為進一步闡明我國非常規油氣藏開發的動用機理、確定高效開發方法提供指導，同時希望能夠促進滲流力學的學科發展。