铁矿山矿石破碎能量与粒度关系

为研究铁矿石破碎能量与粒度的理论关系,将铁矿石从原矿破碎至精矿粒度的所有阶段看作一个破碎系统.首先对矿石破碎能量与粒度关系的基础理论进行整合分析,构建铁矿石破碎能量理论模型;然后通过现场调研的方法分析铁矿石破碎能量的变化特征,开展室内试验分析各破碎阶段铁矿石样品的粒度分布特征;最后采用数值拟合的方法分析铁矿石破碎系统单位能量随粒度的变化特征,使用矿山各破碎阶段的单位能量、矿石特征粒度和中值粒度验证铁矿石破碎能量理论模型的可靠性.研究结果表明,随着破碎阶段的变迁,铁矿山矿石破碎能量指数增加,且分布不合理,矿石粒度依次呈现指数函数分布、多项式函数分布和朗缪尔幂函数分布的特征,破碎系统单位能量与矿石粒度呈负相关的函数关系,在矿石中值粒度d_(50)为12 mm或特征粒度d_(80)为25 mm时,系统单位能量的变化速率出现转折.所构建的铁矿石破碎能量理论模型扩大了能量计算的粒度范围,可用于拟合铁矿石阶段破碎单位能量与入破粒度和产品粒度的函数公式,为铁矿山矿石破碎能量计算提供理论依据.     

磁铁石英岩落锤冲击破碎效果与能量关系

为研究磁铁矿石机械冲击破碎效果与能量的关系,开展了落锤冲击破碎试验、数码显微镜观察试验和原子吸收光谱检测试验,分析了磁铁石英岩冲击破碎特征与矿物分离特征,得到了能量密度与矿石碎块的粒度分维数、平均粒度和矿物颗粒分离效率的理论关系. 研究发现,碎块粒度分布具有分形特征,粒度分形维数和平均粒度较全面的描述磁铁矿石英岩冲击破碎程度;磁铁石英岩经落锤冲击后,发生矿物颗粒分离的碎块粒度与矿物嵌布粒度一致,碎块粒度越小矿物颗粒分离越显著;与二段磨矿产物相比,冲击破碎分离的矿物颗粒形态与光学特征更接近原矿矿物学特征;冲击破碎分离的磁铁矿颗粒全铁品位高于二段磨矿产出的磁铁矿颗粒,可以满足选矿的需要. 结果表明:随能量密度的增大,碎块粒度分维数呈负指数增长的变化特征,碎块平均粒度呈三次多项式降低的变化特征,矿物颗粒分离效率呈三次多项式增长的变化特征; 磁铁矿石冲击破碎过程中通过增大破碎能量密度,提高矿石破碎程度,增大矿物颗粒质量分数,将矿物颗粒筛分后直接进入磁选,可降低单位磁铁矿石加工总能耗.     

卵砾石床面的统计粗糙特性

针对代表粒径法难以准确量化床面总体粗糙特性的问题,引入统计学理论研究卵砾石床面的粗糙特性,采用不同粒径组成的天然卵砾石颗粒人工铺制了多种散叠型床面,基于床面激光扫描试验资料并结合他人试验成果,探讨床面粗糙统计参数随颗粒组成的变化关系,分析剖面轮廓及粗糙床面的高程变异特征。结果表明：床面高程频率分布呈负偏态,形态较正态分布陡峭,为峰度K_u>3的高狭峰;高程标准差σ_z随中值粒径d₅₀的增大而增大,偏度S_k随d₅₀的增大而减小;在d₅₀相同的情况下,人工铺制床面的σ_z和S_k值均小于清水冲刷粗化床面,而K_u值并无明显差异。剖面轮廓的1维结构函数满足变异函数球状模型,模型参数包括变程、块金值和基台值,变程随d₅₀和σ_z均呈先减小后增大的趋势变化,块金值、基台值随d₅₀和σ_z均呈单调递增变化,变化趋势可用2次多项式曲线拟合。床面2维结构函数的分布形态与抽样尺度h_x、h_y密切相关,h_x、h_y与d₅₀相当时,2维结构函数分布形态接近圆形,床面粗糙具有各向同性,与清水冲刷粗化床面的结构函数分布规律一致;随着h_x、h_y的增大,2维结构函数分布形态复杂性明显增加,不同象限的结构函数值差异较大,且不再具有清水冲刷粗化床面结构函数的分布规律,床面粗糙出现各向异性。     

C75混凝土动态劈裂行为试验与数值模拟分析

为研究C75混凝土动态抗拉强度特性和应变率效应,采用大直径霍普金森压杆,对其开展动态劈裂试验,并对试样中应力平衡进行检验,同时,基于ANSYS/LS-DYNA软件数值模拟混凝土的动态劈裂破坏过程.采用MATLAB将劈裂强度公式中的圆盘内部应力等值线进行可视化,基于修正的Griffith准则对巴西圆盘中心起裂现象进行理论分析.结果表明:在10⁰~10¹/s应变率范围内,混凝土劈裂强度与应变率对数基本呈现线性增长关系;在较低弹速下试件表现为沿径向对称破裂,随着弹速的增加,试样两端出现明显的三角形破碎区域,且靠近入射端破碎较严重;二维受力状态下,巴西圆盘试样的最大与最小主应力之比(σ₁/σ₃)等值线近似呈封闭的菱形,其比值在圆盘的中心处达到最大值-3.0;考虑应变率效应的Cowper-Symonds黏塑性本构能够较好地表征C75混凝土的动力学行为,其模拟的试样破坏过程与采用高速摄影技术观测到的结果吻合度较高;C75混凝土的抗拉特性明显优于同样水灰比下的C35混凝土,但其应变率敏感性要比C30土工聚合物混凝土低.     

不同水泥掺量胶结钙质砂的导热性能及微观结构分析

钙质砂的导热性能影响周围土体的传热过程,引起不同环境温度下钙质砂的工程力学性能变化及灾害效应。基于热针法分析5种不同水泥掺量（P_s=5%、7.5%、10%、12.5%、15%）胶结钙质砂的导热系数变化规律,利用SEM、MIP、NMR技术综合揭示该过程中胶结钙质砂微观孔隙结构变化的本质特征,在此基础上阐释热特性演化的微观机理。试验结果表明：胶结钙质砂的导热系数λ随水泥掺量P_s的增大而递增,P_s小于10%时,λ呈线性递增,P_s大于10%时,λ增长缓慢;随着水泥掺量P_s的增大,胶结钙质砂中孔隙数量越来越少,孔隙占比下降明显,但P_s增大到10%后,总孔隙面积、孔隙数量、孔隙率等微孔隙结构参数变化减缓;不同水泥掺量胶结钙质砂的导热系数λ与其微观孔隙结构变化呈负相关关系,本质原因在于凝胶状的水泥水化产物连续填充了胶结钙质砂孔隙,降低了其孔隙率,改善了砂样内部传热,宏观表现为其导热系数λ随水泥掺量P_s的增大而增大。     

应变速率对注浆体力学特性影响规律

为研究微震荷载作用下注浆加固体力学特性,以裂隙倾角30°、宽度4 mm的红砂岩裂隙注浆体为研究对象,借助岩石三轴伺服压力机进行变应变速率(10^-5 ~5×10^-3 s^-1)单轴压缩试验;然后从能量耗散、裂纹扩展及破坏形态等3个方面,分析变应变速率对注浆体力学特性的影响规律及机理. 研究表明:随着应变速率的增加,注浆体的峰值强度、弹性模量均随之而增大;且峰值强度与应变速率呈指数函数关系变化;注浆体受应变速率影响的响应分为敏感应变速率阶段和滞缓应变速率阶段,主要差异在于峰值强度变化率和弹性模量变化率;随着应变速率的增大,注浆体的总能量在增大;压密阶段是影响不同应变速率下注浆体力学特性的主要阶段;敏感应变速率阶段和滞缓应变率阶段中的压密阶段主要区别在于积散比大小,积散比进一步决定产生裂纹的多少和分布区域与规律;耗散能密度对注浆体破坏脱落面积以及粒径分布影响较大,耗散能密度越大,碎块越以大块为主(粒径大的比率逐渐增加),滞缓应变率阶段耗散能密度较敏感应变率阶段大,其破碎块体较敏感应变率阶段大. 研究在裂隙注浆加固体的变应变速率影响下力学特性,从能理原理、分形理论角度得到了其影响机理.     

不同冲击荷载下高温-水冷却花岗岩能量耗散特征研究（英文）

研究地热钻井施工中高温岩石冷却后的能量耗散特性,对提高岩石破碎效率至关重要。通过对分离式霍普金森压杆(SHPB)系统在不同冲击载荷下的动态试验,研究了高温-水冷却花岗岩的能量耗散特性。花岗岩的加热范围为25℃至1000℃。此外,还通过电镜扫描(SEM)和压汞试验(MIP)获得了该花岗岩的微观形貌和孔隙分布。以400℃为界,孔隙分布变化趋势可分为两个阶段：在400℃之前,微孔和小孔占比超过75.00%;当T≥400℃时,中孔占比迅速增加。此外,动态峰值应力和峰值应变随入射能量的增加而增加,而动态弹性模量的变化趋势不明显。当加热温度从25℃增加到800℃时,耗散能占比呈上升趋势,而加热到1000℃的花岗岩的吸收能量下降。当应变率在100 s^-1-120 s^-1之间时,能量利用效率最高。     

Review: Recent Advancement of Experimental and Numerical Investigations for Breaking Waves

波浪破碎实验和数值研究进展

刘成,胡一丁,李政,万德成

（上海交通大学 海洋工程国家重点实验室,船舶海洋与建筑工程学院,高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海 200240）

摘要：

波浪破碎是发生在水气界面处一种复杂的物理现象,是两相湍流产生、波能耗散以及水气之间质量传递的主要原因。对于船舶水动力学,船舶航行产生的船首破波会引起气泡混合流,最终演化为易被光电设备探测到的湍流尾迹。此外,由波浪破碎引起的流激噪声可能会影响声纳探测设备正常工作,减弱船舶隐身性能。在海洋物理学中,波浪破碎是海洋-大气环流能量和物质交换的重要原因,对天气预报和全球气候预测有重大影响。由于多相湍流的多尺度特性,使得对于波浪破碎实验和数值研究相当复杂。在早期综述中,充分描述了与波浪破碎问题相关的一般机理。然而,以前的研究主要关注波浪破碎的现象特征。本文综述了近年来研究波浪破碎中空气夹带、气泡分布、能量耗散和毛细管效应等方面的实验和数值研究进展。

关键词：波浪破碎;能量耗散;空气夹带和空隙率;气泡和液滴分布;毛细效应

     

山区河道粗颗粒床面垂线流速分布规律试验研究

粗颗粒床面普遍存在于山区河道中,在浅水条件下,水深与床面颗粒粒径的比值h/d较小,此时河道中水流垂线流速分布难以用传统的对数公式或对数补偿公式进行准确描述。在室内概化水槽中,利用玻璃珠及乒乓球模拟粗颗粒床沙,对不同h/d下的垂线流速分布规律进行了系统的试验研究。前人研究发现,不同淹没度（h/d）下的理论床面取值并不统一。考虑到工程应用方便,作者采用普通粗糙床面河道下的理论床面值,即y₀为0.2d。将试验测得数据进行无量纲化处理后与对数补偿公式计算得到的理论值对比,并率定公式中的系数B与尾流系数Π到最佳。结果表明：当h/d较小时,系数B随着h/d的增大减小,尾流系数Π随着h/d的增大而增大;而当h/d较大时,B与Π都趋于一个常数。最后,建立了适用于山区粗颗粒卵砾石泥沙河道的垂线流速分布公式,并将其与众多前人试验数据进行拟合检验。检验结果表明,作者提出的垂线流速分布公式具有较高的计算精度,同时对于普通粗糙床面河道,该公式也具有很好的适应性。     

疲劳荷载作用下植筋锚固粘结的滑移性能

为研究疲劳荷载对植筋拉拔承载力、粘结应力的影响,设计植筋直径为16~25 mm、锚固深度为10d~25d（d为植筋直径）的10组拉拔试件进行疲劳试验,试件经200万次荷载上限为0.45P_u的疲劳加载后均未破坏,施加静载至破坏。加载过程中测量植筋的应变、滑移和荷载。结果表明：疲劳荷载削弱了承载能力,试件经疲劳荷载作用后极限承载力下降,粘结应力的减小随循环加载次数增加呈对数发展趋势。分析了粘结应力与试件破坏形态的关系。对于拔出破坏的试件,达到一定植筋深度后,胶筋界面的粘结应力是控制试件破坏与否的主要因素。增加植筋直径和锚固深度,粘结应力峰值逐渐降低,沿锚固长度的应力分布曲线趋于平缓,提高了植筋整体受力性能。     

地震作用下框架整体与局部损伤的相关性

根据框架结构耗散塑性变形能与存储弹性变形能能力的损失界定结构的整体损伤,根据塑性铰耗散塑性变形能能力的损失来界定局部损伤,并以拟力法为基础推导了局部损伤与整体损伤的解析表达式,进而讨论框架结构局部损伤与整体损伤的相关性。研究表明,控制框架结构整体损伤的手段有：减小局部损伤区域的强度衰减、提高局部损伤区域的极限转动能力和减小局部损伤区域的残余变形。其机理是通过提高局部损伤区域的耗能能力与约束能力来提高整个结构耗散与存储地震能量的能力;框架结构整体损伤与局部损伤的加权值较为接近,可以采用框架局部损伤的加权值来近似估计结构的整体损伤值。     

Effect of magnetic pulse pretreatment on grindability of a magnetite ore and its implication on magnetic separation

The pulsed power is a potential means for energy saving and presents an alternative to the conventional mechanical communication for minerals.The effect of magnetic pulse treatment on grindability of a magnetite ore was investigated by grindability tests.The results of the investigation show that the pulsed treatment has little effect on the particle size distribution of the magnetite ore.Significant micro-cracks or fractures are not found by SEM analysis in magnetic pulse treated sample.Magnetic separation of magnetic pulse treated and untreated magnetite ore indicates that iron recovery increases from 81.3% in the untreated sample to 87.7% in the magnetic pulse treated sample,and the corresponding iron grade increases from 42.1% to 44.4%.The results demonstrate that the magnetic pulse treatment does not significantly weaken the mineral grain boundaries or facilitate the liberation of minerals,but is beneficial to magnetic separation.     

Superplasticity and superplastic bulging behavior of ZrO<Subscript>2</Subscript>/Ni nanocomposite

ZrO2/Ni nanocomposite was produced by pulse electrodeposition and its superplastic properties were investigated by the tensile and bulging tests. The as-deposited nickel matrix has a narrow grain size distribution with a mean grain size of 45 nm. A maximum elongation of 605% was observed at 723 K and a strain rate of 1.67×10-3s-1 by tensile test. Superplastic bulging tests were subsequently performed using dies with diameters of 1 mm and 5 mm respectively based on the optimal superplastic forming temperature. The effects of forming temperature and gas pressure on bulging process were experimentally investigated. The results indicated that ZrO2/Ni nanocomposite samples can be readily bulged at 723 K with H/d value (defined as dome apex height over the die diameter) larger than 0.5, indicating that the nanocomposite has good bulging ability. SEM and TEM were used to examine the microstructure of the as-deposited and bulged samples. The observations showed that significant grain coarsening occurs during superplastic bulging, and the microstructure is found to depend on the forming temperature.     

Experimental study on the deformation behaviour,energy evolution law and failure mechanism of tectonic coal subjected to cyclic loadsOA

Compared to intact coal, tectonic coal exhibits unique characteristics. The deformation behaviours under cyclic loading with different confining pressures and loading rates are monitored by MTS815 test system,and the mechanical and energy properties are analysed using experimental data. The results show that the stress–strain curve could be divided into four stages in a single cycle. The elastic strain and elastic energy density increase linearly with deviatoric stress and are proportional to th...     

Effects of fly ash/diatomite admixture with variable particle sizes on the mechanical properties and porosity of concrete

Fly ash and diatomite were mixed uniformly and ground within various time scale and fly ash/diatomite admixtures with variable particle sizes were obtained. Effects of particle size distributions of the admixtures on the mechanical properties and porosity of concrete were studied. The relationship between the size distribution of the admixture and the concrete porosity was obtained based on the regression analysis of the data. The results show that compressive and flexural strengths of the concrete at 3 d and 7 d increase with the decrease of the admixture particle size. With regards to the concrete at 14 d, lowering the particle size of fly ash/diatomite admixture leads to the increasing of the compressive and flexural strength of the concrete, before decreasing afterwards again. At the d50 value of 15.2 μm, the mechanical properties of concrete were greatly improved. In addition, finer particle of the fly ash/diatomite admixture leads to significant micro-aggregate effect and volcanic ash effect and thus obtains denser pore structure, smaller porosity and higher hydration degree of the cementitious material. Especially for the samples curing at the early stage, the improving effect on the pore structure was obvious.     

滚筒渣与热闷渣基础性能研究

为实现钢渣的高效资源化利用,采用X射线荧光光谱（XRF）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、粒径分布、安定性、易磨性等检测方法研究了滚筒法、热闷法处理工艺对钢渣基础性能的影响. 研究表明:滚筒渣和热闷渣的主要化学成分和物相组成相差不大,滚筒渣中硅酸二钙(C₂S)、硅酸三钙(C₃S)和铁酸二钙(C₂F)的质量分数较大,且可以较明显的观察到金属铁粒; 与热闷渣相比,滚筒渣中CaO质量分数较大,而 f-CaO质量分数较少.在2.0 MPa饱和蒸汽下进行压蒸试验发现,在相同粒径范围内,滚筒渣的安定性指数普遍大于热闷渣,安定性优异. 采用水泥试验小磨进行粉磨,得到比表面积随粉磨时间延长的特征曲线. 结果发现,在相同的粉磨时间内,滚筒渣的比表面积均小于热闷渣的比表面积,当粉磨时间超过70 min时,滚筒渣的粉磨效率趋于平缓,而热闷渣继续粉磨到110 min时,比表面积增加15.67%,因此滚筒渣的易磨性较差.粒度筛分与压碎值测定试验结果显示,滚筒渣的粒径大部分集中在3~5 mm,热闷渣主要集中在3~10 mm且粒度分布较均匀; 滚筒渣和热闷渣粗细骨料的压碎值均达到Ⅰ类粗细骨料技术指标,可直接用作粗细骨料.     

冷却方式对焙烧鲕状赤铁矿磨矿性能影响

鲕状赤铁矿有用矿物嵌布粒度细,磨矿成本高,属于典型难选铁矿石。磁化焙烧-磁选工艺是分选此类难选铁矿石的有效方法,研究了不同冷却方式对磁化焙烧矿的磨矿性能产生的影响.鲕状赤铁矿进行磁化焙烧后分别隔绝空气密闭冷却、水淬及空气中自然冷却,进行粒度筛析和磨矿试验.发现焙烧后矿石粒径变粗,从原矿的平均粒径为0.069 9mm至密闭冷却、水冷和自然冷却焙烧矿的0.088 2mm、0.084 3mm、0.087 0mm.相同磨矿条件下,原矿、密闭冷却焙烧矿、水冷焙烧矿和自然冷却焙烧矿-0.045mm含量分别为84.89%、83.89%、76.51%、77.14%.表明磁化焙烧使鲕状赤铁矿变得更为难磨,密闭冷却时磨矿效果最佳,自然冷却次之,水冷最差.