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期刊信息/Journal information
工程科学学报
北京科技大学
工程科学学报

北京科技大学

徐金梧

月刊

2095-9389

xuebaozr@ustb.edu.cn

010-62332875

100083

北京海淀区学院路30号

工程科学学报/Journal Chinese Journal of EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是由教育部主管、北京科技大学主办的学术类科技期刊。国内外公开发行，主要刊载矿业与环境工程、冶金工程、材料科学与工程、机械工程等与冶金工业相关的学科领域的最新研究成果，为中文核心期刊（冶金工业类）及中国科技论文统计源期刊。目前，已经被EI、CA、MA、《剑桥科学文摘社网站》、俄罗斯《文摘杂志》、德国《数学文摘》等国内外著名检索刊物或数据库列为收录源期刊，先后荣获首届国家期刊奖、中国期刊方阵“双高期刊”、第二、三届国家期刊奖百种重点期刊等多项大奖。
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    高碳中锰耐磨钢凝固过程溶质微观偏析模型

    李民刘洪波车晓锐刘颖...
    1089-1096页
    查看更多>>摘要：通过定向凝固、电子探针(EPMA)、Factsage等多种实验与理论计算相结合的手段对中锰耐磨钢凝固过程溶质元素微观偏析行为进行了系统研究.研究表明在定向凝固试验中当拉速为50μm·s-1时,中锰钢的二次枝晶间距平均值为59.77μm;中锰钢凝固过程组织转变为L→L+γ→γ属于奥氏体凝固模式,无包晶反应的发生,也无铁素体相及其他相的出现;中锰钢定向凝固过程中Mn、Cr在枝晶间的含量明显高于枝晶内,表明Mn、Cr元素发生了明显的正偏析行为;通过对各特征参数求解,构建了中锰钢溶质元素微观偏析模型,发现中锰钢定向凝固过程中Mn元素偏析指数与Brody-Flemings模型符合较好,而Cr元素偏析指数与Clyne-Kurz模型分布较为一致.

    中锰耐磨钢电子探针定向凝固二次枝晶间距微观偏析模型

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    PWR一回路注锌对316L不锈钢及钴基合金腐蚀和腐蚀产物释放的影响规律

    夏润杰汪家梅刘峰李玉龙...
    1097-1107页
    查看更多>>摘要：在模拟压水堆一回路水化学环境中,对主管道316L不锈钢和Stellite 6钴基合金分别开展了0,10,40μg·L-1三种Zn质量浓度的均匀腐蚀试验.试验结束后,采用失重法计算两种材料的腐蚀速率和腐蚀产物释放速率,采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜能谱仪(TEM-EDS)以及高分辨和傅里叶转变分析氧化膜表面形貌、截面形貌、厚度、元素分布以及双层氧化膜相结构.结果表明,对于316L不锈钢,1000 h内10μg·L-1 Zn的注入对腐蚀速率和释放速率影响不显著,增加Zn质量浓度至40μg·L-1后,316L不锈钢的腐蚀速率、腐蚀产物释放速率和氧化膜厚度显著降低,其中氧化膜厚度由250 nm降低至95 nm.对于具有双相结构的Stellite 6钴基合金,γ-Co基体和碳化物间存在电偶腐蚀效应,γ-Co基体和相界腐蚀更显著.进一步延长腐蚀时间至3000 h,发现10μg·L-1 Zn注入可以显著降低其腐蚀速率和腐蚀产物释放速率,当Zn质量浓度增加至40μg·L-1时,钴基合金的腐蚀速率、腐蚀产物释放速和氧化膜厚度进一步降低.微观分析表明,注锌对两种合金腐蚀抑制机理相似,注入的Zn离子会在金属表面形成含Zn的尖晶石结构,显著提高外层氧化膜的致密性,阻碍金属离子向外扩散及氧离子向内扩散,促进内层氧化膜/基体界面处保护性Cr2O3的形成,进而显著降低316L不锈钢和Stellite 6钴基合金的腐蚀速率、腐蚀产物释放速率和氧化膜厚度.

    注锌316L不锈钢Stellite6钴基合金均匀腐蚀TEM

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    基于改进自编码器的转炉炼钢工艺模式提取方法

    董倩倩胡帅杰黎敏于艳...
    1108-1119页
    查看更多>>摘要：转炉炼钢吹炼过程的控制主要包括供氧、造渣和底吹等工艺操作,吹炼过程控制的稳定性直接影响着终点钢水的质量.传统的静态控制模型以物料平衡和热平衡为基础获得吹炼过程工艺操作模式,未考虑以原料为主的标量型数据和以工艺参数为主的时序型数据之间的强耦合关系,导致传统静态模型的可靠性不高,需要依靠人工经验来调整工艺参数.为解决上述问题,提出一种基于改进自编码器的转炉炼钢工艺模式提取方法,该方法以自编码器为基础结构,使用全连接模块、长短期记忆网络模块、一维卷积模块和批量K-Means模块建立聚类模型,并联合聚类损失函数和重构损失函数实现模型的训练,获得原始高维数据在低维特征空间所对应的隐藏向量;在此基础上,利用隐藏向量完成聚类;最后,在属于不同聚类类别的数据中,寻找离各个聚类中心最近的样本,将最近样本的供氧、造渣和底吹工艺操作作为该类样本的工艺操作模式.利用转炉炼钢生产过程实际数据验证了所提方法的有效性,使用标量型数据和提取的工艺模式数据预测终点碳温,终点碳的质量分数在±0.02％误差范围内的平均命中率为95.06％,终点温度在±20℃误差范围内的平均命中率为91.48％,在终点碳的质量分数±0.02％、温度±20℃误差范围内的平均双命中率为90.80％.

    转炉炼钢多变量时间序列工艺模式提取长短期记忆网络一维卷积神经网络

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    基于机器学习的材料弹性性能预测及可视化分析

    林轩杰江汉同李倩周玉玲...
    1120-1129页
    查看更多>>摘要：在工程材料的应用中,弹性模量是重要的性能参数,找到特定弹性性能的材料是新材料合成领域的热点问题,如何快速且准确的预测弹性在工程上具有重要意义.通过实际实验测量大量材料的弹性性能并不现实.因此,通过计算机模拟筛选材料数据,选出候选材料,再通过实际实验进行验证,是一种理想的新材料发现方法.目前材料性能预测的主要计算方法是基于第一性原理的高通量计算,这类方法效率低下,难以高效地完成大批量的材料筛选任务.而基于材料统计学的机器学习预测方法,可通过大数据挖掘,快速预测材料性能,成为一种有可能替代高通量计算的方案.本文将特征选择方法和机器学习模型进行组合,从中选择最有效的弹性模量预测组合方案,并设计交互界面对输入特征和材料弹性性能的关系进行可视化分析.实验表明Pearson/RFE和GBDT的组合模型性能最好,同时通过可视化分析发现每原子能量、熔点、密度等特征对于预测结果的影响较大.这些重要的特征可以从特征-目标关系中初步预测弹性模量的范围,目标属性值也可反过来估计材料的重要特征.这些研究成果可应用于探究弹性的影响因素、预测大批量材料性能和可视化分析指导材料合成.

    特征选择机器学习弹性性能预测可视化数据挖掘

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    基于前馈模型预测控制的类车机器人路径跟踪

    白国星伊力夏提·伊力哈木江付薛洁孟宇...
    1130-1139页
    查看更多>>摘要：在类车机器人路径跟踪控制方法中,模型预测控制(Model predictive control,MPC)在处理系统约束方面具有较大优势,但是现有的非线性模型预测控制(Nonlinear MPC,NMPC)实时性较差,线性模型预测控制(Linear MPC,LMPC)精确性较差,因此亟需提出一种同时具有较高精确性与实时性的类车机器人路径跟踪控制方法.为此,以无预瞄点的LMPC为基础,引入基于逆运动学模型的前馈转向角信息,提出了一种前馈模型预测控制(Feedforward MPC,FMPC)方法,并通过MATLAB和Carsim进行了联合仿真测试.FMPC具有较高的精确性,在所有仿真结果中,位移误差绝对值不超过0.1110 m,航向误差绝对值不超过0.1177 rad.在相同工况下,FMPC与NMPC精确性相当,LMPC、前馈控制和Stanley控制误差发散.FMPC也具有较高的实时性,在每个控制周期内的解算时间不超过4.31 ms.在相同工况下,FMPC与LMPC实时性相当,相比NMPC能将每个控制周期内解算时间的最大值减小80.68％,平均值减小65.14％.此外,FMPC能够保证控制变量在系统约束范围内,且受定位误差的影响较小.

    机器人类车机器人路径跟踪预测控制实时性

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    机理模型与集成学习混合驱动的机器人关节摩擦建模方法

    邓金栋倪鹤鹏姬帅梁亮...
    1140-1150页
    查看更多>>摘要：机器人一体化关节广泛应用于医疗、协作机器人等领域,其摩擦特性是影响机器人性能的关键因素.为此,提出了一种机理模型与集成学习混合驱动的机器人关节摩擦建模方法,以提高模型精度.首先,综合考虑转速、负载等关节摩擦特性的影响因素及其周期波动特性,基于先验知识和物理分析分别建立了伺服电机与谐波减速器的参数化机理模型,描述摩擦特性的变化规律.然后,针对机理建模中因线性假设、忽略高阶项等产生的非线性残差,提出了基于eXtreme gradient boosting(XGBoost)的残差补偿模型建模方法,通过采用Boosting集成学习策略,提高残差补偿模型的泛化能力.同时,采用贝叶斯优化方法进行XGBoost模型的超参数寻优,以提高模型精度和训练效率.相比于传统的参数化机理模型,本文所提出的混合驱动模型具有更高精度.与反向传播神经网络、支持向量机、长短时记忆神经网络等多种典型方法的对比实验表明,本文所提出的基于XGBoost的残差补偿模型具有更强的特征提取能力,能够较好地预测强非线性的波动摩擦残差,有效地提高了整体模型的精度.

    机器人关节摩擦特性建模混合驱动机理模型集成学习

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    基于SIMP-安定的高速列车组合式座椅底架轻量化设计与分析

    黄昌雄陈耕黄松华张乐乐...
    1151-1160页
    查看更多>>摘要：在高速列车座椅轻量化设计中,传统设计方法所普遍采用的结构优化技术仅以结构刚度或局部应力水平为目标,无法得到交变载荷作用下效率最高的结构构型.列车座椅在实际使用中受到轨道与应用场景的影响,除主结构需具备一定强度外,其关键部件也要求在交变载荷作用下不发生明显变形.在此背景下,提出了一种采用固体各向同性惩罚微结构插值(SIMP)算法对主结构进行以刚度为目标的拓扑优化,同时以安定直接法对关键部件进行以安定强度为目标的参数优化一体化的设计与分析方法.采用所提出的方法对高速列车组合式座椅底架进行了优化,取得了显著成果.优化后的座椅底架在性能满足要求的前提下,底架主结构减重17％、L型连接件承载交变载荷的结构效率提高23％.所提出的研究方法及结果对于同类结构的轻量化设计具有重要意义.

    高速列车底架拓扑优化安定轻量化

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    海外油气效益产量"二步决策法"研究及应用

    李婷
    1161-1168页
    查看更多>>摘要：海外油气项目具有投入大、风险大、回收期长等特点,开展效益产量决策方法研究对提升石油公司整体经营实力、提高抗风险能力举足轻重.本文旨在建立一套系统全面的效益产量经营决策方法,通过抓准项目效益影响因素,构建基于全局满意解集的效益产量"二步决策法",实现一套"可全面可聚焦"的系统决策优选技术模型,最终以优选出的组合作为效益产量推荐方案,助推海外油气资产保值增值.本文创建的海外油气效益产量"二步决策法",在国内某石油公司海外业务板块近4年的油气资产生产经营中取得了较好的应用效果,为该石油公司海外油气资产提效增效和高质量发展提供了可靠的技术支持.该方法也同样适用于国内上游油气开发板块效益产量优化决策,值得借鉴及推广.

    海外油气效益产量二步决策法全局满意解集模型最优解优选技术

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