Modeling the High Temperature Deformation Constitutive Relationship of TC4-DT Alloy Based on Fuzzy-neural Network

通过分析研究变形温度、应变速率及变形程度参数对TC4-DT钛合金高温变形行为的影响,建立了一种基于自适应模糊神经网络的TC4-DT钛合金高温变形本构关系预测模型。高温变形热模拟压缩试验的变形温度为750 ~1150 ℃,应变率为0.001~10 s–1,试样高度压缩率为50%。本研究中建立的网络模型集成了模糊推理系统误差反向传播(BP)神经网络的学习算法。结果表明,该模型的预测值与实验结果比较吻合,最大相对误差小于6%。本研究证明模糊神经网络是一种优化TC4-DT钛合金本构关系模型和优化变形工艺参数的有效、实用方法。     

基于人工神经网络的高精度Ti6242s合金热变形本构模型

使用Gleeble-3800对锻态Ti6242s钛合金在温度950～1010℃、应变速率0.01～10 s-1的条件下进行了75%变形量的热压缩模拟试验。基于实验取得的真应力-真应变曲线,分别使用人工神经网络(ANN)和Arrhenius方程建立Ti6242s合金本构模型,研究其热变形行为。结果表明:流变应力在变形开始后迅速上升至峰值应力,随后硬化与软化达到动态平衡,在真应变达到0.6后加工硬化逐渐占据主导,硬化幅度随应变速率的增大而提高;人工神经网络本构模型预测值的平均相对误差(AARE)为2.25%,决定系数(R2)为0.999 06;Arrhenius方程本构模型预测值的AARE为14.40%,R~2为0.954 68,精度在参数范围内波动较大;ANN本构模型精度远高于Arrhenius本构模型,且在整个参数范围内具有一致的精度;ANN本构模型具有良好的泛化能力,在实验参数范围外预测流变应力仍具有较高的精度。     

TC4钛合金L型材热拉伸变形本构方程研究

钛合金型材作为力学性能良好的轻质材料,被广泛应用于飞行器框梁等骨架零件中,其成形质量直接关系到飞机的装配精度、整机气动外形和使用寿命。为探究TC4钛合金L型材的热拉伸变形行为及本构关系,在不同的温度(600~800℃)和初始应变速率(0.00033~0.0083 s~(-1))下进行了多组单轴热拉伸试验,根据应力-应变曲线特点分析了型材热拉伸变形行为,并通过采用回归处理和参数优化的方法建立其复合型唯象本构方程,该模型预测应力和实测应力的最小相关性系数R和最大平均相对误差绝对值AARE分别为0.9641和7.5%,即建立的本构模型能够高精度表征TC4钛合金L型材的热拉伸变形行为,可作为其热变形有限元模拟的准确材料模型。     

基于逐步回归法的TA15钛合金本构模型的建立

采用等温恒应变速率压缩实验研究,揭示了TA15钛合金热变形过程中变形温度、应变速率和应变对流动应力的影响规律.利用逐步回归法确定了影响流动应力的宏观可测变量(变形温度、应变速率和应变)的“最优”自变量子集,基于热压缩实验数据和部分神经网络预测数据,利用最小二乘估计算法求解模型回归参数值,建立了基于逐步回归法的TA15的材料本构模型.实验值与回归计算值的对比表明:所建立的材料本构模型描述TA15钛合金的热变形过程中所发生的动态软化过程(动态再结晶和动态回复)是合理可行的,且所建的材料本构模型形式简单,方便于应用到商用有限元软件所提供接口子程序中.     

Mo-14Re钼铼合金高温压缩跨尺度本构模型建立

为研究Mo-14Re钼铼合金高温流变行为及其跨尺度表征,本研究采用Gleeble热模拟试验机对钼铼合金棒材进行了高温压缩试验,选取的温度为1400℃、1500℃、1600℃,应变速率为0.01 /s、0.1 /s、1 /s、10 /s。研究表明,高温和低应变率变形时,应变率敏感因子逐渐增大,材料塑性流动性能也就越好,且变形过程中应力硬化和软化两种现象同时存在。在此基础上,建立了跨尺度本构模型,流变应力表征考虑了与不动位错的阻力、热激活、晶界效应的微观剪切应力,微观组织演变考虑了晶粒尺寸、位错密度、动态再结晶率以及裂纹体积分数等微观组织演变。随后基于遗传算法确定了模型中的材料参数,屈服应力、晶粒尺寸和流变应力的模型计算值与试验结果吻合情况良好,可知该模型可以描述Mo-14Re钼铼合金在高温变形时流变行为及其微观组织演变。     

铸态GH4169合金热变形行为及三种本构模型对比

在Gleeble-1500热力模拟机上对铸态GH4169合金进行热压缩试验,变形参数为:温度(1193～1373K)、应变速率(0.01～10s~(-1))、变形量50%。通过分析真应力真应变曲线,研究铸态GH4169合金的热变形行为;对比分析了Johnson-Cook(JC)、修正的Johnson-Cook(MJC)和应变补偿Arrhenius3种本构模型的相关系数(R)和平均相对误差(AARE)。结果表明:铸态GH4169合金的流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。JC模型、MJC模型和应变补偿的Arrhenius本构模型的相关系数(R)分别为0.891、0.956和0.961,AARE依次为29.02%、11.16%和9.31%。因此,应变补偿的Arrhenius模型能够更为精确地描述铸态GH4169的热变形行为。     

温度和应变率对多晶纯钛孪晶变形的影响

在自行研制的杆杆型高温冲击拉伸实验装置上对多晶纯钛在不同温度(298～973 K)、高应变率(3 00和1 400/s)下的拉伸力学行为进行研究,并通过与准静态下(0.001和0.01/s)的实验结果相比较,揭示纯钛中孪晶变形在拉伸载荷下与温度和应变率的相关性.结果表明,孪晶变形与温度和应变率有着明显的相关性,其密度随着应变率的增加而增大,随着温度的升高而锐减.基于上述实验结果,考虑位错运动和孪晶变形对纯钛塑性变形的影响,建立纯钛温度和应变率相关的宏观本构模型.数据拟合结果表明,该本构模型能够很好地描述纯钛的温度和应变率相关的拉伸力学行为.     

铌微合金钢高温变形的本构关系

采用Gleeble-3500热模拟实验机,对铌微合金钢Q345B进行热压缩实验.基于所获实验结果,充分考虑了热变形工艺参数(应变速率和变形温度)和动态软化机制(动态回复和动态再结晶)对流变应力的影响,建立了一种考虑动态软化机制影响的高温变形显式本构模型,给出了本构方程求解的方法,确定了模型中与工艺参数相关的主要参数的定量关系式;其主要特点是能够较准确地描述材料在高应力区域的动态回复软化阶段、动态再结晶软化阶段和稳定流变阶段的应力应变关系.模型验证表明,所建立模型预测出的流变曲线与实验结果吻合良好.     

基于正交切削理论的航空钛合金切削加工本构模型构建

为弥补现有航空钛合金切削加工本构模型研究的不足,提出基于正交切削理论的材料本构模型构建方法。根据正交切削理论建立剪切区内应力、应变、应变率、温度以及二维切削力的数学模型,开发以剪切区长度和厚度比值为迭代变量的建模技术,结合动态压缩力学性能实验(SHPB实验)和直角铣削实验,通过对各变形参数的数学求解,建立航空钛合金切削加工本构模型。在此基础上,进行材料本构模型的分析和实验验证。结果表明:航空钛合金材料在切削加工中具有明显的应变硬化特性、温度敏感特性和应变率敏感特性;钛合金随着应变率的增大,流动应力的增量逐渐减小,材料的应变率敏感性降低。     

基于修正Johnson-Cook模型的钛合金热黏塑性动态本构关系及有限元模拟

为了准确描述钛合金在高应变率、高温载荷下的热粘塑性本构行为,以及因材料内部出现绝热剪切带而导致材料流变应力减小的定量关系,构造功热转换系数β与应变率?(5)之间的函数关系,提出一种基于修正Johnson-Cook模型的钛合金热粘塑性动态本构关系,并通过以最小二乘法为目标函数的局部搜索优化算法,对基于实验数据的本构参数进行快速优化识别。最后利用应力补偿更新算法,通过显式用户子程序VUMAT将热黏塑性本构模型嵌入ABAQUS软件中,得到Ti-6Al-4V钛合金在不同应变率、温度条件下的单轴动态应力-应变曲线。数值模拟结果与实验数据吻合良好,表明该修正模型能准确描述钛合金高应变率下的热黏塑性变形,可适用于各种应变率下钛合金本构行为的描述。     

矿山井筒变形的数学模型及应用

在对矿山井筒变形多次实际监测和理论分析的基础上 ,有针对性地提出了井筒变形的数学模型和变形模式分析方案 ,描述了井筒变形的 5个子模式数学模型 ,阐述了变形模型中的参数解算和模型中各影响因素的分析方法 ,并给出了应用实例。结果表明 ,该数学模型概括了井筒变形的具体特性 ,能够反映变形状态、影响因素及其影响程度。     

基于整形多卡尔曼滤波模型的GPS实时变形分析(英文)

提出的整形多卡尔曼滤波模型可进行形变的实时检测并提高其可靠性。多卡尔曼滤波模型的扩展主要针对GNSS时间形变序列含有有色噪声的情况,而多卡尔曼滤波模型只能应用于白噪声的情况下,故采用整形滤波扩展多卡尔曼滤波模型去除有色噪声的影响。提出的模型可以提高结果的精度且实时进行变形监测,可用于灾害预警系统。通过对比该模型与其他模型(卡尔曼滤波模型,整形卡尔曼滤波模型,多卡尔曼滤波模型)发现,所改进的模型在检测形变的实时性和可靠性方面优于其他模型。     

轴类零件校直工艺广义预测多步算法研究

本文基于行程控制的轴类零件校直工艺公式 ,构建了模拟轴类零件校直工艺过程的广义预测控制模型 ,应用广义预测算法 ,实现了对轴类零件弹塑性非线性残余变形的均匀控制 ,实验研究表明 ,该方法能满足精密校直要求 ,并且随着控制步长的增多 ,控制效果显著。     

Monitoring Damage Evolution in a Titanium Matrix Composite Shaft Under Torsion Loading Using Acoustic Emission

The damage behaviors of a titanium matrix composite shaft under torsion loading were monitored using the acoustic emission technique. The composite shaft with SiC fibers at ± 45° orientations was prepared by the solid-state fabrication process. Both the torsional rigidity and torsional strength of the TMC shaft were improved by SiC fibers. The acoustic emission responses during the loading–unloading–reloading, under quasi-static and cyclic torsion tests were investigated. Multiple acoustic emission signals were grouped as mechanical noise, matrix deformation, interface debonding and fiber fracture using amplitude, waveform shape and frequency centroid parameters. A substantial reduction of signals generated by matrix deformation was found in the reloading test. During the quasi-static torsion test, interface debonding and progressive breaks of SiC fibers occurred. According to different acoustic emission behaviors, the failure process in the torsion fatigue test can be divided into three stages: the initial stage, the fiber fracture stage and the fast fracture stage.     

水火弯板形变复杂曲面重建方法研究与实现

船体外板弯板曲面加工成型因船体曲面复杂,外板大小、形状多变,通常需对弯板形变曲面进行实时重构与检测,以得到最佳的二次加工焰道与加工参数,因此快速高效的三维重建算法是关键。针对面绘制中的移动立方体法要求对空间所有体素进行处理、执行效率不高这一不足,提出一种基于空间相关的移动立方体算法,即在寻找等值面过程中只处理那些与等值面相交的立方体体素,并对VTK中已有库函数vtkMarchingCubes进行了改进。经测试,利用改进后的MC算法重构同等数据量的弯板形变点云的速度比经典算法提高了1.6倍,说明该算法能满足弯板形变实时检测的要求,具有很强的高效性与实用性。     

Optimization model of GNSS/pseudolites structure design for open-pit mine positioning

A new pseudolites (PLs) structure optimization model of global navigation satellite system (GNSS)/PLs integration positioning system used in deep open-pit mine was presented. Position dilution of precision (P_dop) and reliability were selected as the optimization indicators to build a multi-objective optimization model to decide the optimum PLs location. A scheme was designed by establishing a four-dimensional model taking azimuth (a), elevation angle (e) and epoch (t) of satellites as the input independent variables and P_dop as the dependent variable to calculate the optimum PLs location zone considering the real circumstances. And then the ultimate PLs location can be fixed by testing the curves of P_dop along time. A field collected Trimble R8 GPS data set in China University of Mining and Technology (CUMT) campus was used for the model test to show the effectiveness, and the proposed PLs optimum design scheme was used at the west open-pit mine of Fushun mining group Co., Ltd., in China, better P_dop and reliability have been achieved for the integration system. Both experiments show that the proposed scheme is excellent in designing GNSS/PLs system which is helpful for improving the performance of the positioning system and reducing the cost.     

数控机床热变形误差超前预测研究

针对当前数控机床热变形误差实施补偿存在的预测值滞后实际补偿值问题，提出基于长短期记忆(LSTM)神经网络算法热误差超前预测解决方案，详细探讨LSTM神经网络算法的解析流程，建立基于LSTM神经网络算法热误差超前预测模型，并进行关键温测点及热变形误差超前预测实验。实验结果表明：热变形误差实际值与预测值的最大残差、平均值和均方差均在可控范围内，超前预测的准确度为86.3%，进一步论证了机床热变形误差超前预测的有效性。     

Surface roughness of a hot-dipped galvanized sheet steel as a function of deformation mode

A hot-dipped galvanized zinc-coated sheet steel was deformed with three different laboratory test systems: a Marciniak punch system, a flat-die friction test system, and a cupping system. These systems were able to impose various combinations of deformation modes to the sheet. The deformation modes include: (1) strain without die contact, (2) sliding, (3) pressing, and (4) bending. Strain measurements from the electrolitically gridded specimens were made at the same locations as surface profilometry measurements, allowing a direct correspondence of surface roughness with strain. Quantification of the roughening as a function of strain, sliding and bending was determined. The roughening rate depends upon the strain level as well as the strain path. Increased strain without die contact causes an increase in the surface roughness with strain paths close to plane strain exhibiting the highest roughening rate. The deformation modes of sliding, pressing, and bending cause a decrease in the surface roughness (i.e. smoothing) to occur. A first-order model is proposed to account for the surface roughness as a function of these deformation modes.     

矿井中多机器人搜救系统路径规划

矿难发生后,井下通信设施可能已有一定的损害、无法正常使用,因而无法知道被困人员的确切位置并且井下环境复杂危险,可能对营救人员造成伤害发生二次事故。为了快速地搜索到被困人员,结合井下无线传播环境的特点,提出井下多机器人组网搜救系统,其中包括机器人自由空间环境模型的创建、机器人搜索的局部和全局路径的规划。利用MAKLINK图论理论对井下环境进行建模,并且采用Dijkstra算法规划出避障初始路径,最后依据距离改进蚁群算法节点选择得出优化的最终路径,完成搜索路径的规划。MATLAB仿真结果表明,优化的路径总长度明显优于初始路径并且改进的蚁群算法有着较好的收敛速度,可以满足多机器人搜救系统的要求。     

基于BP神经网络遗传算法的薄板CMT点焊变形

焊接是汽车车身制造的一个关键环节,焊接质量的好坏严重影响汽车车身质量,所以焊接参数的选择至关重要. 针对薄板焊接质量控制问题,论文利用BP神经网络解决非线性问题的优势,建立焊接变形量与工艺参数之间映射关系模型;结合遗传算法构建基于遗传神经网络焊接的工艺参数优化系统;同时设计正交试验,将该方法与正交试验法相对比. 结果表明,该方法可以有效地实现CMT(cold metal transfer)点焊焊接变形预测与工艺参数优化. 通过预测模型给出合理参数,指导钢薄板和铝合金薄板的CMT点焊变形试验,提高焊接的效率.