基于數(shù)據(jù)的鎂合金專家系統(tǒng)基礎模型的研究.pdf

1、近年來，鎂及鎂合金的發(fā)展和應用非常迅速，尤其是鎂合金制備和處理工藝的進展大大推動了其在汽車、電子通訊及航天航空工業(yè)的應用。但是鎂合金仍存在許多問題，比如鎂合金熔煉難、強度低、高溫性能不好、耐腐蝕性能較差以及室溫塑性不佳等等，這些問題嚴重制約著鎂合金的大規(guī)律工業(yè)化應用。本文廣泛收集了鎂合金化學成分、處理工藝及力學性能等方面數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行科學的整理和分析，采用神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)建立鎂合金化學成分、處理工藝及力學性能之間的定量關(guān)系模型，模型的輸

2、入包括鎂合金的主要合金元素含量，鑄造或變形處理工藝，熱處理的溫度和時間，以及測試溫度；模型的輸出為三個力學性能指標，即抗拉強度、屈服強度和延伸率。最后利用模型對鎂合金化學成分、處理工藝及力學性能之間的關(guān)系規(guī)律進行較為系統(tǒng)深入的研究。 論文首先從數(shù)據(jù)的預處理方式、中間隱層結(jié)構(gòu)、學習算法和學習參數(shù)四個方面探索鎂合金神經(jīng)網(wǎng)絡模型的最佳選擇。結(jié)果表明，上述四個因素均會影響模型的收斂，其中學習算法的影響最為顯著，而學習參數(shù)的影響較小。采用

3、LM算法能得到比其余5種算法更佳的效果。鎂合金抗拉強度、屈服強度和延伸率的數(shù)據(jù)預處理方式分別為[0.1，0.8]、[0.01，0.99]和[0.01，0.99]，中間隱層結(jié)構(gòu)為單隱層，且單元數(shù)分別為10、11和12時，能取得最佳效果。 論文其次應用最佳模型預測了AZ61B及Mg-Zn-Zr-Y變形鎂合金的室溫力學性能。預測結(jié)果與實驗值大多吻合得很好，其中抗拉強度和屈服強度的效果尤佳，抗拉強度的最大相對誤差不超過6.5％，屈服強度

4、的不超過16％，但延伸率的效果較差，特別是對合金的突然脆化反應遲鈍。此外，還對Mg-Al-Zn合金的鑄態(tài)室溫力學性能進行預測，預測結(jié)果在可接受范圍之內(nèi)，預測的變化趨勢可從顯微組織分析得到印證。 論文最后一部分重點對模型的應用進行了深入研究，主要有以下三個方面： ①研究了不同Zn、Zr和Y含量對Mg-Zn-Zr-Y變形合金力學性能的影響，結(jié)果表明，Zn含量的增加有利于合金抗拉強度、屈服強度的提高，但使合金延伸率降低，該變化

5、趨勢跟文獻結(jié)果研究基本一致；而Zr含量不宜過高，與Zr含量為0.15％、0.35％和0.55％的合金相比，Zr含量為0.75％的合金有更低的抗拉強度、屈服強度及延伸率。 ②研究了不同Al、Zn含量對Mg-Al-Zn-Mn鑄態(tài)室溫力學性能的影響。結(jié)果表明，隨Al含量的增加，合金的抗拉強度先增加后減小，當Al含量為3.0％左右達到最大值，之后抗拉強度緩慢降低，延伸率表現(xiàn)出大致相同的規(guī)律，但是屈服強度的不明顯。此外，但從預測結(jié)果看來，

6、Zn含量的變化對合金的力學性能無顯著影響。 ③研究了不同Al、Si含量對Mg-Al-Si合金鑄態(tài)室溫力學性能的影響。預測結(jié)果表明，Si含量的增加會導致合金抗拉強度的下降，對延伸率有大致相同的影響，但合金的屈服強度卻表現(xiàn)出相反的變化規(guī)律。 材料化學成份、處理工藝及性能之間的關(guān)系是非常復雜的非線性關(guān)系，目前對此研究存在較大難度。本文采用能屏蔽其內(nèi)在規(guī)律的神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)對其進行深入研究，由預測結(jié)果和實驗值的吻合程度可以看出，這個

7、方法是可行的。但仍存在一些問題有待解決：（1）神經(jīng)網(wǎng)絡方法外推尋優(yōu)能力差；（2）鎂合金基礎數(shù)據(jù)的匱乏。對于前者，將神經(jīng)網(wǎng)絡方法同其他方法相結(jié)合可能是較好的解決辦法，但本文對此不作深入探討，有待進一步研究。而精簡模型則是解決目前鎂合金基礎數(shù)據(jù)不足的途徑。但精簡又要求更多的模型才可能被廣泛應用。本文對此進行了初步研究。采用簡化的模型對Mg-Al-Zn合金鑄態(tài)室溫力學性能進行了預測，與未簡化的模型相比，其預測值跟相關(guān)實驗結(jié)果更吻合。