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

1、近年來(lái)，鎂及鎂合金的發(fā)展和應(yīng)用非常迅速，尤其是鎂合金制備和處理工藝的進(jìn)展大大推動(dòng)了其在汽車(chē)、電子通訊及航天航空工業(yè)的應(yīng)用。但是鎂合金仍存在許多問(wèn)題，比如鎂合金熔煉難、強(qiáng)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(wèn)題嚴(yán)重制約著鎂合金的大規(guī)律工業(yè)化應(yīng)用。本文廣泛收集了鎂合金化學(xué)成分、處理工藝及力學(xué)性能等方面數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的整理和分析，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立鎂合金化學(xué)成分、處理工藝及力學(xué)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(shí)間，以及測(cè)試溫度；模型的輸出為三個(gè)力學(xué)性能指標(biāo)，即抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率。最后利用模型對(duì)鎂合金化學(xué)成分、處理工藝及力學(xué)性能之間的關(guān)系規(guī)律進(jìn)行較為系統(tǒng)深入的研究。 論文首先從數(shù)據(jù)的預(yù)處理方式、中間隱層結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)算法和學(xué)習(xí)參數(shù)四個(gè)方面探索鎂合金神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的最佳選擇。結(jié)果表明，上述四個(gè)因素均會(huì)影響模型的收斂，其中學(xué)習(xí)算法的影響最為顯著，而學(xué)習(xí)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(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率的數(shù)據(jù)預(yù)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(shí)，能取得最佳效果。 論文其次應(yīng)用最佳模型預(yù)測(cè)了AZ61B及Mg-Zn-Zr-Y變形鎂合金的室溫力學(xué)性能。預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值大多吻合得很好，其中抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的效果尤佳，抗拉強(qiáng)度的最大相對(duì)誤差不超過(guò)6.5％，屈服強(qiáng)度

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

5、趨勢(shì)跟文獻(xiàn)結(jié)果研究基本一致；而Zr含量不宜過(guò)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(qiáng)度、屈服強(qiáng)度及延伸率。 ②研究了不同Al、Zn含量對(duì)Mg-Al-Zn-Mn鑄態(tài)室溫力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，隨Al含量的增加，合金的抗拉強(qiáng)度先增加后減小，當(dāng)Al含量為3.0％左右達(dá)到最大值，之后抗拉強(qiáng)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(qiáng)度的不明顯。此外，但從預(yù)測(cè)結(jié)果看來(lái)，

6、Zn含量的變化對(duì)合金的力學(xué)性能無(wú)顯著影響。 ③研究了不同Al、Si含量對(duì)Mg-Al-Si合金鑄態(tài)室溫力學(xué)性能的影響。預(yù)測(cè)結(jié)果表明，Si含量的增加會(huì)導(dǎo)致合金抗拉強(qiáng)度的下降，對(duì)延伸率有大致相同的影響，但合金的屈服強(qiáng)度卻表現(xiàn)出相反的變化規(guī)律。 材料化學(xué)成份、處理工藝及性能之間的關(guān)系是非常復(fù)雜的非線性關(guān)系，目前對(duì)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(luò)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行深入研究，由預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)值的吻合程度可以看出，這個(gè)

7、方法是可行的。但仍存在一些問(wèn)題有待解決：（1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法外推尋優(yōu)能力差；（2）鎂合金基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的匱乏。對(duì)于前者，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(duì)此不作深入探討，有待進(jìn)一步研究。而精簡(jiǎn)模型則是解決目前鎂合金基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不足的途徑。但精簡(jiǎn)又要求更多的模型才可能被廣泛應(yīng)用。本文對(duì)此進(jìn)行了初步研究。采用簡(jiǎn)化的模型對(duì)Mg-Al-Zn合金鑄態(tài)室溫力學(xué)性能進(jìn)行了預(yù)測(cè)，與未簡(jiǎn)化的模型相比，其預(yù)測(cè)值跟相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果更吻合。