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超大型环件径轴向轧制过程偏移机理及自适应模糊控制方法研究

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中国机械工程 2023年第1期34卷 109-117页

作者：张科汪小凯华林韩星会宁湘锦武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070 武汉理工大学汽车零部件技术湖北省协同创新中心武汉430070 武汉理工大学材料绿色精密成形技术与装备湖北省工程中心武汉430070

超大型环件径轴向轧制过程容易产生偏移,影响环件轧制稳定性和成形质量。为研究环件偏移机理及其控制方法,分析了轴向孔型滑移区中前滑区和后滑区的分布变化规律,建立了理想情况下不产生环件偏移时锥辊旋转运动学条件,获得了滑移区的最... 详细信息

超大型环件径轴向轧制过程容易产生偏移,影响环件轧制稳定性和成形质量。为研究环件偏移机理及其控制方法,分析了轴向孔型滑移区中前滑区和后滑区的分布变化规律,建立了理想情况下不产生环件偏移时锥辊旋转运动学条件,获得了滑移区的最优速度匹配系数。此外,从历史轧制数据中归纳人工控制经验后提出了基于锥辊转速自适应模糊调节的环心偏移量控制方法,基于ABAQUS软件和VUAMP子程序开发,建立了集成有环心偏移量模糊控制算法的∅10 m超大型环件径轴向轧制有限元模型,研究了采用最优速度匹配系数的常规控制和自适应模糊控制下的环心偏移量变化规律。结果表明,自适应模糊控制下的平均环心偏移量相比于常规控制降低了72.4%,仿真结果和试验数据均验证了所提超大型环件轧制过程偏移自适应模糊控制方法的有效性。

关键词：超大型环件径轴向轧制偏移自适应模糊控制有限元仿真

超大型环件径轴向轧制过程稳定性与圆度自适应控制方法研究

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中国机械工程 2022年第11期33卷 1353-1360页

作者：宁湘锦汪小凯华林韩星会张科武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070 武汉理工大学汽车零部件技术湖北省协同创新中心武汉430070 武汉理工大学材料绿色精密成形技术与装备湖北省工程中心武汉430070

超大型环件径轴向轧制过程失稳、失圆等异常状态常导致轧环终止和产品质量波动。提出了轧环过程稳定性和圆度自适应控制方法,从历史数据中归纳人工控制经验知识,建立了基于锥辊转速模糊调节的轧制稳定性控制方法,制定了基于导向力反馈... 详细信息

超大型环件径轴向轧制过程失稳、失圆等异常状态常导致轧环终止和产品质量波动。提出了轧环过程稳定性和圆度自适应控制方法,从历史数据中归纳人工控制经验知识,建立了基于锥辊转速模糊调节的轧制稳定性控制方法,制定了基于导向力反馈的轧制圆度控制策略。运用ABAQUS有限元软件和子程序二次开发,设计了轧环过程稳定性和圆度自适应控制子程序,建立了Φ16 m超大型环件轧制过程控制有限元模型,仿真分析了锥辊转速模糊调节、导向力反馈以及基于限幅滤波的锥辊转速模糊调节+导向力反馈综合控制下的轧环过程偏移量和圆度误差变化规律,结果表明该方法与常规规划控制相比,环件偏移量减小了48.3%,圆度误差减小了61.8%。

关键词：超大型环件径轴向轧制稳定性圆度智能控制

面向航空航天的薄壁锥形筒件轧制成形过程几何状态综合控制方法

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中国机械工程 2023年第23期34卷 2873-2880页

作者：谢涵汪小凯韩星会华林张科郑戈飞武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070 武汉理工大学汽车零部件技术湖北省协同创新中心武汉430070 武汉理工大学材料绿色精密成形技术与装备湖北省工程中心武汉430070

针对航空航天薄壁锥形筒件轧制过程几何变形状态难以控制的问题,研究了薄壁锥形筒件轴线偏移、轴线倾斜、小端拉缩三种典型异常变形状态及形成机理,提出了基于筒件线速度反馈的锥辊运动协调控制方法,建立了锥形筒件轧制过程锥辊运动控... 详细信息

针对航空航天薄壁锥形筒件轧制过程几何变形状态难以控制的问题,研究了薄壁锥形筒件轴线偏移、轴线倾斜、小端拉缩三种典型异常变形状态及形成机理,提出了基于筒件线速度反馈的锥辊运动协调控制方法,建立了锥形筒件轧制过程锥辊运动控制模型;提出了薄壁锥形筒件坯料优化设计方法,并建立了相应的芯辊倾斜进给控制策略,保证了锥形筒件直径长大速度的一致性,消除了因金属轴向和周向流动不匹配导致的小端拉缩现象;基于ABAQUS软件和VUAMP子程序开发,建立了集成所提控制方法和策略的薄壁锥形筒件轧制有限元模型。对比分析了常规规划控制、上述方法独立控制和综合控制下的筒件轧制成形效果,结果表明,综合控制方法下的轴线偏移量、圆度误差、同心度误差和倾斜角误差等指标相比于常规规划控制在整圆阶段内分别降低了93.6%、75.3%、95.1%、97.2%。

关键词：薄壁锥形筒件轧制成形变形状态控制方法

基于深度学习的TC4钛合金零件微小缺陷超声相控阵检测图像降噪方法研究

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航空制造技术 2023年第22期66卷 46-52页

作者：汪小凯蒋秋月关山月华林武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070 武汉理工大学汽车零部件技术湖北省协同创新中心武汉430070 武汉理工大学材料绿色精密成形技术与装备湖北省工程中心武汉430070

钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点被广泛用于航空航天等领域,针对其内部微小缺陷超声相控阵检测过程中存在信噪比低、易漏检等问题,提出一种基于深度学习的微小缺陷超声相控阵检测图像降噪方法。首先通过钛合金试块相控阵... 详细信息

钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点被广泛用于航空航天等领域,针对其内部微小缺陷超声相控阵检测过程中存在信噪比低、易漏检等问题,提出一种基于深度学习的微小缺陷超声相控阵检测图像降噪方法。首先通过钛合金试块相控阵检测试验获得缺陷含噪原始图像,采用Mask RCNN模型训练并构建高噪–低噪数据集,进而基于变分自编码器设计微小缺陷检测图像降噪模型,通过与传统滤波降噪、时频域降噪算法对比,证明所提出的算法可保留原始图像缺陷细节信息,与含噪原图对比,其峰值信噪比优化了11.35%,结构相似性提升154.17%。最后开展了某钛合金航空机匣环件超声相控阵检测试验,采用所提方法对环件内部φ0.2 mm平底孔缺陷检测图像进行降噪处理,有效降低了散射噪声对微小缺陷检测的影响,同时也证明所提降噪算法具有良好的泛化性能。

关键词：超声相控阵微小缺陷检测图像降噪深度学习自编码器(AE)

基于深度学习的热态环件轧制过程几何状态视觉测量方法

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塑性工程学报 2022年第11期29卷 8-14页

作者：汪小凯董杰华林韩星会武国庆武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室湖北武汉430070 武汉理工大学汽车零部件技术湖北省协同创新中心湖北武汉430070 武汉理工大学材料绿色精密成形技术与装备湖北省工程中心湖北武汉430070

为解决高温、强光、汽雾以及氧化皮飞溅等恶劣工况下热态环件轧制过程几何状态的在线测量难题,提出了一种基于深度学习的热态环件轧制几何状态视觉测量方法。以深度学习为基础,结合热态环件轧制过程高温发亮的特点,利用YOLOv5算法的卷... 详细信息

为解决高温、强光、汽雾以及氧化皮飞溅等恶劣工况下热态环件轧制过程几何状态的在线测量难题,提出了一种基于深度学习的热态环件轧制几何状态视觉测量方法。以深度学习为基础,结合热态环件轧制过程高温发亮的特点,利用YOLOv5算法的卷积神经网络进行训练,智能捕捉相机视野有效区域,大幅提高了图像处理算法的运算速度。为解决环件部分边缘被遮挡的问题,采用Linemod-2D算法,根据环件边缘梯度特征匹配外圆轮廓及位置状态,并基于卡尺工具边缘检测原理获取有效边缘特征点,利用迭代重加权最小二乘法进行拟合,得到了环件几何状态。实验结果表明,本方法鲁棒性较好,测量误差小于0.5 mm,算法平均耗时60 ms。

关键词：热态环件 YOLOv5算法 Linemod-2D算法卡尺工具算法最小二乘法深度学习

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轮毂轴承滚道成形缺陷超声相控阵检测技术

塑性工程学报 2022年第11期29卷 61-66页

作者：李一轩汪小凯董新宇关山月武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室湖北武汉430070 武汉理工大学汽车零部件技术湖北省协同创新中心湖北武汉430070 武汉理工大学材料绿色精密成形技术与装备湖北省工程中心湖北武汉430070 湖北省计量测试研究院湖北武汉430070

为解决第3代汽车轮毂轴承滚道近表面缺陷检测问题,围绕滚道曲面半径小和空间狭窄、超声换能器耦合困难、超声声束畸变与散射严重等问题,开展了检测工艺设计、曲面声场解析及人工缺陷试块检测实验验证工作。针对轮毂轴承滚道复杂曲面结构... 详细信息

为解决第3代汽车轮毂轴承滚道近表面缺陷检测问题,围绕滚道曲面半径小和空间狭窄、超声换能器耦合困难、超声声束畸变与散射严重等问题,开展了检测工艺设计、曲面声场解析及人工缺陷试块检测实验验证工作。针对轮毂轴承滚道复杂曲面结构,设计了水浸超声相控阵检测工艺。通过K-wave软件模拟了换能器声场分布规律并确定了探头参数。开展了轮毂轴承近表面缺陷超声相控阵检测实验,结果表明,该方法可实现近表面1 mm、Ф1 mm缺陷的检出,采用超声相控阵线性聚焦扫描成像算法可以提高曲面结构下的声波入射能量,减小轮毂轴承近表面盲区,提高近表面缺陷分辨率。

关键词：汽车轮毂轴承超声相控阵复杂曲面构件

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立式轧环机传动机构力学分析和优化设计

中国机械工程 2010年第13期21卷 1594-1597,1604页

作者：汪小凯华林武汉理工大学武汉430070

以立式轧环机传动系统为对象,建立了有限元分析的实体模型。应用ANSYS/LS-DYNA分析了传动系统在极限工况下的应力随时间分布变化情况,结果表明,轴叉头的尖角处应力较大,中间球体的应力呈中心对称分布。应用ANSYS优化设计模块和参数化程... 详细信息

以立式轧环机传动系统为对象,建立了有限元分析的实体模型。应用ANSYS/LS-DYNA分析了传动系统在极限工况下的应力随时间分布变化情况,结果表明,轴叉头的尖角处应力较大,中间球体的应力呈中心对称分布。应用ANSYS优化设计模块和参数化程序语言APDL对输入轴进行了优化设计,使其质量减小31.3%,应力下降57.9%,刚度提高40.37%。分析结果为立式轧环机传动系统的设计制造和应用提供了技术依据。

关键词：立式轧环机万向联轴器力学分析 LS-DYNA 优化设计

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热轧环过程尺寸公差控制方法

机械工程学报 2014年第14期50卷 105-109页

作者：汪小凯华林韩星会武汉理工大学汽车工程学院武汉430070 武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

热轧环过程中,环件几何尺寸是否满足公差设计要求是生产出合格环件产品的前提条件。研究热轧环件毛坯质量误差与成形环件几何尺寸公差之间的相互关系和影响规律,提出一种环件尺寸公差控制计算方法,并建立相应的数学模型:即以毛坯质量误... 详细信息

热轧环过程中,环件几何尺寸是否满足公差设计要求是生产出合格环件产品的前提条件。研究热轧环件毛坯质量误差与成形环件几何尺寸公差之间的相互关系和影响规律,提出一种环件尺寸公差控制计算方法,并建立相应的数学模型:即以毛坯质量误差和内外径尺寸公差为约束条件,以成形环件的壁厚为控制目标参数,从而轧制出尺寸满足公差要求的环件产品。运用该方法,选用三组不同质量环件毛坯,在武汉理工大学开发的HRM160型数控立式热轧环机上进行热轧环试验。结果表明数学模型计算值、试验所得环件的几何尺寸值以及环件产品的设计尺寸值比较接近,且均在产品设计尺寸公差范围内。研究结论对于优质热轧环件的生产具有实际指导意义。

关键词：热轧环尺寸精度公差分配测量与控制

电弧增材制造金属多晶结构建模及激光超声检测仿真研究

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热加工工艺 2023年第15期52卷 107-111,115页

作者：周洪赞汪小凯董新宇曾研关山月武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室湖北武汉430070 武汉理工大学汽车零部件技术湖北省协同创新中心湖北武汉430070 湖北省计量测试技术研究院湖北武汉430070

电弧增材制造金属内部晶粒组织不均、呈叠层分布。为探究该特性对超声波传播的影响,制备了多层多道电弧增材金属试样,采用金相分析获得试样各区域的晶粒尺寸和分布。提出了一种以晶粒尺寸和晶粒取向分布为特征的叠层多晶结构整体建模方... 详细信息

电弧增材制造金属内部晶粒组织不均、呈叠层分布。为探究该特性对超声波传播的影响,制备了多层多道电弧增材金属试样,采用金相分析获得试样各区域的晶粒尺寸和分布。提出了一种以晶粒尺寸和晶粒取向分布为特征的叠层多晶结构整体建模方法,建立了电弧增材金属激光超声有限元仿真模型,并开展了激光超声检测实验,获得了实际激光超声纵波信号,仿真结果与实验结果基本吻合。该研究为叠层各向异性多晶材料建模以及揭示电弧增材制造材料中超声传播规律提供了理论和方法指导。

关键词：电弧增材制造叠层多晶结构建模激光超声检测