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钢铁 2023年第7期58卷 125-132页

作者：王刚顾飞翔秦瑾鸿李俊昊彭振龙郑州大学机械与动力工程学院河南郑州450001

为了改善18CrNiMo7-6合金钢的抗氢渗透性能,对18CrNiMo7-6合金钢进行了不同静压力的超声滚压强化处理,对超声滚压加工处理的试样进行显微硬度表征、表层残余应力检测,并对不同静压力超声滚压强化处理后的试样进行氢渗透试验,分析了超声... 详细信息

为了改善18CrNiMo7-6合金钢的抗氢渗透性能,对18CrNiMo7-6合金钢进行了不同静压力的超声滚压强化处理,对超声滚压加工处理的试样进行显微硬度表征、表层残余应力检测,并对不同静压力超声滚压强化处理后的试样进行氢渗透试验,分析了超声滚压对18CrNiMo7-6合金钢表面完整性和氢渗透性能的影响规律。为了进一步探究超声滚压产生的残余应力对氢渗透的影响规律,在ABAQUS中进行超声滚压强化过程和应力耦合氢扩散过程的数值模拟。试验结果表明,随着静压力的提升,超声滚压获得的表面显微硬度和表面残余压应力逐渐增加,抗氢渗透性能呈增加趋势;当超声滚压的静压力为100、200、300、400 N时,与未进行超声滚压的试样相比表层硬度分别提升了14%、15%、19%、27%、表面残余压应力分别提升了513%、943%、1013%、1063%、氢扩散系数分别下降了30%、32%、36%、55%。数值模拟结果表明,超声滚压引起了梯度分布的残余压应力,并且残余压应力的影响深度及最大值与静压力呈正相关;氢在在浓度梯度的驱动下在材料中扩散,经过超声滚压处理的区域内部氢质量分数沿深度方向急速降低,在距离表面约100μm处降幅最大,氢质量分数的分布与静水应力的分布趋势相同,存在静水压应力的地方氢质量分数低,存在静水拉应力的地方氢质量分数高,超声滚压产生的残余压应力对氢渗透有抑制作用。

关键词：超声滚压 18CrNiMo7-6合金钢氢脆氢渗透有限元模拟

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基于机器学习的金属材料划痕响应预测

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摩擦学学报 2023年第12期43卷 1445-1452页

作者：秦瑾鸿张建伟李元鑫曹向阳乔泽沅郑州大学机械与动力工程学院河南郑州450001 郑州大学力学与安全工程学院河南郑州450001

确定材料的划痕响应对评价其抗划擦及摩擦磨损性能有着重要的价值.采用有限元仿真与经典多输出多层感知器(MLP)神经网络的方法,建立了划痕输入参量(材料的屈服应力、应变硬化指数和界面摩擦系数以及划痕过程中施加的法向加载力)与划痕响... 详细信息

确定材料的划痕响应对评价其抗划擦及摩擦磨损性能有着重要的价值.采用有限元仿真与经典多输出多层感知器(MLP)神经网络的方法,建立了划痕输入参量(材料的屈服应力、应变硬化指数和界面摩擦系数以及划痕过程中施加的法向加载力)与划痕响应(表观深度、划痕宽度以及划痕切向力)之间的关系.由有限元结果与机器学习预测结果的对比可知:采用960组金属材料划痕仿真数据集训练的MLP神经网络预测结果与有限元仿真结果吻合较好.采用304不锈钢、黄铜和18CrNiMo7-6合金钢的划痕试验对MLP神经网络进行了试验验证.结果表明:MLP神经网络预测的划痕响应与试验中获得的结果较为接近.本文中结果可为评价材料抗划擦性能提供了1种可行的方法.

关键词：机器学习划痕金属有限元分析力学性能

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基于机器学习确定膜基材料弹性模量的仪器化压痕方法

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中国科学：物理学、力学、天文学 2023年第1期53卷 62-68页

作者：孙廷威张建伟秦瑾鸿赵思伟李元鑫郑州大学力学与安全工程学院郑州450001 郑州大学机械与动力工程学院郑州450001

仪器化压痕测试方法在确定材料的力学性能方面有着广泛的应用.由于基底效应,采用该方法确定膜基材料各层的力学性能变得更为复杂.本文采用有限元仿真结合经典多输出多层感知器(MLP)神经网络的方法,建立了膜基材料力学性能参数(薄膜弹性... 详细信息

仪器化压痕测试方法在确定材料的力学性能方面有着广泛的应用.由于基底效应,采用该方法确定膜基材料各层的力学性能变得更为复杂.本文采用有限元仿真结合经典多输出多层感知器(MLP)神经网络的方法,建立了膜基材料力学性能参数(薄膜弹性模量、基底弹性模量)与复合模量和无量纲化最大压入深度(最大压入深度/薄膜厚度)之间的关系,并发展了基于机器学习确定膜基材料弹性模量的仪器化压痕方法.对比深度学习的预测和有限元的仿真结果,发现经MLP神经网络训练的硬膜软基底材料和软膜硬基底材料的预测值与仿真结果的吻合度较好.开展硬膜软基底材料Ni/304不锈钢以及软膜硬基底材料Cu/304不锈钢的压痕试验对MLP神经网络进行验证,结果表明, MLP神经网络预测的各层弹性模量与试验中获得的结果较为接近.本文结果可为评价膜基材料各层性能提供可供选择的测试方法.

关键词：神经网络膜基材料纳米压痕弹性模量

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18CrNiMo7-6合金钢J-C损伤模型失效参数研究

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郑州大学学报（工学版） 2023年第1期44卷 70-76页

作者：吴少洋张建伟卢凤强李元鑫秦瑾鸿郑州大学机械与动力工程学院河南郑州450001 郑州大学力学与安全工程学院河南郑州450001

针对高速冲击、机械成型加工等数值模拟中广泛应用的Johnson-Cook(J-C)损伤模型失效参数求取问题,对18CrNiMo7-6合金钢材料开展了3个系列的力学实验。通过缺口试样准静态拉伸实验和有限元模拟,确定了既考虑空间分布效应,又考虑应变累积... 详细信息

针对高速冲击、机械成型加工等数值模拟中广泛应用的Johnson-Cook(J-C)损伤模型失效参数求取问题,对18CrNiMo7-6合金钢材料开展了3个系列的力学实验。通过缺口试样准静态拉伸实验和有限元模拟,确定了既考虑空间分布效应,又考虑应变累积效应的应力三轴度的计算方法。结果表明:失效应变随应力三轴度的增大而减小;通过10^(-3)、10、10^(3)s^(-1)应变率下的拉伸实验与霍普金森拉杆(SHTB)冲击实验,发现随着应变率的增大,材料屈服强度有所增加,表明了材料有明显的应变率强化效应,并且失效应变随着应变率的增大而增大;在25、200、300、400℃的拉伸实验中发现随着温度的升高,材料屈服强度逐渐降低,但材料的抗拉强度在300℃时要高于200℃下的结果,并且随着温度的升高失效应变逐渐减小。根据上述实验结果拟合得到了J-C损伤模型失效参数,从拟合优度可以看出拟合所得参数的可靠性。最后通过Taylor冲击实验与有限元模拟进行验证,结果表明,当冲击速度为430 m/s时,实验与仿真得到的冲击试样均发生了破坏,并且有限元模拟得到的试样破坏形态与实验结果最大误差为6.3%,结果吻合良好,验证了所选用的J-C损伤模型的合理性以及实验所得参数的有效性。

关键词： 18CrNiMo7-6合金钢 J-C损伤模型应力三轴度失效应变 Taylor冲击实验

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