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熔模铸造工艺集成计算平台与应用

特种铸造及有色合金 2024年

作者：魏鹏啸郭钊丁正一吴文云包超君秦蓉汪东红上海交通大学材料科学与工程学院上海市先进高温材料及其精密成形重点实验室上海工程技术大学材料科学与工程学院东方电气集团东方汽轮机有限公司清洁高效透平动力装备全国重点实验室嘉善鑫海精密铸件有限公司中国航发南方工业有限公司

目前熔模铸造工艺优化主要依托于经验试错，存在寻优周期长、人力成本高、操作效率低且缺乏算法优化等问题。构建了基于ProCAST有限元仿真软件和多任务批处理技术的熔模铸造工艺集成计算平台，该平台集成了试验设计算法(DOE)、有限元仿... 详细信息

目前熔模铸造工艺优化主要依托于经验试错，存在寻优周期长、人力成本高、操作效率低且缺乏算法优化等问题。构建了基于ProCAST有限元仿真软件和多任务批处理技术的熔模铸造工艺集成计算平台，该平台集成了试验设计算法(DOE)、有限元仿真、结果数据自动读写提取、近似模型构建、多目标优化协同工作等功能。以涡轮导向器为案例，铸件缩松量为目标值，浇注温度，环境温度，热辐射率为设计变量，实现了铸造工艺-缺陷快速仿真集成优化。与传统仿真优化相比，使用集成计算平台效率提升91.66%。

关键词：材料基因工程集成计算材料工程智能铸造材料信息学

颗粒增强金属基复合材料的结构建模与力学模拟研究进展

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中国材料进展 2020年第3期39卷 214-225页

作者：俞洋苏益士 BERTHELOT Yann 欧阳求保郭强张荻上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室上海200240

颗粒增强金属基复合材料具有高模量、高强度及高耐磨等优异性能,其材料体系庞杂、复合结构繁复,力学性能指标众多。通过结构建模与力学模拟的系统研究,能够有效揭示复合材料的构效关系与组织演变规律,进而指导其设计、制备、加工与应用... 详细信息

颗粒增强金属基复合材料具有高模量、高强度及高耐磨等优异性能,其材料体系庞杂、复合结构繁复,力学性能指标众多。通过结构建模与力学模拟的系统研究,能够有效揭示复合材料的构效关系与组织演变规律,进而指导其设计、制备、加工与应用全流程研究。开展多尺度建模计算,并与宏、微观实验相融合,以及利用以数据库技术、高通量计算与大数据挖掘为主要特征的材料信息学研究,可实现金属基复合材料的“组分-工艺-结构-性能”内禀关系的科学内涵描述。首先回顾了颗粒增强金属基复合材料建模计算的主要研究方法,然后对其结构建模研究现状进行了介绍,进而围绕界面特性与力学模拟进行了综合述评,最后对建模拟实结合材料基因工程技术的未来发展进行了展望。

关键词：金属基复合材料结构建模界面行为力学模拟材料基因工程

基于机器学习的增材制造过程优化与新材料研发进展

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中国激光 2022年第14期49卷 3-14页

作者：苏金龙陈乐群谭超林周友翔翁飞姚西凌蒋福林滕杰 Singapore Institute of Manufacturing Technology Agency for ScienceTechnology and Research(A*STAR)Singapore 637662Singapore 湖南大学材料科学与工程学院湖南长沙410082

增材制造作为一种先进成形方法备受关注,然而,增材制造过程的开发通常需要进行高成本且费时的试错实验,这大大限制了增材制造技术的发展。机器学习作为一种新型人工智能技术,可以加快增材制造各环节的研发进程,因而受到了学术界和工业... 详细信息

增材制造作为一种先进成形方法备受关注,然而,增材制造过程的开发通常需要进行高成本且费时的试错实验,这大大限制了增材制造技术的发展。机器学习作为一种新型人工智能技术,可以加快增材制造各环节的研发进程,因而受到了学术界和工业界的广泛关注。本文综述了基于机器学习的增材制造过程优化和新型金属材料研发进展。首先,对应用于增材制造中的机器学习技术进行了简述;其次,对机器学习在金属材料增材制造过程控制与优化中的应用展开论述,包括成形过程监测与质量控制、工艺窗口预测和沉积路径优化等;然后,介绍了机器学习在基于增材制造研发新型合金材料的研究与应用现状,包括合金成分设计和组织性能预测等;最后,总结并展望了机器学习在该领域未来的发展趋势。

关键词：激光技术机器学习新材料开发增材制造计算模拟材料基因工程

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数据驱动的航空发动机材料设计研究进展

航空制造技术 2021年第18期64卷 22-30页

作者：袁睿豪廖玮杰唐斌樊江昆王军寇宏超李金山西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072

数据驱动的材料设计模式已经广泛应用于材料科学研究中,以加速新材料从研发到应用的进程。机器学习技术能够挖掘数据中存在的潜在模式或规律,是数据驱动材料设计模式的研究关键和热点。其中,基于主动学习的策略已经成功指导了多种新材... 详细信息

数据驱动的材料设计模式已经广泛应用于材料科学研究中,以加速新材料从研发到应用的进程。机器学习技术能够挖掘数据中存在的潜在模式或规律,是数据驱动材料设计模式的研究关键和热点。其中,基于主动学习的策略已经成功指导了多种新材料的开发。首先,介绍了主动学习的研究思路、构成要素及每个环节常用的方法;其次,以航空发动机材料如高温合金、钛基合金、复合材料、热障涂层等为例,介绍了机器学习在其中的具体应用和取得的效果;最后,针对航空发动机材料的恶劣服役环境,展望了机器学习应用于航空发动机材料面临的挑战,并提出了可能的解决方案。

关键词：材料基因工程机器学习主动学习航空发动机材料高温合金

太赫兹扫描成像在高通量测量铜合金薄膜电导中的应用(特邀)

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红外与激光工程 2022年第4期51卷 29-39页

作者：朱煜颜识涵臧子漪宋盛星王洁茹占强崔洪亮宋贺伦中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所江苏苏州215123 中国科学院重庆绿色智能技术研究院重庆400714 中国科学院大学重庆学院重庆400714 吉林大学仪器科学与电气工程学院吉林长春130061

高通量制备与表征对将材料基因组方法应用于先进材料研发制造实践起着关键作用。针对基于材料基因工程的高通量实验技术应用,采用透射式太赫兹扫描成像方法,对样品密度为144个/片的铜合金薄膜材料芯片进行了高通量电导的快速、微区检测... 详细信息

高通量制备与表征对将材料基因组方法应用于先进材料研发制造实践起着关键作用。针对基于材料基因工程的高通量实验技术应用,采用透射式太赫兹扫描成像方法,对样品密度为144个/片的铜合金薄膜材料芯片进行了高通量电导的快速、微区检测。基于Tinkham薄膜透射方程及Fresnel公式的太赫兹光谱成像表征技术,对不同组分含量铜合金薄膜的太赫兹测量结果与四探针测量数据比较,具有一致的趋势。通过太赫兹成像可以进行同一基底上144个高通量组合铜合金样品点电导的半定量比较。对代表性样品点的电导变化趋势与合金组分含量变化趋势,以及微观组织形貌进行分析比较得到相关对应关系,显示出太赫兹检测方法用于微区高通量金属薄膜电导表征方面的巨大潜力,显著提升研发效率。

关键词：材料基因工程高通量太赫兹光谱成像铜合金电导成像微区采样

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金属材料多尺度高通量制备研究进展

材料导报 2022年第1期36卷 164-173页

作者：侯雅青苏航张浩王畅畅钢铁研究总院北京100081 中国钢研科技集团有限公司数字化研发中心北京100081 重庆安德瑞源科技有限公司重庆401329 北京钢研新材科技有限公司北京100081

材料高通量实验是在短时间内完成大量样品的制备与表征,可帮助研究者快速筛选新材料的成分和工艺组合,高效探索材料创新的“基因”,从而促进自主创新迭代能力,是材料基因组工程的关键技术之一。高通量制备技术是高通量实验的基石,其技... 详细信息

材料高通量实验是在短时间内完成大量样品的制备与表征,可帮助研究者快速筛选新材料的成分和工艺组合,高效探索材料创新的“基因”,从而促进自主创新迭代能力,是材料基因组工程的关键技术之一。高通量制备技术是高通量实验的基石,其技术发展方向可归纳为两类,第一类是通过并行试验的方法提高制备效率,第二类是在同一样品上实现成分或工艺参数梯度变化。按照制备样品单元的尺度可分为纳微观样品制备方法和宏观样品制备方法,以界面法、薄膜法为代表的纳微观尺度高通量制备技术已被广泛用于各类新材料的成分设计。目前该领域的重要发展方向之一是块体样品的高通量制备技术,用以实现对样品宏观力学性能的直接表征。发展中的宏观尺度样品的高通量制备方法总体上可分为成分高通量制备和工艺高通量制备两大类。本文按照样品尺度归纳了各类高通量制备方法的优缺点及应用特点,特别是高通量方法与激光增材制造技术结合制备块体材料的思路,重点介绍了高通量制备技术在高熵合金、非晶合金和新型结构材料设计开发中的应用案例,分析了高通量制备技术未来发展的重点和趋势,包括均匀块体样品的高效高通量制备、高通量制备与表征的一体化协同以及发展高通量数据采集管理学习的一体化云数据平台,以期为金属新材料成分及工艺设计提供技术思路。

关键词：高通量制备高通量实验材料基因工程激光增材制造块体金属样品高熵合金

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材料数据库和数据挖掘技术的应用现状

中国材料进展 2019年第7期38卷 672-681,650页

作者：杨丽苏航柴锋罗小兵段琳娜钢铁研究总院工程用钢研究所北京100081 北京钢研新材科技有限公司北京100081 Institute of Iron and Steel RWTH Aachen University Aachen 52072 Germany

数据库作为材料基因工程的三大重点研究领域之一,对材料的加速设计有重要的作用和意义。从20世纪70年代起材料数据库开始在国内外逐步发展,到目前为止各国都已形成了一定数量的离线和在线数据库。早期材料数据库的基本功能是数据存储、... 详细信息

数据库作为材料基因工程的三大重点研究领域之一,对材料的加速设计有重要的作用和意义。从20世纪70年代起材料数据库开始在国内外逐步发展,到目前为止各国都已形成了一定数量的离线和在线数据库。早期材料数据库的基本功能是数据存储、数据管理以及数据检索服务。随着材料基因工程理念的提出,材料数据库开始关注发展数据共享、数据自动收集和输出等系列新功能。通过在线集成计算软件或程序、数据分析工具已逐步建立了一些基于数据库的材料智能设计平台。数据挖掘不考虑复杂的物理和化学意义,而是直接从材料数据库中挖掘出有价值的知识或模式的过程,它能够充分发挥材料数据库甚至小数据量在材料设计中的作用。目前已经被广泛应用到材料性能预测和优化、缺陷质量预测和生产监控、微观组织识别等相关领域。未来,材料数据库和数据挖掘技术将更加紧密地结合,协同向材料集成计算和智能设计的需求方向发展。

关键词：材料数据库材料基因工程数据挖掘集成计算性能预测

材料数据在材料创新发展中的作用与存在问题的思考

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中国材料进展 2017年第6期36卷 401-405页

作者：尹海清姜雪张瑞杰刘国权郑清军曲选辉北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心北京100083 美国肯纳金属有限公司宾夕法尼亚州15650 北京科技大学新材料技术研究院北京100083

材料数据是材料基因组计划的三大核心工具之一,近年来在国际上引起强烈关注,美国、日本等国相继资助了大型数据库建设和数据分析的项目。材料数据的准确性与完整性,是数据分析与挖掘的根本保障,并直接影响材料数据库的建设以及材料数据... 详细信息

材料数据是材料基因组计划的三大核心工具之一,近年来在国际上引起强烈关注,美国、日本等国相继资助了大型数据库建设和数据分析的项目。材料数据的准确性与完整性,是数据分析与挖掘的根本保障,并直接影响材料数据库的建设以及材料数据价值的深度开发和应用。材料大数据的特征主要表现在材料属性的高维以及属性间的复杂关联关系,在材料数据分析挖掘中应重视与材料领域知识的充分结合,以及离群点分析上的学科特点及需求特殊性。而材料数据相关的基础教育,尤其是在本科阶段数学与计算机相关基础课程的设置,则成为今后材料数据成为材料创新发展手段的保障。本文就材料基因工程框架下材料数据长久发展进程中目前亟待重视和解决的问题加以讨论。

关键词：材料数据材料基因工程数据质量数据挖掘基础教育

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可生物降解膜材料的研究进展

化工新型材料 2020年第5期48卷 16-19,25页

作者：师岩李凤红姜天赐陈立鑫王德喜李鹏珍沈阳工业大学石油化工学院辽阳111003 博仕流体设备有限公司辽阳111003

从膜材料来源和膜材料降解程度两方面综述了可生物降解膜材料的研究进展,重点介绍了淀粉、聚乳酸(PLA)和聚乙烯醇(PVA)等可生物降解材料,最后对可生物降解膜材料的未来发展进行了展望。

关键词：可生物降解膜材料发展材料基因工程