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基于随机森林和支持向量机的Mo-Nb合金本构模型

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中国有色金属学报 2024年第2期34卷 453-461页

作者：黄文杰王克鲁鲁世强钟明君李鑫曾权周潼汪增强南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063

在变形温度为900~1200℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)条件下,采用Gleeble-3800型热模拟试验机对Mo-Nb合金进行等温恒应变速率压缩实验,研究Mo-Nb合金的流动应力行为,并采用随机森林和支持向量机的方法建立该合金的本构关系模型。结果表明... 详细信息

在变形温度为900~1200℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)条件下,采用Gleeble-3800型热模拟试验机对Mo-Nb合金进行等温恒应变速率压缩实验,研究Mo-Nb合金的流动应力行为,并采用随机森林和支持向量机的方法建立该合金的本构关系模型。结果表明:Mo-Nb合金是负温度和正应变速率敏感型材料,其流动应力随变形温度升高和应变速率降低而减小;随机森林和支持向量机本构关系模型的训练样本的相关系数和平均相对误差分别为0.989、0.998及2.41%、0.94%,测试样本的相关系数和平均相对误差分别为0.991、0.996及2.47%、1.4%,二者都具有较好的预测能力;支持向量机本构关系模型精度高于随机森林,因此,支持向量机本构关系模型更适于预测Mo-Nb合金的流动应力。

关键词： Mo-Nb合金本构模型随机森林支持向量机

Laves相NbCr2/Nb两相合金的热变形行为及基于响应面法的变形工艺参数优化

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稀有金属材料与工程 2024年第8期53卷 2301-2313页

作者：王双见鲁世强王克鲁邓丽萍肖璇张开铭南昌航空大学航空制造工程学院

Laves相NbCr2/Nb两相合金因具有作为高温结构材料应用的潜力而引起了较广泛的关注。本研究基于合金在1273～1473 K和0.001～0.1 s-1条件下的等温恒应变速率压缩实验数据，分析了Laves相NbCr2/Nb两相合金的流变应力行为，计算了热变形激... 详细信息

Laves相NbCr2/Nb两相合金因具有作为高温结构材料应用的潜力而引起了较广泛的关注。本研究基于合金在1273～1473 K和0.001～0.1 s-1条件下的等温恒应变速率压缩实验数据，分析了Laves相NbCr2/Nb两相合金的流变应力行为，计算了热变形激活能Q、功率耗散效率η和失稳因子ξ（ε）；建立了以变形工艺参数为输入变量，Q、η和ξ（ε）为响应目标的响应面模型，并基于多目标优化获得了适宜的变形工艺参数窗口条件。结果表明，Laves相NbCr2/Nb两相合金为正应变速率和负温度敏感材料；在所研究的工艺参数范围，Q、η和ξ（ε）值分别在156.9963～659.3012 kJ/mol,0.0130～0.8127和-0.6229～0.6359范围波动，这说明合金的塑性变形能力对工艺参数变化敏感；所建立的Q、η和ξ（ε）响应面模型具有较高的预测精度，其决定系数R2分别达到0.992、0.999和0.953，平均绝对相对误差AARE分别为1.29%,0.63%和11.5%；变形工艺参数对Q的交互影响顺序（从大到小）为：变形温度/应变速率>应变速率/真应变>变形温度/真应变，而变形工艺参数对η和ξ（ε）的交互影响顺序基本相同，即，变形温度/应变速率>变形温度/真应变>应变速率/真应变；基于低Q，高η和ξ（ε）的多目标优化而获得的适宜变形工艺窗口条件为1440～1473 K和0.001～0.05 s-1，最佳变形工艺条件在1473 K、0.001 s-1附近。对最佳变形工艺条件下的微观组织验证表明，基于多目标优化获得的变形工艺窗口条件是正确的。

关键词： Laves相NbCr2/Nb两相合金热变形激活能功率耗散效率失稳因子响应面变形工艺参数优化

选区激光熔化B_(4)C/Al复合材料的组织与性能

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复合材料学报 2024年第6期41卷 3239-3247页

作者：邓昀麒胡启耀南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063

为了解决B_(4)C/Al复合材料制备过程中B_(4)C颗粒分布不均、团聚及易与Al基体发生剧烈反应的问题。本文采用选区激光熔化法制备了B_(4)C/Al复合材料,研究了激光功率和Ti元素对B_(4)C/Al复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明:B_(4... 详细信息

为了解决B_(4)C/Al复合材料制备过程中B_(4)C颗粒分布不均、团聚及易与Al基体发生剧烈反应的问题。本文采用选区激光熔化法制备了B_(4)C/Al复合材料,研究了激光功率和Ti元素对B_(4)C/Al复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明:B_(4)C/Al复合材料的致密度随激光功率的增大先增大后减少,激光功率240 W时致密度达到最大,为94.1%;制备过程中B_(4)C颗粒易与Al基体发生界面反应并且随激光功率增大而增大,形成界面产物Al_(3)BC和Al_(3)B_(48)C_(2)脆性相和微裂纹,导致界面结合性能降低;加Ti的B_(4)C/Al复合材料的致密度提高到95.2%,形成的界面产物TiC和TiB2能有效抑制界面反应,界面清晰完整,结合性能高,复合材料抗拉强度和伸长率分别提高41%、49.3%,拉伸断裂方式由脆性断裂转变为韧性断裂。

关键词：金属基复合材料选区激光熔化 B_(4)C/Al复合材料微观组织界面反应力学性能

添加高熵合金粉末AZ31B镁合金/304不锈钢电阻点焊接头组织和力学性能

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材料工程 2024年第1期52卷 146-152页

作者：成家龙程东海亓安泰肖雄南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063

以FeCoNiCrMn高熵合金为中间层,获得高质量的AZ31B/不锈钢电阻点焊接头。分析过渡区与两侧母材的反应扩散行为,检测接头性能并优化焊接工艺。结果表明:包含FeCoNiCrMn颗粒的过渡区成功连接镁、钢两母材。镁合金侧界面主要是颗粒周围反... 详细信息

以FeCoNiCrMn高熵合金为中间层,获得高质量的AZ31B/不锈钢电阻点焊接头。分析过渡区与两侧母材的反应扩散行为,检测接头性能并优化焊接工艺。结果表明:包含FeCoNiCrMn颗粒的过渡区成功连接镁、钢两母材。镁合金侧界面主要是颗粒周围反应生成的Fe4Al13金属间化合物;而不锈钢侧边界主要由(Fe,Ni)固溶体和Fe4Al13金属间化合物两部分组成。拉剪载荷F随焊接电流I和焊接压力P的增加,焊接时间t的延长,呈现出先升高后降低的趋势,在18.2~22.5 kA,15~35周波,2.0~10.6 kN的实验工艺范围内,添加高熵合金镁/钢点焊接头拉剪载荷在3.2 kN以上,最大拉剪载荷为5.605 kN,相比未添加高熵合金镁/钢点焊接头拉剪载荷提高了397%。高熵合金过渡层形成了大量(Fe,Ni)固溶体,减少Fe4Al13脆性金属间化合物的生成,有效提高了接头的力学性能。

关键词： AZ31B镁合金 304不锈钢电阻点焊高熵合金抗剪载荷

TC4-DT合金中片状α相的高精度定量分析方法

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中国有色金属学报 2024年第8期34卷 2684-2696页

作者：牛冬阳孙前江傅德曹邬攀易杨柔萍南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063

针对网篮组织片状α相体积分数难以精确定量分析以及粘连α相难分离表征的问题,结合体视学原理,采用随机森林、遗传算法和改进遗传算法对TC4-DT合金网篮组织片状α相进行表征。首先,预处理采集网篮组织图像;然后,利用样本中片状α相和... 详细信息

针对网篮组织片状α相体积分数难以精确定量分析以及粘连α相难分离表征的问题,结合体视学原理,采用随机森林、遗传算法和改进遗传算法对TC4-DT合金网篮组织片状α相进行表征。首先,预处理采集网篮组织图像;然后,利用样本中片状α相和β相特征对随机森林模型进行训练。考虑到传统遗传算法图像分割易陷入局部最优解以及收敛速度过快的问题,本文采用精英选择和轮盘赌结合的方法初始化种群,设计了两段式交叉概率和抛物线型变异概率优化遗传算法。最后,利用Java程序验证随机森林模型并自动定量分析片状α相的体积分数,结合实例定量分析片状α相的特征参数。结果表明:采用改进遗传算法运行时时间缩短60%,且图像处理效果也得到提升;随机森林模型不仅在训练样本中的分类准确率达到99.89%,而且在测试样本中的准确率也达到99.29%。这说明随机森林模型能精确地分离片状α相与β相且具有较好的泛化能力。

关键词： TC4-DT合金图像分割随机森林改进遗传算法定量分析

基于7075铝合金时效强化机理分析的工艺优化

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中国有色金属学报 2024年第8期34卷 2571-2582页

作者：徐纳秦国华林锋王华敏南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063

为了获得最佳的时效工艺和有效提升实验效率,以JMatPro仿真方法为基础,研究了7xxx系铝合金的时效强化机理,获得了铝合金的最佳时效工艺参数。通过JMatPro仿真得到时效过程中析出相的体积分数,获得了经典的JMAK动力学方程,再通过析出相... 详细信息

为了获得最佳的时效工艺和有效提升实验效率,以JMatPro仿真方法为基础,研究了7xxx系铝合金的时效强化机理,获得了铝合金的最佳时效工艺参数。通过JMatPro仿真得到时效过程中析出相的体积分数,获得了经典的JMAK动力学方程,再通过析出相长大模型得到时效过程中析出相的尺寸。然后,分别使用时效强化模型和JMatPro仿真方法计算时效后合金的强度,与时效强化模型相比,使用JMatPro仿真方法可以将合金强度峰值预测精度提高了0.72%;峰值时间预测精度提高了18.28%。最后,通过拟合JMatPro的仿真结果,获得了强度峰值、峰值时间与时效温度的关系表达式,为制定最佳的时效工艺参数提供指导。

关键词： JMatPro软件 JMAK方程析出相长大模型析出强化机制时效强化模型

SiC/AZ91D复合材料中孔隙缺陷对裂纹萌生和扩展行为的影响

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复合材料学报 2024年第3期41卷 1554-1566页

作者：李步炜尧军平陈国鑫李怡然梁超群南昌航空大学航空制造工程学院南昌330000

采用内聚力模型及有限元分析方法,在含真实形貌SiC颗粒增强AZ91D镁基复合材料中引入孔隙缺陷,分析不同孔隙率及孔隙形状在单轴拉伸过程中对SiC/AZ91D复合材料力学行为的影响。结果表明:孔隙长径比为1时,孔隙率为0%、0.5%、1.0%、1.5%的... 详细信息

采用内聚力模型及有限元分析方法,在含真实形貌SiC颗粒增强AZ91D镁基复合材料中引入孔隙缺陷,分析不同孔隙率及孔隙形状在单轴拉伸过程中对SiC/AZ91D复合材料力学行为的影响。结果表明:孔隙长径比为1时,孔隙率为0%、0.5%、1.0%、1.5%的复合材料的抗拉强度分别为351.214 MPa、339.452 MPa、325.735 MPa、306.791 MPa,抗拉强度随孔隙率的增加逐渐降低,复合材料中裂纹萌生和裂纹扩展时间均随孔隙率增加而提前。孔隙长径比越大,其尖端部位应力集中越严重,复合材料抗拉强度也越低。无孔隙缺陷的SiC/AZ91D复合材料裂纹萌生扩展机制是颗粒与基体交界处萌生微裂纹,微裂纹相互连接形成主裂纹绕开颗粒进行扩展致使材料断裂,含孔隙的SiC/AZ91D复合材料裂纹萌生扩展机制为微裂纹在孔隙周围萌生,与颗粒和基体交界处产生的微裂纹相互连接,汇集成主裂纹绕开颗粒扩展使材料断裂。

关键词： SiC/AZ91D复合材料裂纹萌生裂纹扩展有限元分析孔隙率内聚力模型

团聚颗粒对SiC/AZ91D复合材料裂纹萌生和扩展行为影响的研究

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稀有金属材料与工程 2024年第6期53卷 1709-1717页

作者：梁超群尧军平李怡然李步炜陈国鑫南昌航空大学航空制造工程学院江西南昌330000

基于复合材料真实微观结构,在颗粒与基体界面引入内聚力单元,建立了4种不同颗粒团聚分布的有限元模型(均匀分布、三处团聚、两处团聚和一处团聚),研究了颗粒团聚对SiC/AZ91D复合材料裂纹萌生和扩展机制的影响。结果表明:当裂纹萌芽时,... 详细信息

基于复合材料真实微观结构,在颗粒与基体界面引入内聚力单元,建立了4种不同颗粒团聚分布的有限元模型(均匀分布、三处团聚、两处团聚和一处团聚),研究了颗粒团聚对SiC/AZ91D复合材料裂纹萌生和扩展机制的影响。结果表明:当裂纹萌芽时,应力在基体中分布很不均匀,最大应力值出现在颗粒群尖角处,颗粒团聚程度越严重,裂纹萌生最大应力值越大;当裂纹扩展时,颗粒团聚程度越严重,基体内最大应力值越大,裂纹扩展程度越高;当裂纹完全断裂时,随着颗粒团聚程度的加剧,颗粒应力最大值逐渐增加,而基体应力最大值变化不大。颗粒团聚加速裂纹萌生扩展过程,颗粒应均匀分布于基体中。复合材料裂纹萌生扩展机制是由于SiC颗粒群边界和尖角处应力集中严重,导致基体损伤,萌生微裂纹,微裂纹沿着切应力最大方向扩展汇集成主裂纹。

关键词：颗粒团聚 SiC/AZ91D 有限元模型单轴压缩裂纹萌生裂纹扩展

基于物理及元建模法的TB15钛合金本构模型研究

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稀有金属材料与工程 2024年第5期53卷 1409-1416页

作者：吴轩轩董显娟徐勇鲁世强涂泽立王宇航南昌航空大学航空制造工程学院江西南昌330063 南昌航空大学通航学院江西南昌330063

采用Gleeble-3800热模拟机对TB15钛合金进行等温恒应变速率热压缩试验,研究其在变形温度为810~930℃、应变速率为0.001~10 s^(-1)和高度压下量为60%条件下的热变形行为;建立了物理、支持向量回归(SVR)和响应面3种本构关系模型来预测TB1... 详细信息

采用Gleeble-3800热模拟机对TB15钛合金进行等温恒应变速率热压缩试验,研究其在变形温度为810~930℃、应变速率为0.001~10 s^(-1)和高度压下量为60%条件下的热变形行为;建立了物理、支持向量回归(SVR)和响应面3种本构关系模型来预测TB15钛合金的流动应力,同时对比了3种本构模型的预测精度。结果表明:TB15钛合金的流动应力随应变速率的降低和变形温度的升高而减小,峰值应力的变化对应变速率的敏感性更高;物理本构模型、SVR本构模型和响应面本构模型相关系数R均大于0.98,但是响应面本构模型的R值达到了0.993,而且响应面本构模型的相对误差在±5%范围内的预测值频率达到了67.9%,大于物理本构模型的58.6%。同时经过方差分析得到所构建的响应面本构模型的显著性检验值P<0.0001,表明响应面本构模型预测的流动应力与变形温度、应变速率和应变之间的回归关系显著,比物理本构模型和SVR本构模型有更高的精度,能够更好的预测TB15钛合金的流动应力。

关键词： TB15钛合金本构模型响应面显著性检验值