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反求铝合金淬火边界条件的序列LM梯度算法

中国有色金属学报 2024年第8期34卷 2602-2614页

作者：王志鑫秦国华林锋郭瑞超南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063 山东航空学院航空工程学院滨州256600

准确获取边界条件在淬火仿真中至关重要。为此,根据瞬态热传导模型,利用正则化方法建立反求热通量的目标函数,结合序列函数指定法与LM梯度法,通过最小化目标函数推导出序列LM梯度算法,实现末端淬火实验中热通量的迭代计算。其次,通过训... 详细信息

准确获取边界条件在淬火仿真中至关重要。为此,根据瞬态热传导模型,利用正则化方法建立反求热通量的目标函数,结合序列函数指定法与LM梯度法,通过最小化目标函数推导出序列LM梯度算法,实现末端淬火实验中热通量的迭代计算。其次,通过训练观测点的平均绝对误差的“3-7-3”神经网络预测模型,建立了序列LM梯度算法关键参数的遗传算法优化方法。最后,以换热系数为边界条件建立淬火仿真模型。结果表明:在相同淬火时间内,一维序列LM梯度算法、一点法和两点法,在观测点的仿真温度平均相对误差分别为5.6%、5.9%、12.6%,17.1%、15.4%、15.3%和17.7%、16.0%、15.6%。因此,与一点法、两点法相比,序列LM梯度算法具有更高的精度。

关键词：热传导反问题序列函数指定法 Levenberg-Marquardt法边界条件参数优化

低温养护对环氧树脂基砂浆早期性能的影响及机理

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材料导报 2024年第5期38卷 98-103页

作者：吕炎白二雷王志航夏伟空军工程大学航空工程学院西安710038

环氧树脂基砂浆是一种快速修补材料,为研究低温养护条件对环氧树脂基砂浆工作性能及早期力学性能的影响,构建了全过程低温环境,分别进行了抗压强度、抗折强度、流动度、凝结时间以及内部温度测试,分析了环氧树脂基砂浆的微观结构。结果... 详细信息

环氧树脂基砂浆是一种快速修补材料,为研究低温养护条件对环氧树脂基砂浆工作性能及早期力学性能的影响,构建了全过程低温环境,分别进行了抗压强度、抗折强度、流动度、凝结时间以及内部温度测试,分析了环氧树脂基砂浆的微观结构。结果表明:环氧树脂基砂浆性能受养护温度影响较大,当养护温度为0℃时,流动度仅为112 mm,但随着温度升高流动度增长较快;低温养护使得砂浆内部热效应减弱,延缓了凝结时间;早期强度也损失显著,0℃时,砂浆养护1 d才形成强度,说明低温环境大大减慢了体系的固化速度。微观分析表明低温养护导致砂浆内部结构疏松,裂缝及孔隙增多,说明固化反应不完全,从而降低了砂浆的性能。当养护温度为20℃时,砂浆内部结构较为致密,宏观结构也表现出较高强度。

关键词：环氧树脂基砂浆快速修补材料低温养护早期力学性能工作性能微观结构

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

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

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

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

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