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基于改进蜣螂算法优化模糊PID的纤维缠绕机张力控制研究

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机电工程 2025年

作者：杜昊霏梁建国太原理工大学机械工程学院金属成形技术与重型装备全国重点实验室太原理工大学

针对当前纤维缠绕机恒张力控制效果不佳的问题，深入分析了摆杆对缠绕张力控制系统的影响，建立了包含张力负反馈调节的摆杆动力学模型，并提出了一种基于改进蜣螂算法优化（IDBOA）的模糊PID（FPID）控制方法。首先，在蜣螂算法中通过B... 详细信息

针对当前纤维缠绕机恒张力控制效果不佳的问题，深入分析了摆杆对缠绕张力控制系统的影响，建立了包含张力负反馈调节的摆杆动力学模型，并提出了一种基于改进蜣螂算法优化（IDBOA）的模糊PID（FPID）控制方法。首先，在蜣螂算法中通过Bernoulli混沌映射初始化种群，实现种群位置的均匀分布目的，提高了算法的全局寻优能力；引入了黄金正弦策略，使种群在迭代寻优过程中具备周期性变化特性，增强了种群的搜索能力；然后，为了平衡算法全局搜索与局部收敛能力，自主设计了权重因子，动态改变了种群全局最佳位置对蜣螂位置更新的影响，使得搜索过程更加高效与精准；最终，为了评估该方法的性能，将改进后的蜣螂算法用于优化模糊PID控制器的初始参数，进行了仿真分析，并开展了实验，进一步验证了该方法的控制效果。研究结果表明：改进后的蜣螂算法相较于其他8种算法，具有更快的收敛速度和更高的精度；与传统PID、模糊PID控制器相比，基于改进蜣螂算法优化的模糊PID控制器在调节时间方面分别减少了76.7%和74.7%，在超调量方面分别减小了88.6%和84.9%，响应速度更快，超调量更小，克服了传统模糊PID控制器依赖人工经验、缺乏自适应性和精度不足的问题；基于改进蜣螂算法优化的模糊PID控制器相较于工业常用的传统PID控制器，纤维缠绕机张力控制精度提高了30.2%，响应速度提高了41.7%。实验结果与仿真结果一致，表明该控制方法具有优异的综合控制性能。

关键词：纤维缠绕机张力控制系统蜣螂优化算法模糊PID控制超调量响应速度

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铝合金压铸件X射线图像多任务分割方法研究

特种铸造及有色合金 2025年第1期45卷 15-22页

作者：杜旺哲刘元铭牛小淼王涛太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 太原理工大学先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心太原030024 太原理工大学金属成形技术与重型装备全国重点实验室太原030024

为满足对铝合金压铸件内部缺陷和关键位置的精确分割需求,提出一种铝合金压铸件X射线图像多任务分割算法。设计一种关键位置边界感知模块和局部参数共享编码器,提高对低相关性任务的特征提取能力。开发一种交互式注意力模块,探究关键位... 详细信息

为满足对铝合金压铸件内部缺陷和关键位置的精确分割需求,提出一种铝合金压铸件X射线图像多任务分割算法。设计一种关键位置边界感知模块和局部参数共享编码器,提高对低相关性任务的特征提取能力。开发一种交互式注意力模块,探究关键位置及其边界区域特征交互融合机制。结果表明,提出的多任务缺陷分割算法可以对X射线图像中的缺陷和关键位置区域同时进行分割,且分割精度在mIoU指标上分别为42.3和82.5,满足实际需求。

关键词：缺陷分割铝合金压铸件多任务分割 X射线图像深度学习

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脉冲电流对AZ91镁合金温挤压过程中动态析出和微观组织的影响

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金属学报 2025年第1期61卷 129-142页

作者：王彬杉徐光任睿张强单召辉樊建锋太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室太原030024 太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 太原理工大学镁基材料山西省重点实验室太原030024 太原理工大学物理与光电学院太原030024

脉冲电流辅助成形工艺具有提高成型能力及细化微观组织等优点,被广泛用到各种塑性变形过程中。然而,关于脉冲电流在动态挤压变形过程中的作用尚不明确。本工作利用脉冲电流辅助挤压(EPAE)技术,研究了脉冲电流对于AZ91镁合金挤压过程中... 详细信息

脉冲电流辅助成形工艺具有提高成型能力及细化微观组织等优点,被广泛用到各种塑性变形过程中。然而,关于脉冲电流在动态挤压变形过程中的作用尚不明确。本工作利用脉冲电流辅助挤压(EPAE)技术,研究了脉冲电流对于AZ91镁合金挤压过程中动态析出和微观组织的影响。结果表明,在能够完全动态再结晶(DRX)的临界变形条件下,EPAE工艺可以降低AZ91镁合金挤压过程中β-Mg_(17)Al_(12)相的体积分数并促使其发生球化,同时能够促进平均晶粒尺寸和最大基面织构强度的增加,且峰值电流密度越高,效果越明显。与常规热挤压相比,峰值电流密度为6.4×10^(7) A/m^(2)的EPAE工艺促使AZ91镁合金中β-Mg_(17)Al_(12)相的体积分数从76.9%降低至16.5%,平均晶粒尺寸从1.07μm增加至3.54μm,最大织构强度从3.39增加至5.92。在不均匀分布的β-Mg_(17)Al_(12)相的钉扎作用下,最终EPAE态AZ91镁合金内部形成双峰组织。实验及理论分析表明,脉冲电流中热效应和非热效应的共同作用所导致的AZ91镁合金挤压过程中的Gibbs自由能变化量和原子扩散通量的提高是上述实验现象发生的主要原因,在促进了β-Mg_(17)Al_(12)相的溶解及其附近Al溶质原子均匀分布的同时提高了晶界迁移速率。同时,脉冲电流可以通过其漂移电子对基面滑移的加速作用促进β-Mg_(17)Al_(12)相颗粒贫乏区中晶粒的旋转。

关键词： AZ91 镁合金脉冲电流辅助挤压 β-Mg_(17)Al_(12)相动态析出晶粒长大

热等静压增材制造Ti-6Al-4V/316L叠层双金属研究

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中国有色金属学报 2025年

作者：朱瑞园程焜田春茂郭瑞鹏蔡超史玉升华中科技大学材料成形与模具技术全国重点实验室太原理工大学材料科学与工程学院

本文提出一种热等静压增材制造(HIPAM)技术，采用增材制造离散堆积理念，将不同片层材料叠加后，通过热等静压扩散实现多材料零件成形。以Ti-6Al-4V/316L双金属为研究对象，研究Nb/Cu/Ni和Nb/Cu复合中间层对双金属界面组织与力学性能的... 详细信息

本文提出一种热等静压增材制造(HIPAM)技术，采用增材制造离散堆积理念，将不同片层材料叠加后，通过热等静压扩散实现多材料零件成形。以Ti-6Al-4V/316L双金属为研究对象，研究Nb/Cu/Ni和Nb/Cu复合中间层对双金属界面组织与力学性能的影响。研究结果表明，Nb/Cu/Ni和Nb/Cu复合中间层可以有效阻止Fe与Ti原子之间的扩散和金属间化合物的生成，连接界面无明显缺陷；采用100 μm厚度的Nb/Cu双层中间层试样具有最佳的抗拉强度552.1 MPa，达到钛合金和不锈钢基材的58%和85%，断裂位置在Cu箔处，断裂方式为韧性断裂。在最佳的中间层搭配下成功制备了钛/钢机匣缩比件，验证了HIPAM技术的工艺可行性与适用性，研究结果为实现多材料构件的复合成形提供了有益参考。

关键词：热等静压增材制造钢钛连接元素扩散中间层

热等静压增材制造Ti-6Al-4V/316L叠层双金属

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中国有色金属学报 2025年第2期35卷 515-528页

作者：朱瑞园程焜田春茂郭瑞鹏蔡超史玉升华中科技大学材料成形与模具技术全国重点实验室武汉430074 太原理工大学材料科学与工程学院太原030024

本文提出一种热等静压增材制造(HIPAM)技术,采用增材制造离散堆积理念,将不同片层材料叠加后,通过热等静压扩散实现多材料零件成形,以Ti-6Al-4V/316L双金属为研究对象,研究Nb/Cu/Ni和Nb/Cu复合中间层对双金属界面组织与力学性能的影响... 详细信息

本文提出一种热等静压增材制造(HIPAM)技术,采用增材制造离散堆积理念,将不同片层材料叠加后,通过热等静压扩散实现多材料零件成形,以Ti-6Al-4V/316L双金属为研究对象,研究Nb/Cu/Ni和Nb/Cu复合中间层对双金属界面组织与力学性能的影响。结果表明:Nb/Cu/Ni和Nb/Cu复合中间层可以有效阻止Fe与Ti原子之间的扩散和金属间化合物的生成,连接界面无明显缺陷;采用100μm厚度的Nb/Cu双层中间层试样具有最佳的抗拉强度(552.1 MPa),分别为钛合金和不锈钢基材的58%和85%,断裂位置在Cu箔处,断裂方式为韧性断裂。在最佳的中间层材料和厚度下,成功制备了钛/钢机匣缩比件,验证了HIPAM技术的工艺可行性与适用性,本研究结果为实现多材料构件的复合成形提供了有益参考。

关键词：热等静压增材制造钢钛连接元素扩散中间层

压下量对钛/钢双层直接热轧复合板结合强度的影响

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热加工工艺 2025年第05期 101-104页

作者：梁经韬边丽萍韩绍杰朱金森王涛梁伟太原理工大学材料科学与工程学院太原理工大学先进金属复合材料成形技术与装备教部工程研究中心太原理工大学先进镁基材料山西省重点实验室

采用非真空直接热轧法在不同轧制压下量（30%～45%）下对TA1纯钛/304不锈钢双层复合板进行一道次热轧复合，考察压下量对复合板界面结合强度、组元板变形率、界面微观组织的影响。结果表明，随压下量的增加，复合板所受正应力和界面剪... 详细信息

采用非真空直接热轧法在不同轧制压下量（30%～45%）下对TA1纯钛/304不锈钢双层复合板进行一道次热轧复合，考察压下量对复合板界面结合强度、组元板变形率、界面微观组织的影响。结果表明，随压下量的增加，复合板所受正应力和界面剪切应力显著增加，界面接触面积加大、元素扩散加剧、TA1层晶粒显著细化，界面结合强度显著增加。当压下量为40%时，复合板界面结合强度显著增加，304与TA1的变形率比达到最高值75%，变形协调性最好；45%压下量时界面剪切强度最高，达237 MPa。

关键词：钛/钢复合板轧制压下量结合强度微观组织

基于模糊自调整PID的全液压矫直机位置控制研究

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轧钢 2025年第01期 107-112页

作者：曹益忠袁豪哈达张卫荣冯金刚太原理工大学机械工程学院太原理工大学先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心

全液压矫直机是消除钢板浪形缺陷和残余应力、保证平直度的重要精整设备，直接影响着板材的表面质量。传统矫直机主要通过常规PID控制液压缸的位置精度来实现辊缝的在线动态调整，但受来料不均、参数摄动以及伺服阀死区等因素影响使液... 详细信息

全液压矫直机是消除钢板浪形缺陷和残余应力、保证平直度的重要精整设备，直接影响着板材的表面质量。传统矫直机主要通过常规PID控制液压缸的位置精度来实现辊缝的在线动态调整，但受来料不均、参数摄动以及伺服阀死区等因素影响使液压系统具有非线性和参数时变等特点，因此针对传统PID控制很难满足现代矫直工艺要求的问题，提出了一种基于模糊自调整PID的矫直机液压位置控制策略，将模糊逻辑控制和常规PID控制结合，构成模糊自调整PID控制方法应用于矫直机的液压AGC系统。通过仿真和实验表明，该控制方法比常规的PID控制方法更加实用，在现场十三辊全液压高强板矫直机上可实现实际辊缝值与目标辊缝值的最大偏差控制在0.13 mm以内，平均偏差控制在0.06 mm以内，4个液压缸压力的最大偏差在1.00 MPa以内，平均偏差控制在0.12 MPa以内，对其他电液伺服系统的升级改造具有一定的指导意义。

关键词：矫直机液压系统 PID控制模糊自调整PID 位置控制

波/平-平轧制Mg/Al复合板界面结构演变及力学性能

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金属热处理 2025年第2期50卷 142-147页

作者：朱金森边丽萍雒宝权李腾王涛梁伟太原理工大学材料科学与工程学院山西太原030024 太原理工大学先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心山西太原030024 太原理工大学先进镁基材料山西省重点实验室山西太原030024

采用波/平-平轧制制备了Mg/Al复合板,并对复合板材进行200℃×1 h最终退火热处理。利用金相显微镜、扫描电镜(SEM/EDS)、电子背散射衍射仪和万能电子拉伸机探究了Mg/Al复合板界面结构演变及力学性能。结果表明,两种轧制方式第1道次及40... 详细信息

采用波/平-平轧制制备了Mg/Al复合板,并对复合板材进行200℃×1 h最终退火热处理。利用金相显微镜、扫描电镜(SEM/EDS)、电子背散射衍射仪和万能电子拉伸机探究了Mg/Al复合板界面结构演变及力学性能。结果表明,两种轧制方式第1道次及400℃×15 min中间退火后,界面均实现了冶金结合,界面处无金属间化合物生成。波-平轧制第2道次及200℃×1 h退火后,镁合金基体晶粒尺寸在波谷与波峰处呈现不均匀分布,波谷处晶粒得到明显细化,但晶粒尺寸大于平-平轧制,界面处形成“交错咬合式”金属间化合物颗粒,化合物沿波纹界面呈离散分布,具有更好的界面结合特性;平-平轧制界面则形成平直连续的金属间化合物层。波-平轧制工艺具有局部强压、强剪切的变形特征,较平-平轧制,Mg/Al复合板的抗拉强度、屈服强度高,塑性低。

关键词： Mg/Al复合板波-平轧制平-平轧制界面组织金属间化合物力学性能

均匀化处理及轧制对Al-Mg-Sc合金组织及力学性能的影响

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热加工工艺 2025年第05期 73-76页

作者：王鹏辉边丽萍于培文雒宝权王涛梁伟太原理工大学材料科学与工程学院先进镁基材料山西省重点实验室先进金属复合材料成形技术与装备教部工程研究中心

采用普通重力铸造法制备了新型Al-5.8Mg-0.4Mn-0.25Sc-0.25Zr合金，研究了均匀化处理对铸态合金组织、硬度和电导率的影响，确立了最佳工艺参数450℃×4 h；并对其进行变温4道次轧制，总压下量为68.4%，使轧制合金的抗拉强度、伸长率分... 详细信息

采用普通重力铸造法制备了新型Al-5.8Mg-0.4Mn-0.25Sc-0.25Zr合金，研究了均匀化处理对铸态合金组织、硬度和电导率的影响，确立了最佳工艺参数450℃×4 h；并对其进行变温4道次轧制，总压下量为68.4%，使轧制合金的抗拉强度、伸长率分别达到513.93 MPa、6.84%，强度是铸态合金的1.78倍，且塑性良好，大幅提高了Al-Mg-Sc合金的力学性能。450℃×4 h均匀化处理使铸态合金晶粒得到细化，同时晶内析出了大量细小、分散的Al3（Sc,Zr）弥散颗粒，显著提高了合金在变形过程中的位错累积速率，抑制了晶界/亚晶界迁移能力，获得了存在大量位错的细小亚晶组织，大幅提高合金的强度。高含量Mg溶质原子的固溶强化和高密度Al3（Sc,Zr）纳米析出相的析出强化也显著提高了合金的强度。

关键词： Al-Mg-Sc合金均匀化处理轧制 Al3(Sc,Zr) 力学性能