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TC11钛合金热变形微观组织预报的神经网络模型

作　者: 李鸿涛
导　师: 陈慧琴
学　校: 太原科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: TC11钛合金流变应力微观组织 BP神经网络遗传算法等温锻造
分类号: TG146.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

随着计算机技术和现代塑性变形理论的发展,热塑性成形数值模拟的研究已经从金属的宏观塑性流动行为或局部热力参数的分布,深入到微观组织演变过程的预测和控制。本文以TC11钛合金为研究对象,采用人工神经网络方法建立热变形工艺参数与微观组织之间的映射关系,预测TC11钛合金热变形中微观组织的分布。这对于制定该合金合理的热变形工艺,保证产品的质量和性能,具有重要的理论价值和实用价值。本文通过在Thermecmastor-Z型热力模拟试验机上进行的等温恒应变速率压缩试验,研究了变形温度、变形程度和变形速率对TC11钛合金高温流变应力影响规律。基于此试验数据,运用BP神经网络方法建立了TC11钛合金高温变形过程中流变应力模型。为提高网络收敛的稳定性,本文提出运用遗传算法优化网络的初始权值和阈值,取得了较好的效果。神经网络的预测结果与试验结果对比分析表明所建立的BP神经网络模型能够比较精确地预测不同变形条件TC11钛合金的高温流变应力。采用定量金相测试技术,获得了TC11钛合金两相区初生α相晶粒直径和体积分数。并分析了变形工艺参数(包括变形温度、变形速度、变形程度)对以上微观组织参数的影响规律。基于此试验数据,运用BP神经网络建立了TC11钛合金高温变形过程中微观组织演变模型,同时对该模型进行了可靠性测试。测试结果表明所建立的微观组织演变模型预测精度较高,具有良好的稳定性和抗干扰能力。最后,本文将所建立的TC11钛合金流变应力模型和微观组织演变模型耦合到有限元程序中,对钛合金盘的锻造成形过程进行了变形-传热-微观组织演变耦合模拟。研究了变形工艺参数对微观组织演变的影响,并进行了试验验证。研究结果表明,所建立的模型的预测误差在10%以内。由此表明,本文所建立的TC11钛合金高温变形过程中的微观组织演变模型与流变应力模型具有较高的可靠性和稳定性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-18
  1.1 引言  9
  1.2 钛合金应用与发展概述  9-10
    1.2.1 钛合金的特点及应用  9-10
    1.2.2 钛合金的发展概况  10
  1.3 钛合金锻造成形技术研究现状  10-11
  1.4 钛合金微观组织研究进展  11
  1.5 有限元数值模拟技术在塑性加工中的应用  11-14
    1.5.1 金属塑性加工有限元数值模拟技术的发展  11-12
    1.5.2 有限元数值模拟技术在微观组织演变模拟中的应用  12-14
  1.6 人工神经网络方法在金属塑性成形中的应用  14-16
  1.7 TC11 钛合金特点和应用  16
  1.8 本文研究的主要内容  16-18
第二章 BP 网络基本理论及其实现  18-31
  2.1 引言  18
  2.2 BP 网络的数学思想及实现步骤  18-24
    2.2.1 BP 网络的数学描述  18-22
    2.2.2 BP 网络的实现步骤  22
    2.2.3 BP 网络的优缺点及改进措施  22-24
  2.3 BP 网络与遗传算法  24-27
    2.3.1 遗传算法理论  25-26
    2.3.2 遗传算法优化神经网络的权值和阈值  26-27
  2.4 MATLAB 软件神经网络工具箱及遗传算法工具箱简介  27-30
    2.4.1 神经网络工具箱简介  28
    2.4.2 遗传算法工具箱(GAOT)简介  28-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章 TC11 钛合金热力模拟试验研究  31-36
  3.1 引言  31
  3.2 试验材料及试验方法  31-32
    3.2.1 试验材料  31
    3.2.2 试样尺寸及原始组织状态  31-32
    3.2.3 等温恒应变速率压缩试验  32
  3.3 TC11 钛合金的热变形力学行为研究  32-35
  3.4 本章小结  35-36
第四章 TC11 钛合金本构关系BP 网络模型的建立  36-47
  4.1 引言  36
  4.2 训练样本的采集  36-37
  4.3 样本划分  37-38
  4.4 数据归一化处理  38
  4.5 BP 网络拓扑结构的设计  38-40
    4.5.1 隐层数目的选取  39
    4.5.2 隐层结点的选取  39-40
  4.6 TC11 钛合金流变应力BP 网络模型结构参数设定  40-41
    4.6.1 初始权值和阈值的设定  40-41
    4.6.2 传递函数的选择  41
    4.6.3 其它网络结构参数的设置  41
  4.7 仿真结果与分析  41-46
    4.7.1 (α+ β) 相区仿真结果与分析  41-43
    4.7.2 β相区仿真结果  43-46
  4.8 本章小结  46-47
第五章 TC11 钛合金微观组织演变的BP 网络模型的建立  47-57
  5.1 引言  47
  5.2 试验方案  47-48
  5.3 试验结果分析  48-50
    5.3.1 变形温度的影响  48-49
    5.3.2 变形速率的影响  49-50
  5.4 微观组织演变的BP 神经网络模型的建立  50-56
    5.4.1 样本数据的划分  50-51
    5.4.2 网络结构及参数的设置  51
    5.4.3 结果分析和讨论  51-56
  5.5 本章小结  56-57
第六章钛合金盘锻造过程的数值模拟研究  57-63
  6.1 引言  57
  6.2 MARC 软件二次开发  57
  6.3 等温锻造过程的数值模拟  57-59
    6.3.1 相关模型  57-58
    6.3.2 模拟工艺方案  58
    6.3.3 有限元计算流程  58-59
  6.4 等温锻造过程的模拟结果及分析  59-61
  6.5 钛合金盘等温锻造模拟结果的试验验证  61-62
    6.5.1 盘件的微观组织检测  61
    6.5.2 模拟结果与试验结果的对比分析  61-62
  6.6 本章小结  62-63
第七章结论  63-65
参考文献  65-69
攻读硕士期间发表的论文  69-70
致谢  70-71
个人简况及联系方式  71-72

TC11钛合金热变形微观组织预报的神经网络模型

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