本文關(guān)鍵詞：基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的鎂合金疲勞壽命預(yù)測方法研究

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【摘要】：鎂合金因其低密度、高強度和資源豐富等諸多優(yōu)點,在汽車、通訊和航空航天等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。任何工程結(jié)構(gòu)材料,在實際工作中會因為承受循環(huán)載荷而導(dǎo)致疲勞失效,鎂合金亦不例外。許多研究者對鎂合金單軸加載下的疲勞性能和壽命進行了廣泛研究,但鎂合金多軸加載下的研究非常有限。近幾年,課題組采用傳統(tǒng)的疲勞壽命模型對鎂合金的多軸疲勞壽命進行了預(yù)測研究。本文采用擠壓AZ31B和ZK60鎂合金進行了多種不同加載路徑下的單軸和多軸疲勞實驗,并結(jié)合文獻中AZ61A鎂合金的疲勞實驗數(shù)據(jù),采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(back propagation neural network)技術(shù)預(yù)測鎂合金不同加載路徑下的疲勞壽命,并和基于臨界平面法的傳統(tǒng)多軸疲勞模型預(yù)測的結(jié)果進行了比較。具體研究工作和成果如下:(1)針對擠壓AZ31B和ZK60鎂合金進行了單軸拉壓、純扭、45°比例和90°圓形非比例等4種加載路徑下的多軸疲勞實驗,還對AZ31B鎂合金進行了應(yīng)變比R?-1,R?0,R?-?下的單軸實驗。實驗結(jié)果表明,AZ31B和ZK60鎂合金在所有加載路徑下的應(yīng)變-壽命曲線都存在拐點;鎂合金的疲勞壽命與應(yīng)變幅值和加載路徑有緊密聯(lián)系。(2)分別采用SWT(Smith-Watson-Topper)模型、F-S(Fatemi-Socie)模型、修正SWT模型和CLX(Cheng Lixia)模型等4種多軸疲勞模型對AZ31B、ZK60和AZ61A鎂合金4種加載路徑下的疲勞壽命進行了預(yù)測,采用SWT模型對AZ31B和AZ61A鎂合金3種不同應(yīng)變比加載下的疲勞壽命進行了預(yù)測。結(jié)果顯示:AZ31B鎂合金4種加載路徑下,CLX模型壽命預(yù)測精度最高,預(yù)測結(jié)果都在5倍偏差界限內(nèi),78.9%的預(yù)測結(jié)果在2倍偏差界限內(nèi);ZK60鎂合金4種加載路徑下,F-S模型的壽命預(yù)測精度最高,98.0%的預(yù)測結(jié)果在5倍偏差界限內(nèi),77.6%的預(yù)測結(jié)果在2倍偏差界限內(nèi);AZ61A鎂合金4種加載路徑下,修正SWT模型的壽命預(yù)測精度最高,其預(yù)測結(jié)果都在5倍偏差界限內(nèi),68.1%的預(yù)測結(jié)果在2倍偏差界限內(nèi)。AZ31B鎂合金3種應(yīng)變比加載下,壽命預(yù)測結(jié)果都在5倍偏差界限內(nèi),93.9%的預(yù)測壽命在2倍偏差界限內(nèi);AZ61A鎂合金3種應(yīng)變比加載下,壽命預(yù)測結(jié)果都在5倍偏差界限內(nèi),93.2%的預(yù)測結(jié)果在2倍偏差界限內(nèi)。(3)采用4種不同的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測了鎂合金的疲勞壽命。網(wǎng)絡(luò)包括最速下降算法的BP網(wǎng)絡(luò)(SDBP模型,即標準BP網(wǎng)絡(luò)),學習率可變的動量BP網(wǎng)絡(luò)(VLMOBP模型),以相對誤差平方和作為誤差性能函數(shù)的VLMOBP(VLMOBP-SSRE模型)和遺傳算法優(yōu)化的BP網(wǎng)絡(luò)(GABP模型)。預(yù)測結(jié)果表明,AZ31B鎂合金4種加載路徑下,GABP模型預(yù)測精度最高,其預(yù)測結(jié)果都在5倍偏差界限內(nèi),97.4%的預(yù)測結(jié)果在2倍偏差界限內(nèi);ZK60鎂合金4種加載路徑下,GABP模型的精度最高,其預(yù)測結(jié)果都在2倍偏差界限內(nèi)。AZ61A鎂合金4種加載路徑下,4種BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測結(jié)果都在2倍偏差界限內(nèi)。AZ31B和AZ61A鎂合金3種不同應(yīng)變比加載下,4種BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測結(jié)果都在2倍偏差界限內(nèi)。(4)從壽命預(yù)測的精度對比評價了幾種傳統(tǒng)多軸疲勞模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法,結(jié)果表明,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在預(yù)測鎂合金壽命時更有優(yōu)勢。另外,對傳統(tǒng)疲勞模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在疲勞壽命預(yù)測時的優(yōu)缺點進行了探討。
【關(guān)鍵詞】：鎂合金 壽命預(yù)測 多軸疲勞模型 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.22;TP183
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 鎂合金概述12-14
• 1.1.1 鎂及鎂合金的特點12
• 1.1.2 鎂合金的分類12-13
• 1.1.3 鎂合金的應(yīng)用13-14
• 1.2 鎂合金的疲勞性能研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.1 鎂合金的單軸疲勞性能14-16
• 1.2.2 鎂合金的多軸疲勞性能16
• 1.3 疲勞壽命預(yù)測方法16-19
• 1.3.1 Masson-Coffin法則17
• 1.3.2 等效應(yīng)力/應(yīng)變法17
• 1.3.3 能量法17
• 1.3.4 臨界面法17-19
• 1.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述19-21
• 1.4.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展19-20
• 1.4.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用20-21
• 1.4.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在疲勞壽命預(yù)測的應(yīng)用21
• 1.5 本文的工作和研究意義21-24
• 第2章 實驗及結(jié)果分析24-36
• 2.1 材料及試件24-26
• 2.2 實驗26-28
• 2.2.1 實驗設(shè)備26-27
• 2.2.2 實驗加載路徑27-28
• 2.3 實驗結(jié)果28-30
• 2.3.1 疲勞實驗1結(jié)果28-30
• 2.3.2 疲勞實驗2結(jié)果30
• 2.4 實驗結(jié)果分析30-33
• 2.4.1 等效應(yīng)變-壽命曲線30-33
• 2.4.2 影響鎂合金疲勞壽命的因素33
• 2.5 本章小結(jié)33-36
• 第3章 傳統(tǒng)多軸疲勞模型預(yù)測結(jié)果36-54
• 3.1 引言36
• 3.2 AZ31B多軸疲勞壽命預(yù)測36-41
• 3.2.1 SWT模型36-37
• 3.2.2 F-S模型37-38
• 3.2.3 修正SWT模型38-39
• 3.2.4 CLX模型39-41
• 3.3 ZK60多軸疲勞壽命預(yù)測41-45
• 3.3.1 SWT模型41-42
• 3.3.2 F-S模型42-43
• 3.3.3 修正SWT模型43-44
• 3.3.4 CLX模型44-45
• 3.4 AZ61A多軸疲勞壽命預(yù)測45-49
• 3.4.1 SWT模型45-46
• 3.4.2 F-S模型46-47
• 3.4.3 修正SWT模型47-48
• 3.4.4 CLX模型48-49
• 3.5 AZ31B和AZ61A三種應(yīng)變比下的疲勞壽命預(yù)測49-52
• 3.5.1 AZ31B鎂合金49-50
• 3.5.2 AZ61A鎂合金50-52
• 3.6 本章小結(jié)52-54
• 第4章 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測結(jié)果54-72
• 4.1 引言54-57
• 4.2 SDBP和VLMOBP模型57-62
• 4.2.1 AZ31B多軸加載58-59
• 4.2.2 ZK60多軸加載59-60
• 4.2.3 AZ61A多軸加載60-61
• 4.2.4 AZ31B三種應(yīng)變比下加載61
• 4.2.5 AZ61A三種應(yīng)變比下加載61-62
• 4.3 VLMOBP-SSRE模型62-66
• 4.3.1 AZ31B多軸加載63
• 4.3.2 ZK60多軸加載63-64
• 4.3.3 AZ61A多軸加載64-65
• 4.3.4 AZ31B三種應(yīng)變比下加載65
• 4.3.5 AZ61A三種應(yīng)變比下加載65-66
• 4.4 GABP模型66-69
• 4.4.1 AZ31B多軸加載67
• 4.4.2 ZK60多軸加載67-68
• 4.4.3 AZ61A多軸加載68
• 4.4.4 AZ31B三種應(yīng)變比下加載68-69
• 4.4.5 AZ61A三種應(yīng)變比下加載69
• 4.5 本章小結(jié)69-72
• 第5章 傳統(tǒng)疲勞模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對比評價72-88
• 5.1 引言72
• 5.2 預(yù)測結(jié)果及精度比較72-83
• 5.2.1 AZ31B鎂合金多軸加載72-75
• 5.2.2 ZK60鎂合金多軸加載75-77
• 5.2.3 AZ61A鎂合金多軸加載77-79
• 5.2.4 AZ31B三種應(yīng)變比加載79-81
• 5.2.5 AZ61A三種應(yīng)變比加載81-83
• 5.3 傳統(tǒng)疲勞模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的評價83-86
• 5.4 本章小結(jié)86-88
• 第6章 結(jié)論與展望88-92
• 6.1 結(jié)論88-89
• 6.2 展望89-92
• 附錄A92-93
• 附錄B93-96
• 參考文獻96-100
• 致謝100-102
• 攻讀學位期間參加的科研項目和成果102

【共引文獻】

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本文編號：953433