融合BP-ANN-MCSA算法的电弧增材工艺参数寻优策略研究

为解决电弧熔丝增材过程中工艺参数协同性问题,进行增材工艺参数优化,基于实验与BP神经网络深度学习构建了增材参数与焊道形状的映射关系,建立了增材工艺参数反算模型。将爬山算法进行改进,并与BP神经网络进行深度融合,根据预设电弧增材形貌目标对电弧熔丝增材工艺参数进行寻优,实现了对不同焊道宽高和焊道表面平整度要求下的增材工艺参数优化。最后,通过实验对该模型进行验证,将实验形状参数代入反算模型,将计算所得优化工艺参数与实验预设增材工艺参数进行对比,各项对应参数相对误差的平均绝对值均在5%以内,优化结果有效,证明了该增材工艺参数反算模型及寻优策略的可靠性与实用性。

自动化平板堆焊的单层多道焊缝表面平整度研究

基于自主研制的大型电弧熔丝增材原型设备,设计开展了64组CN645ACW型焊丝的单层单道熔丝增材实验,构建了焊缝宽度和高度对应电压、送丝速度、焊接速度的BP神经网络模型。基于此模型,反向锁定了特定焊缝宽度和高度对应的增材工艺参数。开展了36组不同焊缝高度、焊缝宽度和焊缝间距的单层多道电弧熔丝增材实验,并建立了焊缝表面平整度的BP神经网络模型,分析了焊缝形状和间距对焊缝表面平整度的影响。结果表明,增大焊缝宽度、高度及间距,表面平整度值呈现增大趋势。在小倍数焊缝间距情况下,表面平整度值的增大趋势随着焊缝宽度和间距的增大而增大;大倍数焊缝间距情况下,增大趋势反而有所下降。相同焊缝间距下,焊缝平整度值主要由熔丝增材的堆积效应决定,焊缝宽度和高度越大,堆积效应越明显,表面平整度越差。

单道熔丝积材残余应力分布及锤击消除研究

通过植入焊接移动热源程序于有限元软件中,建立了平板单道熔丝积材有限元模型;再将熔丝积材的有限元模拟结果作为初始条件输入接触锤击模型中建立了熔丝-锤击显隐式分步耦合有限元模型,模拟得到熔丝积材后温度场和残余应力场分布,以及锤击后的残余应力场分布。此外,重点分析了锤击速度和锤头形状对熔丝积材残余应力的消除效果,结果表明,适当增大锤击速度,选用小端面圆形锤头能获得更优的残余应力消除效果。通过自主研制的大型数控电弧熔丝积材原型设备开展积材-锤击实验,验证了有限元模型的有效性及锤击消除残余应力方法的可靠性。

电弧熔丝增材中锤击消除控制残余应力预设目标下介入温度寻优

为优化锤击介入温度,构建了电弧熔丝增材-锤击耦合有限元分析模型。总结了锤击消除控制残余应力的基本机理为锤击产生的塑性延展变形抵消了焊缝内部的残余拉伸弹性应变。重点分析了增材和不同锤击介入温度下锤击处理后残余应力场及锤击变形量分布与演变规律,并进一步寻求锤击残余应力消除控制策略及变形量协调优化策略。结果表明,在锤击介入温度为650℃时锤击消除残余应力效果最为显著。在合适的锤击介入温度下,焊缝不会遭到机械破坏,还会产生合适的变形量以抵消内部残余拉伸应变,释放残余拉应力。

基于硫化物沉淀反应的光子晶体重金属传感器

重金属离子具有毒性大、生物累积性强和不可降解等特点,能够通过地下水或食物链的方式进入人体,严重危害人体健康.因此,开发能够快速检测重金属离子的传感器对环境风险评估和食品安全有着重要意义.本文基于硫化物沉淀反应,制备了一种具有普遍响应性的聚合物光子晶体重金属传感器,通过调节硫化钠的浓度可以实现对不同浓度重金属离子的检测:当硫化钠的浓度为2 g/L时可对1~7 g/L的重金属离子进行检测,当硫化钠的浓度为1 g/L时可对0.5~1 g/L的重金属进行检测,Hg^(2+)、Cu^(2+)、Ag+、Pb^(2+)的最低检测限分别为0.5 g/L、0.5 g/L、0.5 g/L、1 g/L.在不同浓度的重金属离子中传感器呈现出不同的结构色,从而实现了对重金属离子的可视化半定量检测.此外,传感器还具有良好的选择性和重复使用性.

Effect of alloying on high temperature fatigue performance of ZL114A(Al-7Si) alloy

The effect of Cu,Fe and Ni on high-temperature mechanical performance and fatigue properties of ZL114A alloy was studied through high temperature fatigue test and SEM.The results show that the three elements have a detrimental influence on high temperature cyclic fatigue life.When the contents (mass fraction) of Fe,Cu and Ni in ZL114A alloy are 0.28%,1.53% and 0.16%,respectively,the high temperature tensile strength and cyclic fatigue of ZL114A alloy are improved from 194 MPa and 40.2 MPa to 236 MPa and 48.2 MPa by alloying.The main reason that high temperature tensile strength and cyclic fatigue of ZL114A alloy are improved significantly is that the three elements greatly improve the proportion of Cu/Mg in ZL114A alloy and nickel content.