基于LPSO-GRNN模型的螺栓松紧状态预测研究

在轴重式动态汽车衡的服役状态下,由于受到重型货车频繁的加卸载循环冲击,会导致其内部螺栓发生松弛脱落,针对这一问题,提出了一种基于莱维飞行改进粒子群算法优化的广义回归神经网络(LPSO-GRNN)的轴重式动态汽车衡螺栓松紧状态预测模型,并结合振动信号特征提取,将该模型应用于汽车衡螺栓松紧状态的预测。首先,研究并提取了螺栓不同松紧状态下输出振动信号的波形指标、峰值指标、脉冲指标、峭度指标等信号特征,并将其作为模型的共同输入特征向量;然后,采用莱维飞行提高了粒子群优化算法的寻优能力,通过产生随机步长,提高了算法的全局寻优能力,避免算法陷入局部最优值;利用改进的算法对广义回归神经网络(GRNN)的光滑因子进行了优化,得到了全局最优的光滑因子;最后,通过设计实验,分别使用广义回归神经网络(GRNN)、粒子群算法优化广义回归神经网络(PSO-GRNN)和LPSO-GRNN,以此来对螺栓松紧状态进行了预测,并将预测结果与实际情况进行了对比分析。实验结果表明:基于LPSO-GRNN建立的螺栓松紧状态预测模型,其预测准确率可达到95%。研究结果表明:该螺栓松紧状态预测模型可以有效提高汽车衡螺栓松紧预测的准确率,同时有效解决粒子群算法容易陷入局部最优收敛的问题。

18R-LPSO相的体积分数对Mg-Zn-Y合金腐蚀行为与机理的影响

通过实验设计阐明LPSO相对镁合金腐蚀行为的影响。按照形成18R-LPSO相的最小结构单元,即Zn/Y=3/4(摩尔比),设计4种不同LPSO相体积分数的Mg-Zn-Y合金,对比研究4种合金的显微组织和腐蚀行为。结果表明,合金主要含有α-Mg和18R-LPSO相,18R-LPSO相的体积分数随着Zn和Y含量的增加而增加。4种合金中18R-LPSO相的体积分数依次为16.55%、34.45%、54.24%和70.36%,18R-LPSO相的空间分布也由离散块状变为连续网络状。当LPSO相的体积分数在50%左右时,合金的耐蚀性最好,体积分数大于或小于50%都会导致合金耐蚀性能降低。

超声振动对含LPSO结构的Mg_(98)Y_(1.0)Ni_(0.5)Al_(0.5)合金显微组织与力学性能的影响

低Y、Ni含量的LPSO结构增强镁合金具有低成本、优异力学性能的特点。为进一步提升其综合力学性能,掺杂Al元素及熔体超声振动处理是可行的途径。通过扫描电子显微镜、能谱分析、透射电子显微镜、X射线衍射和纳米压痕测试研究掺杂Al元素后低Y、Ni含量的Mg_(98)Y_(1.0)Ni_(0.5)Al_(0.5)合金的显微组织,对比超声振动对显微组织与力学性能的影响。掺杂Al后LPSO结构的含量降低,且在块状LPSO结构相邻处析出圆整的Al_(2)NiY相。Al_(2)NiY相与LPSO结构和Mg基体在界面处均不共格。通过对熔体施加超声振动处理后,Al_(2)NiY相被有效细化为短片状,并均匀分布在基体中,阻碍微裂纹的产生和扩展,从而提高Mg98Ni0.5Y1.0Al0.5合金的力学性能。与未经超声处理Mg_(98)Ni_(0.5)Y_(1.0)Al_(0.5)合金相比,其极限抗拉强度和伸长率提升至187 MPa和7.9%,分别增长21.4%和105.7%。

调控LPSO层片相Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的热变形行为及热塑性提升机制

以挤压态Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金为研究对象,通过热处理调控出晶内不含和含层片状LPSO相的两种合金,进行了热压缩试验。结果表明,含层片状LPSO相合金热塑性更好,主要是由于层片状LPSO相的扭折及其诱发的连续动态再结晶能有效提升合金的变形协调能力。随后,对含层片状LPSO相合金的热变形行为进行了深入研究,发现在低应变速率变形时,软化机制主要以不连续动态再结晶为主。在高应变速率变形时,动态回复和不连续动态再结晶共同作用,造成材料软化。结合应变0.8下的热加工图和典型区域微观组织分析,确定最佳成形温度为440~480℃,应变速率为0.001~0.01 s-1。提出了一种通过调控层片状LPSO相提升稀土镁合金热塑性的方法,为挤压态稀土镁合金的后续变形提供了新思路。

轧制对Mg-Gd-0.75Er-0.5Zn-0.18Zr镁合金组织和性能的影响

对Mg-Gd-0.75Er-0.5Zn-0.18Zr合金进行了不同方式的轧制,并对轧制后的合金进行了退火,对比分析了不同轧制工艺及退火处理对合金显微组织、力学性能的影响。结果表明:在轧制态下,常规轧制合金中多为变形晶粒,而交叉轧制合金板材的显微组织中多是细小均匀的等轴晶组织;常规轧制中第二相粒子沿轧制方向呈流线形分布,而交叉轧制中第二相粒子分布更加均匀弥散;交叉轧制的抗拉强度和伸长率要优于常规轧制的。经过500℃退火30 min后,两种合金轧制过程中形成的变形组织基本上消失,且合金中的第二相分布形态和成分并未发生明显改变;两种合金的抗拉强度都有所降低,但是伸长率明显提升,交叉轧制合金板材的性能依旧高于常规轧制合金板材的。

长周期有序堆垛相(LPSO)的研究现状及在镁合金中的作用

镁合金由于具有较高的比强度、比刚度以及良好的成形性和切屑加工性等优点,在航空航天、交通以及电子产品等领域获得了广泛的应用。但是由于镁合金的绝对强度较低,使其在结构件的应用上受到了一定的限制。近年来,采用稀土元素来提高镁合金的强度已成为镁合金研究领域的热点,尤其是Mg-Zn-Y镁合金。由于m(Y)/m(Zn)比的变化,Mg-Zn-Y中的强化相也逐渐产生变化,当m(Y)/m(Zn)>1时,在Mg-Zn-Y合金中出现与镁合金基体完全共格、但富含Y、Zn元素的结构及化学成分均有序的长周期堆垛有序相(LPSO)。相比于其他第二相,LPSO相具有高硬度、良好的热稳定性、良好的阻尼性能、高抗蠕变性能、高弹性模量等特点,因此,这种新型结构强化相在镁合金中对其力学性能的影响引起了研究人员的广泛关注,成为目前镁合金强韧化的研究热点。近几年的研究多是通过快速凝固粉末冶金、铜模铸造、溶体甩带等不同的铸造方法制备出含LPSO相的镁合金,并通过改变溶质原子种类、含量及比例的方法来探究LPSO相对镁合金性能的影响,之后通过热处理、挤压和轧制等加工工艺对LPSO相的数量、尺寸和分布进行调控,进而提高镁合金的性能。而有关LPSO相的微观结构,如LPSO相结构中各原子的排列方式和具体位置等,通过第一性原理计算模拟、选区电子衍射(SADP)、高分辨率透射(HRTEM)及高角环形暗场像扫描电子显微镜(HAADF-STEM)等方法进行研究,已经建立了一个比较完善的LPSO相结构模型。同时,近几年对镁合金凝固和变形过程LPSO相结构中原子的运动研究也有了突破性的进展。在21世纪初,有研究人员通过快速凝固和热挤压的方法制备出的Mg97Zn1Y2(原子分数)合金的屈服强度和延伸率分别达到了610 MPa和5%,这些优异的力学性能归因于纳米级的LPSO相。本文综述了镁合金中LPSO相的形成机制、类型及其含LPSO相的合金体系,并对LPSO相的结构堆垛有序和化学成分有序进行了详尽的叙述,同时分析了LPSO相提高镁合金强度、塑性、抗蠕变性及高阻尼性能的机理;阐述了含LPSO相镁合金的制备工艺对其性能产生的影响;最后对含LPSO相镁合金的发展方向进行了展望。

Mg-Al-Gd铸造合金的相平衡及凝固行为

采用CALPHAD(CALculation of PHAse Diagrams)方法重新对Mg-Al-Gd三元系进行评估,获得一套自洽的热力学参数。用Mg_(x)(TM,Mg)_(6)(RE,Mg)_(8)热力学模型(TM=过渡金属,RE=稀土金属)描述长周期堆积有序相14H和18R。计算代表性的等温截面、垂直截面、液相线投影图和相关的零变量反应,与实验数据进行比较,表明所得热力学参数的可靠性。绘制了整个三元体系的反应图,并对几种Mg-Al-Gd合金的Scheil凝固路径和相分数进行计算和分析,清楚地描述了凝固过程中各相的形成以及γ和LPSO相的相分数随Gd成分的变化,这些是影响Mg-Al-Gd合金的显微硬度、极限抗拉强度和屈服强度的重要因素。

Mg_(97)ZnY_2合金中LPSO结构的研究现状

综述了国内外几种制备Mg_(97)ZnY_2合金的工艺特点和研究现状,分析了该合金中几种不同长周期结构(Long period stacking ordered structure,简称LPSO)的形成机制及堆跺方式,提出了Mg_(97)ZnY_2合金当前研究的主要问题,并展望了Mg_(97)ZnY_2合金应用于现实生产的前景。

18R单相Mg-Y-Zn合金经773K退火过程中14H LPSO相的析出行为（英文）

为了揭示14H相的形成机理,制备并研究了18R LPSO单相Mg-Y-Zn(简称S18)合金经773 K退火100 h的显微组织演变。结果表明:铸态S18合金主要由18R相组成(其体积分数高于93%),并含有少量的W相和α-Mg相。退火时,S18合金中的18R相保持稳定,未转变成14H LPSO结构。然而,在α-Mg相内部形成了14H层片相,其尺寸和体积分数随着退火时间的延长不断增大。TEM分析表明,14H相在α-Mg内基面堆垛层错区域独立形核。14H层片的增厚生长是界面控制过程,与基面台阶的形成密切联系。而14H层片的伸长生长属于扩散控制,与溶质元素的扩散有关。该18R单相合金中14H相的形成机理可通过反应式α-Mg'→α-Mg+14H表示。

定向凝固制备Mg_(98.5)Zn_(0.5)Y_1合金中LPSO相的结构及其对合金电磁屏蔽性能的影响

研究了定向凝固制备Mg_(98.5)Zn_(0.5)Y_1合金中LPSO相的微观结构以及对电磁屏蔽性能的影响。实验结果表明Mg_(98.5)Zn_(0.5)Y_1合金中生成了有序排列的片层状14H-LPSO相。通过对比普通铸造与定向凝固Mg_(98.5)Zn_(0.5)Y_1合金的电磁屏蔽性能,发现有序排列的LPSO相可以提高合金的电磁屏蔽性能。阐述了多层均匀平面体屏蔽体的理论模型,探讨了长周期有序相的位向与镁合金电磁屏蔽性能的关系。通过在合金中加入Zr元素,研究了LPSO相的宽度对电磁屏蔽性能的影响。结果表明,在高频下细小的LPSO相能够提升材料的电磁屏蔽性能。

镁合金中LPSO结构与形成机制的研究进展

长周期堆垛(LPSO)结构可显著提高镁合金的强度、伸长率、抗蠕变和耐腐蚀性能,是高强韧镁合金研究的热点。综述6H、10H、14H、18R和24R-LPSO结构类型、特点,对比分析不同LPSO结构的形成机制和转换关系,提出LPSO结构研究的发展方向。

轧制工艺对Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金中LPSO相及其组织性能的影响

研究"轧制+固溶+轧制"工艺和"固溶+轧制"工艺对Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金中LPSO相及其组织性能的影响。结果表明:经"轧制+固溶+轧制"工艺处理后,合金中块状LPSO相较小,且分布弥散,合金的组织由细小的再结晶晶粒组成,最终合金获得较好的综合力学性能,抗拉强度(UTS)达到347 MPa,伸长率(EL)为11.6%;经"固溶+轧制"工艺处理后,合金中块状LPSO相较粗大,分布不均匀,由于固溶退火后析出的层状LPSO相阻碍合金的再结晶,轧制后合金中仍存在变形组织,最终合金具有相对较高的抗拉强度(UTS为358 MPa),但是伸长率较低(EL为6.6%);对比而言,"轧制+固溶+轧制"工艺易进行更大压下量轧制,进而获得更高综合力学性能。

Mg-RE合金LPSO结构的析出与控制研究进展

在Mg-RE合金中添加微量合金元素,并通过一定的工艺控制可以获得层片状的长周期堆垛(LPSO)结构,使合金的综合力学性能得到大幅度提高。LPSO结构增强镁合金已成为高强韧镁合金研究的热点。结合不同Mg-RE合金综述不同LPSO结构的类型、特点、形成条件、形成机制和控制方法以及对力学性能的影响,提出Mg-RE系合金中LPSO结构研究需要解决的主要问题和LPSO结构增强镁合金的发展方向。

Mg-Y-Nd-Zn合金中LPSO的存在对孪晶形成的影响

利用背散射电子衍射(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)技术研究了含LPSO结构的Mg-1.1Y-0.4Nd-0.8Zn(at.%)合金中的孪晶形成特征。结果发现14H型LPSO结构的存在对压缩变形所生成孪晶类型影响不大,但会使孪晶板条尺寸减小且与板条边界交截产生台阶。受14H型LPSO结构存在的影响,(1012)孪晶表现出两种生长形态:在LPSO片层较窄且分布稀疏区域,孪晶可直接切过并使LPSO片层发生3.7°弯折;而在LPSO片层较厚其密度较高区域,孪晶无法穿越LPSO片层,但其可通过在随后片层的另一端重新形核生长方式继续进行传播。

Mg-Zn-Y合金中14H-LPSO相与W相的电子结构与弹性性能的第一性原理计算

运用密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法计算了14H-LPSO相和Mg_3Y_2Zn_3(W相)的能带、态密度、电子结构及弹性常数,计算的晶格参数与实验值相吻合。能带结构和态密度分析计算结果显示,14H-LPSO相成键能量范围主要在-8~3eV之间,W相的成键能量范围主要在-8~0.5eV之间。这表明LPSO相成键峰主要来自Mg3s、Zn4s、Y5s和4p轨道,W相的成键峰主要来自Mg3s、Zn3p和Y4d轨道。14H-LPSO相的(0001)面的电荷密度分析表明,Zn原子和Mg原子之间的电子云重叠较强,两者形成了较强的共价键;Zn原子和Y原子之间的电子云重叠较弱,形成较弱的共价键;W相的(011)面的电荷密度分析表明Zn原子和Y原子之间的电子云重叠较强,两者形成了较强的共价键。通过计算14H-LPSO相与W相的弹性常数,推导了体积模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比、弹性各向异性系数的计算式。将两者与Mg基体进行比较,结果表明,三者的塑性关系为Mg基体>14H-LPSO相>W相,其中W相的硬度最大。

镁合金中LPSO相的应用研究进展

Mg-RE-Zn合金体系由于其特殊的相结构而具有优越的力学性能,其较好的耐热和抗腐蚀性以及一定的电磁屏蔽性能引起了金属行业的广泛关注。含有的LPSO相由于特殊的构造吸引了相关领域的研究。综述了当前国内外研究LPSO相的最新进展,介绍了LPSO相在提高合金性能方面的应用以及定向凝固中不同取向LPSO相的变形机制。

含LPSO结构相稀土镁合金热扭转变形的动态再结晶

基于扭转实验,研究了含LPSO结构相的高强耐热稀土镁合金在扭转变形条件下的组织和性能演变。采用热扭转变形对铸态Mg-13Gd-4Y-2Zn-0. 5Zr镁合金施加累积剪切应变,获得合金的扭转等效应力-等效应变曲线,确定了该种合金不同变形条件下的动态再结晶临界应变,并结合光学显微镜(OM)和显微硬度计对合金的组织和力学性能进行了表征。实验结果表明:低应变速率下(0. 001和0. 01 s-1),在很小的临界应变下就发生动态再结晶。较高应变速率下(0. 1 s-1),随变形温度升高,临界等效应变降低,更易发生动态再结晶。在400℃变形时,低应变速率下(0. 001 s-1)发生明显的不连续动态再结晶,沿晶界形成'项链状'组织。随应变速率增加,晶粒内部依次启动LPSO结构相变形扭折、连续动态再结晶和孪生机制以协调变形。在应变速率为0. 01 s-1时,随温度升高,动态再结晶程度增加,在LPSO结构相扭折处产生塞积,使LPSO结构相断裂、细化。由于扭转变形时,从边缘到心部变形量不同,从心部到边缘的显微硬度值逐渐增大。总体上,低温变形时的力学性能较好,但是,在350~450℃的温度范围内显微硬度值大小差距不明显。

基于LPSO与BP神经网络电阻点焊工艺参数建模优化

电阻点焊工艺参数的设置对点焊焊接质量有着非常重要的作用,难以建立精确的数学模型。基于此,提出一种将Logistic映射微粒群优化算法(LPSO)与BP神经网络相结合的方法,对0.8mm厚08AL钢板点焊工艺参数建模优化。在详细分析点焊工艺的基础上,利用BP神经网络建立点焊工艺参数与焊接质量之间的模型,同时结合LPSO的全局寻优能力,对点焊工艺参数进行优化,获得三大主要工艺参数(点焊时间、点焊电流与电极压力)的最优匹配。以点焊时间9周波、点焊电流11.41k N、电极压力1.7k N的最优工艺参数组合进行试验,结果表明,与BP+COA和正交实验法相比,该方法具有更高的可靠性。

汽车用高强韧含LPSO相镁合金的研究现状及展望

概述了含长周期堆垛有序(LPSO)相镁合金的研究现状,介绍了LPSO相的基本结构特性,包括LPSO相的精细结构、形成条件及转化关系。指出LPSO相有益于镁合金的力学性能的提高,并综述了含LPSO相镁合金的力学行为及强韧化机制。LPSO相的形成、转化问题是当前研究重点。

高性能VW73B镁合金微观组织与力学性能研究

随着全球节能减排政策的推进,高性能镁合金因其低密度、高比强度、可持续发展等优势在交通运输领域得到了广泛的应用。本文通过OM,SEM和TEM等手段研究了VW73B镁合金铸态、均匀化态、挤压态以及时效态的微观组织与性能。结果表明:铸态合金由α‑Mg、(Mg,Zn)3RE相、Mg5(RE,Zn)相和LPSO相构成,均匀化处理后,合金中仅存在α‑Mg和LPSO结构相。挤压变形后,晶粒显著细化,分布于晶界处的块状LPSO结构相促进了动态再结晶行为的发生。挤压态合金由未发生动态再结晶的粗晶和细小的动态再结晶晶粒组成,LPSO结构相沿挤压方向呈流线分布。峰时效态合金中存在大量纳米级β'沉淀相和细长针状基面层错,其抗拉强度为416 MPa,屈服强度为344 MPa,断后伸长率为10.0%。VW73B合金优异的力学性能是细晶强化、时效强化、块状LPSO结构相以及层片状LPSO结构相共同作用的结果。