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.pdf

1、鎂合金因其低密度、高強(qiáng)度和資源豐富等諸多優(yōu)點(diǎn)，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(shí)際工作中會(huì)因?yàn)槌惺苎h(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(jìn)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(jìn)行了預(yù)測研究。
　　本文采用擠壓AZ31B和ZK60鎂合金進(jìn)行了多種不同加載路徑下的單軸和多軸疲勞實(shí)驗(yàn)，并

2、結(jié)合文獻(xiàn)中AZ61A鎂合金的疲勞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(backpropagation 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(jìn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)，還對AZ31B鎂合金進(jìn)行了應(yīng)變比R=-1，R=0，R=-∞下的

3、單軸實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)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(diǎn);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(jìn)行了預(yù)測，采用SWT模型對AZ31B和AZ

4、61A鎂合金3種不同應(yīng)變比加載下的疲勞壽命進(jìn)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(xiàn)-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)

5、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(biāo)準(zhǔn)BP網(wǎng)絡(luò))，學(xué)習(xí)率可變的動(dòng)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

6、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，