數(shù)據(jù)軟計(jì)算建模與優(yōu)化及其在材料工程中的應(yīng)用.pdf

1、由材料成分和工藝預(yù)測(cè)性能，或由預(yù)定性能設(shè)計(jì)材料成分和工藝，實(shí)現(xiàn)材料的計(jì)算設(shè)計(jì)，是材料科學(xué)與工程中重要的研究課題之一，但目前尚難以從機(jī)理出發(fā)通過理論計(jì)算設(shè)計(jì)工程材料。一種可行的方法是，建立數(shù)據(jù)模型，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。由于傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)建模難以反映材料中存在的復(fù)雜交互作用關(guān)系，而用軟計(jì)算實(shí)現(xiàn)材料經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)建模和優(yōu)化更為有效，目前正成為新的學(xué)科交叉點(diǎn)和研究熱點(diǎn)。因此，開展材料經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)建模與優(yōu)化研究，不但可以豐富和完善材料設(shè)計(jì)理論和方法，而且具有重要的實(shí)

2、用價(jià)值。 鑒于此，論文旨在形成一個(gè)用于材料經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)軟計(jì)算建模與優(yōu)化框架。主要對(duì)以下內(nèi)容開展研究：改進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法，簡(jiǎn)化模糊推理系統(tǒng)；改進(jìn)遺傳算法和粒群優(yōu)化算法；開展軟計(jì)算在工程材料中的應(yīng)用研究。 在建模與優(yōu)化理論方面，主要?jiǎng)?chuàng)新與突破表現(xiàn)在：提出了基于貝葉斯權(quán)重規(guī)范化的差異演化訓(xùn)練算法，改善了多層前饋型網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)精度和泛化能力；綜合采用模糊聚類、誤差回逆學(xué)習(xí)及基于相似分析的規(guī)則庫(kù)約減，提高了高木—關(guān)野(Takag

3、i-Sugeno)型模糊推理系統(tǒng)的可解釋性；改進(jìn)了遺傳算法編碼方式，并用模糊控制策略調(diào)整交叉和變異過程，形成了高效的十進(jìn)制遺傳算法和十進(jìn)制近似遺傳算法，提高了尋優(yōu)速度和計(jì)算效率；用模糊控制和差異演化控制粒群優(yōu)化參數(shù)，形成了高效快速的復(fù)合粒群算法，同時(shí)將捕食優(yōu)化等新算法用于材料優(yōu)化；實(shí)現(xiàn)了模糊決策的多目標(biāo)材料參數(shù)優(yōu)化，形成了基于軟計(jì)算的材料經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)理論框架。 在實(shí)際應(yīng)用方面，取得的成果包括：建立了基于網(wǎng)形圖的沖天爐熔煉工藝模型，在

4、預(yù)定熔化率和爐溫的模糊限制條件下，以提高熱效率為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了工藝參數(shù)的模糊多目標(biāo)優(yōu)化；通過ZL101A合金成分—力學(xué)性能建模分析，對(duì)Si、Mg和Fe含量進(jìn)行優(yōu)化，在濕砂型T5狀態(tài)下，使抗拉強(qiáng)度σb和伸長(zhǎng)率δ5穩(wěn)定在250±10MPa和3.0±0.5％；通過A319鑄造鋁合金固溶處理工藝試驗(yàn)，建立了固溶工藝模型，得到了最佳固溶溫度和時(shí)間參數(shù)，在金屬型T6狀態(tài)下，使抗拉強(qiáng)度穩(wěn)定在340MPa左右且伸長(zhǎng)率在5％以上；通過高碳當(dāng)量灰鐵成分—性能

5、建模，進(jìn)行成分設(shè)計(jì)，制備出具有良好工藝性能的高碳當(dāng)量高強(qiáng)度灰鐵；通過建立HT250成分、出鐵溫度、澆注溫度與抗拉強(qiáng)度和硬度之間的關(guān)系，用多種遺傳算法實(shí)現(xiàn)了預(yù)定強(qiáng)度和硬度下鐵水成分與沖天爐熔煉工藝的綜合優(yōu)化。 通過綜合采用多種軟計(jì)算中技術(shù)，開展經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)建模與優(yōu)化研究，改進(jìn)現(xiàn)有算法，形成了材料經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)軟計(jì)算建模與優(yōu)化框架體系，并成功用于工業(yè)合金材料的成分和工藝設(shè)計(jì)。 本研究形成的技術(shù)和方法具有一定的通用性和推廣價(jià)值，可以應(yīng)用