检索结果-内蒙古大学图书馆

应用激光 2019年第1期39卷 9-16页

作者：赖梦琪胡宗浩胡永祥姚振强上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室上海200240 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所辽宁沈阳110035

增材制造具有产品开发快速性,能够直接生产出具有复杂几何形状的金属零件,同时显著提高材料的利用率、降低成本。增材制造零件在疲劳等关键性能上与锻件仍然存在一定的差距,需要探寻有效的后处理方法。采用激光喷丸强化增材制造TC4钛合... 详细信息

增材制造具有产品开发快速性,能够直接生产出具有复杂几何形状的金属零件,同时显著提高材料的利用率、降低成本。增材制造零件在疲劳等关键性能上与锻件仍然存在一定的差距,需要探寻有效的后处理方法。采用激光喷丸强化增材制造TC4钛合金,研究增材制造TC4钛合金表面完整性改善效果,并与同牌号常规锻造钛合金进行强化效果对比。结果表明,激光喷丸对于两种材料表面粗糙度影响微弱。在硬度方面,增材制造TC4的表面显微硬度从348 HV增加到367 HV,影响层深度达0.75 mm,而常规锻造TC4表面显微硬度从315 HV提高到362 HV,影响层深度大于1 mm;在残余应力方面,激光喷丸在增材制造TC4表面所引入的残余压应力最大值约为400 MPa,受影响的区域深度约为0.75 mm,而常规锻造TC4表面所引入的残余压应力最大值约为600 MPa,受影响区域深度大于1 mm。此外,利用阿基米德法测量出增材制造TC4的致密度为98.46%,经过一次激光喷丸处理后提高到98.92%。与锻造TC4相比,增材制造TC4组织相对疏松,可能是导致激光喷丸所引入残余应力幅值较小,影响层深度较浅的原因。

关键词：激光喷丸表面完整性残余应力 TC4

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豚鼠耳蜗基底膜响应特性的实验测试与分析

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振动与冲击 2018年第4期37卷 160-164页

作者：塔娜张景许立富周雷黄新生饶柱石上海交通大学振动冲击噪声研究所机械系统与振动国家重点实验室上海200240 复旦大学附属中山医院耳鼻咽喉科上海200032

为探究耳蜗基底膜的动态特性,利用激光多普勒测振仪(Laser Doppler Vibrometer,LDV)测试了豚鼠耳蜗基底膜在纯音激励下的动态响应。实验时,选取了14只新鲜的豚鼠耳蜗离体标本,分别测试了70 dB、80 dB、90 dB三种声激励下耳蜗基底膜的速... 详细信息

为探究耳蜗基底膜的动态特性,利用激光多普勒测振仪(Laser Doppler Vibrometer,LDV)测试了豚鼠耳蜗基底膜在纯音激励下的动态响应。实验时,选取了14只新鲜的豚鼠耳蜗离体标本,分别测试了70 dB、80 dB、90 dB三种声激励下耳蜗基底膜的速度响应和位移响应,并改变输入声音信号的频率,研究了基底膜的振动特性。实验结果表明:纯音激励下基底膜的振动是正弦振动;在大小相同、频率不同的纯音激励下,基底膜同一位置处振动速度和振动位移大小不同,基底膜具有频率选择特性,在最佳频率处振动响应最大;基底膜在不同大小声压激励下相位响应趋势接近,超过最佳频率后相位滞后迅速增加;基底膜的运动具有行波特征。实验方法和测试结果可为人耳耳蜗听觉机制的研究提供指导。

关键词：豚鼠耳蜗基底膜实验测量动态响应

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基于分布式固有矩的激光喷丸成形复杂型面工艺规划方法

基于分布式固有矩的激光喷丸成形复杂型面工艺规划方法

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第18届全国特种加工学术会议

作者：罗明生胡永祥姚振强上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室

激光喷丸成形作为高能短脉冲激柔性成形工艺,是航空航天领域高性能精确成形工艺的发展方向。通过控制激光参数和扫描区域能够实现复杂型面成形,不需要设计模具,大大降低了成本。柔性无模的特性增加了激光喷成形变形控制的难度,如何建立... 详细信息

激光喷丸成形作为高能短脉冲激柔性成形工艺,是航空航天领域高性能精确成形工艺的发展方向。通过控制激光参数和扫描区域能够实现复杂型面成形,不需要设计模具,大大降低了成本。柔性无模的特性增加了激光喷成形变形控制的难度,如何建立高效工艺规划方法,确定工艺参数和喷丸区域,是复杂型面成形的关键问题与难点所在。工艺规划是由变形几何到工艺参数的反演问题,基于等效应力、等效载荷和固有应变的工艺规划是不适定的,存在多解甚至无法求解。适定的工艺模型对于解决复杂曲面工艺规划起到关键性作用。因此,在固有应变方法基础上,提出采用固有矩作为描述激光喷丸成形弯曲作用的物理量,并建立分布式优化实现复杂曲面成形。具体方法如下:首先以固有应变与弹性应变、总应变关系,根据薄板弯矩的平衡方程和应力应变关系,建立固有应变与挠度的偏微分方程关系式。根据该关系式表明,相同变形可以对应不同固有应变,决定激光喷丸成形弯曲变形的关键是固有应变的矩量。因此提出采用新的物理量—固有矩描述激光喷丸成形的弯曲变形。固有矩描述了梯度固有应变对板壳局部区域的弯曲变形作用,是固有应变梯度分布综合效果的表征。与弯矩相比,固有矩能描述非规则区域非均匀喷丸产生的变形,而定义边界上的弯矩无法描述复杂情况。在固有应变理论基础上,结合薄板弯曲公式,建立描述弯曲变形的固有矩控制方程。考虑到复杂型面的成形,喷丸参数可能不均一,喷丸区域可能是非规则的区域,以分布式固有矩为优化变量,建立偏微分方程约束的优化模型。优化模型的目标函数为板的挠度与目标曲面差值范数的平方,约束条件为固有矩控制方程,通过离散建立数值计算方法,并通过内点算法进行求解。以马鞍面为例,通过偏微分方程约束的优化模型求解,获得分布式固有矩,分析成形的精度,通过实验进行验证。通过研究表明:(1)偏微分方程约束优化模型是求解复杂型面工艺规划的一般性方法,通过内点算法能够实现分布式固有矩的高效求解。(2)通过偏微分方程约束优化模型能够确定马鞍面分布式固有矩,实现激光喷丸成形马鞍面成形。实验变形与成形变形具有良好的匹配,部分成形误差主要存在边缘部分。

关键词：激光喷丸成形固有矩工艺规划分布式参数

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往复走丝线切割加工放电位置检测方法

往复走丝线切割加工放电位置检测方法

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第18届全国特种加工学术会议

作者：徐凌羿赵万生上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室

电火花线切割加工有着"以柔克刚"的加工特点,尤其针对难切削材料,有着独特的优势,因此在模具加工领域和航天航空制造领域有着广泛的应用。但线切割放电位置在空间分布上存在一定的不均匀性,而均匀分散并且随机分布的放电位置... 详细信息

电火花线切割加工有着"以柔克刚"的加工特点,尤其针对难切削材料,有着独特的优势,因此在模具加工领域和航天航空制造领域有着广泛的应用。但线切割放电位置在空间分布上存在一定的不均匀性,而均匀分散并且随机分布的放电位置是正常并良好的加工状态的标志。因此,如何有效检测进而成功控制线切割加工过程中的放电位置,是提高其加工精度、可靠性、效率的关键之一。借鉴放电位置检测的电流差法,针对往复走丝线切割加工系统的特点,通过对放电回路的分析,开展了适用于往复走丝线切割加工放电位置检测的电流差分归一法的研究,推导并建立了线切割上下导电块电流差分归一化信号与放电点位置之间的理论模型,并通过放电位置检测实验验证了该理论模型的正确性和方法的有效性。将长180mm、厚2mm的薄板工件倾斜45°装夹在工作台上,采用脉宽40μs、脉间160μs、峰值电流32A的电参数进行切割实验。在沿着X轴负向切割斜板工件的过程中,随着工件的移动,放电位置会在电极丝上沿着钼丝垂直向下移动。通过电流互感器分别实时测量流过放电位置上方和下方钼丝的电流i1和i2。将测量所得的电流信号引入到数字存储示波器中进行数据采集,得到随加工过程不断变化的电流信号量。放电加工一开始示波器通道2的电流要大于通道1电流,差值为75mA左右;而当加工快结束时,通道2的电流要小于通道1的电流了,差值为200mA左右。将上述采集到的电流输出数据平均后计算当前放电位置时的电流差分归一量λ,并根据机床参数和电阻定律推出理论公式。以计算所得的λ值为横轴,放电位置比例z为纵轴,可得实际数据与理论数据的对比。结果表明整体趋势和斜率都比较符合,但存在一定的偏移量。这可能是由于接触电阻或其他原因导致R1和R2之间存在一个与其钼丝长度无关的差值。该偏移量可以在后续处理中通过修正补偿掉,从而利用电流差分归一量来较为准确地计算得到放电位置。运用该方法,对于固定的机床硬件,通过测量机床上下导电块之间的钼丝长度和工件的垂直方向位置,就可计算出固定的公式用于将电流差分归一信号转化为放电相对位置。且理论上这一公式不受电极材料和放电参数的影响。

关键词：线切割加工放电位置检测

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赝火花脉冲电子束对6061铝合金表面微纳层的改性技术研究

赝火花脉冲电子束对6061铝合金表面微纳层的改性技术研究

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第18届全国特种加工学术会议

作者：曹晓彤胡静霍卫杰奚学程赵万生上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室

随着现代科学技术的突飞猛进,材料表面的改性技术在民用和军工各个领域中开始占据着越来越重要的位置,在高精度微小复杂模具和高推重比的航空发动机零部件的制造中,机械加工所产生的完整性不佳而引起的微观缺陷从而导致寿命不理想的问题... 详细信息

随着现代科学技术的突飞猛进,材料表面的改性技术在民用和军工各个领域中开始占据着越来越重要的位置,在高精度微小复杂模具和高推重比的航空发动机零部件的制造中,机械加工所产生的完整性不佳而引起的微观缺陷从而导致寿命不理想的问题,一直以来都是制造领域内的一大技术难题。应用表面改性技术对机械零件进行表面强化处理,对提高表面的硬度、耐磨性和腐蚀性等机械特性和工件的寿命,有很大的帮助。与传统的表面改性技术相比,强流电子束具有高能量密度、易于控制和调节的特点,能够使得材料表面微纳层在极短的时间内快速熔化和凝固,实现高效、绿色、环保,而且不易使基体产生变形的表面改性,基于赝火花放电机制产生的脉冲电子束就是强流电子束的一种。赝火花放电是一种自持的瞬时高电压气体放电,气体压强:1-10Pa,发生在一个轴对称的由平面阳极和空心阴极组成的装置中,空心阴极有个面向阳极的中心孔,增加了放电通道的有效距离,阳极也有一个中心孔,为了萃取电子束流。赝火花放电能够产生～10A/s数量级的电流增长,电流密度可高于10～4 A/cm。赝火花放电的特征就是能够快速击穿电场并伴随高光亮度的电子束流产生,功率密度达10～9 W/cm。将赝火花脉冲电子束用于6061铝合金表面微纳层的改性,详细介绍了赝火花放电装置的实验系统,并采用不同电压下的赝火花脉冲电子束对铝合金表面进行照射处理,观察照射前后的表面形貌变化,之后利用X射线衍射仪和显微硬度计进一步分析铝合金表面微纳层的特性变化。接着利用PIC粒子仿真和Comsol有限元仿真相结合的方法进行温度仿真,将PIC粒子仿真得到的电子束的参数输出作为有限元仿真的热源模型输入,并考虑材料对电子束能量的总吸收率和电子射程内材料吸收能量随深度变化的函数,来揭示表面形貌的变化机理。结果表明:经过赝火花脉冲电子束照射后,表面出现了淬硬层,而且高压时出现了明显的"熔坑"形貌,电压越大,"熔坑"形貌越明显;表面Cr、Al金属间化合物的增加和晶粒的变小,使得表面的机械性能增强,表面显微硬度也随电压的增加而增大。

关键词：赝火花脉冲电子束 6061铝合金表面改性温度仿真

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往复走丝线切割多次切割加工工艺预测模型的比较研究

往复走丝线切割多次切割加工工艺预测模型的比较研究

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第18届全国特种加工学术会议

作者：谷文婷沈桂旭张瑞雪王俊阳赵万生上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室

我国自主创造出的往复走丝线切割机,凭借其结构简单、加工高效的优势在国内迅速发展,然而由于电极丝的抖动和损耗,其单次切割的加工效果往往达不到工艺要求。为了兼顾往复走丝电火花线切割加工(WEDM)的表面质量和加工效率,多次切割工艺... 详细信息

我国自主创造出的往复走丝线切割机,凭借其结构简单、加工高效的优势在国内迅速发展,然而由于电极丝的抖动和损耗,其单次切割的加工效果往往达不到工艺要求。为了兼顾往复走丝电火花线切割加工(WEDM)的表面质量和加工效率,多次切割工艺已经被广泛采用。线切割加工的工艺指标有切割速度、加工精度、表面粗糙度、电极损耗等。影响线切割工艺效果的电参数有每次切割的脉冲宽度、脉冲峰值电流、脉冲间隔比以及伺服跟踪间隙等,众多影响因素相互影响、制约,这对工艺参数的选取以及工艺效果的预测带来较大的困难。因此,构建基于更少的实验量、预测结果更加准确的加工效果预测模型具有深远的应用价值和科学意义。基于DOE方法,在具备数控功能的HF320MZQ的往复走丝线切割机床上对Cr12MoV模具钢进行多次切割,开展26-1部分析因实验,确定出对切割速度MRR、表面粗糙度Ra两项加工指标的影响显著的四项因子。分别选取显著影响因子的高、中、低三个水平,并据此开展34全因子实验,获得了可用于加工预测模型构建的81组典型工艺数据。以该典型工艺数据作为模型训练的样本数据,分别基于五种具体形式的传统回归分析方法、RBF神经网络回归分析方法和SVR分析方法构建出对应的三类加工预测模型。对五种传统回归分析模型进行评价,选择出最优传统回归模型为交叉二次多项式回归模型,对RBF神经网络模型、SVR模型分别采用模型均方误差对比、核参数选优的方式进行模型优化。为了在优化后的三类加工预测模型中选择出工艺效果预测准确度最高的模型,在未用于预测模型构建的加工参数组合中选取离散程度较高的五组工艺参数组合开展模型选优实验。通过对以上三类模型的预测值相较于加工实际值的误差进行分析比较,最终选择出最优模型为SVR加工预测模型,其在两项加工指标的偏差均值和偏差标准差上均具有较好表现。在本实验范围内,该模型具有最佳的泛化能力,可在此基础上对WEDM多次切割进行工艺数据库的建立和加工工艺的规划,所采用的典型工艺数据的获取方法、加工预测模型的构建方法等研究方法对类似的工程应用也具有一定的参考价值。

关键词：往复走丝线切割加工多次切割加工预测模型回归分析 RBF神经网络支持向量回归(SVR)

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小孔电火花加工穿透检测中几种机器学习算法的性能比较

小孔电火花加工穿透检测中几种机器学习算法的性能比较

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第18届全国特种加工学术会议

作者：王健夏蔚文奚学程张亚欧赵万生上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室

小孔电火花高速加工技术具有加工效率高、加工高深径比范围宽、加工效果与材料强度、硬度等机械性能无关等特点,被广泛应用于涡轮叶片气膜冷却孔的加工。然而在加工通孔时,如不能准确判断穿透瞬间并及时调整加工策略,将会造成孔未加工... 详细信息

小孔电火花高速加工技术具有加工效率高、加工高深径比范围宽、加工效果与材料强度、硬度等机械性能无关等特点,被广泛应用于涡轮叶片气膜冷却孔的加工。然而在加工通孔时,如不能准确判断穿透瞬间并及时调整加工策略,将会造成孔未加工完全进而导致气膜冷却效率降低或者过加工造成叶片内部复杂流道损伤甚至报废。因此,穿透检测对于涡轮叶片气膜冷却孔电火花小孔加工至关重要。传统的基于频域和时域的穿透检测方法难以应对电火花加工过程中的各种随机因素,为了得到稳定性和准确性更好的穿透检测方法,应综合考虑放电状态、加工条件和电极运动,根据实时加工参数判断是否穿透。选取脉冲宽度、脉冲间隔、间隙平均电流和电极进给速率等作为加工状态的特征量,分类的输出为是否穿透。而是否穿透可以看成典型的加工状态的二分类问题,适合采用机器学习方法进行处理。不同的机器学习方法及其参数的选择对穿透检测的准确性、稳定性和实时性影响较大。选取AdaBoost、支持向量机、KNN和对数几率回归等四种机器学习算法,使用经滑动平均滤波、归一化、添加标签后的特征量数据进行离线训练和模型参数寻优得到穿透检测模型,交叉验证各模型在训练集和测试集上的正确率并测试各模型对于单个采样点判别所需时间,最后在在线测试各模型在实际加工中的穿透检测性能。通过对比,基于支持向量机构建的穿透检测模型对于单个样本点的判别时间最长,约为0.098ms,而基于AdaBoost构建的模型判别时间最短,约为0.032ms,均满足实时性要求;基于AdaBoost、支持向量机和KNN构建的穿透检测模型交叉验证正确率均在92%以上,基于对数几率回归的算法交叉验证正确率低于83%,不适于在实际加工中使用,因此在线实际加工测试将基于AdaBoost、支持向量机和KNN对应的模型进行。在线检测结果表明,在使用不同加工参数进行正常加工条件下,基于AdaBoost和KNN构建的穿透检测模型出现误判,而基于径向基核支持向量机构建的穿透检测模型未出现误判。因此对比的几种算法中,支持向量机在本实验范围内表现最佳。

关键词：小孔电火花高速加工穿透检测机器学习算法

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激光喷丸强化工艺参数对塑性应变分布的影响研究

激光喷丸强化工艺参数对塑性应变分布的影响研究

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第18届全国特种加工学术会议

作者：杨若愚胡永祥姚振强上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室

激光喷丸是一种有效的金属表面强化技术,可以提高工件的疲劳寿命,在航空工业中得到广泛应用。但是,激光喷丸在强化的同时总是伴随着变形的问题,容易使薄壁叶片产生扭曲变形,进而影响航空发动机的整体性能和服役寿命。数值仿真方法中的... 详细信息

激光喷丸是一种有效的金属表面强化技术,可以提高工件的疲劳寿命,在航空工业中得到广泛应用。但是,激光喷丸在强化的同时总是伴随着变形的问题,容易使薄壁叶片产生扭曲变形,进而影响航空发动机的整体性能和服役寿命。数值仿真方法中的塑性应变分布是一种有效的中间变量可以用来预测变形,但是现有的高斯函数拟合方法只是对仿真得到的塑性应变分布进行优化,而没有建立起分布函数跟工艺参数之间的对应关系。通过数值仿真,初步建立了工艺参数对塑性应变分布影响的函数关系,为后续的变形特征预测打下基础。首先通过对单点激光喷丸的动态仿真,分析其塑性应变场,发现激光喷丸在光斑边界处产生的塑性应变最大,并且不同光斑尺寸所产生的边界塑性应变分布基本一致,从而在单位喷丸面积内的塑性应变产生差异。接着得到在无限单元网格模型中,光斑尺寸越小,塑性应变峰值越大,而塑性层深越浅,并且不同光斑尺寸所产生的塑性应变曲线与横轴的面积基本相等,该规律与高斯分布高度一致,从而建立起高斯分布形式的包含光斑尺寸影响的塑性应变分布函数ε(z),即深度z对应随机变量x,光斑直径(9/6)对应标准差σ,塑性应变ε(z)对应概率f(x)。然后,提取不同的压力载荷下的塑性应变分布,发现压力载荷越大,表层塑性应变和塑性层深都会增大。可以将峰值压力载荷超过HEL弹性极限的部分作为材料的能量输入的度量,并且将其拆分为影响塑性应变峰值与塑性层深的两部分,成功地把压力载荷也作为一个独立变量引入塑性应变分布函数中,最终得到的拟合函数。结果表明:塑性应变分布函数ε(z)能够较好地吻合光斑直径为1.6、2.0、2.4mm,峰值压力为2.7、3.24、3.78GPa情况下的9条塑性应变分布曲线。并且得到压力载荷一定,光斑尺寸越小,表层平均塑性应变越大,塑性层越浅;光斑尺寸一定,压力载荷越大,表层平均塑性应变越大,塑性层越深;对于光斑尺寸继续减小和增大的情况,由于会引入新的因素,暂时不能用现有的函数进行拟合。

关键词：激光喷丸塑性应变分布工艺参数变形控制

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基于支持向量回归的电弧加工电极损耗预测

基于支持向量回归的电弧加工电极损耗预测

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第18届全国特种加工学术会议

作者：何国健顾琳董海洪赵万生上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室

近年来,电弧加工技术应用于难切削加工材料高效去除方面的研究取得了长足进展。相比于电火花加工,电弧加工具有更高的能量密度及电热转换效率,可以极大地提高材料去除率。同时,和电火花加工一样,除工件的材料去除率之外,相对电极损耗率... 详细信息

近年来,电弧加工技术应用于难切削加工材料高效去除方面的研究取得了长足进展。相比于电火花加工,电弧加工具有更高的能量密度及电热转换效率,可以极大地提高材料去除率。同时,和电火花加工一样,除工件的材料去除率之外,相对电极损耗率也是评价电弧加工性能的一个重要指标。电弧加工过程中,电极会逐渐损耗,若不针对所加工的几何特征采取相应的电极损耗补偿策略,会出现加工完成后尺寸精度差、加工余量不均匀的问题;电极损耗现象也会造成加工中存在大量非放电空走刀时间,影响加工效率。目前,电弧加工的高效性已得到广泛证实,为进一步提高该技术的成熟度,加工的尺寸精度的提升已成为目前急需解决的问题。由于电极损耗对工件尺寸精度有至关重要的影响,因此将对电弧加工中电极损耗问题进行研究,为保证电弧加工过程的连续性,采用离线预测方法确定电极损耗量。该问题属于典型的非线性回归预测问题,使用机器学习方法是解决此类问题的有效手段。机器学习方法中的支持向量机算法以统计学理论为基础,最优解基于有限的样本信息,因而特别适合小样本的分类预测。支持向量回归是支持向量机用于回归预测问题的扩展,同样适用于小样本、非线性、高维度的预测问题。将利用支持向量回归算法构建电弧加工电极损耗预测模型。该模型以径向基作为核函数,选择电源参数峰值电流、脉冲宽度及脉冲间隔为输入特征,相对电极损耗率作为输出参数,模型中需要通过训练优化的参数包括惩罚因子、核参数、不敏感损失函数ε。设计了三因子四水平L16正交实验用于获取模型训练及测试的数据样本集。训练过程中,进行三折交叉验证,并使用具有全局优化能力的网格搜索算法对模型中的参数进行优化。利用机器学习库Scikit-Learn构建了最终的预测模型,训练优化得到的模型相关参数分别为C=91.525,γ=0.062,ε=0.010。经测试集测试,所建立的模型最大误差为6.472%,平均预测误差为4.643%,达到较高的预测精度。最后,进行了未施加补偿及使用该模型进行预测并补偿的单道槽加工对比实验,实验结果证明使用该预测模型能够取得良好的补偿效果,进一步验证了该模型可作为电弧加工中电极损耗预测的有效手段。

关键词：电弧加工损耗预测支持向量回归

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复杂型面激光喷丸成形毛坯展开方法

复杂型面激光喷丸成形毛坯展开方法

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第18届全国特种加工学术会议

作者：江剑成胡永祥姚振强上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室

激光喷丸成形是大型壁板成形工艺的重要发展方向,大型壁板设计通常直接给出最终的目标形状,目标壁板的成形精度一方面取决于激光喷丸成形的工艺规划,同时也与初始毛坯的精度有关。在激光喷丸成形工艺中,获得精确毛坯形状过程的本质是结... 详细信息

激光喷丸成形是大型壁板成形工艺的重要发展方向,大型壁板设计通常直接给出最终的目标形状,目标壁板的成形精度一方面取决于激光喷丸成形的工艺规划,同时也与初始毛坯的精度有关。在激光喷丸成形工艺中,获得精确毛坯形状过程的本质是结合激光喷丸的成形机理,对空间复杂曲面进行展平,目前已有的展平方法主要包括几何展平法和力学展平法,几何展平法完全基于曲面的几何特征结合相应的几何原则进行展平,很难反映出激光喷丸成形中的力学过程;而力学展平法都基于简单的弹簧质子模型,采用不同的优化算法使展平前后系统的总变形能最小,两者都没有考虑激光喷丸成形过程中的变形机制,直接使用几何展平法或力学展平法展平,获得的毛坯形状误差较大。基于激光喷丸的变形机制,提出一套适用于激光喷丸成形工艺的成形件展平方法,对成形件的展平操作位于材料的中性层上。整套展平方法需要结合喷丸成形优化算法,获取目标件上的喷丸区域和未喷丸区域,将目标件离散成三角形单元的曲面网格,对喷丸区域和未喷丸区域进行分割,采用不同的方法分别展平两部分。在未喷丸区域,由于没有引入固有应变,因而认为这一部分只存在纯弯曲变形,所以采用三角形单元等面积展开的方法,对该部分进行展平;而在喷丸区域,引入了均匀的固有应变,经过理论分析和计算,推导出喷丸区域在成形前后,x和y方向上的变形基本均匀,所有单元在变形前后的面积变化均匀,在喷丸条件不变的情况下,两个方向分别具有固定的变形率。在不同变形率条件下进行展平,结合有限元理论求解喷丸区域每个单元的固有应变,认为当固有应变分布最均匀时对应的变形率为喷丸区域的实际变形率,采用求解出的变形率对喷丸区域进行等变形率展平,再与未喷丸区域得到的展平面缝合,获得最终的毛坯形状。该套展平方法适用于激光喷丸成形的毛坯获取,经过有限元仿真验证,该方法获得的毛坯精度明显高于传统的展平方法,也有进一步优化的空间。

关键词：曲面展平激光喷丸变形机制大型壁板

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