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基于神经网络和遗传算法的激光多层熔覆厚纳米陶瓷涂层工艺优化
  • ISSN号:0258-7025
  • 期刊名称:中国激光
  • 时间:2013.9
  • 页码:0903001-0903001
  • 分类:TG156.99[金属学及工艺—热处理;金属学及工艺—金属学]
  • 作者机构:[1]南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016, [2]铜陵学院机械工程学院,安徽铜陵244000
  • 相关基金:国家自然科学基金(51205198,21171131);安徽省自然科学基金(1208085QE84);中国博士后科学基金面上项目(2012M511266);安徽省高等学校省级优秀青年人才基金重点项目(2012SQRL190ZD);江苏省博士后科研计划(1102052C)
  • 相关项目:激光熔覆大厚度纳米热障陶瓷涂层成形控制及强韧化机理
中文摘要:

将反馈型(BP)神经网络和遗传算法(GA)相结合用于激光多层熔覆厚纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷涂层的工艺参数优化,根据3因素3水平正交试验结果对神经网络模型结构进行训练,建立了熔覆工艺参数(熔池闭环控制温度、超声振动频率及保温箱预热温度)与涂层性能(结合强度和显微硬度)之间的遗传神经网络预测模型。在此基础上,采用遗传算法对纳米陶瓷涂层结合强度和显微硬度进行了单目标和多目标参数优化。结果表明,遗传神经网络模型预测值与试验值误差较小,相对误差不超过2.5%。遗传算法优化的涂层最大结合强度和显微硬度分别为70.7 MPa和2025.5 HV;在结合强度和显微硬度两者权重相同的情况下,当熔池闭环控制温度为2472.0 ℃、超声振动频率为31.9 kHz和保温箱预热温度为400 ℃时涂层综合性能最优,对应的结合强度和显微硬度分别为69.1 MPa和1835.5 HV。

英文摘要:

Combination of back propagation (BP) neural networks and genetic algorithm (GA) is used to optimize process parameters of the thick nanostructured Al2O3-13%TiO2 (mass fraction) ceramic coating prepared by laser multi-layer cladding technique. The neural model is trained based on the experimental results of the orthogonal test including three factors and three levels. It is developed to express the relationship between coating properties (bonding strength and microhardness) and process parameters (closed-loop controlling temperature of molten pool, ultrasonic vibration frequency and preheating temperature of incubator). Meanwhile, the bonding strength and microhardness of the nanostructured ceramic coating are optimized by single-objective and multi-objective optimization methods based on the genetic algorithms. The results show that the prediction data of genetic neural networks model agree well with the experimental values, and the relative error is less than 2.5%. The maximum bonding strength and microhardness of the coating are 70.7 MPa and 2025.5 HV, respectively. The process parameters of closed-loop controlling temperature in molten pool, ultrasonic vibration frequency and preheating temperature in incubator are set to 2472.0 ℃, 31.9 kHz and 400 ℃ when the bonding strength and microhardness have the same weight. At this state, the overall performance of the coating is the best and the bonding strength and microhardness of the coating are 69.1 MPa and 1835.5 HV, respectively.

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期刊信息
  • 《中国激光》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国光学学会 中国科学院上海光学精密机械研究所
  • 主编:周炳琨
  • 地址:上海市嘉定区清河路390号
  • 邮编:201800
  • 邮箱:cjl@siom.ac.cn
  • 电话:021-69917051
  • 国际标准刊号:ISSN:0258-7025
  • 国内统一刊号:ISSN:31-1339/TN
  • 邮发代号:4-201
  • 获奖情况:
  • 中国自然科学核心期刊,物理学类核心期刊,无线电子学·电信技术类核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:26849