本發(fā)明涉及鎳基高溫合金的加工工藝與力學(xué)性能的數(shù)值建模分析，具體涉及一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)in718鎳基合金楊氏模量的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、inconel?718(in718)是一種高強(qiáng)度，耐高溫鎳基高溫合金，主要由鎳，鐵，鉻等元素組成并添加鉬、鈦、鋁和鈮等合金元素，是一種耐高溫，耐腐蝕的優(yōu)異金屬合金材料，并廣泛應(yīng)用在制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片、燃?xì)廨啓C(jī)葉片、石油鉆井設(shè)備等在高溫和腐蝕環(huán)境中工作的關(guān)鍵部件。在金屬和合金的增材制造工藝中，同樣會(huì)出現(xiàn)異質(zhì)變形的現(xiàn)象。增材制造，也稱3d打印，是一種通過(guò)逐層將材料加入已有結(jié)構(gòu)的制造方法。由于增材制造具有設(shè)計(jì)自由度高、定制化能力強(qiáng)、減少浪費(fèi)材料、生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛適用于快速原型制作、定制化生產(chǎn)和復(fù)雜幾何形狀的制造等方面，并在能源，醫(yī)療，航空航天等領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的制造工藝不同，增材制造過(guò)程中，材料通常會(huì)逐層沉積，產(chǎn)生局部溫度梯度，晶粒受局部溫度梯度的影響生長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致各向異性，并對(duì)材料的力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響，特別是在應(yīng)力加載方向上。一般來(lái)說(shuō)，在構(gòu)建方向上晶粒生長(zhǎng)較長(zhǎng)，而在橫向方向上晶粒生長(zhǎng)較短，因此會(huì)導(dǎo)致在構(gòu)建方向上和橫向方向上的材料性能存在差異。

2、因此，需要通過(guò)對(duì)不同工藝參數(shù)下的通過(guò)增材制造的in718鎳基高溫合金進(jìn)行楊氏模量進(jìn)行檢測(cè)，以確保在不同工藝參數(shù)下的in718鎳基高溫合金能夠達(dá)到理想質(zhì)量；然而，對(duì)不同工藝參數(shù)下制造的in718鎳基高溫合金的楊氏模量進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，會(huì)在不同工藝參數(shù)下制造出in718鎳基高溫合金樣本進(jìn)行檢測(cè)，造成檢測(cè)結(jié)果周期長(zhǎng)，且制造檢測(cè)成本高等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)不同工藝參數(shù)下制造的in718鎳基高溫合金的楊氏模量進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，會(huì)在不同工藝參數(shù)下制造出i?n718鎳基高溫合金樣本進(jìn)行檢測(cè)，造成檢測(cè)結(jié)果周期長(zhǎng)，且制造檢測(cè)成本高等技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)in718鎳基合金楊氏模量的方法及系統(tǒng)。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：

3、一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)in718鎳基合金楊氏模量的方法，包括如下步驟：

4、采集in718鎳基合金樣品的加工參數(shù)數(shù)據(jù)、材料固有屬性以及所述加工參數(shù)數(shù)據(jù)下的楊氏模量數(shù)據(jù)；

5、構(gòu)建機(jī)器學(xué)習(xí)模型；

6、利用所述加工參數(shù)數(shù)據(jù)、所述原材料屬性數(shù)據(jù)以及所述楊氏模量數(shù)據(jù)訓(xùn)練所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型，得到楊氏模量預(yù)測(cè)模型；

7、確定待加工in718鎳基合金的預(yù)設(shè)原材料屬性數(shù)據(jù)以及預(yù)設(shè)加工參數(shù)數(shù)據(jù)；

8、將所述預(yù)設(shè)原材料屬性數(shù)據(jù)以及所述預(yù)設(shè)加工參數(shù)數(shù)據(jù)輸入至所述楊氏模量預(yù)測(cè)模型中，以預(yù)測(cè)出所述待加工in718鎳基合金在所述預(yù)設(shè)加工參數(shù)數(shù)據(jù)下加工成型后的楊氏模量。

9、本發(fā)明的有益效果是：通過(guò)采用可解釋性機(jī)器學(xué)習(xí)方法來(lái)對(duì)in718的平均楊氏模量進(jìn)行預(yù)測(cè)，并分析相關(guān)特征變量對(duì)楊氏模量的影響。通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，可以很大程度上提高研究效率，為設(shè)計(jì)高性能材料提供有效見解。通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)模型來(lái)預(yù)測(cè)in718的平均楊氏模量，能夠在無(wú)需制造出樣品的情況下對(duì)預(yù)設(shè)工藝參數(shù)條件下的in718的楊氏模量進(jìn)行預(yù)測(cè)，降低了制造周期以及制造成本，提高了生產(chǎn)效率。

10、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

11、進(jìn)一步，所述in718鎳基合金樣品采用激光粉末床熔融增材制造方法在in718鎳基體的預(yù)設(shè)方向上逐次增材制造得到；其中，所述預(yù)設(shè)方向?yàn)樗鰅n718鎳基體的豎立方向的0°方向或45°方向或90°方向。

12、進(jìn)一步，所述加工參數(shù)數(shù)據(jù)至少包括每次增材厚度、激光功率、激光掃描速度、激光光斑直徑、激光艙口間距以及預(yù)熱溫度。

13、進(jìn)一步，所述原材料固有屬性數(shù)據(jù)包括測(cè)試溫度、質(zhì)量、尺寸、在所述測(cè)試溫度下的密度和熱膨脹系數(shù)、彎曲模式的共振頻率以及扭轉(zhuǎn)模式的共振頻率。進(jìn)一步，構(gòu)建機(jī)器學(xué)習(xí)模型，具體步驟為：

14、構(gòu)建多個(gè)不同的預(yù)選計(jì)算機(jī)深度學(xué)習(xí)模型。

15、進(jìn)一步，利用所述加工參數(shù)數(shù)據(jù)、所述原材料屬性數(shù)據(jù)以及楊氏模量數(shù)據(jù)訓(xùn)練所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型，得到楊氏模量預(yù)測(cè)模型，包括如下步驟：

16、利用所述加工參數(shù)數(shù)據(jù)、所述原材料屬性數(shù)據(jù)以及楊氏模量數(shù)據(jù)分別訓(xùn)練多個(gè)所述預(yù)選計(jì)算機(jī)深度學(xué)習(xí)模型，對(duì)應(yīng)得到多個(gè)預(yù)選預(yù)測(cè)模型；

17、計(jì)算各個(gè)所述預(yù)選預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)性能指標(biāo)；

18、通過(guò)比對(duì)各個(gè)所述預(yù)選預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)性能指標(biāo)，選擇出所述預(yù)測(cè)性能指標(biāo)最優(yōu)的一個(gè)所述預(yù)選預(yù)測(cè)模型，得到所述楊氏模量預(yù)測(cè)模型。

19、進(jìn)一步，多個(gè)所述預(yù)選預(yù)測(cè)模型分別為xgboost模型、lightgbm模型、randomforest模型以及svr模型。

20、進(jìn)一步，所述預(yù)測(cè)性能指標(biāo)包括均方誤差、均方根誤差、平均絕對(duì)誤差、平均絕對(duì)百分比誤差以及擬合度。

21、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還提供一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)in718鎳基合金楊氏模量的系統(tǒng)，其具體技術(shù)內(nèi)容如下：

22、一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)in718鎳基合金楊氏模量的系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集處理模塊、模型構(gòu)建模塊、模型訓(xùn)練模塊以及結(jié)果預(yù)測(cè)模塊；

23、所述數(shù)據(jù)采集處理模塊，用于采集in718鎳基合金樣品的加工參數(shù)數(shù)據(jù)、材料固有屬性以及所述加工參數(shù)數(shù)據(jù)下的楊氏模量數(shù)據(jù)；

24、所述模型構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建機(jī)器學(xué)習(xí)模型；

25、所述模型訓(xùn)練模塊，用于利用所述加工參數(shù)數(shù)據(jù)、所述原材料屬性數(shù)據(jù)以及所述楊氏模量數(shù)據(jù)訓(xùn)練所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型，得到楊氏模量預(yù)測(cè)模型；

26、所述結(jié)果預(yù)測(cè)模塊,用于確定待加工i?n718鎳基合金的預(yù)設(shè)原材料屬性數(shù)據(jù)以及預(yù)設(shè)加工參數(shù)數(shù)據(jù)；并將所述預(yù)設(shè)原材料屬性數(shù)據(jù)以及所述預(yù)設(shè)加工參數(shù)數(shù)據(jù)輸入至所述楊氏模量預(yù)測(cè)模型中，以預(yù)測(cè)出所述待加工in718鎳基合金在所述預(yù)設(shè)加工參數(shù)數(shù)據(jù)下加工成型后的楊氏模量。

27、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還提供一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其具體技術(shù)內(nèi)容如下：

28、一種存儲(chǔ)介質(zhì)，所述存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序或計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)程序或所述計(jì)算機(jī)指令被計(jì)算機(jī)的處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)上述基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)in718鎳基合金楊氏模量的方法的步驟。

技術(shù)特征：

1.一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)in718鎳基合金楊氏模量的方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)in718鎳基合金楊氏模量的方法，其特征在于，所述in718鎳基合金樣品采用激光粉末床熔融增材制造方法在in718鎳基體的預(yù)設(shè)方向上逐次增材制造得到；其中，所述預(yù)設(shè)方向?yàn)樗鰅n718鎳基體的豎立方向的0°方向或45°方向或90°方向。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)in718鎳基合金楊氏模量的方法，其特征在于，所述加工參數(shù)數(shù)據(jù)至少包括每次增材厚度、激光功率、激光掃描速度、激光光斑直徑、激光艙口間距以及預(yù)熱溫度。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)in718鎳基合金楊氏模量的方法，其特征在于，所述原材料固有屬性數(shù)據(jù)包括測(cè)試溫度、質(zhì)量、尺寸、在所述測(cè)試溫度下的密度和熱膨脹系數(shù)、彎曲模式的共振頻率以及扭轉(zhuǎn)模式的共振頻率。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)in718鎳基合金楊氏模量的方法，其特征在于，構(gòu)建機(jī)器學(xué)習(xí)模型，具體步驟為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)in718鎳基合金楊氏模量的方法，其特征在于，利用所述加工參數(shù)數(shù)據(jù)、所述原材料屬性數(shù)據(jù)以及楊氏模量數(shù)據(jù)訓(xùn)練所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型，得到楊氏模量預(yù)測(cè)模型，包括如下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)in718鎳基合金楊氏模量的方法，其特征在于，多個(gè)所述預(yù)選預(yù)測(cè)模型分別為xgboost模型、lightgbm模型、randomforest模型以及svr模型。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)in718鎳基合金楊氏模量的方法，其特征在于，所述預(yù)測(cè)性能指標(biāo)包括均方誤差、均方根誤差、平均絕對(duì)誤差、平均絕對(duì)百分比誤差以及擬合度。

9.一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)in718鎳基合金楊氏模量的系統(tǒng)，其特征在于，包括數(shù)據(jù)采集處理模塊、模型構(gòu)建模塊、模型訓(xùn)練模塊以及結(jié)果預(yù)測(cè)模塊；

10.一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于：所述存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序或計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)程序或所述計(jì)算機(jī)指令被計(jì)算機(jī)的處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)in718鎳基合金楊氏模量的方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)IN718鎳基合金楊氏模量的方法及系統(tǒng)，其方法包括：采集IN718鎳基合金樣品的加工參數(shù)數(shù)據(jù)、材料固有屬性以及所述加工參數(shù)數(shù)據(jù)下的楊氏模量數(shù)據(jù)；構(gòu)建機(jī)器學(xué)習(xí)模型；利用所述加工參數(shù)數(shù)據(jù)、所述原材料屬性數(shù)據(jù)以及所述楊氏模量數(shù)據(jù)訓(xùn)練所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型，得到楊氏模量預(yù)測(cè)模型；確定待加工IN718鎳基合金的預(yù)設(shè)原材料屬性數(shù)據(jù)以及預(yù)設(shè)加工參數(shù)，數(shù)據(jù)；將所述預(yù)設(shè)原材料屬性數(shù)據(jù)以及所述預(yù)設(shè)加工參數(shù)數(shù)據(jù)輸入至所述楊氏模量預(yù)測(cè)模型中，以預(yù)測(cè)出所述待加工IN718鎳基合金在所述預(yù)設(shè)加工參數(shù)數(shù)據(jù)下加工成型后的楊氏模量；本發(fā)明降低了制造周期以及制造成本，提高了生產(chǎn)效率。

技術(shù)研發(fā)人員：李云麗,李文昭,吳文平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26