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关键词： 真空电弧熔炼   稀土Y   GCr15   摩擦磨损   热处理  

摘要： 采用真空电弧熔炼法制备含稀土Y的GCr15轴承钢并对其进行不同工艺参数的热处理。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微维氏硬度计及摩擦磨损试验机等对试样的物相结构、微观组织、维氏硬度以及摩擦磨损性能进行表征。结果表明:相比未添加稀土Y的GCr15钢,添加0.036%稀土Y的GCr15钢的晶粒尺寸更小,晶格畸变程度更大,碳化物分布更均匀。当淬火温度和保温时间为830℃和20 min,回火温度和保温时间为160℃和30 min时,GCr15-Y钢的硬度最大,为814 HV,摩擦系数最小,为0.158,此时犁沟浅且窄,磨损最轻,耐磨性最好。在干摩擦条件下GCr15-Y轴承钢的磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损。

关键词： 刀具磨损   自适应变分模态分解   卷积长短期记忆网络   麻雀搜索算法   迁移学习  

摘要： 在现代智能制造加工中,刀具磨损状态对产品质量有着直接影响。通过监测和分析刀具磨损,可以提高生产效率、保证产品质量、降低成本、延长刀具寿命,推动智能制造发展。刀具磨损检测技术不仅可以避免生产效率下降,还可以保证产品的加工精度和质量。企业通过实时监测和智能诊断,合理安排刀具使用和维护,降低更换频率和能耗成本,提高生产效率和经济效益。综上所述,刀具磨损检测不仅是现代制造业不可或缺的重要技术,更是推动制造业向智能化、高效化方向迈进的关键一步。 深度学习在刀具磨损检测领域发挥着关键作用。通过深度学习算法,利用大量数据进行训练能够实现自动学习和提取刀具磨损特征,准确识别和预测磨损状态。与传统方法相比,深度学习更能捕捉复杂模式和关联信息,具有更高的准确性和鲁棒性。此外,深度学习能进行多模态数据融合和大规模数据分析,为刀具磨损检测提供新的解决思路。虽然传统方法在特定场景下有应用价值,但相比深度学习,在准确性和自动化程度上还存在一定局限。 本文提出了一项基于深度学习的刀具磨损检测方法,其主要工作包括以下几个方面。 (1)提出了一种自适应性的变分模态分解方法,该方法可以在保留刀具磨损数据主要特征的前提下,减少冗余无效特征,从而提高模型的计算效率。通过确定自适应范围,并在该范围内自适应地确定当前系数,解决变分模态分解系数设置对分解效果的影响。相对于传统的数据预处理方法,该方法无需确定数据参数,并能减少噪声信号,从而提高数据处理效率。 (2)提出了一种CNN-ConvLSTM的刀具磨损检测模型,结合了ConvLSTM和CNN两种网络结构。Conv LSTM模型能够有效提取刀具磨损数据的多维时空序列特征,而CNN则用于降低特征维度并更全面地捕捉刀具磨损信号中的特征。相较于传统方法,该模型在刀具磨损检测领域的准确性和鲁棒性方面有所提高。 (3)提出了一种改进的麻雀搜索算法,用于优化深度学习模型的超参数。该算法采用了黄金正余弦策略和Levy飞行策略,以提升算法的全局搜索能力和局部搜索能力。改进的麻雀搜索算法有效地提升了算法的性能,并且优化模型超参数有效克服了依靠人工经验对模型参数设置影响的问题。 (4)提出了一种基于深度迁移学习的刀具磨损检测方法,通过深度学习模型将从源域学习的知识迁移到目标域中,在全连接层中加入微调和最大均值差异进一步减少源域和目标域的差异。该方法能够有效地克服传统模型在面对数据差异较大时预测效果大大下降的问题,并且能够提升模型的泛化性能,具有良好的可靠性和效果。

关键词： 混流式水轮机   泥沙磨损   多相流   优化设计  

摘要： 水轮机运行于含沙水流中将遭受泥沙磨损的严重影响,泥沙磨损成为制约水轮机发展的关键因素之一。本文针对一混流式水轮机,开展水沙两相数值研究,对过流通道磨损特性进行详细评估,并针对核心部件转轮开展抗磨损优化设计研究,提升水轮机转轮抗磨损性能,分析设计参数与水轮机水力性能及磨损特性的响应关系,为水轮机抗磨损设计提供科学理论支撑。本文的主要工作和结论如下: (1)明确了水轮机在不同泥沙参数、不同运行条件及不同过流通道结构下的磨损特性。基于水沙两相流动理论联合壁面磨损模型开展数值计算,结果表明:泥沙浓度影响磨损强度,不同泥沙浓度下磨损分布规律相似,随泥沙浓度升高过流通道壁面磨损强度增加。沙粒粒径影响磨损分布,大粒径下磨损集中于导叶及转轮叶片头部,呈密集的撞击磨损;小粒径磨损分布于导叶及叶片表面,呈散布的摩擦磨损。导叶开度变化对转轮叶片磨损影响相较于水头更明显,开度减小磨损降低,小开度下不稳定流动对应位置磨损较高;水头降低,叶片磨损更集中于下环附近。对过流通道结构补充导叶间隙,间隙诱发泄漏涡进而影响磨损形貌,导叶间隙高度增加泄漏涡形态增强,下游转轮叶片磨损加重。 (2)开展多目标、多工况水轮机抗磨损优化设计,提升了水轮机转轮抗磨损性能。以参数化转轮叶片的形状控制点为设计变量,以效率及转轮叶片表面平均磨损率为主要优化目标,在多工况下求解寻优得到优化转轮。优化转轮磨损情况有明显的改善,叶片表面平均磨损率最高减小23.91%,并较好保持了原有设计下的水力性能。磨损形貌上优化后叶片正面高磨损区域明显减小,叶片背面高磨损区域在低水头工况点接近消失。水轮机内部流动分析发现优化转轮叶片出水边附近流速及流道内泥沙浓度均有所降低。 (3)基于平行坐标系展开方法及敏感性分析方法对水轮机抗磨损优化设计空间的信息进行研究,探索设计变量对水轮机水力性能及抗磨损性能的影响机制。将设计变量及目标函数值构成的高维数据空间在平行坐标系下展开,结果显示优化目标中效率及平均磨损率存在明显制约关系。三个工况点设计变量敏感性分析显示,关键设计变量对于效率及磨损率的影响均为正相关或负相关,即关键设计变量改变时效率与磨损率同步上升或下降。设计变量与效率及平均磨损率响应关系显示,当骨线圆周角发生变化时,大多数设计变量下,效率与平均磨损率之间存在相互制约或同步变化的响应关系,改善磨损性能将降低一定幅度的水力性能。