[發明專利]基于BP網絡模型的核用鋯-4合金耐腐蝕性能預測方法、電子設備、存儲介質

在審

• 申請號: 202011069396.7
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112326540A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 儲林華;溫樹文;張書彥;張鵬;肖魏;朱水文;方敏杰;樊卓志;吳煒楓
• 申請（專利權）人: 東莞材料基因高等理工研究院;廣東書彥材料基因創新科技有限公司
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00;G01N5/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 廣州市越秀區哲力專利商標事務所(普通合伙) 44288
• 代理人: 葛燕婷

本發明提供基于BP網絡模型的核用鋯?4合金耐腐蝕性能預測方法，包括步驟：獲取原始數據樣本，提取特征信息，構建BP網絡模型，驗證BP網絡模型。本發明涉及一種電子設備和存儲介質，用于執行上述方法。本發明針對不同合金成分對核用鋯?4合金腐蝕性能影響預測問題，以BP網絡模型為中心，結合主成分分析技術對輸入變量進行降維去噪處理，提取特征信息，有效改善了傳統BP網絡模型的預測精度和泛化能力，構建了鋯?4合金成分含量與腐蝕性能的非線性映射關系模型，解決了目前通過大量實驗法進行腐蝕性能研究而造成的研發周期長、效率低以及成本浪費問題，為新型鋯合金研發提供了一種新的技術手段。

技術領域

本發明涉及核級鋯材技術領域，尤其涉及基于BP網絡模型的核用鋯-4合金耐腐蝕性能預測方法、電子設備、存儲介質。

背景技術

鋯-4合金因其優異的核性能而被一直用作壓水堆(PWRS)和沸水堆(BWRS)的結構材料，如包殼管、端塞棒和定位格架等。耐腐蝕性能，是鋯-4合金眾多核性能中最為關鍵的一項。實際生產中，由于工藝鏈較長，影響腐蝕性能的因素眾多，如合金成分、熱加工工藝、累積退火參數∑A值、表面狀態以及腐蝕環境等，相較于其他因素，作為源頭的合金成分(包括元素種類及添加量)，又是其中最為重要的一種。

合金及雜質元素含量對鋯-4合金樣品腐蝕性能影響，國外研究工作主要涉及合金元素Sn、Fe、Cr和雜質元素C、Si、P、Al等。Craig M.Eucken等通過加工不同成分配比的鋯-4合金1mm厚度小板材樣品，然后反應釜腐蝕，發現：在ASTM標準要求的鋯-4成分范圍內，隨Sn含量增加，400℃均勻腐蝕性能會變差；Fe+Cr含量從0.21％增加至上限0.36％，對腐蝕能起到明顯改善作用；C元素從極低的40ppm添加到283ppm過程中，腐蝕性能會不斷惡化；增加Si、P和Al含量，腐蝕性能沒有明顯變化。Makoto Harada等通過微觀結構分析發現，鋯-4合金表面氧化物若從單斜結構向四方或面心立方結構發生轉變，轉變過程中引起的“應力釋放”將可能有利于均勻腐蝕性能的提升，而Sn含量增加，可能正是因為具有穩定單斜結構氧化物的作用，從而通過腐蝕性能惡化，加速了腐蝕轉變。在國內，主要由上海大學的姚美意等人利用小型軋機，在實驗室制備板材樣品，研究了不同Sn、Cu、Nb、O等元素對鋯合金不同介質條件下腐蝕行為的影響。上述研究工作均采用的是單因素控制變量法，實驗量大、研發成本高；同時，由于影響鋯-4合金腐蝕性能的合金成分種類眾多，這些元素之間又存在交互影響，因此其是一個多維非線性的映射問題，難以通過建立簡單的數學模型表達其內在聯系。盡管傳統實驗方法在腐蝕技術發展中起到積極的作用，但在鋯-4合金腐蝕性能預測方面已遠不能滿足當前鋯合金的研發需求。因此，如能在盡可能少實驗的條件下，借助新型技術手段，構建起“不同合金成分——腐蝕性能”間的數學模型，利用模型實現對不同成分對腐蝕性能影響地快速預測分析，將對于促進我國新型鋯合金的研發具有重要作用。

人工神經網絡技術是一種超大規模非線性連續時間自適應信息處理技術，由于其兼具訓練樣本少、數據處理快速、信息搜尋全面、學習能力強以及快速收斂建模等優點，因此近年來，在國內的加工制造領域，得到了大量的推廣應用。這其中，又以BP(BackPropagation,BP)神經網絡技術的應用最為成功和廣泛。BP網絡也稱前饋神經網絡，是一種誤差反向傳播進行訓練的算法，其原理簡單，計算精度較高，目前已被應用于眾多領域。發明專利(CN 107609647 A)公開了“一種基于BP神經網絡的軋輥合金力學性能預測方法”，發明人通過構建軋輥合金成分、熱處理工藝參數和力學性能間的BP網絡模型，實現了最優參數組合的篩選。發明專利(CN 111241750 A)公開了“一種結合遺傳算法的BP網絡冷軋帶鋼力學性能預測方法”，發明人以BP網絡為中心，利用遺傳算法對BP網絡進行改進，建立了冷軋帶鋼力學性能的預測模型，提高了生產效率。然而，長期以來，由于核級鋯材生產成本高、技術難度大，國內研究工作尚處于起步階段。因此，急需一種將BP神經網絡技術應用到核級鋯材腐蝕性能預測的方法，以解決現有研究工作采用單因素控制變量法，實驗量大、研發成本高，難以通過建立簡單的數學模型表達不同合金成分內在聯系的問題。

發明內容