[發明專利]基于改進的人工神經網絡模型三維加工圖建立方法、系統

在審

• 申請號: 202011544014.1
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112699545A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 朱禹龍;曹宇;羅銳;劉存建;張潔柯;黃光杰;劉慶
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06N3/02;G06N3/08;G06T17/00;G06F119/08
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本發明屬于數據處理技術領域，公開了一種基于改進的人工神經網絡模型三維加工圖建立方法、系統，基于材料的熱加工范圍進行材料應力應變數據采集；基于采集的數據利用神經網絡對三維空間的應力分布進行泛化補充，并對數據進行分析處理得到應力在三個維度的三維空間分布以及其他三維分布情況；基于確定的三維分布情況，計算能量耗散和產生的熱量，并構建加工圖。本發明借助神經網絡的智能化思想對傳統的加工圖構圖方法進行了優化，不僅僅可以在實際的生產應用中實現更好的微觀組織與加工圖的對應，而且可以在工業4.0中發揮巨大的推動作用，協助工業的智能生產，產品控制。

技術領域

本發明屬于數據處理技術領域，尤其涉及一種基于改進的人工神經網絡模 型三維加工圖建立方法、系統。

背景技術

目前，基于動態材料模型理論(DMM)建立的經典加工圖(PM)被認為是獲得合 適的加工窗口和跟蹤變形微觀組織演變的優秀工具。由于其優秀的可預測性和 有效性，該方法不僅僅在實際的生產中得到了廣泛的應用，并且在理論研究中 也被不斷推進，目前已被應用到各種金屬和合金中，包括鋯合金、銅合金、鋁 合金和鎳基高溫合金。傳統的PM一般認為應變對加工性影響不大，但這種假設 影響了模型的泛用性。為了更好地實現PM與有限元模擬的結合，現有技術1在 相關理論的基礎上提出了三維加工圖。為了描述真實應力與不同變形條件之間 的關系，三維加工圖的建立涉及以下兩個假設:1，假設應力分布可以表示為冪 律特性(即σ＝kε^′m)；2，采用插值方法(即σ_i(x)＝a_i+b_i(x-x_i)+c_i(x-x_i)²+d_i(x-x_i)³) 得到三維等高線。在此簡化模型的基礎上，現有技術2便基于此建立了U720LI 高溫合金的三維加工圖，并驗證了合適的加工窗口。為了提高數值穩定性，現 有技術3建議使用3次以上的多項式函數和最小二乘法回歸。

然而，熱變形涉及一系列復雜的非線性和交互效應，所以大量的研究發現 基于擬合的傳統加工圖并不能夠很好的與實際的實驗現象結合起來。后來學者 進一步引入阿倫尼布斯本構方程抑或是JC方程來描述應力應變關系，但是最后 依然在一些特殊的地方存在差異。

總的來說，傳統的曲線擬合技術可能不適用于這些高度復雜的交互模型的 建模。為了解決這個問題，人工神經網絡模型被發展成為一個有效的替代來描 述高度精確的非線性數據和交互關系。神經網絡的特點是，即使非線性關系的 形式未知，一些實驗結果是錯誤的，也可以得到各變量之間的函數關系。神經 網絡技術使任何工程問題的函數關系建模成為可能，具有廣闊的應用前景。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：1)傳統的加工圖不具備廣 泛適用性，特別是在一些特殊的區域，例如高溫高應變速率區域，伴隨著動態 再結晶的發生可加工性得到大大提升，而傳統加工圖無法有效識別這種轉變， 造成加工效率的降低；2)傳統的方法造成了一定程度的數據誤差與去特征化， 一方面是曲線擬合技術可能不適用于這些高度復雜的交互模型的建模，另一方 面是數據插值方法降低了數據的真實有效性。3)傳統本構方程的泛化能力存在 缺陷。

解決以上問題及缺陷的難度為：現有三維加工圖的構建往往需要使用傳統 的本構方程，曲線擬合，以及插值方法等，而這些方法的使用雖然可以獲得一 個合適的加工窗口，但是加工圖整體精度尚佳，要解決這個問題就需要從根本 入手，那就是獲得一個精度高，準確性強，可泛化的應力與變形條件之間的關 系，傳統本構方程已經經過了數十年的發展，但是由于變形條件的復雜影響以 及不同變形條件之間的耦合造成了應力的不確定性，降低了擬合的精確性，往 往只能將相關性保持在3％-5％之間。為了解決這個問題，人工神經網絡模型被 發展成為一個有效的替代來描述高度精確的非線性數據和交互關系。