目的预测燃机透平叶片热障涂层孔隙率,加速热障涂层的研发及工艺优化,解决传统实验方法效率低、成本高的问题,为重型燃气轮机热障涂层研发及工业实际生产中的具体工艺参数调控提供一定指导。方法采用MATLAB图像二值化处理技术计算陶瓷...目的预测燃机透平叶片热障涂层孔隙率,加速热障涂层的研发及工艺优化,解决传统实验方法效率低、成本高的问题,为重型燃气轮机热障涂层研发及工业实际生产中的具体工艺参数调控提供一定指导。方法采用MATLAB图像二值化处理技术计算陶瓷层的孔隙率数据,训练机器学习模型,预测不同工艺参数下热障涂层陶瓷层的孔隙率,并通过实验验证测试涂层的硬度和孔隙率。结果GradientBoosting Regression模型能够实现对热障涂层孔隙率的准确预测,喷涂功率、送粉率和喷涂距离对孔隙率的影响较大。机器学习具有一定的外延性,模型的R值(Related Coefficient,R)由0.8344提高到0.9430,R2值(Square of Related Coefficient,R^(2))从0.6962提高到0.8892,而MAE的值(Mean Absolute Error,MAE)从1.3440降低到1.0394,RMSE值(Root Mean Squared Error,RMSE)由1.8810减少到1.7128。随孔隙率的降低,等离子喷涂8YSZ陶瓷涂层的硬度由3.98 GPa增加到5.54 GPa,弹性模量由62.36 GPa提高到84.30 GPa。该模型准确预测了不同工艺下的涂层孔隙率。结论喷涂功率、送粉率和喷涂距离决定了热障涂层的孔隙率,热障涂层的孔隙率与其硬度和弹性模量息息相关。本工作利用机器学习准确预测了不同工艺下的涂层孔隙率,证明机器学习算法在重型燃气轮机透平叶片热障涂层研发、工艺优化及生产中具有一定的应用前景。展开更多
离散单元法(discrete element method,DEM)数值仿真中,孔隙率场已用于观测剪切带宽度,观测剪切带宽度有助于理解剪切带宽度与颗粒特性的关系。孔隙率场可由测量圆测得,但测量圆半径通常按经验确定。针对测量圆半径定义缺乏理论和数值研...离散单元法(discrete element method,DEM)数值仿真中,孔隙率场已用于观测剪切带宽度,观测剪切带宽度有助于理解剪切带宽度与颗粒特性的关系。孔隙率场可由测量圆测得,但测量圆半径通常按经验确定。针对测量圆半径定义缺乏理论和数值研究等问题,开展了孔隙率测量精度与测量圆半径关系的研究。提出基于孔隙率场的“1/2宽度估算法”和“1/2曲率极值法”,将其应用于直剪和双轴压缩试验的剪切带宽度测量,并将测量结果与转角法和网格法测量结果进行了对比。DEM数值研究结果表明:提出的方法能够用于量测直剪试验和双轴压缩试验中的剪切带宽度;直剪试验中剪切带宽度随粒径增大而逐渐增大;因为试样的非对称和不均匀性,双轴压缩试验的X形剪切带中的两条剪切带宽度不相等,且剪切带随轴向加载过程逐渐变宽。展开更多
文摘目的预测燃机透平叶片热障涂层孔隙率,加速热障涂层的研发及工艺优化,解决传统实验方法效率低、成本高的问题,为重型燃气轮机热障涂层研发及工业实际生产中的具体工艺参数调控提供一定指导。方法采用MATLAB图像二值化处理技术计算陶瓷层的孔隙率数据,训练机器学习模型,预测不同工艺参数下热障涂层陶瓷层的孔隙率,并通过实验验证测试涂层的硬度和孔隙率。结果GradientBoosting Regression模型能够实现对热障涂层孔隙率的准确预测,喷涂功率、送粉率和喷涂距离对孔隙率的影响较大。机器学习具有一定的外延性,模型的R值(Related Coefficient,R)由0.8344提高到0.9430,R2值(Square of Related Coefficient,R^(2))从0.6962提高到0.8892,而MAE的值(Mean Absolute Error,MAE)从1.3440降低到1.0394,RMSE值(Root Mean Squared Error,RMSE)由1.8810减少到1.7128。随孔隙率的降低,等离子喷涂8YSZ陶瓷涂层的硬度由3.98 GPa增加到5.54 GPa,弹性模量由62.36 GPa提高到84.30 GPa。该模型准确预测了不同工艺下的涂层孔隙率。结论喷涂功率、送粉率和喷涂距离决定了热障涂层的孔隙率,热障涂层的孔隙率与其硬度和弹性模量息息相关。本工作利用机器学习准确预测了不同工艺下的涂层孔隙率,证明机器学习算法在重型燃气轮机透平叶片热障涂层研发、工艺优化及生产中具有一定的应用前景。
文摘离散单元法(discrete element method,DEM)数值仿真中,孔隙率场已用于观测剪切带宽度,观测剪切带宽度有助于理解剪切带宽度与颗粒特性的关系。孔隙率场可由测量圆测得,但测量圆半径通常按经验确定。针对测量圆半径定义缺乏理论和数值研究等问题,开展了孔隙率测量精度与测量圆半径关系的研究。提出基于孔隙率场的“1/2宽度估算法”和“1/2曲率极值法”,将其应用于直剪和双轴压缩试验的剪切带宽度测量,并将测量结果与转角法和网格法测量结果进行了对比。DEM数值研究结果表明:提出的方法能够用于量测直剪试验和双轴压缩试验中的剪切带宽度;直剪试验中剪切带宽度随粒径增大而逐渐增大;因为试样的非对称和不均匀性,双轴压缩试验的X形剪切带中的两条剪切带宽度不相等,且剪切带随轴向加载过程逐渐变宽。
