《高端裝備關鍵機械部件表面力學性能微磁測量方法研究》是依託北京工業大學，由劉秀成擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高端裝備關鍵機械部件表面力學性能微磁測量方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉秀成
- 依託單位：北京工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高端裝備關鍵機械部件如汽輪機葉片、大型船用曲軸鍛件、大功率高速齒輪與軸承等的表面力學性能直接影響高端裝備製造產品的質量和可靠性。研究無損、快速、高精度的表面力學性能測量方法，可為機械部件製造過程中的表面質量檢驗及控制提供基礎支撐，具有重要的科學意義和經濟價值。本項目圍繞機械部件表面硬度、硬化層深度、殘餘應力的測量與分析，考慮鐵磁性材料的磁彈效應及材料微磁特徵參數沿深度方向的梯度分布特性，建立硬化層、過渡層與心部組織三層結構的靜、動態磁滯模型，揭示硬度、硬化層深度、殘餘應力對磁學參量的影響規律，提出基於微磁理論的表面力學性能磁學表征和測量方法，發展一種新型共源疊加式多功能微磁測量感測器技術，利用標定實驗數據，採用統計模型預測方法建立多元磁學參量對硬度、硬化層深度、殘餘應力的描述方程及靈敏度矩陣，實現對上述表面力學性能評價指標的定量預測，為高端裝備關鍵機械部件的製造質量控制提供堅實的技術保障。
結題摘要
項目緊密圍繞力學性能的微磁無損檢測問題，在微磁檢測理論、多功能微磁檢測感測器技術和力學性能的微磁定量預測模型等方面取得了有益的進展，完成了所有既定目標。取得的主要成果包括： （1）發展了含應力的多層材料動態磁滯模型，提出了基於微分磁導率雙峰曲線的硬化層深度定量檢測新方法。基於點狀磁荷假設，考慮各層退磁因子和層間磁場耦合對經典J-A-S磁滯方程輸入量的調控作用，建立了多層材料動態磁滯模型，分析了層厚、層內應力對磁特性的影響規律，提出了基於微分磁導率雙峰曲線的硬化層深度定量檢測新方法。 （2）建立了考慮應力的巴克豪森噪聲描述模型，提出並實現了基於巴克豪森噪聲幅值譜的應力梯度反演方法。建立了考慮不可逆磁化和巴克豪森跳變過程的巴克豪森噪聲描述模型，以及考慮應力的巴克豪森噪聲幅值譜隨傳播深度的衰減模型。針對四點彎曲試件表面接收的巴克豪森噪聲實驗信號，採用遺傳算法對衰減模型參數進行反演，定性表征了表面應力及應力梯度。 （3）提出並實現了高、低頻疊加的共源勵磁條件下的多功能微磁檢測方法，研製出多功能微磁檢測感測器，集成了微磁檢測技術平台。基於共源疊加勵磁和切向磁場強度的線性外推測量方法，研製出多功能微磁感測器，集成了實驗平台，可同步實施包括磁特性曲線、巴克豪森噪聲、切向磁場強度、增量磁導率和渦流在內的5種檢測功能。 （4）基於多元線性回歸和BP神經網路算法，建立了多項微磁參量輸入、多項力學性能輸出的定量預測模型，實現了表面硬度、硬化層深度、應力等指標的高精度預測。採用巴克豪森噪聲和切向磁場強度同步檢測方法，利用BP神經網路技術，建立了多項微磁參數輸入的表面硬度定量預測模型，預測誤差小於10%；建立的四元線性回歸模型對淬硬層深度的預測平均誤差僅為3.87%；採用磁滯回線、巴克豪森噪聲和切向磁場強度同步檢測技術，基於BP神經網路技術，成功實現了硬度、硬化層深度、應力的同步定量預測，平均預測誤差分別約為0.19%、3.10%和5.20%。
