基于SVM法的Gr5鈦合金拉伸實(shí)驗(yàn)變化規(guī)律方法的研究

蘇麗鳳，武晶晶，翟通德

(西北有色金屬研究院西部金屬材料公司，陜西 西安 721014)

拉伸試驗(yàn)是指在承受軸向拉伸載荷下測(cè)定材料特性的試驗(yàn)方法。利用拉伸試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)可以確定材料的彈性極限、伸長(zhǎng)率、彈性模量、比例極限、面積縮減量、拉伸強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、屈服強(qiáng)度和其它拉伸性能指標(biāo)。美標(biāo)ASTME8/E8M-16a是金屬材料測(cè)量拉伸試驗(yàn)方法或者標(biāo)準(zhǔn)之一。然而在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)操作者發(fā)現(xiàn)美標(biāo)ASTME8/E8M-16a中對(duì)于棒材或者絲材標(biāo)距規(guī)定只有4D(D代表試樣的直徑)或者5D的要求，未明確整數(shù)修約的具體操作要求準(zhǔn)則或者規(guī)范，而在檢測(cè)中經(jīng)常會(huì)遇到帶小數(shù)的比例標(biāo)距計(jì)算值情況，導(dǎo)致Gr5鈦合金劃線機(jī)難以準(zhǔn)確標(biāo)記到小數(shù)值，若重新測(cè)量時(shí)其結(jié)果誤差會(huì)偏大，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果失真。國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始了一系列的研究[1-3]，然而目前，鮮有人利用Olive伸長(zhǎng)率換算公式真對(duì)針對(duì)鈦合金進(jìn)行研究。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)需要一定的財(cái)力和物力，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，人工智能中的分支——SVM(Support Vector Regression)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在數(shù)據(jù)收集和分析上得到了廣發(fā)的發(fā)展和應(yīng)用，其依據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)分析出數(shù)據(jù)間的關(guān)系和規(guī)律。本文基于SVM方法建立了Gr5鈦合金室溫拉伸模型，為優(yōu)化Gr5鈦合金的室溫拉伸過(guò)程的準(zhǔn)確性提供依據(jù)。

1 原理

SVM由Vapnik基于統(tǒng)計(jì)學(xué)理論中的結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化首次創(chuàng)建，其創(chuàng)建思想是建立一個(gè)分類超平面作為決策曲面，使得正例和反例之間的隔離邊緣被最大化。學(xué)習(xí)機(jī)器在測(cè)試數(shù)據(jù)上的誤差訓(xùn)練誤差率和一個(gè)賴以于VC維數(shù)(Vapnik-Chervonenkis dimension)的項(xiàng)的和為界面，在可分模式情況下，支持向量機(jī)對(duì)于前一項(xiàng)的值為零，并且使第二項(xiàng)最小化。該方法能在模式分類的基礎(chǔ)上提供最好的泛化能力。SVM的網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖1所示。

圖1 SVM網(wǎng)絡(luò)示意圖

2 實(shí)驗(yàn)

選取牌號(hào)為Gr5的鈦合金材料，參照ASTME8/E8M-16a標(biāo)準(zhǔn)加工成5根直徑為6.35mm的光滑圓棒室溫拉伸試樣，并按照屈服階段應(yīng)變速率0.005min-1(應(yīng)變控制)，屈服階段后斷裂速率0.05 min-1(十字連接頭控制)進(jìn)行靜拉伸試驗(yàn)，并計(jì)算標(biāo)距為4D和5D時(shí)的伸長(zhǎng)率，考慮到小數(shù)劃線和測(cè)量的不便，將其修約到整數(shù)25 mm和30 mm，進(jìn)行相應(yīng)延伸率的計(jì)算。為了得到文中鈦材試樣的近似材料常數(shù)n,任意選取5根試樣之中的一根進(jìn)行推算，此處選取1號(hào)試樣。由表1得到標(biāo)距Lo=25mm時(shí)，Lor=30mm, δr=18.3%，δ=20.7%，可得到n=0.68,將n值帶入其他4跟試樣的進(jìn)行驗(yàn)證，匯總實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3 結(jié)果與分析

3.1 模型構(gòu)建

利用SVM法配合Olive建立了Gr5模型室溫拉伸模型，如表1所示，從表1可見(jiàn)。SVM網(wǎng)絡(luò)計(jì)算與傳統(tǒng)的人工計(jì)算對(duì)比結(jié)果如表1所示。從表1可以見(jiàn)，基于SVM法+Olive的室溫拉伸的人工計(jì)算方法具有運(yùn)算速度快，運(yùn)算效率高的特點(diǎn)。

表1 SVM算法與Olive結(jié)果對(duì)比表

3.2 應(yīng)用

圖2 A4D各實(shí)驗(yàn)室之間的比對(duì)提

利用建立了的模型輸出結(jié)果，A4D各實(shí)驗(yàn)室之間的比對(duì)由圖2可見(jiàn)，標(biāo)距為4D時(shí)計(jì)算標(biāo)距為25.4mm,修整標(biāo)距為25mm,標(biāo)距偏差為1.6%，可以近似忽略不計(jì)，故而此比對(duì)數(shù)據(jù)在滿意區(qū)間，見(jiàn)圖3中D點(diǎn)。圖3為A5D各實(shí)驗(yàn)室之間的比對(duì)圖， 而圖3可見(jiàn)，標(biāo)距為5D時(shí)計(jì)算標(biāo)距為31.75mm,修整標(biāo)距為30mm,標(biāo)距偏差為5.8%，已偏離比對(duì)數(shù)據(jù)滿意區(qū)間，數(shù)據(jù)出現(xiàn)可疑,見(jiàn)圖3中B點(diǎn)。

圖3 A5D各實(shí)驗(yàn)室之間的比對(duì)

4 結(jié)論

本文基于SVM法加Olive方程建立了Gr5合金美標(biāo)室溫拉伸模型，解決了室溫拉伸過(guò)程匯總部分比例試樣在無(wú)法進(jìn)行實(shí)際計(jì)算標(biāo)距測(cè)量的難題。該模型具有運(yùn)算時(shí)間短、運(yùn)算速度快，運(yùn)算效率高的特點(diǎn)，可為提高鈦合金的室溫拉伸性能精度提供參考。