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电弧增材材料内部缺陷超声定量的不确定性建模及影响研究

批准号:
51975546
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
关雪飞
学科分类:
机械测试与仪器
结题年份:
2023
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
关雪飞

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
本项目以电弧增材制造材料内部缺陷超声定量的固有不确定性为研究对象,针对(1)层级、多源不确定变量尚无客观完备的概率模型;(2)小样本下高置信参数估计、利用不完备信息的概率推断尚无客观自洽的数学方法;(3)超声定量不确定性对损伤容限结果的影响无法综合量化三个问题,从(1)模型及模型参数均不确定条件下的超声定量概率建模;(2)小样本及不完备信息下超声定量模型参数的高置信概率推断;(3)超声定量不确定性对损伤容限评估的敏感性建模三个方面开展研究,并以电弧增材2319铝合金为工程应用对象,开展试验对整体方法进行综合验证,最终形成电弧增材制造材料内部缺陷超声定量不确定性量化及影响分析的科学方法,解决缺陷超声定量不确定性精确表征的科学问题,突破现有电弧增材超声定量因研究不充分、数据少,导致难以实现关键工程应用的瓶颈。
英文摘要
The research focuses on the uncertainty quantification of ultrasonic sizing of embedded flaws in Wire and Arch Additive Manufacturing (WAAM). The current modeling method for such uncertainty is based on a particular assumption of model format, and relies on large samples to obtain reliable results; therefore, the current method is difficult to deal with the inherent hierarchical, multi-source uncertainties of ultrasonic sizing process. The research develops a systematical method to handle such uncertainties. WAAM-Al2319 materials are used to obtain the experimental data and investigate the effectiveness of the proposed method. The proposed research is expected to provide a systematical method for uncertainty quantification of ultrasonic sizing of WAAM materials, and to alleviate the bottleneck in application of WAAM materials in critical engineering systems.
作为信息化和制造技术的高度融合,增材制造改变了传统金属零件,特别是高性能难加工、构型复杂等金属零件的加工模式,已成为提高制造业核心竞争力的关键技术之一,各国纷纷制定了发展和推动增材制造技术的国家战略和规划。电弧增材制造具有沉积速率高、制造成本低、对金属材质不敏感,可以成形对激光发射率高的材质等优势。电弧增材在交通运输、国防军工、能源生产中的应用基础研究与关键技术攻关已经成为研究热点,但其制造过程中导致的材料内部缺陷,如孔隙、夹杂、裂纹等,已经成为制约复杂装备可靠性和健康服役的瓶颈。由于材料内部缺陷无法直接测量,导致了超声定量尺寸和缺陷实际物理尺寸存在较大差异的问题。这种差异造成了缺陷尺寸定量存在固有不确定性,并直接影响到基于缺陷定量尺寸的损伤容限评估。美国国防报告显示,超过80%的航空发动机涡轮盘,因未能对内部缺陷精确定量,无法开展有效的损伤容限评估,导致提前退役,造成极大经济损失,严重影响装备可用率。为此,有必要对材料内部缺陷超声定量的不确定性溯源,研究不确定性的建模及分析方法,在此基础上探明定量不确定性对损伤容限评估的影响,突破电弧增材制造尚无法在关键领域应用的瓶颈。.项目以电弧增材制造材料内部缺陷超声定量的固有不确定性为研究对象,针对层级、多源不确定变量尚无有效建模方法;小样本条件下参数估计不准确,也缺乏使用增量数据更新初始估计的客观方法;定量不确定性对后续损伤容限结果的综合影响尚未探明三个亟待解决的问题,从(1)模型本身、模型参数均不确定下的超声定量概率模型;(2)小样本、不完备信息下的概率推断方法;(3)超声定量的不确定性对损伤容限影响这三个方面开展研究,形成电弧增材超声定量不确定性量化及影响分析的科学方法,解决了现有超声定量不确定性量化方法不准确、不客观的问题,突破现有电弧增材制造超声定量因研究不充分、数据少,导致难以实现关键工程应用的瓶颈,具有重要意义。
多层异质预紧球体结构层间应力松弛的超声导波监测和评估研究
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