基于球压痕技术和ANFIS辨识材料的弹性模量

发布时间：2025-02-06 19:23

　　 为减小非线性、测量数据的不准确等对球压痕技术测量材料弹性模量的影响,基于量纲分析法和有限元仿真技术,利用具有较强自适应能力和非线性拟合特性的自适应神经模糊系统(ANFIS),以压痕功和压痕深度的无量纲压痕参数为ANFIS输入,弹性模量的无量纲参数为输出,用BP算法和最小二乘算法的混合算法进行系统参数优化,实现弹性模模量辨识。结果表明:该方法能较精确获取材料的弹性模量。

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【部分图文】：

图1 压痕载荷-位移曲线示意图

球压痕技术类似于常规的硬度测量技术，试验机将球压头以一定速度压入试样，当达到设定载荷或位移后进行卸载，直至压头与试样表面完全脱离。试验中连续采集压痕载荷与位移，其载荷-位移曲线，如图1所示。用相应的理论与方法计算材料的弹性模量[4-5,7,10]。其中：Pm为最大压痕载荷，对应的....

图2 无量纲参数PmE*/k2与Wu/Wt和hm/R函数关系图

图2b为无量纲参数PmE*/k2与Wu/Wt和hm/R经插值处理后的三维曲面示意图。可以看出，曲面呈一定的非线性特性，特别是当Wu/Wt和hm/R较大时。可见，建立式（8）的精确数学函数表达式存在一定难度。2ANFIS方法辨识弹性模量

图3 ANFIS结构

将有限元仿真获取的240组数据随机分成3部分，其中144组作为训练数据集，用于训练ANFIS系统；48组作为验证数据集，用于训练过程中的验证，以判断拟合性能；剩下的48组数据集用于检验训练完成后的ANFIS效果。ANFIS的输入为无量纲参数Wu/Wt和hm/R，输出为无量纲参数P....

图5 训练后输入变量的隶属度函数

经过100次迭代完成ANFIS训练后，训练数据集的均方根误差为0.007589，验证数据集的均方根误差为0.010097。训练后的两个无量纲输入参数Wu/Wt和hm/R的隶属度函数，如图5所示。与图4比较可知，由于仿真时用4种压痕深度，因此，无量纲输入参数hm/R的隶属度函数....

本文编号：4030793