基于SVM法的Gr5钛合金拉伸实验变化规律方法的研究

苏丽凤，武晶晶，翟通德

(西北有色金属研究院西部金属材料公司，陕西 西安 721014)

拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标。美标ASTME8/E8M-16a是金属材料测量拉伸试验方法或者标准之一。然而在实验过程中，实验操作者发现美标ASTME8/E8M-16a中对于棒材或者丝材标距规定只有4D(D代表试样的直径)或者5D的要求，未明确整数修约的具体操作要求准则或者规范，而在检测中经常会遇到带小数的比例标距计算值情况，导致Gr5钛合金划线机难以准确标记到小数值，若重新测量时其结果误差会偏大，导致测量结果失真。国内实验开始了一系列的研究[1-3]，然而目前，鲜有人利用Olive伸长率换算公式真对针对钛合金进行研究。传统的实验需要一定的财力和物力，伴随着互联网技术的发展，人工智能中的分支——SVM(Support Vector Regression)网络技术在数据收集和分析上得到了广发的发展和应用，其依据相应数据分析出数据间的关系和规律。本文基于SVM方法建立了Gr5钛合金室温拉伸模型，为优化Gr5钛合金的室温拉伸过程的准确性提供依据。

1 原理

SVM由Vapnik基于统计学理论中的结构风险最小化首次创建，其创建思想是建立一个分类超平面作为决策曲面，使得正例和反例之间的隔离边缘被最大化。学习机器在测试数据上的误差训练误差率和一个赖以于VC维数(Vapnik-Chervonenkis dimension)的项的和为界面，在可分模式情况下，支持向量机对于前一项的值为零，并且使第二项最小化。该方法能在模式分类的基础上提供最好的泛化能力。SVM的网络示意图如图1所示。

图1 SVM网络示意图

2 实验

选取牌号为Gr5的钛合金材料，参照ASTME8/E8M-16a标准加工成5根直径为6.35mm的光滑圆棒室温拉伸试样，并按照屈服阶段应变速率0.005min-1(应变控制)，屈服阶段后断裂速率0.05 min-1(十字连接头控制)进行静拉伸试验，并计算标距为4D和5D时的伸长率，考虑到小数划线和测量的不便，将其修约到整数25 mm和30 mm，进行相应延伸率的计算。为了得到文中钛材试样的近似材料常数n,任意选取5根试样之中的一根进行推算，此处选取1号试样。由表1得到标距Lo=25mm时，Lor=30mm, δr=18.3%，δ=20.7%，可得到n=0.68,将n值带入其他4跟试样的进行验证，汇总实验结果。

3 结果与分析

3.1 模型构建

利用SVM法配合Olive建立了Gr5模型室温拉伸模型，如表1所示，从表1可见。SVM网络计算与传统的人工计算对比结果如表1所示。从表1可以见，基于SVM法+Olive的室温拉伸的人工计算方法具有运算速度快，运算效率高的特点。

表1 SVM算法与Olive结果对比表

3.2 应用

图2 A4D各实验室之间的比对提

利用建立了的模型输出结果，A4D各实验室之间的比对由图2可见，标距为4D时计算标距为25.4mm,修整标距为25mm,标距偏差为1.6%，可以近似忽略不计，故而此比对数据在满意区间，见图3中D点。图3为A5D各实验室之间的比对图， 而图3可见，标距为5D时计算标距为31.75mm,修整标距为30mm,标距偏差为5.8%，已偏离比对数据满意区间，数据出现可疑,见图3中B点。

图3 A5D各实验室之间的比对

4 结论

本文基于SVM法加Olive方程建立了Gr5合金美标室温拉伸模型，解决了室温拉伸过程汇总部分比例试样在无法进行实际计算标距测量的难题。该模型具有运算时间短、运算速度快，运算效率高的特点，可为提高钛合金的室温拉伸性能精度提供参考。