【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶零部件加工，具体涉及一种氨-柴双燃料四冲程内燃机气阀增材强化方法。
技术介绍
1、船舶工业为水上交通，海洋资源开发，国防建设等提供了高端技术装备。大功率船用低速柴油机作为远洋船舶的“心脏”，首先要取得突破性进展，才能支持中国高技术船舶发展。与此同时，全球环境问题日益严峻，国内外对航运业污染物排放的要求愈加严格，在这个大背景下，氨-柴双燃料内燃机因其具有低碳燃料、低排放等优点而日益引起重视。氨燃料不含磷与硫，能很有效降低co2、sox等空气污染物排放。
2、近年来，随着船用低速机的单缸功率的不断提升，包括气阀在内的各个热端零部件的服役环境变得更加严苛。在氨-柴双燃料内燃机中，气阀服役条件恶劣，长期处于高温、高压、高腐蚀的恶劣环境中，同时还承受着高频的交变载荷和摩擦冲击作用，这导致它成为故障率最高的零部件之一。为了降低内燃机气阀报废率，延长其使用寿命，必须对内燃机气阀进行针对性的结构强化，提高其对交变载荷和摩擦冲击的抵抗能力。
3、经大量实践应用证明，在气阀高应力负荷区域增材制造高硬度、耐磨、耐腐蚀的强化层是提高气阀使用性能、延长服役寿命的有效手段，气阀的常用增材强化手段包括电弧熔丝增材和激光熔覆等工艺。然而，高性能增材层的增材厚度及宽度需要对内燃机气阀的服役环境演变规律进行分析后才能加以确定。内燃机实际工作过程中转速快，功率大，缸内由高温高压引起的交变载荷变化迅速且复杂，难以通过实验准确获取的气阀服役条件，这为氨-柴双燃料内燃机的气阀强化设计带来不小挑战。
技术
1、针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种氨-柴双燃料四冲程内燃机气阀增材强化方法，能够准确定位气阀的增材强化区域及其尺寸，并且通过哈里斯鹰算法和深度神经网络(bp神经网络)的结合来提高氨-柴双燃料四冲程内燃机气阀增材强化的效果。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
3、一种氨-柴双燃料四冲程内燃机气阀增材强化方法，包括：
4、s1：基于深度学习模型分别构建强化区域预测模型和强化工艺预测模型；
5、s2：通过哈里斯鹰算法确定强化区域预测模型和强化工艺预测模型的最优模型参数；
6、s3：通过气阀服役有限元分析平台获取气阀不同工作参数对应的增材强化区域尺寸；
7、s4：通过强化工艺实验平台获取气阀不同增材强化区域尺寸对应的增材工艺变量；
8、s5：构建分别用于训练强化区域预测模型和强化工艺预测模型的第一训练数据和第二训练数据；其中第一训练数据的输入为工作参数、输出为增材强化区域尺寸，第二训练数据的输入为增材强化区域尺寸、输出为增材工艺变量；
9、s6：通过第一训练数据和第二训练数据分别对强化区域预测模型和强化工艺预测模型进行训练，直至两个模型收敛；
10、s7：首先将待强化气阀的工作参数作为强化区域预测模型的输入，输出预测的增材强化区域尺寸；然后将预测的增材强化区域尺寸作为强化工艺预测模型的输入，输出预测的增材工艺变量；最后根据预测的增材强化区域尺寸和增材工艺变量对待强化气阀进行相应增材强化处理。
11、优选的，哈里斯鹰算法确定最优模型参数的处理步骤如下：
12、s201：确定哈里斯鹰算法的适应度函数并随机生成若干个鹰作为初始群体，其中每个鹰代表一组模型参数；
13、s202：通过适应度函数计算每个鹰的适应度值；
14、s203：选择适应度值最大的鹰作为最优鹰；
15、s204：更新猎物的逃逸能量，并判断逃逸能量是否小于等于1：若是，则根据设置的捕猎策略追捕猎物；否则，根据最优鹰的位置更新种群中其他鹰的位置，并搜索猎物；
16、s205：判断是否达到终止条件：若是，则输出最优个体对应的模型参数作为最优模型参数；否则，返回步骤s202。
17、优选的，气阀的工作参数包括内燃机转速、氨柴燃料配比和喷油压力。
18、优选的，气阀服役有限元分析平台的处理步骤如下：
19、s301：基于实际氨-柴双燃料四冲程内燃机的结构参数和工艺参数，建立内燃机三维实体模型，并对其划分网格，生成对应的内燃机缸内燃烧过程温度场有限元模型；
20、s302：对内燃机缸内燃烧过程温度场有限元模型赋予边界条件，模拟分析内燃机缸内燃烧过程，获得内燃机气阀在四个冲程下的温度分布特征和演变规律；
21、s303：基于实际氨-柴双燃料四冲程内燃机的结构参数和工艺参数，建立气阀服役过程应力场有限元模型；然后将获得的温度分布特征作为边界条件赋予气阀服役过程应力场有限元模型，模拟分析气阀高温高压与摩擦冲击下的应力分布特征及动态演变规律；
22、s304：基于获得的应力分布特征，锁定气阀应力集中的危险部位，以给定的安全系数为标准，计算得出低于该安全系数的高应力区域，并确定高应力区域及其分布范围，其中高应力区域即为增材强化区域，高应力区域的分布范围即为增材强化区域尺寸；
23、s305：重复步骤s301至s304，在不同工作参数下开展数值模拟，统计不同工作参数对应的增材强化区域尺寸。
24、优选的，增材工艺变量包括工艺参数和增材策略。
25、优选的，增材强化包括电弧熔丝增材处理和激光熔敷处理；
26、电弧熔丝增材处理的工艺参数包括送丝速率，增材策略包括单层沉积道次和沉积层数；
27、激光熔敷处理的工艺参数包括送粉速率，增材策略包括单层熔覆道次和熔覆层数。
28、优选的，构建气阀服役-强化数据库管理系统，将强化工艺实验平台获取的不同工作参数对应的增材强化区域尺寸数据，以及强化工艺实验平台获取的不同增材强化区域尺寸对应的增材工艺变量数据存储至气阀服役-强化数据库管理系统中；
29、步骤s7中，对待强化气阀进行增材强化处理时：首先根据待强化气阀的工作参数在气阀服役-强化数据库管理系统查找对应的增材强化区域尺寸，若查找失败，则将工作参数输入强化区域预测模型预测对应的增材强化区域尺寸；然后根据查找或预测的增材强化区域尺寸在气阀服役-强化数据库管理系统查找对应的增材工艺变量，若查找失败，则将查找或预测的增材强化区域尺寸输入强化区域预测模型预测对应的增材工艺变量；最后根据查找或预测的增材强化区域尺寸和增材工艺变量对待强化气阀进行相应增材强化处理。
30、优选的，将预测的增材强化区域尺寸及其对应的工作参数，以及预测的增材工艺变量及其对应的增材强化区域尺寸存储至气阀服役-强化数据库管理系统中。
31、本专利技术中的氨-柴双燃料四冲程内燃机气阀增材强化方法与现有技术相比，具有如下有益效果：
32、本专利技术采用有限元数值模拟的方法研究分析氨-柴双燃料内燃机气阀的服役环境，能够获得常规实验难以获取的气阀温度场、应力场的分布特征和动态演变规律，进而能够准确定位气阀的增材强化区域及其尺本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氨-柴双燃料四冲程内燃机气阀增材强化方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的氨-柴双燃料四冲程内燃机气阀增材强化方法，其特征在于：步骤S2中，哈里斯鹰算法确定最优模型参数的处理步骤如下：
3.如权利要求1所述的氨-柴双燃料四冲程内燃机气阀增材强化方法，其特征在于：步骤S3中，气阀的工作参数包括内燃机转速、氨柴燃料配比和喷油压力。
4.如权利要求1所述的氨-柴双燃料四冲程内燃机气阀增材强化方法，其特征在于：步骤S3中，气阀服役有限元分析平台的处理步骤如下：
5.如权利要求1所述的氨-柴双燃料四冲程内燃机气阀增材强化方法，其特征在于：步骤S4中，增材工艺变量包括工艺参数和增材策略。
6.如权利要求5所述的氨-柴双燃料四冲程内燃机气阀增材强化方法，其特征在于：步骤S4中，增材强化包括电弧熔丝增材处理和激光熔敷处理；
7.如权利要求1所述的氨-柴双燃料四冲程内燃机气阀增材强化方法，其特征在于：步骤S5中，构建气阀服役-强化数据库管理系统，将强化工艺实验平台获取的不同工作参数对应的增材强化区域尺寸数据，
8.如权利要求7所述的氨-柴双燃料四冲程内燃机气阀增材强化方法，其特征在于：将预测的增材强化区域尺寸及其对应的工作参数，以及预测的增材工艺变量及其对应的增材强化区域尺寸存储至气阀服役-强化数据库管理系统中。
...【技术特征摘要】
1.一种氨-柴双燃料四冲程内燃机气阀增材强化方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的氨-柴双燃料四冲程内燃机气阀增材强化方法，其特征在于：步骤s2中，哈里斯鹰算法确定最优模型参数的处理步骤如下：
3.如权利要求1所述的氨-柴双燃料四冲程内燃机气阀增材强化方法，其特征在于：步骤s3中，气阀的工作参数包括内燃机转速、氨柴燃料配比和喷油压力。
4.如权利要求1所述的氨-柴双燃料四冲程内燃机气阀增材强化方法，其特征在于：步骤s3中，气阀服役有限元分析平台的处理步骤如下：
5.如权利要求1所述的氨-柴双燃料四冲程内燃机气阀增材强化方法，其特征在于：步骤s4中，增材工艺变量包括工艺参数和增材策略。
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋倩，江剑，范中良，鲍海波，陈舒婷，王方旋，王洋，杜继强，赵一帆，
申请(专利权)人：南京中远海运船舶设备配件有限公司，
类型：发明
国别省市：
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