автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Автоматизированное проектирование литейных жаропрочных никелевых сплавов на основе методов искусственного интеллекта

На правах рукописи

НУРГАЯНОВА Ольга Сергеевна

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТЕЙНЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА

Специальность 05.13.12 Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 2006

Работа выполнена в ГОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет на кафедре машин и технологии литейного производства

Научный руководитель

!

!

Официальные оппоненты

Ведущая организация

д-р техн. наук, проф. Танеев Альмир Амирович

д-р техн. наук, проф. Куликов Геннадий Григорьевич

канд. техн. наук, доц. Ибатуллива София Мухамедовна

ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение»

2006 г. в

часов

Защита состоится «___»_

на заседании диссертационного совета Д-212.288.03 при Уфимском государственном авиационном техническом университете по адресу: 450000, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. К. Маркса, 12

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан «

Ученый секретарь диссертационного совета д-р техн. наук, проф.

2006 г.

рос. национальная" библиотека

"у С.-Пнсрбу^ч - 03 1 В.В. Миронов

¿JWjt^

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Разработка методов синтеза новых жаропрочных материалов составляет одну из важнейших проблем развитая авиационного турбореактивного двигатслестроения. Существующие методы поиска состава новых сплавов с требуемыми свойствами, основанные на эмпирическом опыте, являются весьма трудоемкими и включают многократные выплавки опытных образцов с последующим испытанием их на механические свойства. Условия рыночной экономики и дороговизна некоторых необходимых легирующих элементов определяют необходимость разработки и применения более экономных методов автоматизированного проектирования сплавов. В современном материаловедении литейные никелевые жаропрочные сплавы (ЖС) являются наиболее сложными по составу легирующих элементов. Однако, большое число легирующих элементов, сложный механизм легирования в жаропрочных никелевых сплавах определяют малую эффективность большинства существующих расчетных методов, позволяющих производить лишь качественный анализ, который исключает определение прямой связи между жаропрочностью и составом сплавов. В то же время свойства наиболее распространенных лопаточных сплавов ЖС26 и ЖС32, имеющие пределы 100-часовой длительной прочности при 1000 °С не более 200..,255 МПа, уже не удовлетворяют современным условиям эксплуатации турбинных двигателей в связи с требованиями значительного увеличения ресурса и повышения рабочей температуры. Таким образом, необходимы эффективные метода автоматизированного проектирования ЖС с лучшим комплексом свойств, позволяющие ускорить и упростить научный поиск, а также предполагающие более рациональное использование все-возможньк ресурсов.

Что касается задачи синтеза сплавов (термин, предложенный RS. Гуляевым, подразумевает создание сплава, обладающего требуемым комплексом физико-механических свойств), то её особенности заключаются в том, что неизвестны аналитические зависимости свойства от химического состава или последовательности действий, приводящие к приемлемой аналитической зависимости, а исходные данные отличаются неполнотой, противоречивостью и искажениями. Во-первых, это связанно с практической неосуществимостью построения полной количественной теории влияния легирующих элементов (ЛЭ) и образуемых ими соединений на структуру и свойства сплавов. Во-вторых, исследуемое признаковое пространство имеет достаточно высокую размерность, поскольку в составе никелевых ЖС может присутствовать до 12...15 основных ЛЭ, не считая полезных микродобавок и вредных примесей, значимо влияющих на жаропрочность. Поэтому работы в области автоматизации проектирования сплавов являются весьма актуальными.

В основу разработок, выполненных в диссертации, были положены работы отечественных и зарубежных ученых: Б.Б. Гуляева, P.E. Шалнна, E.H. Каблова,

АА. Танеева, Д.В. Попова, Л.Ф. Павленко, Р.Р. Ртищева, Н. Харады, Р.У. Флойда, Ч. Симса, Н. Юкавы и др.

Целью диссертационной работы является разработка системы автоматизированного проектирования для синтеза никелевых жаропрочных сплавов с моно-кристаязшческой структурой, на основе методов искусственного интеллекта.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработать методику автоматизированного проектирования для синтеза никелевых ЖС на основе методов искусственного интеллекта.

2. Разработать базу данных (БД) по современным литейным никелевым ЖС с монокристаллической структурой для представления информации о составе и свойствах сплавов в систематизированном виде.

3. Разработать метод восстановления недостающей информации в БД о свойствах литейных никелевых ЖС.

4. Разработать ММ влияния ЛЭ на жаропрочность никелевых сплавов с моно-кристаллнческой структурой для оптимизации состава нового сплава.

5. Разработать систему автоматизированного проектирования для синтеза ЖС на основе ММ влияния ЛЭ на жаропрочность, полученных методами искусственного интеллекта.

6. Провести экспериментальную оценку эффективности разработанной методики автоматизированного проектирования сплавов.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования данной диссертационной работы являются литейные никелевые ЖС с монокрисгаллической структурой. Предмет исследования - математическое обеспечение для автоматизированного проектирования литейных жаропрочных никелевых сплавов с' монокрисгаллической структурой.

Методы исследования. В работе использовались принципы н методы системного анализа, методологий структурного и объектно-ориентированного анализа и проектирования информационных систем, математической статистики, интеллектуального анализа данных, методы искусственного интеллекта и физико-химического анализа.

На защиту выносятся:

1. Методика автоматизированного проектирования литейных никелевых ЖС на основе методов искусственного интеллекта.

2. Тематическая БД по современным никелевым ЖС для отливок с направленной и монокрисгаллической структурой.

3. Метод восстановления недостающей информации в БД о свойствах литейных никелевых жаропрочных сплавов.

4. Математические модели влияния легирующих элементов на жаропрочность литейных никелевых ЖС с монокристаллической структурой.

5. Алгоритмическое н программное обеспечение автоматизированного проектирования литейных никелевых ЖС.

6. Результаты оценки эффективности разработанной методики автоматизированного проектирования сравнением физико-механических и литейных свойств синтезированного сплава со свойствами серийного сплава ЖС32.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработана методика автоматизированного проектирования никелевых ЖС с моно кристаллической структурой на основе методов искусственного интеллекта, которая, в отличие от известных методов активного планирования эксперимента, позволяет значительно сократить число опытных плавок.

2. Разработана специализированная БД по литейным никелевым ЖС с монокристаллической структурой на основе использования ОЬАР-техиологин, что обеспечивает высокоэффективные средства доступа к данным.

3. Разработан метод восстановления недостающих свойств литейных никелевых ЖС, который в отличие от сплайн-интерполяции свободен от проблемы выбора узлов и разбиения на группы в случае нерегулярных данных.

4. Математические модели влияния ЛЭ на жаропрочность, построенные по статистическим данным, в которых учитывается наличие в сплавах упрочняющих фаз и влияние сложных соединений на жаропрочность.

Практическая значимость и внедрение результатов работы*

1. Разработана новая методика проектирования литейных никелевых ЖС с использованием априорной информации о составе и свойствах известных сплавов, которая за счет использования средств автоматизированного проектирования, позволяет сэкономить расход дорогостоящих материалов,

2. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение для автоматизированного проектирования никелевых ЖС, позволяющее в 4...5 раз сократить сроки создания новых многокомпонентных ЖС.

3. На основе полученных ММ рассчитан химический состав нового многокомпонентного высокожаропрочного никелевого сплава УГАТУ-5, предназначенного для получения отливок с монокристаллической структурой, который, в сравнения с серийным сплавом ЖС32, обладает более высокими жаропрочными, механическими и литейными свойствами.

4. Рабочая версия тематической БД по никелевым ЖС в разработанное программное обеспечение внедрены на ОАО УМПО и в НИЧ УГАТУ. Практические результаты исследований внедрены в учебный процесс УГАТУ в виде лабораторных работ «Математическое моделирование зависимостей типа «состав-свойство» и проверка их адекватности» по дисциплине «Основы автоматизированного проектирования», «Теория формирования отливки», «Основы затвердевания отливки»

направления подготовки дипломированных специалистов 651400 (150200) «Машиностроительные технологии и оборудование».

Апробация работы. Основные положения, представленные в диссертационной работе, были доложены и обсуждены на следующих конференциях: Международная молодежная научно-техническая конференция «Интеллектуальные системы управления и обработки информации» (Уфа, 2003); «International Workshop on Computer Science and Information Technologies» (Уфа, 2003); П-ая всероссийская научная конференция «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB» (Москва, 2004); Международная научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы развития литейного, сварочного и кузнечно-ппамповочного производств» (г. Барнаул, 2004, 2005, 2006); П-ая всероссийская научно-техническая конференция «Искусственный интеллект в ХХЗ веке» (Пенза, 2004); Международная научно-техническая конференция «Компьютерное моделирование» (Санкт-Петербург, 2004, 2005); региональная зимняя школа-семинар аспирантов и молодых ученых «Интеллектуальные системы управления и обработки информации» (Уфа, 2006); П-ая научно-техническая конференция молодых специалистов, посвященная годовщине образования ОАО УМПО (Уфа, 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 35 научных работ, в том числе 14 статей в тематических сборниках и сборниках трудов научно-технических конференций международного и российского значения, из них 1 статья в периодическом издании, входящем в перечень ВАК, получены 2 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего 160 наименований и приложений. Содержание работы изложено на 157 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации н приведена общая характеристика работы, формулируются цели и задачи исследования, перечисляются методы исследования, приводятся результаты, выносимые на защиту, отмечается их новизна и практическая значимость.

В первой главе проведен обзор и анализ методов проектирования многокомпонентных сплавов- Рассмотрены основные тенденции развития и особенности легирования никелевых ЖС. Отмечается неоднозначность информации по оценке влияния ЛЭ на жаропрочность никелевых ЖС и нерешенность на сегодняшний день задачи синтеза ЖС, способных выдерживать значительные нагрузки при рабочей температуре [000 "С. Показано, что отсутствуют универсальные методы синтеза, которые сочетали бы в себе строгий научный подход традиционных методик с преимуществами применения современной вычислительной техники. На основе

проведенного анализа применимости методов синтеза сплавов для проектирования никелевых ЖС, пригодных для получения отливок с направленной н монокристаллической структурой, сформулированы цель и основные задачи диссертации. Определено научное направление решения указанной проблемы, включающее разработку системы автоматизированного проектирования дня синтеза никелевых ЖС для отливок с направленной и монокристаллической структурой на основе методов искусственного интеллекта. Для решения поставленной задачи приводится общая схема методики автоматизированного проектирования сплавов на основе методов искусственного интеллекта, представленная на рисунок 1.

Внешние источники

БД по литейным никелевым жаропрочным ^ сплавам

К

ММ влияния ЛЭ на жаропрочность

I

Методика восстановления неизвестных свойств сплавов на основе применения методов интерполяции

Модели, полученные методом МРА

Модели, полученные методом МГУА

Модели, полученные методами И НС

'овью хим. составы сплавов с улучшенными свойствами

Рисунок 1. Общая схема методики автоматизированного проектирования сплавов

Методика автоматизированного проектирования сплавов на основе методов искусственного интеллекта заключается непосредственно в разработке математических моделей влияния ЛЭ на жаропрочность и поиске экстремума свойства. С точки зрения построения математических моделей «состав-свойство» был рассмотрен ряд методов - это методы распознавания образов, множественного регрессионного анализа (МРА) и интеллектуальные методы - МГУА и ИНС. Методы распознавания образов эффективны лишь на первоначальном этапе исследования - когда есть необходимость группировки данных по какому-то признаку, например, в МГУА при формировании обучающей и контрольной выборок, где сплавы с максимальными свойствами могут использоваться для проверки модели на заключительном этапе алгоритма. Таким образом, для решения данной задачи выбор был определен в пользу методов МРА и искусственного интеллекта, комплексное применение которых наиболее эффективно в условиях частой неопределенности, зашумленности и значительной размерности массива исходных данных.

Во второй главе описывается первый этан общей методики автоматизированного проектирования сплавов, который включает в себя разработку информационного обеспечения, а именно, разработку специализированной БД по жаропрочным никелевым сплавам с монокристальной структурой - разработку моделей предметной области, разработку логической модели данных, разработку физической модели данных, разработку собственно БД глубиной поиска 45 лет, которая охватывает сведения о составе более чем 200 сплавов, их механических (100- и 1000-часовые значения хсаропрочности в диапазоне температур от 750 до 1200 "С, удельная жаропрочность, рабочие температуры) и физических (плотность, электронная концентрация) свойствах, области применения и методах изготовления жаропрочных никелевых сплавов с монокристаллической структурой. Для решения этой задачи при разработке системы автоматизированного проектирования ЖС была использована ОЬАР-технология. При этом ОЬАР-технология используется не только как гибкое средство анализа данных, накапливаемых в системе, но и как удобный способ подготовки входной многомерной информации для решения задачи моделирования влияния химического состава на жаропрочность {рисунок 2).

В силу того, что у отечественных и зарубежных производителей значения жа-ропрочностей приводятся при различных температурах, что обусловливается различными методами анализа сплавов, выборки сплавов по значению жаропрочности при различных температурах получаются небольшие и непредставительные. Наличие таких выборок существенным образом будет отражаться на прогнозируемых составах и свойствах сплавов, поскольку разброс любого прогноза на узком участке является показателем его невысокой достоверности. Таким образом, возникает задача наполнения БД сведениями о свойствах сплавов.

С целью приведения свойств к единым температурным интервалам используются математические методы для восстановления пропущенных данных. Так, если у сплава известны значения жаропрочности при температурах 900 и 1000 еС, то можно проинтерполироватъ значение жаропрочности при 926,950 и 982 °С, Анализ

А Время до разрушения, ч

V-) Температура, *С

^ Жаропрочность, МПа Рисунок 2. Пример многомерного куба

методов интерполяции (полиномы Эрмнга, Лагранжа, Ньютона, Стерлинга, Эве-ретта, сплайны) и проведенные вычислительные эксперименты показали, что наиболее эффективным и достоверным методом интерполяции является метод на основе случайных функций, который, по сравнению со сплайн-интерполяцией, свободен от проблемы выбора узлов и разбиения на группы в случае нерегулярных данных. Для формального выбора лучшего метода интерполяции был сформулирован критерий оптимальности: лучшим считался тот метод, которому соответствовало минимальное значение средне квадратического отклонения (СКО) из рассматриваемых значений, соответствующих выборкам с наибольшими относительными отклонениями по каждому методу:

(О

t~=arg mmrnax

linmax.M- 2 y-Y1 О)

где У„ - проверочная выборка, пу„ - длина проверочной выборки, хеУ„ - значения рабочих температур из проверочной выборки, у - известные значения жаропрочности, соответствующие значениям х; укх>ку - интерполируемые значения жаро-

прочности, полученные из обучающей выборки Vc в соответствующих шкалах температуры (k¡<) и жаропрочности (ку). Проценты средних- квадратичных отклонений (СКО) прогнозируемых значений от фактических рассчитывались по формуле:

,—t— *100% • (2) Еу

г.%

о у -

Проведение интерполяции позволило достичь увеличения исходной выборки на 16,3%, рисункеЗ.

й-то-¿а-

(■i-íí--ti-

¡tí-

/oí JlS

,'SM

'ÍÍJ'

¡10IÓ , Jtíií

J.L

joiá~~.ios} 'mi. '-"C iíííS tíü

'вЮ "" Ш "" 95?" и:з Рисунок 3. Распределение числа сплавов по температурам до и после проведения интерполяции (светлый и темный цвет соответственно), Т - рабочая температура °С, N - количество сплавов

Представление сведений по жаропрочным сплавам в систематизированном виде и полнота соответствующей информации по свойствам является необходимым для построения математических моделей влияния ЛЭ на жаропрочность.

Третья глава посвящена разработке математического обеспечения для автоматизированного проектирования литейных никелевых ЯСС. Основным этапом автоматизированного проектирования жаропрочных никелевых сплавов является структурно-параметрическая идентификация ММ влияния концентраций легирующих элементов на жаропрочность.

Исходные данные были проверены на непротиворечивость гипотезе нормального распределения с помощью критерия согласия, основанном на расчете асси-метрии и эксцесса.

Построение математических моделей изучаемого объекта - жаропрочных сплавов У88 Дж^х* ...,*„, Х1,Хз,...,Х„ Т) основывается на базе собранного эмпирического материала, где У~ значение жаропрочности, (х/,х2>...,хт) ~ химический состав сплава, (Х/гХг, ...Дл) - интерметаплидные соединения, Т— рабочая температура.

Дано: множество жаропрочных никелевых сплавов, описываемое набором признаков (х!,х2, ... - химический состав, У - значения 100- или 1000-часовой жаропрочности при 900 °С, 1000 °С, 1100 РС.

Требуется получить математические зависимости «состав-свойство» типа

У =Л*1.Х2,... А. ХьХъ ~ А). (3)

Первый подход к решению поставленной задачи основывается на применении МРА. Объект описывается линейным уравнением вида:

у=ао+а1х)+а$с2+...+ав$я, (4)

где>>- 100-часовая жаропрочность, (х1,х2,... ,л„) - химический составила, а],„.,ат) -постоянные коэффициенты, определяемые решением системы линейных уравнений.

Несмотря на простоту уравнения (3), оно позволяет во многих случаях о приемлемой точностью моделировать зависимости «состав-свойство». Это объясняется следующими основными моментами: во-первых, суперпозиция данных, каждое из которых является недостоверным, позволяет получить достоверный результат, что в математической статистике объясняется векторным сложением случайных ошибок суммируемых параметров; во-вторых, адекватностью математического суммирования совместному действию множества факторов в реальных объектах.

Однако, одним из существенных недостатков данного метода является то, что ввиду малого значения коэффициентов щ, фактор при нем считается несущественным и из модели исключается. Например, в ряде полученных моделей исключенными оказались Ке, В, хотя известно, что ренийсодержащне сплавы обладают наиболее высокими свойствами.

Модели, полученные МРА:

1. а'т = 86,14 Кг + 86,641г + 96,96 Re + 58,08V + 46,95 Ш + 469,7 Zr + +88.03 Та + 73,51 Nb + 77,5 Ai + 78,78 Ti + 87,86 W + 89,8 Mo + 87,56 Co +

+ 81,64 Cr - 39,73 С - 8335,25,

2. 260,22 № +257,43 Ir +272,$ Rc+ 289,88 V +257,07 Hf + 134,4 Zr+ +2621,2 Та + 256,4 Nb + 264,9 PA + 249,8 Ti +266,6 W +267,9 Mo +258,9 Co + +265,9 Cr + J 05,7 С - 26031,59.

Проверка данных регрессионных моделей на адекватность показала, что для 1-ой модели множественный коэффициенг корреляции R-0.94, коэффициент детерминации Нг=0,89-, для 2-ой - R=0,93, R2=0,87.

Несмотря на достаточно высокие показатели адекватности, полученные модели плохо подходят для описания ЖС. Влияние AITi и NiNb на жаропрочность, носит четко выраженный нелинейный характер, что видно из рисунка 4, а и б.

а б

Рисунок 4. Зависимость 100-часовой жаропрочности при 1000 "С от содержания в сплаве а - AI и Ti; 6 - Ni и Nb

Из вышеизложенного видно, что модели, полученные классическими методами регрессионного анализа, даже если они по статистическим характеристикам являются значимыми, мало пригодны для целей прогнозирования, при этом отклонение между фактическим и расчетным значением жаропрочности достигает 5...23%, Второй подход, основанный на МГУА, позволяет, устранив ряд недостатков метода множественной регрессии, получить более сложные модели с учетом влияния карбидов и интерметаллидных соединений. Моделирование осуществляется путём перебора различных моделей-претендентов по внешним критериям, при этом внешний критерий сначала уменьшается, проходя через точку минимума при оптимальной модели, после чего начинает возрастать в области переусложнённых моделей, Алгоритмы МГУА, согласно А.Г. Ивахненко, являются чрезвычайно помехоустойчивыми — при соотношении помеха/сигнал в = 20...30% алгоритмы позво-

ляют получить точную физическую модель и не теряют работоспособности вплоть до соотношения 5 = 300...400%.

Перед началом работы алгоритма исходный массив данных случайным образом разбивается на два подмножества - обучающую и проверочную последовательности по значению рабочей температуры. МГУ А используется для каждой последовательности. В работе использовались однорядные (комбинаторные) и многорядные схемы метода.

Схема однорядного алгоритма МГУА с использованием частных описаний квадратичного типа и критерием селекции

^.---¿(li-n,)3 (5)

" tip 1=1

следующая:

Шаг 1. Из множества выходов X=(XhX2,...^n) выбираются пары аргументов 4 (XtXj), и составляются частые описания вида if ^X^X^j^j-l,.,.^, при этом

используются частные описания квадратичного типа:

Шаг 2. Используя метод наименьших квадратов (МНК) для каждого описания по обучающей выборке находятся оценки неизвестных коэффициентов

«в

Шаг 3. По критерию минимума € 2 на проверочной последовательности отби- j ршотся F} лучших Fi моделей, т.е. реализуется процедура селекции, при этом F/<M. Выходы этих моделей служат аргументами-входами для конструирования моделей второго ряда.

Шаг 4. Находится «'(О^тщё^О).

*

Шаг 5 (заключительный). Двигаясь, таким образом, далее и делая последо- j вательнуто замену переменных, вычисляются выражения для искомой модели в исходном пространстве описаний. Далее на проверочной выборке для каждой из этих моделей ищется оценка

JV

^—fm-^, (6)

^ прм (=1

где Y(k) - действительное значение выходное значение в ¿-той точке проверочной выборки; выходное значение в ¿-той точке проверочной выборки в соответствии с i-той моделью; и определяется .F лучших моделей.

Модели, полученные при применении однорядной схемы МГУА:

1. o'm=I8,01-80,79У-23,5тГ-25,17М-5, S4W-/7, WCr-0,/5NiTi+2,04NIAlTi,

£l - 0,09.

2. а'т= 249,35+86,601г+18,8Же^27,7^-2362.39^+0,211^+15.33^-5,10вТ\+

+8.0то-5,3$СйЩ704Ъх+2,7бт&т, Вг =0,03.

3. а'т= 282,37+105,7ЖЮ, 471я-22,55ПЪ+]8,99А1-2,97\\-12.16Са-12145Сг-

5,22К\Тл+0,002Ь> £2 = 0,06. Схема многорядного алгоритма МГУА:

1-й ряд — на основе данных таблицы наблюдений строятся частные описания от всех попарных комбинаций исходных (переобозначенных) аргументов, приближающие по МНК выходную переменную

У у = /, (х, ,хг\уг = /2{хих3),...,ук = /к , ) ' *

из этих к = С] моделей отбирается некоторое число К, лучших по внешнему критерию;

2-Й ряд — полученные переменные принимаются в качестве аргументов 2-го ряда, и снова строятся все частные модели от двух аргументов:

= Ы, ). = Си,, у^),..., = (уд.,, = С^

Из них по внешнему критерию отбираются Р2 лучших моделей в качестве переменных следующего ряда и т. д. Ряды наращиваются до тех пор, пока снижается значение внешнего критерия. Каждое частное описание может быть линейной / = а0 + а, ж, + агхк или нелинейной/ = а„ + цх, + агхк +

/ » ай + а.\Х, + а2хк + а^ + а4х1 + аъх,хк функцией от двух переменных, коэффициенты которой можно определить по МНК.

Таким образом, в многорядных алгоритмах МГУА воспроизводится схема массовой селекции.

Выбор наилучших моделей осуществлялся по критерию регулярности, характеризующему их прогностические возможности

, л

£ - —^ - ...... • К')

I

Модели, полученные при использовании многорядной схемы МГУА: I. 7,8х¡Хо+3,5х&0+39х&ц>+14,9х9+0,76хух3+4,7х3+5,7х? +24$,2,

При е- 0,16;

2 с>т-^14Х! +зх 1Хо+о>$х^¡бх2хз-1,4х>х<-8,4хо+6,72х7+237,4, при €2- 0,19;

гдел,=С; .Х2-Сг; хз=№; х/=Со; х^Мо; х^рУ/; ху=А1; х?=К;

Модели, построенные по алгоритмам МГУА, по своим прогнозирующим свойствам значительно превосходят регрессионные модели в силу того, что по этим ал-

горитмам автоматически (за счет применения критерия внешнего дополнения) отбираются аргументы, наиболее информативные дня данного объекта моделирования. При проверке моделей на реальных сплавах, модели, полученные по МГУА, предсказывают свойство с ошибкой 6.. .10%.

Третий подход состоит в использовании многослойного персептрона, обученного по методу обратного распространения ошибки. Анализ результатов машинных испытании производился по ошибке прогнозирования по сравнению с экспериментальными данными. Многослойный персептрон с количеством слоев 3 давал лучший прогноз, ошибка прогнозирования для данного исследования определялась в пределах 3...20%.

Переход от полученных моделей к составам производился с применением метода нелинейной оптимизации Левенберга-Маркара.

Четвертая глава посвящена разработке программного обеспечения для автоматизированного проектирования сплавов, исследованию свойств разработанного сплава УГАТУ-5 и его промышленной апробации.

На основе предлагаемого математического аппарата в МаНаЬ 6.0 разработано программное обеспечение для автоматизированного проектирования для синтеза ЖС. Рассмотрена структура (рисунок б) и функции автоматизированной системы проектирования жаропрочных никелевых сплавов.

вмокт

МНГооШох

СГиз1ес.т _

MaU.ab.exe

MultiReg.ni

Я^иИМ

.....-.1--

db.txt

т 1п(е(зсе.Ао

| |

гЧ

Rundom.ni _

ОрВтйабоп я ТойЬох

ЕхсЫШк

Рисунок б. Структура САПР для синтеза ЖС

С помощью указанной методики разработаны новые составы сплавов, обладающие высоким уровнем жаропрочных свойств. Исследовались литейные свойства, кратковремеш!ая прочность и пластичность при нормальной и высоких температурах и длительная прочность и пластичность.' .

Оптимальное легирование сплава УГАТУ-5 обеспечивает сужение интервала кристаллизации (ДГкр = 41 "С против ДГ^ = 67 °С для сплава ЖС32) из-за меньшего содержания Мо и С, увеличивающих ДГ,Р за сч&г снижения температуры солидус, и большего содержания Кс и Та, значительно повышающих температуру солидус. Кроме того, Та блокирует струйную ликвацию, вызывающую искажение конфигу-

рации дендритов и образование посторонних кристаллов при направленной кристаллизации и таким образом повышает технологичность.

Это подтверждается тем, что при одинаковых параметрах технологического процесса сплав УГАТУ-5 имеет более совершенное дендритное строение и более равномерное распределение дисперсных частиц у'-фазы, чем серийный сплав ЖС32, а в его структуре отсутствуют заметные выделения:' частиц карбидных фаз, вызывающих отклонение от регламентированной кристаллической макроструктуры при направленной кристаллизации (рисунок 7).

.. . *

Рисунок 7. Макроструктура (х 50)сплавов ЖС32 {а) и УГАТУ-5 (б) Меньшее содержание С, Мо и W препятствует образованию дисперсных частиц карбидов, увеличивающих вязкость расплава, а бдлыпие содержания Не, Та и О увеличивают скрытую теплоту кристаллизации и теплоёмкость расплава. Это должно обеспечить лучшие литейные и физико-механические свойства сплава УГАТУ-5, по сравнению с серийным сплавом ЖС32. Повышение степени легированное™ сплава УГАТУ-4 Та и Яе (по данным С.З. Бокштейна и др.) способствует резкому снижению диффузионной подвижности ЛЭ при высоких температурах, что приводит к значительному упрочнению -р-твердого раствора и стабилизации у'-фазы.

Данные исследований показали, что при всех температурах испытания и сроках службы, по сравнению с базовым сплавом ЖС32, имеющим жаропрочность 251 МПа, синтезированный сплав УГАТУ-5 имеет наибольшую жаропрочность 344 МПа. Это подтверждается исследованиями механических свойств сплавов путем испытаний на растяжение согласно ГОСТ 1497-84 и ГОСТ 9651-84 при температурах 20 "С и 1000 °С, и на длительно прочность и пластичность при температуре 1000 °С согласно ГОСТ 10145-81. В результате сравнения свойств сплавов ЖС32 и УГАТУ-5 можем заключить, что при температуре 20 °С свойства сплава УГАТУ-5 близки свойствам сплава ЖС32, а при высоких температурах испытания (1000 °С) разупрочнение сплава УГАТУ-5 происходит более медленно, и в

результате его прочностные показатели превосходят серийный сплав по длительной прочности на30...50% и на 30...40% - по пластичности.

Литейные свойства сплавов исследовали в вакууме по оболочковой форме объемом 175 см1, изготовленной по модели, полученной запрессовкой модельной массы в малую комплексную пробу. Установлено, что свободная линейная усадка и трещинопоражаемость сплава УГАТУ-5 меньше, чем у сплава ЖС32 (рисунок 8,9). С ростом перегрева над ликвидусом происходит увеличение трещинопоражаемости ЖС (рисунок 9), при этом у сплава УГАТУ-5 эта тенденция выражена больше, чем у сплава ЖС32. Условно-истинная жиикотекучеегь сплава УГАТУ-5 примерно соответствует жидкотекучесга сплава ЖС32.

О М 100 150 200 250 ЭОО 0 50 100 150 200 250 300

Перегрев иэдликокдусоы *С Перогров над ликвидусом ДТ^ 'С

Рисунок 8. Зависимость линейной усадки Рисунок 9. Зависимость трещинопоражае-сплавов от перегрева над температурой лик- мости сплавов от перегрева над температу-видус рой ликвидус

С учётом того, что предлагаемый сплав обладает также высокой технологичностью, никелевый сплав УГАТУ-5 может быть рекомендован для литья турбинных лопаток ГТД с рабочей температурой до 1000. ..1050 °С методом высокоскоростной направленной кристаллизации.

В приложениях приведены рисунки и таблицы справочного характера, иллюстрирующие описываемые промежуточные результаты работы, а также акты внедрения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1, Разработана новая методика автоматизированного проектирования литейных никелевых ЖС с использованием априорной информации о составе и свойств вах известных сплавов, которая позволяет сократить число опытных плавок и сэкономить расход дорогостоящих материалов. •" .

2. Построены математические модели, описывающие влияние концентраций основных легирующих элементов на 100-часовую жаропрочность монокристальных никелевых ЖС при 1000 °С и учитывающие наличие в сплаве упрочняющих фаз и влияние сложных соединений на жаропрочность.

3. Разработана тематическая БД на основе использования OLAP-технологии по литейным никелевым ЖС для отливок с направленной и монокристаллической структурой, включающая сведения о составах и свойствах более чем 200 сплавов.

4. Применен метод интерполяции в нелинейных шкалах дня пополнения БД по никелевым ЖС с монокристаллической структурой, обеспечивающий наибольшую точность интерполяции значений жаропрочности на интервале известных рабочих температур. Интерполяция значений жаропрочностей сплавов позволила увеличить объем выборок при различных температурах на 16,3 %.

5. Разработаны модели для задачи синтеза сплавов, описания логического и физического, уровня системы автоматизированного проектирования сплавов. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение для автоматизированного проектирования литейных никелевых ЖС с направленной и монокристаллической структурой.

6. Разработан новый многокомпонентный высокожаропрочный литейный 'мо-яокристальный никелевый ЖС УГАТУ-5, обладающий высоким уровнем жаропрочных и литейных свойств по сравнению с серийным сплавом ЖС32.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНИЕ В РАБОТАХ

В репетируемом журнале из списка ВАК

1. Математическое моделирование влияния легирующих элементов на жаропрочность никелевых сплавов с монокристаллической структурой / О.С. Нургаянова, A.A. Танеев, С.П. Павлинич // Вестник УГАТУ г науч. журн. Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та. 2006. Т. 8, №1 (17). С. 91-96.

В других изданиях

2. Система планирования эксперимента для синтеза новых сплавов / Д.В. Попов, A.A. Танеев, О.С. Нургаянова И Компьютерные науки и информационные технологии (CSIT'2003): Тр. 5-го Междунар. симп. Уфа: УГАТУ, 2003. Т. 2. С. 86-90. (Статья на англ. яз.).

3. OLAP-подход к представлению данных по жаропрочным сплавам /

Д.В. Попов, A.A. Танеев, О.С. Нургаянова II Компьютерные науки и информационные технологии (CSIT'2003): Тр. 5-го Междунар. симп. Уфа : УГАТУ, 2003. Т. 2. С. 266-273. (Статья на англ. яз.).

4. Разработка новых жаропрочных материалов с применением генетического алгоритма для оптимизации матрицы планирования эксперимента / Д,В. Попов, A.A. Танеев, О.С. Нургаянова И Инновации в машиностроении. Пенза, 2003. С. 2427,

5. Применение генетического алгоритма для синтеза жаропрочных никелевых сплавов ( Д.В. Попов, A.A. Танеев, О.С. Нургаянова // Ползуновский альманах. 2003. Лга 3-4. С. 81-82.

6. MATLAB - приложение для проектирования новых сплавов / Д.В. Попов, О.С. Нургаянова, A.A. Танеев Я тр. II Всерос. науч. конф. Проектирование инженерных н научных приложений в среде MATLAB.: М.: ИПУ РАН, 2004. С. 300304.

7. Минимизация затрат на разработку новых сплавов / Д.В. Попов, A.A. Танеев, О.С. Нургаянова // Принятие решений в условиях неопределенности. Вопросы моделирования: межвуз. науч. сб. Уфа :УГАТУ, 2004. Вып. 1.С. 85-91.

8. Моделирование зависимости состав-свойство жаропрочных никелевых сплавов многомерным корреляционным сплайном / A Ai. Танеев, О.С. Нургаянова II Ползуновский альманах. 2004. № 4. С. 135-137.

9. Нейросетевой подход к прогнозированию жаропрочности литейных никелевых сплавов I A.A. Танеев, О.С. Нургаянова // Искусственный интеллект в XXI веке. Пенза, 2004. С. 95-98.

10. Подходы к автоматизации проектирования новых литейных жаропрочных никелевых сплавов / A.A. Танеев, О.С. Нургаянова // Вестник алтайского государственного технического университета. 2005, №3-4. С. 112-115.

11. Применение метода статистического моделирования для синтеза сплавов / IO.JI. Пустовгаров, О.С. Нургаянова // Литейные процессы : межрег. науч. сб. Магнитогорск, 2005. Вьш.5. С. 156-161.

12. Свид. об офиц. per. программ для ЭВМ № 2005611227. Система оценки свойств жаропрочности монокристаллических никелевых сплавов (ValAP) /

О.С. Нургаянова, A.A. Танеев М.: Роспатент, 25.05.2005,

13. Свид. об офиц. per. программ для ЭВМ № 2005611330 Система планирования эксперимента для синтеза новых сплавов (OptímaíD) / Д.В. Попов, О.С. Нургаянова М.: Роспатент, 2.06.2005.

14. Сравнение прогнозирующих свойств моделей регрессионного типа и МГУ А при проектировании никелевых сплавов / A.A. Танеев, О.С. Нургаянова // Мавлютовские чтения: сб. тр. Уфа: УГАТУ, 2006. Т. 5. С. 22-28.

15. Система автоматизированного проектирования литейных никелевых жаропрочных сплавов с монокристаллической структурой / О.С. Нургаянова,

A.A. Танеев, С.П. Павлинич // Ползуновский альманах. 2006. № 3. С. 22-27.

О.С. Нургаянова

Диссертант

НУРГАЯНОВА Ольга Сергеевна

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТЕЙНЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА

Специальность 05.13.12 Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 24.11.2006. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Тайме. Усл. печ.я,1,0. Усл. кр.-отт. 1,0.Уч.-изд. л. 0,9. Тираж 100 экз. Заказ № 597.

ГОУВПО Уфимский государственный авиационный технический университет Центр оперативной полиграфии 450000, Уфа-центр, ул. К.Маркса, 12

J&ftL

}г

Введение.

Глава 1. Обзор и анализ методов синтеза многокомпонентных сплавов.

1.1 Тради ционные методы синтеза сплавов.

1.2 Современные тенденции разработки новых сплавов.

1.3 Математические подходы к созданию новых сплавов.

1.3.1 Регрессионный анализ зависимостей типа «состав-свойство».

1.3.2 Метод группового учета аргументов.

1.3.3 Моделирование зависимостей «состав-свойство» искусственными нейронными сетями.

1.4 Анализ применимости математических методов для разработки новых сплавов.

1.5 Выводы по первой главе.

Глава 2. Информационное обеспечение автоматизированного проектирования новых сплавов.

2.1 Разработка технологии доступа к информации по жаропрочным сплавам

2.1.1 Современные подходы к проектированию баз данных.

2.1.2 Использование многомерных данных и OLAP- технологии.

2.2 Разработка методики восстановления неизвестных свойств в базе данных

2.3 Предварительная подготовка и анализ составов сплавов для моделирования зависимостей «состав-свойство».

2.4 Выводы по второй главе.

Глава 3 Математическое обеспечение для моделирования влияния легирующих элементов на жаропрочность никелевых сплавов.

3.1 Методы регрессионного анализа.

3.2 Метод группового учета аргументов.

3.2.1 Основные принципы и общая идея МГУА.

3.2.2 Критерии селекции моделей.

3.2.3 Многорядные полиномиальные алгоритмы МГУА.

3.2.4 Анализ моделей полученных МГУА.

3.3 Методы на основе искусственных нейронных сетей.

3.3.1 Задача прогнозирования механических свойств сплавов в зависимости от их химического состава.

3.3.2 Многослойный персептрон.

3.3.3 Обучение методом обратного распространения ошибки.

3.4 Выводы по третьей главе.

Глава 4. Автоматизированное проектирование и исследование свойств синтезированного сплава У Г АТУ - 5.

4.1 Архитектура системы автоматизированного проектирования сплавов, средства проектирования и разработки программного обеспечения.

4.2 Технология выплавки сплавов.

4.3 Исследование эксплуатационных свойств синтезированного сплава.

4.4 Исследование литейных свойств синтезированного сплава.

4.5 Исследование структуры синтезированного сплава.

4.6 Производственная апробация синтезированного сплава.

4.7 Обсуждение результатов и технологические рекомендации.

Актуальность темы исследования. Развитие авиационного двигателе-строения во многом определяется созданием новых конструкционных материалов, применение которых позволяет улучшать важнейшие параметры двигателя. Для достижения максимального КПД современных энергетических установок постоянно стремятся увеличить рабочую температуру в системе и уменьшить отвод тепла. Следовательно, для этих систем необходимы сплавы, стойкие при высоких (до 1100°С) температурах. Газотурбинный двигатель считается наиболее эффективным источником энергии. В течение последних 20 лет двигатели этого типа применялись в основном в авиации. В настоящее время их используют также в судостроении и других областях промышленности. Ресурс работы двигателя в значительной мере определяется работой газовой турбины. Параметры работы турбин ограничиваются характеристиками жаропрочных материалов, применяемых для изготовления лопаток. Лопатки изготовляются в основном из литейных жаропрочных никелевых сплавов.

Существующие методы поиска состава новых сплавов с требуемыми свойствами весьма трудоемки и включают многократные выплавки опытных образцов с последующим испытанием их на механические свойства и математической обработкой результатов. Из-за сложного характера изменения свойств материала в зависимости от химического состава, режимов термической обработки и условий испытаний с ростом данных экспериментов возможность подобрать точную математическую зависимость между составом и свойствами быстро понижается и может стать невыполнимой, вследствие чего наиболее перспективные сплавы могут оказаться за пределами исследовательских возможностей.

Зачастую в выборе нужных композиционных сплавов для работы приходится руководствоваться чутьем исследователя, кроме того, необходимо затрачивать огромные средства на исходные дефицитные материалы, дорогостоящее оборудование и проведение большого числа плавок и тестовых испытаний. Эти затраты чаще всего не окупаются результатами поиска, поглощая большие человеческие ресурсы. В то же время свойства наиболее распространенных лопаточных сплавов уже не удовлетворяют современным условиям эксплуатации турбинных двигателей в связи с требованиями значительного увеличения ресурса и повышения рабочей температуры. Поэтому работы в области автоматизации проектирования жаропрочных никелевых сплавов являются весьма актуальными.

В подобных условиях постоянно возрастает роль математических методов проектирования новых сплавов с использованием вычислительной техники. В отличие от задачи анализа, отвечающей на вопрос, почему существующие сплавы имеют те или иные свойства, на которой сосредоточены основные поиски в области материаловедения, и, по сути, играющей объяснительную роль в процессе разработки сплавов, задача проектирования имеет своей целью найти ответ на вопрос, какой состав должен иметь сплав, имеющий определенные свойства. Вполне очевидно, что в полной мере решение проектирования в такой формулировке не представляется возможным в силу причин как теоретического, так и практического характера.

Во-первых, это связанно с практической неосуществимостью построения полной количественной теории влияния легирующих элементов и образуемых ими соединений на структуру и свойства сплавов. Во-вторых, с достаточно высокой размерностью исследуемого признакового пространства, поскольку в составе жаропрочных никелевых сплавов может присутствовать до 18 и более химических элементов, значимо влияющих на жаропрочность. Необходимо отметить, что это является отличительной особенностью жаропрочных никелевых сплавов, содержащих гораздо большее число легирующих элементов и обладающих более сложным механизмом легирования в сравнении с другими сплавами и сталями, в результате чего большинство существующих расчетных методов малоэффективны, поскольку позволяют производить лишь качественный анализ, исключающий определение прямой связи между жаропрочностью и составом сплавов.

Таким образом, необходимы эффективные методы разработки новых конструкционных материалов с заданным комплексом свойств, позволяющие упростить научный поиск и выйти на создание новых материалов, необходимых для развития технологий нынешнего века, а также более рационально использовать все возможные ресурсы.

В основу разработок, выполненных в диссертации, были положены работы таких отечественных и зарубежных ученых, как Б.Б. Гуляева, A.A. Танеева, E.H. Каблова, Д.В. Попова, Е.Р. Готовцевой, Л.Ф. Павленко, P.E. Шалина, P.P. Ртищева, C.B. Овсепян, Г.И. Морозовой, Р.У. Флойда, Н. Юкавы, М. Моринаги, Н. Харады и др.

Целью диссертационной работы является разработка системы автоматизированного проектирования для синтеза никелевых жаропрочных сплавов с монокристаллической структурой, на основе методов искусственного интеллекта.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработать методику автоматизированного проектирования для синтеза никелевых ЖС на основе методов искусственного интеллекта.

2. Разработать базу данных (БД) по современным литейным никелевым ЖС с монокристаллической структурой для представления информации о составе и свойствах сплавов в систематизированном виде.

3. Разработать метод восстановления недостающей информации в БД о свойствах литейных никелевых ЖС.

4. Разработать математические модели (ММ) влияния ЛЭ на жаропрочность никелевых сплавов с монокристаллической структурой для оптимизации состава нового сплава.

5. Разработать систему автоматизированного проектирования для синтеза ЖС па основе ММ влияния ЛЭ на жаропрочность, полученных методами искусственного интеллекта.

6. Провести экспериментальную оценку эффективности разработанной методики автоматизированного проектирования сплавов.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования данной диссертационной работы являются литейные никелевые ЖС с монокристаллической структурой. Предмет исследования - математическое обеспечение для автоматизированного проектирования литейных жаропрочных никелевых сплавов с монокристаллической структурой.

Методы исследования. В работе использовались принципы и методы системного анализа, методологий структурного и объектно-ориентированного анализа и проектирования информационных систем, математической статистики, интеллектуального анализа данных, методы искусственного интеллекта и физико-химического анализа.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Методика автоматизированного проектирования литейных никелевых ЖС на основе методов искусственного интеллекта.

2. Тематическая БД по современным никелевым ЖС для отливок с направленной и монокристаллической структурой.

3. Метод восстановления недостающей информации в БД о свойствах литейных никелевых жаропрочных сплавов.

4. Математические модели влияния легирующих элементов на жаропрочность литейных никелевых ЖС с монокристаллической структурой.

5. Алгоритмическое и программное обеспечение автоматизированного проектирования литейных никелевых ЖС.

6. Результаты оценки эффективности разработанной методики автоматизированного проектирования сравнением физико-механических и литейных свойств синтезированного сплава со свойствами серийного сплава ЖС32.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. Разработана методика автоматизированного проектирования никелевых ЖС с монокристаллической структурой на основе методов искусственного интеллекта, которая, в отличие от известных методов активного планирования эксперимента, позволяет значительно сократить число опытных плавок.

2. Разработана специализированная БД по литейным никелевым ЖС с монокристаллической структурой на основе использования OLAP-технологии, что обеспечивает высокоэффективные средства доступа к данным.

3. Разработан метод восстановления недостающих свойств литейных никелевых ЖС, который в отличие от сплайн-интерполяции свободен от проблемы выбора узлов и разбиения на группы в случае нерегулярных данных.

4. Математические модели влияния ЛЭ на жаропрочность, построенные по статистическим данным, в которых учитывается наличие в сплавах упрочняющих фаз и влияние сложных соединений на жаропрочность.

Практическая значимость и внедрение результатов работы.

1. Разработана новая методика проектирования литейных никелевых ЖС с использованием информации о составе и свойствах известных сплавов, которая за счет использования средств автоматизированного проектирования, позволяет сэкономить расход дорогостоящих материалов.

2. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение для автоматизированного проектирования никелевых ЖС, позволяющее в 4.5 раз сократить сроки создания новых многокомпонентных ЖС.

3. На основе полученных ММ рассчитан химический состав нового многокомпонентного высокожаропрочного никелевого сплава УГАТУ-5, предназначенного для получения отливок с монокристаллической структурой, который, в сравнении с серийным сплавом ЖС32, обладает более высокими жаропрочными, механическими и литейными свойствами.

4. Рабочая версия тематической БД по никелевым ЖС и разработанное программное обеспечение внедрены на ОАО УМПО и в НИЧ УГАТУ. Практические результаты исследований внедрены в учебный процесс УГАТУ в виде лабораторных работ «Математическое моделирование зависимостей типа «состав-свойство» и проверка их адекватности» по дисциплине «Основы автоматизированного проектирования», «Теория формирования отливки», «Основы затвердевания отливки» направления подготовки дипломированных специалистов 651400 (150200) «Машиностроительные технологии и оборудование».

Апробация работы. Основные положения, представленные в диссертационной работе, были доложены и обсуждены на следующих конференциях: Международная молодежная научно-техническая конференция «Интеллектуальные системы управления и обработки информации» (Уфа, 2003); «International Workshop on Computer Science and Information Technologies» (Уфа, 2003); II-ая всероссийская научная конференция «Проектирование инженерных и научных приложений в среде

МАТЬАВ» (Москва, 2004); Международная научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств» (г. Барнаул, 2004, 2005); Н-ая всероссийская научно-техническая конференция «Искусственный интеллект в XXI веке» (Пенза, 2004); Международная научно-техническая конференция «Компьютерное моделирование» (Санкт-Петербург, 2004, 2005); региональная зимняя школа-семинар аспирантов и молодых ученых «Интеллектуальные системы управления и обработки информации» (Уфа, 2006); П-ая научно-техническая конференция молодых специалистов, посвященная годовщине образования ОАО «УМПО» (Уфа, 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 научных работ, в том числе 14 статей в тематических сборниках и сборниках трудов научно-технических конференций международного и российского значения, из них 1 статья в периодическом издании, входящем в перечень ВАК, 5 тезисов докладов на международных и всероссийских научно-технических конференциях, Получены 2 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ №2005611227 «Система оценки свойств жаропрочности монокристаллических никелевых сплавов (Уа1АР)», №2005611330 «Система планирования эксперимента для синтеза новых сплавов (ОрйтаЮ)».

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего 160 наименований и приложений. Содержание работы изложено на 157 страницах.

Результаты исследования механических свойств сплавов для образцов, вырезанных из лопатки, приведены в таблицы 16. При температуре испытания 20 °С разброс свойств по пределу прочности для сплава УГАТУ-5 составляет 1062.1137 МПа, по пределу текучести - 758.826 МПа (против соответственно 1050.1075 и 762.798 МПа для сплава ЖС32); разрушение носит междендритный характер. При температуре испытания 1000 °С разброс свойств по пределу прочности для сплава УГАТУ-5 составляет 606.659 МПа, по пределу текучести

- 536.574 МПа (против соответственно 582.638 и 508.547 МПа для сплава ЖС32); разрушение носит междендритный характер. Разброс свойств по долговечности при напряжении 230 МПа - 214,9.234,6 ч, а при напряжении 280 МПа

- 148,8. 155,1 ч (против соответственно 145,3.150,1 ч и 43,7.46,8 ч для сплава ЖС32), разрушение также носит междендритный характер. Таким образом, как показывают результаты исследований механических свойств отливок, полученных из сплава УГАТУ-5, качество их удовлетворяет требованиям ТУ, а их механические свойства и жаропрочность значительно выше, чем у серийного сплава ЖС32.

Из результатов сопоставления данных таблицы 8 и таблицы 16 (см. рисунок. 30) следует, что общий уровень свойств металла литых образцов несколько выше уровня свойств образцов, вырезанных из лопаток (см. таблицу 20). Такое различие связано, скорее всего, с технологическими особенностями изготовления образцов из тела лопаток: при удалении с поверхности плоских образцов остатков циклонно-вихревой системы охлаждения лопатки, сформированной стержнем (см. рисунок 26), происходит повреждение поверхности и, как следствие, образование концентраторов напряжений и поверхностная рекристаллизация.

400

375 С 350 и 325 Н

5 300 ч 275 <

GL я 250 Н I я ЖС32 - гит ые образцы -♦-УГАТУ- 5 - лтгые образцы -♦~ЖС32 - материал лопаток -а-УГАТУ-5 материал лопаток

I I I I I » I > I | | I I I I > 11 I I I « 11 11 I I I I I I I I I I « 111 I I I I

1 6 1,7 1.8 1.9 2 2,1 2.2 2.3 2,4 2,5 Логарифм времени до разрушения при температуре 1000 "С, ч

Рисунок 30. Сопоставление результатов механических испытаний материала лопаток и образцов из исследуемых сплавов

Для материала рабочих лопаток ГТД, работающих под действием значительных центробежных сил, важное значение также имеет т. наз. удельная жаропрочность - отношение абсолютного значения жаропрочности к плотности сплава. Из данных таблицы 20 следует, что сплав УГАТУ-5 превосходит серийный сплав ЖС32 по удельной жаропрочности на 33.36 %.

4.7 Обсуждение результатов и технологические рекомендации

Сопоставление механических свойств сплавов УГАТУ-5 и ЖС32 при комнатной и рабочей температурах показывают, что они обладают высокими прочностными характеристиками, которые снижаются в интервале температур 20.1000 °С и при 1000°С снижаются на 35.40% по сравнению с соответствующими значениями предела текучести и временного сопротивления при комнатной температуре. При высоких температурах испытания (1000 °С) разупрочнение сплава УГАТУ-5 происходит более медленно, и в результате его прочностные показатели выше, чем у сплава ЖС32.

Заключение

1. Разработана новая методика автоматизированного проектирования литейных никелевых ЖС для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой, основанная на использовании ММ влияния ЛЭ на жаропрочность, которая позволяет в 4.5 раз сократить сроки создания новых многокомпонентных ЖС, в 40.50 раз снизить трудозатраты, в 10.20 раз сэкономить расход дорогостоящих материалов.

2. Построены ММ, описывающие влияние концентраций основных ЛЭ на 100-часовую жаропрочность монокристальных никелевых ЖС при 1000 °С с применением новой методики, основанной на методах интеллектуального анализа данных и искусственного интеллекта.

3. Впервые создана тематическая БД по литейным никелевым ЖС для отливок с направленной и монокристаллической структурой, являющаяся необходимой основой для разработки математических моделей влияния ЛЭ на жаропрочность, и включающая сведения о составах и свойствах более чем 200 современных никелевых ЖС.

4. Впервые для пополнения БД по никелевым ЖС с направленной и монокристаллической структурой применен метод интерполяции по МНК в нелинейных шкалах, обеспечивающих наибольшую точность интерполяции значений жаропрочности на интервале известных рабочих температур ЖС. Интерполяция значений жаропрочностей сплавов позволила увеличить объем выборок при различных температурах на 16,3 %.

5. На основе объектно-ориентированного подхода разработаны модели предметной области, описания логического и физического уровня системы автоматизированного проектирования сплавов. Разработано программное обеспечение для автоматизированного проектирования литейных никелевых ЖС с направленной и монокристаллической структурой.

6. С помощью указанной методики разработан новый многокомпонентный высокожаропрочный литейный монокристальный никелевый ЖС УГАТУ-5, обладающий высоким уровнем жаропрочных и литейных свойств. В условиях ОАО УМПО были произведены промышленные плавки разработанного ЖС УГАТУ-5, исследованы его механические и литейные свойства. В результате анализа проведенных исследований показано, что сплав УГАТУ-5 обладает более высокими жаропрочными, механическими и литейными свойствами по сравнению с серийным сплавом ЖС32.

7. Разработанный сплав УГАТУ-5 прошел производственную апробацию в серийных условиях ОАО УМПО. Из опытного сплава УГАТУ-5 были отлиты лопатки ТВД ГТД АЛ-31Ф. Отлитые лопатки успешно прошли все виды контроля, предусмотренные в серийном производстве. Сплав УГАТУ-5 рекомендован к промышленному освоению для турбинных лопаток ГТД с рабочей температурой до 1 ООО. 1050 °С.

127

1. Аведьян Э.Д., Левин И.К., Цыпкин Я.З. Нейронные сети для идентификации нелинейных систем при случайных кусочно-полиномиальных и низкочастотных возмущениях // Нейрокомпьютер. 1996. - № 3. - С. 61.

2. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука, 1976.-280 с.

3. Андерсон Дж.А. Дискретная математика и комбинаторика: Пер. с англ. -М.; СПб.; Киев: Вильяме, 2003. 960 с.

4. Ануфриев И.Е. Самоучитель Matlab 5.3/б.х. СПб.: БХВ-Петербург, 2002. -736 с.

5. Беттеридж У. Жаропрочные сплавы типа нимоник / Пер. с англ. под ред. Г.В. Эстуллина-М.: Металлургиздат, 1961. -381 с.

6. Бондаренко Ю.А., Каблов E.H., Морозова Г.И. Влияние высокоградиентной направленной кристаллизации на структуру и фазовый состав жаропрочного сплава типа // Металловедение и термическая обработка металлов. 1999. -№ 2. - С. 15-18.

7. Боровиков В. STATISTICA. Искусство анализа данных на компьютере: Для профессионалов. 2-е изд. (+CD). СПб. Литер, 2003. - 688 с.

8. Бочвар A.A. Металловедение М.: Металлургиздат, 1956. - 206 с.

9. Бродский В.З. Введение в факторное планирование эксперимента. М.: Наука, 1976.-224 с.

10. Бронфин М.Б., Другова И.А. О влиянии легирования на процессы сублимации и диффузии в у-фазе никелевых сплавов // Конструкционные и жаропрочные материалы для новой техники. М. Наука, 1978. - С. 138-146.

11. Винер Н. Кибернетика или управление и связи в животном и машине. -М.: Мир, 1968.-326 с.

12. Воздвиженский В.М., Жуков A.A. Планирование эксперимента и математическая обработка результатов в литейном производстве. Ярославль: Яросл. политехи, институт, 1985. - 83 с.

13. Танеев A.A. Исследование и синтез литейных никелевых сплавов для лопаток высокотемпературных газовых турбин: Дисс. . канд. техн. наук:0516.01.-Л., 1973.-248 с.

14. Танеев A.A. Повышение жаропрочности литейных никелевых сплавов с использованием методов активного и пассивного экспериментов: Дисс. . д-ра техн. наук: 05.16.04. Екатеринбург, 2000. - 458 с.

15. Танеев A.A., Жернаков B.C., Попов Д.В. Интерполяция жаропрочности никелевых сплавов // Проблемы и перспективы развития литейного производства: Материалы международной научно-практической конференции. -Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2000. С. 29-36.

16. Танеев A.A., Никифоров П.Н. Использование статистических данных для оптимизации составов жаропрочных сплавов // Литейные процессы: Межрегиональный сборник научных трудов. Вып. 3. - Магнитогорск: МГТУ, 2003. - С. 155-158.

17. Танеев A.A., Никифоров П.Н. Разработка методики оценки оптимальных концентраций легирующих элементов в жаропрочных никелевых сплавах // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия». Вып. 1. - 2001. - № 2. - С. 80-85.

18. Танеев A.A., Никифоров П.Н. О повышении информативности баз данных по жаропрочным сплавам для монокристального литья // Ползуновский альманах. 2003. - № 3-4. - С. 41-42.

19. Танеев A.A., Никифоров П.Н. Разработка базы данных по жаропрочным сплавам с направленной и монокристаллической структурой // Литейные процессы: Межрегиональный сборник научных трудов. Вып. 2. - Магнитогорск: МГТУ, 2002. - С. 41-44.

20. Танеев A.A., Нургаянова О.С. Подходы к автоматизации проектирования новых литейных жаропрочных никелевых сплавов // Вестник алтайского государственного технического университета № 3-4, 2005. С. 112-115.

21. Головко В.А. Нейронные сети: обучение, организация и применение. Кн.4 Учеб. Пособие для вузов / Общая ред. А.И. Галушкина. М.: ИПРЖР, 2001.-256с.

22. ГОСТ 10145 81. Метод испытания на длительную прочность.

23. Готовцева Е.Р. Исследование и разработка жаропрочных никелевых сплавов с использованием методов теории распознавания образов: Дисс. . канд. техн. наук: 05.16.04. Екатеринбург, 1995. - 225 с.

24. Грабер М. Справочное руководство по SQL. М.: ЛОРИ, 1997. - 292 с.

25. Гуляев Б.Б. Физико-химические основы синтеза сплавов. Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1980. - 192 с.

26. Гуляев Б.Б., Павленко Л.Ф. Выбор оптимального легирующего комплекса для сплавов методом распознавания образов // Свойства сплавов в отливках. М.: Наука, 1975.

27. Гутман Т.Д. Комплекс алгоритмов дискретного перебора для геохимических расчетов на ЭВМ: Дисс. . канд. физ.-мат. наук: 05.13.16. Уфа, 1993.- 139 с.

28. Даль Д.Н. Суперсплавы направленной кристаллизации // Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок / Под ред. P.E. Шалина. В 2-х кн. Кн. 1. - М.: Металлургия, 1995.-С. 239-276.

29. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы планирования эксперимента: Пер. с англ. М.: Мир, 1981.-520 с.

30. Должанский Ю.М., Новик Ф.С., Чемлева Т.А. Планирование эксперимента при исследовании и оптимизации свойств сплавов. М.: Мир, 1974. -131 с.

31. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ: в 2-х кн.: Пер. с англ. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Финансы и статистика, 1986.

32. Дуда Р., Харт П. Распознавание образов и анализ сцен / Пер. с англ. под ред. В.Л. Стефанюка-М.: Мир, 1976.-512 с.

33. Дунаев С.Б. МгаиеГ-технологии. М.: Диалог-МИФИ, 1997. - 288 с.

34. Дэкер Р.Ф., Симе Ч.Т. Металловедение сплавов на никелевой основе // Жаропрочные сплавы / Пер. с англ. под ред. Е.М.Савицкого. М.: Металлургия, 1976.-С. 30-82.

35. Ефимова М.Н. Исследование и разработка жаропрочных сплавов для литых лопаток газовых турбин с длительным ресурсом работы при 850950 °С: Дисс. . канд. техн. наук: 05.16.01. Л., 1971. - 148 с.

36. Жаропрочность литейных никелевых сплавов и защита их от окисления / Б.Е. Патон, Г.Б. Строганов, С.Т. Кишкин и др. Киев: Наукова думка, 1987.-256 с.

37. Жаропрочные сплавы для газовых турбин: Пер. с англ. / Под ред. P.E. Шалина. М.: Металлургия, 1981. - 480 с.

38. Завьялов Ю.С., Квасов Б.И., Мирошниченко В.Л. Методы сплайн-функций. М.: Наука, 1980. - 350 с.

39. Зедгинидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем. M.: Наука, 1976. - 390 с.

40. Ивахненко А.Г., Непрерывность и дискретность. Переборные методы прогнозирования и кластеризации. Киев: Наук. Думка, 1990. - 123 с.

41. Ивахненко А.Г., Юрачковский Ю.П. Моделирование сложных систем по экспериментальным данным. М. : Радио и связь. 1987. - 120 с.

42. Интеллектуальные системы управления с использованием нейронных сетей: Учебное пособие / В.И. Васильев, Б.Г. Ильясов, C.B. Валеев и др. Уфа: УГАТУ, 1997. - 92 с.

43. Каблов E.H. Литые лопатки газотурбинных двигателей (сплавы, технология, покрытия). М.: МИСИС, 2001. - 632 с.

44. Каблов E.H., Светлов И.Л., Петрушин Н.В. Никелевые жаропрочные сплавы для литья лопаток с направленной и монокристаллической структурой (часть 1) // Материаловедение. 1997. - № 4. - С. 32-39.

45. Каблов E.H., Светлов И.Л., Петрушин Н.В. Никелевые жаропрочные сплавы для литья лопаток с направленной и монокристаллической структурой (часть 2) // Материаловедение. 1997. - № 5. - С. 14-17.

46. Каблов E.H., Толораия В.Н., Орехов Н.Г. Монокристаллические никелевые ренийсодержащие сплавы для турбинных лопаток ГТД // Металловедение и термическая обработка металлов. 2002. - № 7. - С. 7-11.

47. Кишкин С.Т. Жаропрочные стареющие сплавы на основе никеля // Докл. АН СССР 1954. - Т. 95. - № 4. - С. 789-812.

48. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Определения, теоремы, формулы: Пер. с англ. под ред. И.Г. Арамановича. М.: Наука, 1968. - 720 с.

49. Корнейчук Н.П. Сплайны в теории приближения. М.: Наука, 1984. -352 с.

50. Корнилов И.И. Физико-химические основы жаропрочности сплавов. -М.: АН СССР, 1961.-516 с.

51. Коттерлл А.Х. Строение металлов и сплавов / Пер. с англ. под ред. М.Л. Берштейна. М.: Металлургиздат, 1959. - 159 с.

52. Кремер Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2002. - 543 с.

53. Крянев А.В„ Лукин Г.В. Математические методы обработки неопределенных данных. M.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 216 с.

54. Курдюмов Г.В. Литейное производство цветных и редких металлов: Учебное пособие по спец. «Металловедение, оборудование и технология термической обработки металлов». М.: Металлургия, 1982. - 352 с.

55. Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы математико-статистической обработки наблюдений. 2-е изд., испр. и доп. - М.: Гос. изд-во физико-математической лит-ры, 1962. - 352 с.

56. Любарский Ю.Я. Интеллектуальные информационные системы. М.: Наука, 1983.-208 с.

57. Маклаков C.B. Bpwin и Erwin. CASE- средства разработки информационных систем. -М.: Диалог-МИФИ, 1999. -256 с.

58. Математическая теория планирования эксперимента / Под ред. С.М. Ермакова. М.: Наука, 1983. - 392 с.

59. Машиностроение. Энциклопедия. Т. 11-3. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы / И.Н. Фридляндер, О.Г. Сенаторова, O.E. Осинцев и др. М.: Машиностроение, 2001. - 880 с.

60. Медведев B.C., Потемкин В.Г. Нейронные сети Matlab 6 / Под общ. Ред. к.т.н. В.Г. Потемкина. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2002. - 496 с.

61. Меламед И.И. Нейронные сети и комбинаторная оптимизация. автоматика и телемеханика, 1994, №11, с.З - 40.

62. Методы испытания, контроля и исследования машиностроительных материалов / Под ред. А.Т. Туманова. Т. 2. - М.: Машиностроение, 1974. -320 с.

63. Миллер Г.Е., Чемберс В.Л. Конструкция газовой турбины и суперсплавы // Суперсплавы И: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок / Под ред. P.E. Шалина. В 2-х кн. Кн. 1. -М.: Металлургия, 1995. - С. 49-83.

64. Мину М. Математическое программирование. Теория и алгоритмы. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. -488 с.

65. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов / P.E. Шалин, И.Л. Светличный, Е.Б. Качанов и др. М.: Машиностроение, 1997. - 336 с.

66. Морозова Г.И. Закономерность формирования химического состава у/'у-матрицы многокомпонентных никелевых сплавов // ДАН СССР. -1991.-Т. 320.-№6.-С. 1413-1416.

67. Налимов В.В., Голикова Т.Н. Логические основания планирования эксперимента. М.: Изд-во МГУ, 1971. - 116 с.

68. Налимов В.В., Чернова H.A. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1965. - 340 с.

69. Неуструев A.A., Моисеев B.C. Автоматизированное проектирование технологических процессов литья: Учебное пособие. М.: МГАТУ, 1994. -256 с.

70. Нехендзи Ю.А., Купцов И.В. Комплексная проба для определения литейных свойств. Л.: ЛДНТП. - 1967. - 40 с.

71. Нехендзи Ю.А., Лебедев К.П., Купцов И.В. Влияние плавки и заливки в вакууме на литейные свойства сплавов на комплексной пробе // Жаропрочные сплавы в литом состоянии. М.: Металлургия, 1968. - С. 117124.

72. Нехендзи Ю.А., Самарин A.M., Лебедев К.П., Купцов И.В. Комплексная проба для определения литейных свойств сплавов // Литейное производство. 1966.-№ 7. - С. 1-8.

73. Норенков И.П. Разработка САПР: Учебное пособие для ВУЗов. -М.: МГТУ, 1994.-207 с.

74. Осипов К.А. Вопросы теории жаропрочности металлов и сплавов. -М.: Изд-во АН СССР, 1960. 288 с.

75. Павленко Л.Ф. Разработка математического метода поиска оптимального легирующего комплекса для сталей и сплавов: Автореф. . канд. техн. наук: 05.16.01.-Л., 1973.- 18 с.

76. Павлов С.В. Системы обработки и хранения информации для контроля и прогнозирования состояния авиакосмических и экологических объектов на основе концепции многомерных баз данных: Дисс. . д-ра техн. наук: 05.13.14.-Уфа, 1988.-378 с.

77. Пат. 2 088 685 РФ, МКИ С 22 С 19/05. Жаропрочный сплав на никелевой основе / Танеев A.A., Жернаков B.C., Готовцева Е.Р.; Уфимский государственный авиационный технический университет (РФ).

78. Пат. 2 105 369 В Великобритания, МКИ С 22 С 19/05. An alloy suitable for making single crystal castings / FordD.A. Hill A.D., Arthey R.P., Gou-lette M.J.; Rolls-Royce Ltd. (Великобритания).

79. Пат. 2 148 099 РФ, МКИ С 22 С 19/05. Жаропрочный сплав на основе никеля / Каблов E.H., Кишкин С.Т., Логунов A.B., Петрушин Н.В., Сидоров В.В., Демонис И.М., Елисеев Ю.С.; Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (РФ).

80. Пат. 2 153 021 РФ, МКИ С 22 С 19/05. Никелевый жаропрочный сплав для монокристального литья / Каблов E.H., Логунов A.B., Демонис И.М., Петрушин Н.В., Сидоров В.В.; Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (РФ).

81. Пат. 2 184 456 Великобритания, МКИ С 22 С 19/05. Ni-based heat resistant alloy / Ohno Т., Watanade R.G.B.; Hitachi Metals Ltd (Япония).

82. Пат. 2 198 233 РФ, МКИ С 22 С 19/05. Сплав на основе интерметаллида Ni3Al и изделие, выполненное из него / Каблов Е.Н., Бунтушкин В.П., Ба-зылеваО.А.; Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (РФ).

83. Пат. 4 388 124 США, МКИ С 22 С 19/05. Cyclic oxidation-hot corrosion résistant nickel-base superalloys / Henry M.F.; General Electric Company (США).

84. Пат. 5 131 961 США, МКИ С 22 С 19/05. Method for producing a nickel-base superalloy / Sato К., Watanabe R.; Hitachi Metals Ltd (Япония).

85. Пат. 5 154 884 США, МКИ С 22 С 19/05. Single crystal nickel-base superalloy article and method for making / Wukusick C.S., Buchakjian, Jr. L.; General Electric Company (США).

86. Пат. 5 916 382 США, МКИ С 22 С 19/05. High corrosion resistant high strength superalloy and gas turbine utilizing the alloy / Sato K., Ohno T., Ya-suda K., Tamaki H., Yoshinari A.; Hitachi Metals Ltd (Япония).

87. Пат. 5 925 198 США, МКИ С 22 С 19/05. Nickel-based superalloy / Das N.; The Chief Controller, Research and Developement Organization Ministry of Defence, Technical Coordination (Индия).

88. Пат. 6 051 083 США, МКИ С 22 С 19/05. High strength Ni-base superalloy for directionally solidified castings / Tamaki H., Yoshinari A., Okayama A., Ko-bayashi M., Kageyama K., Ohno T.; Hitachi Metals Ltd (Япония).

89. Пат. 6 074 602 США, МКИ С 22 С 19/05. Property-balanced nickel-base superalloys for producing single crystal articles / Wukusick C.S., Buchakjian, Jr. L.; General Electric Company (США).

90. Пат. 6 416 596 США, МКИ С 22 С 19/05. Cast nickel-base alloy / Wood J.H., Shores D.A., Lindblad N.R.; General Electric Company (США).

91. Петрушин H.B., Логунов A.B., Горин В.А. Структурная стабильность никелевых жаропрочных сплавов при высоких температурах // Металловедение и термическая обработка металлов. 1984. - № 5. - С. 36-39.

92. Петрушин Н.В., Сорокина Л.П., Жуков С.Н. Структурные особенности деформирования и разрушения монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов при циклическом нагружении // Металловедение и термическая обработка металлов. 1995. - № 6. - С. 2-5.

93. Планирование эксперимента в задачах нелинейного оценивания и распознавания образов / Г.К. Круг, В.А. Кабанов, Г.А. Фомин и др. М.: Наука, 1981.- 172 с.

94. Попов Д.В. Автоматизированное проектирование никелевых сплавов наоснове моделирования влияния легирующих элементов на жаропрочность по данным пассивного эксперимента: Дисс. . канд. техн. наук: 05.13Л2. — Уфа, 2000.- 188 с.

95. Попов Д.В., Танеев A.A., Нургаянова О.С. Система планирования эксперимента для синтеза новых сплавов // Компьютерные науки и информационные технологии (CSIT'2003): Тр. 5-го Междунар. симп. Уфа: УГАТУ, 2003. Т. 2. С. 35-37. (Статья на англ. яз.)

96. Попов Д.В., Танеев A.A., Нургаянова О.С. Минимизация затрат на разработку новых сплавов // Принятие решений в условиях неопределенности. Вопросы моделирования. Межвуз. науч. сб. Уфа: УГАТУ, 2004. Вып. 1. С. 85-91.

97. Попов Д.В., Танеев A.A., Нургаянова О.С. OLAP-подход к представлению данных по жаропрочным сплавам // Компьютерные науки и информационные технологии (CSIT'2003): Тр. 5-го Междунар. симп. Уфа: УГАТУ, 2003. Т. 2. С. 35-37. (Статья на англ. яз.)

98. Попов Д.В., Нургаянова О.С., Танеев A.A. MATLAB приложение для проектирования новых сплавов // Тр. II всероссийской научной конференции «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB» - Москва, 2004. С. 300-304.

99. Приданцев М.В. Влияние примесей и редкоземельных металлов на свойства сплавов. М.: Металлургиздат, 1962. - 208 с.

100. Приданцев М.В.//Изв. АН СССР. Металлы.- 1967.- №5. -С. 115-124.

101. Приданцев М.В. Структура и свойства жаропрочных металлических материалов. М.: Наука, 1967. - 211 с.

102. Рахманкулов М.М., Паращенко В.М. Технология литья жаропрочных сплавов. М.: Интермет Инжиниринг, 2000. - 464 с.

103. Редько В.Н., Басараб И.А. Базы данных и информационные системы / Математика и кибернетика: подписная научно-популярная серия. Вып. 6. -М.: Знание, 1987.-31 с.

104. Росс И.В., Симе Ч.Т. Сплавы на основе никеля // Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок / Под ред. P.E. Шалина. В 2-х кн. Кн. 1. - М.: Металлургия, 1995. -С. 128-172.

105. Ртищев В.В. Методы прогнозирования структурных характеристик и свойств жаропрочных сплавов на никелевой основе // Металловедение и термическая обработка металлов. 1994. - № 9. - С. 13-19.

106. Ртищев В.В. Перспективные анизотропные материалы лопаток стационарных ГТУ со столбчатой и монокристаллической структурами // Труды ЦКТИ.- 1992.-Вып. 270.-С. 104-119.

107. Ртищев В.В. Применение компьютерной программы PSCPCSP для оптимизации состава серийных и разработки новых жаропрочных сплавов на никелевой основе // Металловедение и термическая обработка металлов. -1995.-№ 11.-С. 28-34.

108. Ртищев В.В. Прогнозирование склонности жаропрочных сплавов к выделению ТПУ-фаз // Труды ЦКТИ. 1982. - Вып. 194. - С. 101-108.

109. Ртищев В.В. Статистические расчеты 100- и 1000-часового пределов длительной прочности жаропрочных лопаточных сплавов на никелевой основе при температурах 800 и 900 °С // Труды ЦКТИ. 1980. - Вып. 177. -С.121-132.

110. Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. -М.: Наука, 1971.- 192 с.

111. Рутковская Д., Пилиньский М., Рутковский JI. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы: Пер. с польск. И.Д. Рудинского. М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - 452 с.

112. Самарский A.A., ГулинА.В. Численные методы: Учебное пособие для вузов. М.: Наука, 1989. - 432 с.

113. Сахаров A.B. Принципы проектирования и использования многомерных баз данных (на примере Oracle Express Server) // СУБД. 1996. - № 3. -С. 44-59.

114. Свидетельство РосПатеита об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2001610395. Система оценки оптимальных концентраций легирующих элементов в жаропрочных никелевых сплавах «Оптимизатор» / Танеев A.A., Никифоров П.Н. Дата регистрации 09.04.2001.

115. Сидоркин A.B., Костюхин М.Н. Прогнозирование на основе аппарата нейронных сетей. Одесса: ОГПУ, 1995. - 70 с.

116. Симе Ч.Т. Поведение сплавов // Суперсплавы И: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок / Под ред. P.E. Шалина. В 2-х кн.-Кн. 1. -М.: Металлургия, 1995. С. 277-308.

117. Симе Ч.Т. Суперсплавы. Происхождение и природа // Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок / Под ред. P.E. Шалина. В 2-х кн. Кн. 1. - М.: Металлургия, 1995.-С. 16-48.

118. Соколов A.B. Информационно-поисковые системы. М.: Радио и связь, 1981,- 152с.

119. Степанов В.П., Приданцев М.В., Керпич Н.К. О внеосевой ликвационной неоднородности в слитках Cr-Ni сплавов // Изв. АН СССР. Металлы. -1964.-№2.-С. 109-116.

120. Тамразов A.M. Планирование и анализ регрессионных экспериментов в технологических исследованиях. Киев: Наукова думка, 1987. - 176 с.

121. Терехов В.А. Динамические алгоритмы обучения многослойных нейронных сетей в системах управления // Изв. РАН. Теория и системы управления. 1996.-№ 3. - С. 70.

122. Терехов К.И. Основные предпосылки и особенности легирования жаропрочных дисковых сплавов на никелевой основе // Легирование и свойства жаропрочных сплавов. -М.: Наука, 1971.-С. 97-101.

123. Термопрочность деталей машин / Под ред. И.А. Биргера и Б.Ф. Шорра. М.: Машиностроение, 1975. - 455 с.

124. Толораия В.Н., Зуев А.Г., Светлов И.Л. Влияние режимов направленной кристаллизации и термообработки на пористость в монокристаллах никелевых жаропрочных сплавов // Изв. АН СССР. Металлы. 1991. - №5. - С. 70-75.

125. Толораия В.Н., Орехов Н.Г., Каблов E.H. Усовершенствованный метод монокристаллического литья турбинных лопаток ГТД и ГТУ // Металловедение и термическая обработка металлов. 2002. - № 7. - С. 11-16.

126. Турбореактивный двухконтурный двигатель с форсажной камерой сгорания АЛ-31Ф: Учебное пособие / Под ред. А.П. Назарова. М.: Изд-во ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1987. - 363 с.

127. Уманский Я.С., Скаков Ю.А. Физика металлов. Атомное строение металлов и сплавов. М.: Атомиздат, 1978. - 352 с.

128. Хансен Г., Хансен Дж. Базы данных: разработка и управление: Пер. с англ. М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 1999. - 704 с.

129. Шалин P.E., Булыгин И.П., Голубовский Е.Р. Жаропрочность сплавов для газотурбинных двигателей. М.: Металлургия, 1981. - 120 с.

130. Шпунт К.Я. Значение микролегирования в обеспечении требуемого уровня свойств никелевых жаропрочных сплавов // Конструкционные и жаропрочные сплавы для новой техники. М.: Наука, 1978. - С. 286-292.

131. Юрачковский Ю.П., Мамедов М.И. О внутренней сходимости двух алгоритмов МГУА. Автоматика, 1985, №1, с. 91-94.

132. Codd E.F., Codd S.B., Salley C.T. Providing OLAP (On-Line Analytical Processing) to User-Analysts: An IT Mandate. E.F.Codd@Associates, 1993. -124 p.

133. Collins H.E. New nickel-base superalloy for air-cooled turbine blades // Mater. Eng. 1972. - Vol. 76. - № 3. - P. 19-21.

134. Doherty J.E., Hear B.H., Giamei A.F. On the origin of the ductility enhancement in Hf-doped Mar-M 200 // Journal of Metals. 1971. - Vol. 23. - № 11. -P. 59-62.

135. Dreshfield R. Estimation of conjugate у and у compositions in Ni base superalloys. NB5 SP 496, January 10-12, 1977. 23 p.

136. Erickson J.S., Harris K.N. A third generation high strength single crystal superalloy. Muskegon: Cannon-Muskegon Corp, 1985. - 276 p.

137. Goldhoff R., Hahn G. Correlation and extrapolation of creep rupture data of several steels and superalloys using time-temperature parameters. ASM Publications, D-8-100, ASM, Metals Park, 1968. P. 199.

138. Harada H., Yomagata Т., Nakazawa S., Ohno Т., Yamazaki M. Design of high specific-strength nickel-base single crystal superalloys // High Temperature Materials for Power Engineering: Proceedings of the Conference. Part II. Liege, 1990.-P. 1319-1328.

139. Harris K., Erickson G.L., Schwer R.E. CMSX single crystal, CMDS and integral wheel alloys, properties and performance // 6th Int. Symposium on Superalloys: Proceedings of the Conference. Seven Springs (PA), 1988. - P. 709-728.

140. Lecome-Bechers J. Study of microporosity formation in nickel-base superalloys // Metallurgical Transactions. 1988. - Vol. 19A. - № 9. - P. 2341-2350.

141. Manson S., Haferd A. A linear time relationship for extrapolation of creep and stress-rupture data. NACA Technical Note 2890. Washington (DC), 1953. -37 p.

142. Manson S., Soccup G. Stress rupture properties of Inconel 700 and correlation on the basis of several time temperature parameters. ASTM STP 174, 1956. -53 p.

143. Mills P.M., ZomayaA.Y., Tade O.O. Neuro-Adaptive Process Control. Practical Approach. London: John Wiley & Sons, 1995. - 212 p.

144. Morinaga M., Yukawa N., Adachi H., Ezaki H. // Transactions of TMS AIME. Warrendale (PA), 1984, - P. 525.

145. OLAP Электронный ресурс.: Режим доступа : http://www.permonline.ru/~enter/june/olap.htm.

146. Raymond E.L. // Transactions of AIME. 1967. - Vol. 239. - P. 1415.

147. Rowe J.P., Freeman J.W. // Proceedings of the International Conference on Creep, Institute of Engineers. London, 1963.

148. VerSnyder F.L., Guard R.W. Directional Grain Structure for High Temperature Strength II Transactions of ASM. 1960. - Vol. 52. - P. 485-497.

149. Woodyatt L.R., Sims C.T., Beattie H.J. Prediction of sygmatype phase occurrence from compositions in austenitic superalloys II Transactions of TMS AIME. 1966. - Vol. 236.-№ 4. - P. 519-527.

150. Yukawa N., Morinaga M., Ezaki H. Alloys design of superalloys by the d-electron concept II High Temperature Alloys for Gas Turbines and Other Application: Proceedings of the Conference. Liege, 1986. - P. 935-944.