隨著國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,電力、冶金、化工、機(jī)械等行業(yè)高效穩(wěn)定的發(fā)展與運(yùn)作成為現(xiàn)代化建設(shè)重要的基礎(chǔ),同時(shí)也有越來越多的關(guān)鍵高溫承壓熱力設(shè)備在各行業(yè)生產(chǎn)中被投入使用。這些高溫承壓熱力設(shè)備的運(yùn)作安全性與可靠性便成為了直接影響生產(chǎn)安全與經(jīng)濟(jì)效益的決定性因素之一。高溫承壓熱力設(shè)備的金屬受熱面材料在長(zhǎng)期的服役過程中,因其所處的惡劣環(huán)境,其運(yùn)行安全和服役壽命會(huì)受材料金相結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的變化所影響,發(fā)生金屬材料的老化現(xiàn)象。傳統(tǒng)的受熱面檢測(cè)方法需要對(duì)受熱面進(jìn)行切割以進(jìn)行離線分析,而目前現(xiàn)有的無損檢測(cè)技術(shù)手段主要是針對(duì)已有宏觀缺陷的檢測(cè)與判斷,所以非常有必要發(fā)展一種具有快速實(shí)時(shí)無損檢測(cè)特點(diǎn),又具備在缺陷出現(xiàn)前進(jìn)行失效趨勢(shì)預(yù)測(cè)能力的新技術(shù)。激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)是一種新型的原子光譜技術(shù),其除了具有快速的多元素檢測(cè)能力之外,還能反映待測(cè)對(duì)象的材料基體特性。因此本文致力于將激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)應(yīng)用于金屬受熱面失效檢測(cè)中,將此光譜技術(shù)與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)結(jié)合,針對(duì)不同失效程度的金屬受熱面材料的光譜數(shù)據(jù)特征展開了對(duì)激光誘導(dǎo)等離子體時(shí)空演化特性、基于機(jī)器學(xué)習(xí)的金屬失效預(yù)測(cè)模型建立和光譜的特征選擇的理論和實(shí)驗(yàn)研究。本文在對(duì)現(xiàn)有的金屬受熱面失效檢測(cè)分析方法的技術(shù)水平和研究現(xiàn)狀的進(jìn)行了深入分析的基礎(chǔ)上,對(duì)具有代表性的金屬受熱面檢測(cè)方法進(jìn)行了介紹,闡述了本文的研究背景和意義。此外,對(duì)目前LIBS結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)的研究進(jìn)展進(jìn)行了闡述和總結(jié),對(duì)LIBS應(yīng)用于材料特性檢測(cè)領(lǐng)域的研究的發(fā)展過程與現(xiàn)狀進(jìn)行了歸納與介紹。然后在此基礎(chǔ)上明確了本文的研究路線與內(nèi)容。同時(shí),對(duì)LIBS技術(shù)的原理及其光譜特性和代表性的金屬受熱面材料T91和12Cr1MoV鋼的失效機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和總結(jié)。設(shè)計(jì)并搭建了可實(shí)現(xiàn)對(duì)等離子體圖像信號(hào)時(shí)空演化特性進(jìn)行高精度分析的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。將基于機(jī)器學(xué)習(xí)的各類數(shù)據(jù)分析方法引入了LIBS的應(yīng)用中,在對(duì)其的數(shù)學(xué)原理和計(jì)算過程進(jìn)行了歸納闡述后,結(jié)合具體的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用研究證明了聚類分析、數(shù)據(jù)降維、分類模型和特征選擇方法在LIBS應(yīng)用上的潛力。為了深入研究LIBS金屬受熱面失效檢測(cè)的物理機(jī)理,利用增強(qiáng)電荷耦合器件(ICCD)光譜儀對(duì)不同老化等級(jí)的T91鋼的等離子體圖像及特征譜線的時(shí)空演化規(guī)律進(jìn)行了觀察與分析。對(duì)比和分析了不同老化等級(jí)樣品的特征譜線輻射圖像與強(qiáng)度、譜線強(qiáng)度比值和等離子體溫度的時(shí)空演化規(guī)律以及激光燒蝕坑特性,建立了以上等離子體特性與金屬老化等級(jí)之間的關(guān)聯(lián)性,并討論了其物理機(jī)理和對(duì)實(shí)際應(yīng)用的意義。分析了在普通電荷耦合器件(CCD)光譜儀上對(duì)不同老化等級(jí)T91鋼進(jìn)行點(diǎn)陣測(cè)量的光譜特性,引入支持向量機(jī)(SVM)建立金屬老化預(yù)測(cè)模型,并針對(duì)實(shí)際測(cè)量中的光譜信號(hào)波動(dòng)與激光脈沖數(shù)的問題對(duì)模型進(jìn)行了優(yōu)化,且對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行了魯棒性分析,驗(yàn)證了SVM金屬老化預(yù)測(cè)模型的穩(wěn)定可靠性和泛用性。針對(duì)金屬樣品在LIBS中呈現(xiàn)出的高維復(fù)雜光譜數(shù)據(jù),對(duì)比了幾種具有代表性的特征選擇方法在不同晶粒度等級(jí)的12Cr1MoV鋼和不同老化等級(jí)的T91鋼的光譜數(shù)據(jù)上的表現(xiàn),并提出了一種新的波長(zhǎng)區(qū)間分層迭代篩選方法(LIW)。同時(shí)利用基于SVM和邏輯回歸(LGR)所建立的金屬特性預(yù)測(cè)模型對(duì)這些特征選擇方法的有效性進(jìn)行檢驗(yàn),證明LIW特征選擇方法擁有最佳的表現(xiàn)。此外引入了數(shù)據(jù)異常檢測(cè)對(duì)LIBS測(cè)量中離群數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行剔除,利用主成分分析法和K均值聚類算法實(shí)現(xiàn)對(duì)LIBS測(cè)量樣本的宏觀數(shù)據(jù)特征分析。上述研究為L(zhǎng)IBS測(cè)量的自動(dòng)數(shù)據(jù)處理建立了一套具有系統(tǒng)性和泛用性的方法論,同時(shí)為基于LIBS技術(shù)的金屬受熱面失效預(yù)測(cè)分析應(yīng)用提供了更深刻的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐依據(jù)。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP181;TN249;TM621.2
【部分圖文】：

華南理工大學(xué)博士學(xué)位論文表面上的焦深保持恒定。激光燒蝕樣品后所產(chǎn)生的等離子體輻射被一個(gè)在等離子體側(cè)方且與樣品表面呈 45°的雙面凸透鏡收集并聚焦于光纖中，光信號(hào)被光纖傳遞到一個(gè) 6 通道光柵光譜儀（Aurora，美國）。光譜儀的最小門寬為 1.1ms，波長(zhǎng)覆蓋范圍為 185-1045nm，分辨率一般為 0.05 nm。光譜儀和激光器觸發(fā)延時(shí)已經(jīng)通過該系統(tǒng)軟件的內(nèi)部校準(zhǔn)設(shè)置為同步，所以不需要考慮激光器與光譜儀之間的固定延時(shí)的問題。此外，一體機(jī)的控制軟件可以設(shè)定在樣品表面上的激光燒蝕測(cè)量點(diǎn)布局，并設(shè)定測(cè)量點(diǎn)燒蝕順序和路徑，讓設(shè)備自動(dòng)完成多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量任務(wù)。這樣可以保證測(cè)量條件的一致性，減少環(huán)境和人為因素對(duì)測(cè)量造成的干擾。

圖 2-5 (a) LIBS 等離子體時(shí)空演化分析實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖，(b) 該系統(tǒng)所采集的原始等離子體信號(hào)圖像，(c) 樣品在水平金屬底座（容器）中的實(shí)物圖2.4 本章小結(jié)本章介紹了激光誘導(dǎo)擊穿光譜的技術(shù)原理，其中包括激光誘導(dǎo)等離子體的形成過程和等離子體輻射光譜可表征的各項(xiàng)等離子體物理特性。同時(shí)介紹了本論文研究對(duì)象新型馬氏體耐熱鋼 T91 和珠光體耐熱鋼 12Cr1MoV 的材料特性和失效機(jī)理。最后介紹了本論文的中根據(jù)研究目的不同所采用和自主搭建的 LIBS 臺(tái)式硬件集成一體機(jī)和等離子體時(shí)空演化分析實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

于 ( )的輸出值建立 屬于類別 和 的判別規(guī)則： ( ) ( ) ≥ ▂，則認(rèn)為 ， 屬于 ( ) ( ) ▂，則認(rèn)為 ， 屬(3-10)分布律后，對(duì)于測(cè)量所獲得的訓(xùn)練集，已知待估數(shù)：( ) ∏ ( )| ( ) ∏( ( ( ))) ( )( ( ( ) 似然估計(jì)法求 的估計(jì)值，即求 ( )函數(shù)取極大值時(shí) ，最大化似然函數(shù)與最大化對(duì)數(shù)似然函數(shù)等價(jià)，對(duì)式(3- ⊙ ( ) ∑ ( )⊙ ( ) ( ( ))⊙ 圖 3-1 Sigmoid 函數(shù)圖
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 黃愛民;;射線檢測(cè)技術(shù)在無損檢測(cè)中的應(yīng)用[J];山東工業(yè)技術(shù);2015年14期

2 戴沅;李軍;鐘萬里;董璇;李文勝;姚順春;陸繼東;;不同金相組織12Cr1MoV的等離子體特性[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2014年03期

3 李俊彥;陸繼東;李軍;姚順春;董美蓉;;不同硬度受熱面材料的激光誘導(dǎo)等離子體光譜特性分析[J];中國激光;2011年08期

4 潘圣華;陸繼東;姚順春;蔣梅城;李娉;;金相組織對(duì)激光誘導(dǎo)鋼鐵等離子體的影響[J];中國激光;2010年08期

5 鄒明;陳曉;;超聲波檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展[J];世界科技研究與發(fā)展;2010年02期

6 張而耕;劉桂玲;王志文;;12Cr1MoV高溫組織轉(zhuǎn)變及其判廢標(biāo)準(zhǔn)探討[J];石油化工腐蝕與防護(hù);2010年01期

7 趙永;;淺談鋼結(jié)構(gòu)滲透檢測(cè)原理及方法[J];石河子科技;2009年03期

8 楊二魯;;高溫鍋爐管壽命管理技術(shù)在珠江電廠的應(yīng)用[J];電力設(shè)備;2008年11期

9 侯哲輝;李濤;董勇軍;高義斌;鄭敏;黃純德;;電站鍋爐壓力容器磁粉檢測(cè)[J];山西電力;2008年03期

10 于在松;劉江南;王正品;石崇哲;王弘喆;金耀華;;T91鋼服役過程中碳化物的熟化分析[J];鑄造技術(shù);2007年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 李軍;激光誘導(dǎo)擊穿光譜應(yīng)用于電站鍋爐受熱面組織結(jié)構(gòu)和性能診斷的研究[D];華南理工大學(xué);2016年

2 李捷;應(yīng)用激光誘導(dǎo)擊穿光譜進(jìn)行煤質(zhì)測(cè)量的機(jī)理研究[D];華中科技大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 李成林;T91/P91鋼高溫下的組織轉(zhuǎn)變及壽命分析[D];華中科技大學(xué);2009年

2 陳宇;長(zhǎng)期服役T/P91耐熱鋼的微觀組織結(jié)構(gòu)與失效機(jī)理的研究[D];東北大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2860695