[发明专利]基于神经网络的中子衍射峰位预测方法、设备和介质

说明书

本发明公开了一种基于神经网络的中子衍射峰位预测方法、设备和介质，方法：调整探测仪与入射中子束间的夹角，用中子束对被测材料衍射，探测仪采集被测材料衍射产生的中子；将探测仪信道位置转换成衍射角度，根据探测仪采集的中子数统计各信道衍射强度和强度误差；搭建中子衍射峰位预测模型的神经网络架构，以各信道衍射角度和强度为输入输出，将强度误差作为权重引入到损失函数，训练神经网络，即可由得到的中子衍射峰位预测模型得到角度与衍射强度间的函数关系；衍射强度最大值对应的角度，即为被测材料的中子衍射峰位。本发明能实时精确拟合中子衍射数据，精准获取中子衍射峰位，实现对被测材料残余应力的精确测定，反映材料深部真实应力场。

技术领域

本发明涉及中子散射-材料残余应力计算领域，尤其是指一种基于神经网络的中子衍射峰位预测方法、设备和介质。

背景技术

现阶段国内尖端制造业与美国、德国等发达国家存在巨大的差距，为了补齐诸如新材料设计、航空发动机制造、集成电路芯片研制等短板，国家将深入实施智能制造。因此为了推动制造业的优化升级，将加快高端新材料和先进航空发动机及燃气轮机等技术的研发验证，推进大涵道比大型涡扇航空发动机、F级和G/H级重型燃气轮机等课题的研究，为了充分研究材料内应力产生机理，提升中国超精密加工技术的发展水准，现在中国原子能科学研究院研制了一台中子应力谱仪(Neutron Stress Spectrometer)。中子应力谱仪的研制旨在探测材料/ 构件深部残余应力和宏观应力场，服务于工程构件精确设计和制造及服役性能的精确评估，以及材料-构件一体化、重大装备安全运行的工程需求，探索多相材料组成相之间的内应力相互作用与变化、循环应力作用下材料/构件的损伤形成机理及其演变等科学规律，满足工程构件精确设计和制造及服役性能的精确评估以及材料-构件一体化、重大装备安全运行的工程需求，最终为基于残余应力的材料制造工艺调控提供有效的依据。

中子应力谱仪基于中子衍射方法实现对材料部件残余应力的计算，中子应力谱仪首先利用位于中国原子能科学研究院的中国先进研究堆(China Advanced ResearchReactor,CARR) 在核反应下产生的中子束对被测材料进行衍射，中子探测仪采集衍射时产生的中子衍射数据，使用数据分析模型拟合中子衍射数据得到中子衍射峰位；中子衍射峰位与被测材料在无应力状态下的晶面间距计算三向应变，得到三向应变之后，结合材料的泊松比、弹性模量，基于胡克定律完成对材料残余应力的计算。材料残余应力的计算对于中子衍射峰位的精度要求极高，而现阶段算法拟合的衍射峰位结果不足以支撑应力计算所需要的峰位精度。所以需要建立一种能够精确拟合中子衍射数据的模型，从而得到高精度的衍射峰位，提升材料残余应力的计算精度。最终达到为基于残余应力的材料制造工艺调控提供有效的依据并提高材料稳定性及使用寿命的目的。

发明内容

本发明提供一种基于神经网络的中子衍射峰位预测方法、设备和介质，能够精确拟合被测材料的中子衍射数据，从而精准获取材料中子衍射峰位，以实现对残余应力的精确测定。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于神经网络的中子衍射峰位预测方法，包括：

系统预设置：对探测仪正中间位置与入射中子束之间的夹角进行测量校准为预设角度2θ，使用中子束对被测材料进行衍射，使用中子探测仪采集被测材料衍射时产生的中子；

获取中子衍射数据：将中子探测仪每个信道的位置转换成信道偏离角Δθ，根据预设角度 2θ和信道偏离角Δθ得到中子探测仪每个信道的角度；并根据中子探测仪每个像素块采集到的中子数量，统计中子探测仪每个信道的衍射强度和强度误差；

模型架构搭建：搭建中子衍射峰位预测模型的神经网络架构，包括隐藏层的数量、每个隐藏层以及输入层与输出层的神经元数量；

以中子探测仪各信道的角度作为输入、衍射强度作为输出，并将强度误差引入到损失函数，对搭建的神经网络进行训练，即对角度与衍射强度之间的函数关系进行拟合，得到的中子衍射峰位预测模型即为角度与衍射强度之间的函数关系；