Développement de modèles de substitution pour des expériences numériques en soudage

La portée de ma recherche se concentre sur le développement de modèles de substitution efficaces à l’aide de l’apprentissage automatique, en particulier des réseaux de neurones artificiels pour prédire les contraintes résiduelles induites par le soudage. Notre objectif principal est d’identifier la manière d’automatiser la génération de données pour la simulation de soudage afin d’améliorer l’efficacité. Nous avons constaté que l’automatisation de la génération de données à l’aide de scripts Python et de fonctions macro réduit considérablement le temps de configuration de la simulation, ce qui permet la création de grands ensembles de données.

De plus, notre modèle de circuit basé sur un réseau de neurones artificiels prédit avec précision la contrainte résiduelle induite par le soudage, atteignant une erreur quadratique moyenne relative de 0,0024. Obtention d’une erreur quadratique moyenne relative de 0,0024. Notre protocole offre des avantages en automatisant la génération de données à l’aide de scripts Python et de fonctions macro, réduisant ainsi le temps et les efforts nécessaires à la configuration de la simulation et à l’extraction des données.

Cela garantit la cohérence et permet la création d’un ensemble de données complet pour l’entraînement des modèles d’apprentissage automatique. Pour commencer, ouvrez Abaqus et cliquez sur fichier, puis sur définir le répertoire de travail pour définir le répertoire de travail. Ensuite, cliquez séquentiellement sur le fichier macromanager work et créez une macro nommée enregistrement thermique.

Créez un modèle pour les éprouvettes de soudage. Prenons l’exemple d’un seul cordon de soudure sur un cas de référence de structure de plaque. Cliquez sur la pièce puis sur la création de la pièce.

Créez un demi-modèle 3D déformable de l’échantillon en extrudant une esquisse carrée sur le plan XY. Cliquez maintenant sur la pièce, naviguez pour créer un plan de référence, puis sélectionnez Décalage par rapport au plan principal. Définissez les points de début et d’arrivée du soudage en spécifiant des décalages par rapport au plan YZ en fonction de la longueur du cordon.

Créez ensuite deux plans de référence supplémentaires pour la profondeur et la largeur du cordon en spécifiant respectivement les décalages par rapport au plan XY et au plan XZ. Cliquez sur la pièce et sélectionnez l’option d’utilisation du plan de référence de la cellule de partition pour créer des partitions de cellule de l’échantillon à l’aide des quatre plans de référence. Cliquez ensuite sur la pièce et sélectionnez créer une extrusion solide.

Créez une esquisse sur l’un des plans de référence pour définir la partie du cordon de soudure située sous la surface supérieure de l’échantillon. Utilisez un arc et deux lignes en suivant les dimensions du talon. Extrudez l’esquisse à la profondeur de la longueur du cordon pour créer la coupe.

Ensuite, extrudez l’esquisse à la longueur du cordon tout en sélectionnant Conserver les limites internes. Cliquez sur la pièce, puis sélectionnez Créer un plan de référence et Décalage par rapport au plan principal. Esquissez le cordon de soudure à l’aide de deux arcs sur une ligne sur l’un des plans de référence.

Cliquez sur la pièce, sélectionnez la cellule de partition et utilisez le plan de référence pour créer des partitions de cellule de l’échantillon à l’aide des quatre plans de référence à rechercher. Pour définir le matériau de l’acier inoxydable AISI 316 LN, cliquez sur propriété et créez le matériau, puis définissez la densité dans le menu général et la conductivité et la chaleur spécifique dans le menu thermique à l’aide des données dépendantes de la température. Ensuite, attribuez du matériau au modèle.

Cliquez sur propriété, puis sur créer une section solide homogène avec la matière définie. Cliquez sur propriété, attribuer une section pour attribuer la section créée au modèle. Cliquez maintenant sur l’étape, suivie de l’étape de création pour créer une étape de transfert de chaleur nommée soudage avec une période de temps de 26,43 et un incrément de temps fixe de 0,1, garantissant l’absence de non-linéarité de la géométrie.

Créez une autre étape de transfert de chaleur nommée refroidissement avec une période de 70 à l’aide d’incréments de temps adaptatifs avec des tailles d’incréments initiale, minimale et maximale définies sur 0,1, 0,05 et 5 respectivement. défini sur 0,1, 0,05 et 5 respectivement. Enfin, créez une étape de transfert de chaleur nommée refroidissement deux avec une période de 2 000 à l’aide d’incréments de temps adaptatifs avec des tailles d’incréments initiale, minimale et maximale définies respectivement sur 5, 1 et 100.

Pour définir les attributs du modèle, cliquez sur modèle, modifier l’attribut. pour accéder aux paramètres d’attribut. Réglez la température du zéro absolu à 273,15.

Réglez la température du zéro absolu à 273,15. Spécifiez la constante de Stefan-Boltzmann comme 5,67 x 10 à la puissance 11. Cliquez sur l’étape et créez une sortie de champ pour définir une demande de température nodale pour l’ensemble du modèle.

Cliquez ensuite sur assemblage et créer une instance pour créer une instance dépendante. Ensuite, cliquez séquentiellement sur interaction, créez l’interaction et l’état du film de surface pour créer une interaction de l’état du film de surface avec un coefficient de film à 15 et une température de puits de 20 sur toutes les surfaces du modèle à l’exception du plan symétrique. Définissez l’étape de début sur le soudage.

Cliquez maintenant séquentiellement sur interaction, créer une interaction et un rayonnement de surface pour créer une interaction de rayonnement de surface avec une émissivité de 0,7 et une température ambiante de 20 sur toutes les surfaces du modèle à l’exception du plan symétrique. Définissez l’étape de début comme soudage, définissez les charges dans le module de charge. Cliquez sur charge, créez une charge thermique et un flux de chaleur corporelle pour créer une charge de flux thermique corporelle définie par l’utilisateur qui commence lors de l’étape de soudage et est inactive pendant les deux étapes de refroidissement.

Cliquez ensuite sur charger, créer un champ prédéfini, autre, et champ pour créer un champ de température prédéfini à partir de l’étape initiale pour représenter une température ambiante de 20. Pour créer un maillage dans le module de maillage, cliquez sur maillage, sélectionnez l’objet à faire partie et la pièce d’amorçage pour amorcer la pièce d’une taille globale de 0,0024. Cliquez sur le maillage, puis sur les bords pour multiplier les bords de profondeur et de largeur du cordon par un nombre de 3.

Ensemencez le bord de l’arc d’un nombre de 3 et le bord de la longueur de la perle d’une taille de 0,0015. Ensuite, cliquez sur le maillage, attribuez des commandes de maillage et utilisez l’élément de forme TET avec la technique libre pour la région du talon. Cliquez sur le maillage, attribuez le type d’élément et définissez le type d’élément sur DC 3D 10, puis maillez la pièce.

Utilisez un maillage, puis des arêtes d’amorçage pour des arêtes d’amorçage colinéaires à l’axe X dans la région de maillage fin d’une taille de 0,0015, les arêtes de l’axe Y d’une taille de 0,0011 et les arêtes de l’axe Z d’une taille de 0,00075. et les arêtes de l’axe Z d’une taille de 0,00075. Cliquez maintenant sur le maillage, suivi des commandes de maillage attribuées pour attribuer un contrôle de maillage à la région restante, en utilisant l’élément de forme hexagonale avec la technique de balayage.

Cliquez ensuite sur le maillage, attribuez le type d’élément et définissez le type d’élément sur DC 3D 20, puis maillez la pièce. Cliquez sur tâche, créez une tâche pour créer une tâche nommée analyse thermique et attachez la sous-routine utilisateur D flux. Arrêtez l’enregistrement des macros.

Vérifiez qu’il s’agit d’un fichier Python nommé abaqusMacros. Py est généré dans le répertoire de travail. Enfin, cliquez sur emploi, gestionnaire de travaux et soumettre.

Fichier de résultat nommé ThermalAnalysis. odb sera généré. Les contraintes longitudinales le long de la ligne BD ont montré une variation constante entre différentes combinaisons de longueur de course de l’arc, de vitesse avancée de l’arc et de taux d’apport d’énergie net, la contrainte culminant plus près de la surface et diminuant à des profondeurs plus profondes.

La majorité des écarts entre la simulation par éléments finis et les prédictions de réseaux neuronaux artificiels se situaient dans la plage de 0 à 2 mégapascals, représentant 45,2 % des données de test. Les groupes de niveau de contrainte avec moins de points de données d’entraînement présentaient des écarts maximaux plus élevés dans l’ensemble de données de test, comme on le voit dans les résidus absolus de groupes spécifiques. Les prédictions des réseaux de neurones artificiels correspondaient étroitement aux résultats de simulation par éléments finis avec une erreur carrée moyenne de 0,0024.