Sviluppo di modelli surrogati per esperimenti digitali nella saldatura

L'ambito della mia ricerca si concentra sullo sviluppo di modelli surrogati efficienti che utilizzano l'apprendimento automatico, in particolare le reti neurali artificiali per prevedere lo stress residuo indotto dalla saldatura. Il nostro obiettivo principale è quello di automatizzare la generazione di dati per la simulazione della saldatura per migliorare l'efficienza. Abbiamo stabilito che l'automazione della generazione di dati con script Python e funzioni macro riduce significativamente i tempi di configurazione della simulazione, consentendo la creazione di set di dati di grandi dimensioni.

Inoltre, il nostro modello di circuito basato su rete neurale artificiale prevede con precisione lo stress residuo indotto dalla saldatura, raggiungendo un errore quadratico medio relativo di 0,0024. Raggiungimento di un errore quadratico medio relativo di 0,0024. Il nostro protocollo offre vantaggi automatizzando la generazione di dati tramite script Python e funzioni macro, riducendo il tempo e lo sforzo necessari per l'impostazione della simulazione e l'estrazione dei dati.

Ciò garantisce la coerenza e consente la creazione di set di dati estesi per l'addestramento di modelli di Machine Learning. Per iniziare, apri Abaqus e fai clic su file, seguito da imposta directory di lavoro per impostare la directory di lavoro. Quindi fare clic in sequenza su file macromanager work e creare una macro denominata registrazione termica.

Create un modello per i campioni di saldatura. Utilizzare come esempio un singolo cordone di saldatura sul caso di riferimento della struttura della piastra. Fare clic su parte e quindi su Crea parte.

Creare un semimodello deformabile 3D del campione estrudendo uno schizzo quadrato sul piano XY. A questo punto, fate clic sulla parte, selezionate il piano di Riferimento e selezionate l'offset dal piano principale. Definire i punti iniziale e finale della saldatura specificando gli offset dal piano YZ in base alla lunghezza del cordone.

Create quindi due piani di Riferimento aggiuntivi per la profondità e la larghezza del cordone specificando gli offset rispettivamente dal piano XY e dal piano XZ. Fare clic sulla parte e selezionare l'opzione Usa piano di Riferimento della cella di partizione per creare partizioni di celle del campione utilizzando i quattro piani di Riferimento. Quindi fare clic sulla parte e selezionare Crea estrusione solida.

Create uno sketch su uno dei piani di Riferimento per definire la parte del cordone di saldatura sotto la superficie superiore del campione. Utilizzare un arco e due linee che seguono le dimensioni del cordone. Estrudere lo schizzo alla profondità della lunghezza del cordone per creare il taglio.

Quindi, estrudere lo schizzo alla lunghezza del cordone selezionando Mantieni limiti interni. Fate clic su una parte, quindi selezionate Crea piano di Riferimento ed eseguite l'offset dal piano principale. Tracciate il cordone di saldatura utilizzando due archi in una linea su uno dei piani di Riferimento.

Fare clic sulla parte, selezionare la cella di partizione e utilizzare il piano di Riferimento per creare partizioni di celle del campione utilizzando i quattro piani di Riferimento da trovare. Per definire il materiale dell'acciaio inossidabile AISI 316 LN, fare clic su proprietà e creare materiale, quindi definire la densità nel menu generale e la conducibilità e il calore specifico nel menu termico utilizzando i dati dipendenti dalla temperatura. Quindi, assegnate il materiale al modello.

Fare clic su proprietà, quindi su Crea sezione per creare una sezione solida omogenea con il materiale definito. Fare clic su proprietà, assegna sezione per assegnare la sezione creata al modello. Ora fai clic su passaggio, seguito da crea passaggio per creare un passaggio di trasferimento del calore denominato saldatura con un periodo di tempo di 26,43 e un incremento di tempo fisso di 0,1, garantendo l'assenza di non linearità della geometria.

Create un'altra fase di trasferimento del calore denominata raffreddamento con un periodo di tempo di 70 utilizzando incrementi di tempo adattivi con dimensioni di incremento iniziali, minime e massime impostate rispettivamente su 0,1, 0,05 e 5. impostato rispettivamente su 0,1, 0,05 e 5. Infine, creare una fase di trasferimento del calore denominata raffreddamento due con un periodo di tempo di 2.000 utilizzando incrementi di tempo adattivi con dimensioni di incremento iniziali, minime e massime impostate rispettivamente su 5, 1 e 100.

Per impostare gli attributi del modello, fare clic su modello, modifica attributo. per accedere alle impostazioni degli attributi. Impostare la temperatura dello zero assoluto su 273,15.

Impostare la temperatura dello zero assoluto su 273,15. Specificate la costante di Stefan-Boltzmann come 5,67 x 10 alla potenza di 11. Fare clic sul passaggio e creare l'output del campo per impostare una richiesta di temperatura nodale per l'intero modello.

Quindi fare clic su assembly e creare istanza per creare un'istanza dipendente. Quindi, fate clic in sequenza su interazione, crea interazione e condizione del film di superficie per creare un'interazione con la condizione del film di superficie con un coefficiente del film a 15 e una temperatura di affondamento di 20 su tutte le superfici del modello ad eccezione del piano simmetrico. Impostare la fase iniziale come saldatura.

Ora fai clic in sequenza su interazione, crea interazione e radiazione superficiale per creare un'interazione con radiazione superficiale con un'emissività di 0,7 e una temperatura ambiente di 20 su tutte le superfici del modello tranne il piano simmetrico. Impostare la fase iniziale come saldatura, definire i carichi nel modulo di carico. Fare clic su carico, creare carico termico e flusso di calore corporeo per creare un carico di flusso termico corporeo definito dall'utente che inizia nella fase di saldatura ed è inattivo durante le due fasi di raffreddamento.

Quindi fare clic su carica, creare un campo predefinito, altro e campo per creare un campo di temperatura predefinito a partire dal passaggio iniziale per rappresentare una temperatura ambiente di 20. Per creare una mesh nel modulo mesh, fare clic su mesh, selezionare l'oggetto da parte e seminare la parte per seminare la parte di una dimensione globale di 0,0024. Fare clic sulla mesh, quindi seminare i bordi per seminare i bordi della profondità e della larghezza del cordone di un numero di 3.

Inclinare il bordo dell'arco di un numero di 3 e il bordo della lunghezza del cordone di una dimensione di 0,0015. Quindi, fai clic su mesh, assegna i controlli mesh e usa l'elemento forma TET con la tecnica libera per la regione del tallone. Fare clic su mesh, assegnare il tipo di elemento e impostare il tipo di elemento su DC 3D 10, quindi creare la mesh della parte.

Utilizzare la mesh, quindi gli spigoli di partenza per gli spigoli di partenza collineari all'asse X all'interno dell'area di mesh fine con una dimensione di 0,0015, gli spigoli dell'asse Y con una dimensione di 0,0011 e gli spigoli dell'asse Z con una dimensione di 0,00075. e gli spigoli dell'asse Z con una dimensione di 0,00075. Ora fai clic su mesh, seguito dai controlli mesh assegnati per assegnare il controllo mesh per la regione rimanente, utilizzando l'elemento forma esagonale con la tecnica di spazzamento.

Quindi fare clic su mesh, assegnare il tipo di elemento e impostare il tipo di elemento su DC 3D 20, quindi creare la mesh della parte. Fare clic su job, crea job per creare un job denominato analisi termica e collegare la subroutine utente del flusso D. Arresta la registrazione della macro.

Verificare che un file Python denominato abaqusMacros. py viene generato nella directory di lavoro. Infine, fai clic su lavoro, gestore lavori e invia.

Un file di risultati denominato ThermalAnalysis. Verrà generato ODB. Le sollecitazioni longitudinali lungo la linea BD hanno mostrato una variazione costante tra diverse combinazioni di lunghezza della corsa dell'arco, velocità avanzata dell'arco e tasso di input di energia netta con picchi di sollecitazione più vicini alla superficie e diminuiti a profondità maggiori.

La maggior parte delle discrepanze tra la simulazione agli elementi finiti e le previsioni delle reti neurali artificiali è compresa tra 0 e 2 Megapascal, rappresentando il 45,2% dei dati di test. I contenitori del livello di stress con un minor numero di punti dati di addestramento hanno mostrato discrepanze massime più elevate nel set di dati del test, come si vede nei residui assoluti di contenitori specifici. Le previsioni delle reti neurali artificiali corrispondevano strettamente ai risultati della simulazione agli elementi finiti con un errore quadratico medio di 0,0024.