Разработка суррогатной модели для цифровых экспериментов в сварке

Сфера моих исследований сосредоточена на разработке эффективных суррогатных моделей с использованием машинного обучения, в частности искусственных нейронных сетей для прогнозирования остаточного напряжения, вызванного сваркой. Основное внимание мы уделяем тому, как автоматизировать генерацию данных для моделирования сварки для повышения эффективности. Мы установили, что автоматизация генерации данных с помощью скриптов Python и функций макросов значительно сокращает время настройки моделирования, позволяя создавать большие наборы данных.

Кроме того, наша модель схемы на основе искусственной нейронной сети точно предсказывает остаточное напряжение, вызванное сваркой, достигая относительной среднеквадратичной ошибки 0,0024. достижение относительной среднеквадратичной ошибки 0,0024. Наш протокол предлагает преимущества за счет автоматизации генерации данных с помощью скриптов Python и макрофункций, сокращая время и усилия, необходимые для настройки моделирования и извлечения данных.

Это обеспечивает согласованность и позволяет создавать обширный набор данных для обучения моделей машинного обучения. Для начала откройте Abaqus и нажмите на файл, а затем установите рабочий каталог, чтобы установить рабочий каталог. Затем последовательно кликаем по файлу работы макроменеджера и создаем макрос с именем тепловая запись.

Создание модели для сварочных образцов. В качестве примера возьмем эталонный случай с одним сварным швом на структуре пластины. Нажмите на деталь, а затем создайте деталь.

Создайте 3D-деформируемую полумодель образца путем выдавливания квадратного эскиза на плоскости XY. Теперь нажмите на деталь, перейдите к созданию опорной плоскости и выберите смещение от основной плоскости. Определите начальную и конечную точки сварки, указав смещения от плоскости YZ на основе длины шва.

Затем создайте две дополнительные опорные плоскости для глубины и ширины шва, указав смещения от плоскости XY и плоскости XZ соответственно. Щелкните по детали и выберите опцию использования опорной плоскости ячейки для создания секций ячейки образца с использованием четырех опорных плоскостей. Затем нажмите на деталь и выберите «Создать твердотельное выдавливание».

Создайте эскиз на одной из опорных плоскостей, чтобы определить часть сварного шва под верхней поверхностью образца. Используйте дугу и две линии, следующие за размерами валика. Выдавите эскиз на глубину длины шва, чтобы создать разрез.

Затем выдавите эскиз на длину шва, выбрав параметр Сохранить внутренние границы. Щелкните по детали, затем выберите «Создать опорную плоскость» и «Смещение от основной плоскости». Нарисуйте сварной шов с помощью двух дуг в одной линии на одной из опорных плоскостей.

Щелкните по детали, выберите ячейку секции и используйте опорную плоскость для создания секций ячейки образца с использованием четырех опорных плоскостей для поиска. Чтобы определить материал нержавеющей стали AISI 316 LN, нажмите на свойство и создать материал, затем определите плотность в общем меню и проводимость и удельную теплоемкость в тепловом меню, используя температурно-зависимые данные. Затем назначьте материал модели.

Нажмите на свойство, затем создайте сечение, чтобы создать однородное твердотельное сечение с заданным материалом. Нажмите на свойство, назначить раздел, чтобы присвоить созданный раздел модели. Теперь нажмите на шаг, а затем на шаг создания, чтобы создать этап теплопередачи под названием сварка с периодом времени 26,43 и фиксированным шагом времени 0,1, гарантирующим отсутствие нелинейности геометрии.

Создайте еще одну ступень теплопередачи с именем cooling one с периодом времени 70, используя адаптивные временные приращения с начальным, минимальным и максимальным размерами приращений, установленными равными 0,1, 0,05 и 5 соответственно. Установите значения 0,1, 0,05 и 5 соответственно. Наконец, создайте шаг теплопередачи с именем «охлаждение два» с периодом времени 2 000 с использованием адаптивных приращений времени с начальным, минимальным и максимальным размерами приращений, равными 5, 1 и 100 соответственно.

Чтобы задать атрибуты модели, нажмите на модель, отредактируйте атрибут. , чтобы получить доступ к настройкам атрибута. Установите абсолютную нулевую температуру на 273,15.

Установите абсолютную нулевую температуру на 273,15. Укажите постоянную Стефана-Больцмана как 5,67 x 10 в степени 11. Нажмите на step и создайте вывод поля, чтобы задать запрос узловой температуры для всей модели.

Затем нажмите на сборку и создайте экземпляр, чтобы создать зависимый экземпляр. Далее последовательно нажмите на взаимодействие, создайте взаимодействие и состояние пленки поверхности для создания взаимодействия состояния пленки с коэффициентом пленки 15 и температурой поглотителя 20 на всех поверхностях модели, кроме симметричной плоскости. В качестве начального шага установите сварку.

Теперь последовательно нажмите на взаимодействие, создать взаимодействие и поверхностное излучение, чтобы создать поверхностное радиационное взаимодействие с излучательной способностью 0,7 и температурой окружающей среды 20 на всех поверхностях модели, кроме симметричной плоскости. В качестве начального шага задайте сварку, определите нагрузки в модуле нагрузки. Нажмите кнопку «Нагрузка», создайте тепловой поток нагрузки и тепловой поток тела, чтобы создать заданный пользователем тепловой поток тела, который начинается на этапе сварки и неактивен в течение двух этапов охлаждения.

Затем нажмите «Загрузить», «Создать предопределенное поле», «Другое» и «Поле», чтобы создать предопределенное поле температуры, начиная с начального шага, чтобы представить комнатную температуру 20. Чтобы создать сетку в модуле сетки, нажмите на сетку, выберите объект, который должен быть частью, и засейте часть, чтобы засеять часть по глобальному размеру 0,0024. Нажмите на сетку, затем засейте края, чтобы засеять края глубины и ширины шва на число 3.

Засейте край дуги на число 3, а край длины бусины на размер 0,0015. Затем нажмите на сетку, назначьте элементы управления сеткой и используйте элемент формы TET с помощью свободной техники для области бусин. Нажмите на сетку, назначьте тип элемента и установите тип элемента DC 3D 10, а затем создайте сетку для детали.

Используйте сетку, затем затравите ребра для затравочных ребер, коллинеарно относящихся к оси X в пределах области мелкой сетки размером 0,0015, ребра по оси Y с размером 0,0011 и ребра по оси Z с размером 0,00075. и ребра по оси Z с размером 0,00075. Теперь нажмите на сетку, а затем назначьте элементы управления сеткой, чтобы назначить управление сеткой для оставшейся области, используя элемент шестигранной формы с техникой развертки.

Затем нажмите на сетку, назначьте тип элемента и установите тип элемента DC 3D 20, после чего создайте сетку детали. Нажмите на задание, создайте задание, чтобы создать задание с именем термический анализ, и прикрепите пользовательскую подпрограмму D flux. Остановите запись макросов.

Убедитесь, что файл Python с именем abaqusMacros. py генерируется в рабочем каталоге. Наконец, нажмите на вакансию, менеджер заданий и отправите.

Файл результатов с именем ThermalAnalysis. Будет сгенерирован odb. Продольные напряжения вдоль линии BD показали последовательное изменение в различных комбинациях длины дугового хода, скорости опережения дуги и скорости поступления чистой энергии, при этом напряжение достигало пика ближе к поверхности и уменьшалось на большей глубине.

Большинство расхождений между моделированием методом конечных элементов и предсказаниями искусственных нейронных сетей оказались в диапазоне от 0 до 2 мегапаскалей, составив 45,2% тестовых данных. Ячейки уровней нагрузки с меньшим количеством обучающих точек данных демонстрировали более высокие максимальные расхождения в тестовом наборе данных, что видно в абсолютных остатках конкретных столбцов. Предсказания искусственных нейронных сетей близко совпали с результатами моделирования методом конечных элементов со средней квадратичной ошибкой 0,0024.