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Updated: Jun 25, 2025

09:17
Surrogate Model Development for Digital Experiments in Welding
Published on: March 28, 2025
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维度预测和微观结构研究电缆弧添加剂制造的316L不钢基于人工神经网络和有限元模拟
Yanyan Di1, Zhizhen Zheng1, Shengyong Pang1
1State Key Laboratory of Materials Processing and Die & Mould Technology, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China.
Micromachines
|May 25, 2024
概括
本研究介绍了一种结合的人工神经网络和有限元 (FE) 模型,用于控制线弧增材制造 (WAAM) 中的尺寸和微结构. 该模型准确地预测了珠子的几何形状,从而能够调节零件性能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 制造业 工程 制造工程
- 计算机建模 计算建模
背景情况:
- 电弧增材制造 (WAAM) 部件需要精确的尺寸精度和可控制的微观结构,以获得最佳的服务性能.
- 在WAAM组件中实现一致的几何和微观结构是一个重要的制造挑战.
- 现有的方法往往缺乏所需的综合方法,以同时解决尺寸和微观结构控制.
研究的目的:
- 开发和验证一个结合的人工神经网络 (ANN) 和有限元 (FE) 模型,用于调节WAAM零件的维度精度和微观结构.
- 使用优化的ANN,预测诸如珠子宽度 (BW) 和珠子高度 (BH) 等关键几何参数.
- 通过基于预测几何学的FE模拟来研究热谱对微观结构演化的影响.
主要方法:
- 开发与优化算法 (例如,甲虫天线搜索) 集成的反向传播神经网络 (BPNN),用于预测WAAM珠子尺寸 (BW和BH).
- 基于预测的珠子几何体的3D有限元素 (FE) 模型的创建,以模拟热概况和融化池动态.
- 预测尺寸和模拟的热微结构演变的实验验证.
主要成果:
- 该ANN模型实现了珠子宽度和高度的高预测准确度,误差低于6%.
- 与其他测试模型相比,甲虫天线搜索BPNN显示出更高的预测准确性.
- FE模拟准确预测了融化池的行为,与实验数据相比,错误率小于5%.
- 该研究确定了温度梯度与固化速率的比率以及谷物结构的演变 (细胞到柱状到等状树突) 之间的相关性.
- 发现增加的冷却速度可以增强初级树石臂间距和三角铁石含量.
结论:
- 合的ANN-FE模型提供了一种有效的计算途径,用于精确控制WAAM制造部件的尺寸和微观结构.
- 这种方法有助于优化WAAM过程参数,以实现所需的零件几何和材料性能.
- 这些发现为增材制造中的先进工艺控制和材料设计提供了基础.

