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Updated: Sep 16, 2025

Surrogate Model Development for Digital Experiments in Welding
Published on: March 28, 2025
使用RBF神经网络和NSGA-II算法结合的方法对环氧结合的CF/QF-BMI复合接头进行参数研究
Xiaobo Yang1, Xingyu Zou1, Jingyu Zhang1
1College of Mechanical and Electrical Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China.
这项研究利用机器学习和遗传算法优化了碳纤维和石英纤维复合材料之间的环氧结合. 新的设计方法提高了拉力和剪切强度,分别超过16%和11%.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 复合材料工程 复合材料工程
- 航空航天工程 航空航天工程
背景情况:
- 下一代航空设备需要结构功能集成的复合材料.
- 结合区的设计极大地影响了环氧结合的碳纤维增强双胺 (CF-BMI) 和石英纤维增强双胺 (QF-BMI) 复合材料的使用性能.
- 了解粘合面积大小对机械性能的影响对于优化关节性能至关重要.
研究的目的:
- 研究粘接面积大小对环氧结合CF/QF-BMI复合材料的机械性能的影响.
- 提出和验证一种结合辐射基函数 (RBF) 神经元机器学习和NSGA-II算法来增强机械性能的新型设计方法.
- 优化粘合区的结构参数,以提高拉伸和剪切强度.
主要方法:
- 建立了一个有限元模拟模型,包含3D Hashin标准和凝聚力,通过实验测试验证.
- 训练了一个RBF神经元模型,使用有限元模拟数据对各种粘合层参数的拉伸和剪切强度进行训练.
- 采用NSGA-II算法用于替代RBF模型的多目标参数优化.
主要成果:
- 证明了有限元模拟结果和环氧结合CF/QF-BMI复合接头的实验结果之间的高度一致性.
- 在不同的结构参数中观察到粘合剂层中类似的应力分布,但不同的尺寸导致了不同的故障模式.
- 经过训练的RBF模型在2.21%内实现了预测错误,准确地反映了服务性能.
- 优化的关节设计显示拉伸强度增加了16.1%,剪切强度增加了11.2%.
结论:
- 开发的有限元模型和RBF训练的替代模型准确地预测了环氧结合CF/QF-BMI关节的机械行为.
- 结合RBF机器学习和NSGA-II算法,为优化复合关节设计提供了一种有效的方法.
- 优化的粘合区设计显著提高了拉力和剪切强度,满足了先进的航空要求.
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