01
Popieriaus įvadas
Lazerinis suvirinimas gilaus{0}}siskverbimo režimu yra labai perspektyvus metalo sujungimo procesas šiuolaikinėje gamyboje; tačiau jį taikyti dažnai trukdo poringumo defektai. Atsižvelgiant į tai, kad porų formavimas yra susijęs su labai netiesiniais ir daugybe{2}}susietų fizinių procesų-ir sunku stebėti *in situ* nepermatomuose metaluose-, tiksliai numatyti poringumo defektus ir jų formavimosi mechanizmus išlieka didžiulis iššūkis. Tradiciniai parametriniai tyrimai ir mašininio mokymosi modeliai, pagrįsti tik neapdorotais suvirinimo parametrais, turi apribojimų, susijusių su apibendrinimo galimybėmis, tikslumu numatant gilias{6}}poras ir aiškinamumą. Siekiant išspręsti šią svarbią problemą, šiame tyrime siūloma naujoviška fizikos{8}}informuoto gilaus mokymosi (PIDL) sistema. Integruojant mechaninį modeliavimą su eksperimentiniais duomenimis, šia sistema siekiama tiksliai numatyti poringumo laipsnį aliuminio lydinių suvirinimo lazeriu metu ir išsiaiškinti pagrindines fizines jo susidarymo priežastis.
02
**Tyrimo apžvalga**
Šiame tyrime nagrinėjama lazerinio suvirinimo akytumo -problema, kylanti dėl sudėtingų reiškinių, tokių kaip rakto skylutės nestabilumas, lydalo dinamika ir kietėjimas,-pasiūlant naują nuspėjamąją sistemą, integruojančią daugiafizinį skaitmeninį modeliavimą su giliu mokymusi. Tyrimas pradedamas naudojant eksperimentiškai patvirtintą daugiafizikos modelį, siekiant sistemingai išgauti pagrindinius fizinius kintamuosius, susijusius su rakto skylės stabilumu, lydalo baseino geometrija, skysto metalo srautu ir šiluminėmis charakteristikomis. Remiantis šiuo pagrindu, buvo sukonstruotas PIDL modelis; Palyginti su tradiciniais giluminio mokymosi modeliais, parengtais tik pagal proceso parametrus, šis modelis žymiai sumažino vidutinę kvadratinę paklaidą (MSE). Siekdami pagerinti modelio aiškinamumą, mokslininkai šiuos fizinius kintamuosius susintetino į bedimensines ypatybes, turinčias aiškią fizinę reikšmę (pvz., rakto skylutės kraštinių santykį, Stokso skaičių ir kt.). Galiausiai, pasitelkus SHAP (Shapley Additive Explanations) analizę, tyrimas kiekybiškai{10}}pirmą kartą{11}}atskleidė įvairių fizinių veiksnių hierarchinę svarbą poringumo formavimo procese. Išvadose nustatyta, kad rakto skylės kraštinių santykis ir srauto pasipriešinimas, kurį lemia žemyn nukreiptas lydalo srautas, yra du svarbiausi akytumo susidarymo veiksniai, todėl pateikiamos aiškios proceso optimizavimo gairės.
03
Vizualinė analizė
1 paveiksle pavaizduoti tipiški porų pasiskirstymo vaizdai, gauti taikant įvairius suvirinimo parametrus po apdorojimo rentgeno spindulių tikrinimo ir vaizdo atpažinimo algoritmais. Paveikslėlyje parodyta, kad kintant suvirinimo parametrų deriniui išryškėja dideli porų kiekio, dydžio ir pasiskirstymo suvirinimo siūlėje skirtumai; šie poringumo duomenys naudojami kaip etiketės tolesniam gilaus mokymosi modelių mokymui.
2 paveiksle pateikta šiame tyrime naudojamo daugiafizinio skaitmeninio modelio schema. Išsprendus masės, impulso ir energijos išsaugojimo lygtis-ir įtraukiant spindulių-sekimo algoritmą-, šis modelis tiksliai apskaičiuoja daugybinius lazerio spindulio atspindžius ir energijos sugertį rakto skylutėje. 2(a) paveiksle pavaizduotas lazerio spindulio išskaidymas į daugybę subspindulių, kurių kiekvienas neša tam tikrą energijos kiekį; 2(b) paveiksle geometriškai pavaizduota lazerio spindulio juosta; ir 2(c) pav. vizualiai pavaizduotas sudėtingas daugelio atspindžių procesas, kurį atlieka lazerio subspinduliai rakto skylutės viduje. Šiame modelyje pateikiama trijų{12}}matmenų, trumpalaikė informacija apie rakto skylių morfologiją ir lydalo srauto laukų-duomenis, kuriuos sunku gauti eksperimentiškai-todėl pateikiamos svarbios įvesties funkcijos kuriant PIDL modelį.
3 paveiksle pateikti daugiafizinio modelio patvirtinimo rezultatai, lyginant eksperimentiškai išmatuotas vertes su modelio prognozėmis dėl lydalo gylio (. 3(a) pav.) ir lydalo baseino ilgio (. 3(b) pav.) esant ekstremaliems proceso parametrams. Rezultatai rodo tvirtą modelio prognozių ir eksperimentinių duomenų sutapimą; konkrečiau, santykinė lydymosi baseino gylio prognozių paklaida svyruoja nuo -6,3% iki 20,9%, o tirpalo baseino ilgio prognozių paklaida svyruoja nuo -16,9% iki 20,4%. Šie patvirtinimo rezultatai patvirtina didelį sukurto daugiafizinio modelio tikslumą, parodydami jo gebėjimą pateikti patikimus fizinius kintamuosius duomenis tolesniems gilaus mokymosi modeliams.
