• شماره ركورد
    34820
  • پديد آورنده

    محمدرفيع حميدنيا

  • عنوان
    پيشبيني عمر خستگي كامپوزيتهاي زمينه پليمري با استفاده از شبكه عصبي مصنوعي
  • مقطع تحصيلي
    ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مكانيك
  • سال تحصيل
    1401
  • تاريخ دفاع
    1404/07/29
  • استاد راهنما
    دكتر فتح اله طاهري بهروز
  • استاد مشاور
    ندارم
  • دانشكده
    مهندسي
  • چكيده
    كامپوزيتهاي زمينه پليمري به دليل نسبت استحكام به وزن بالا، مقاومت در برابر خوردگي و قابليت طراحي متنوع، كاربرد گستردهاي در صنايع هوافضا، خودروسازي و سازههاي عمراني يافتهاند. يكي از چالشهاي اصلي در استفاده از اين مواد، پديده خستگي است كه ميتواند منجر به شكست زودهنگام و كاهش عمر سازه گردد. روشهاي سنتي پيشبيني خستگي نظير منحنيهاي تنش-عمر و مدلهاي كاهش سختي، به دليل وابستگي به شرايط آزمايشگاهي پرهزينه و ناتواني در در نظر گرفتن همزمان همهي پارامترهاي مؤثر، با محدوديتهاي جدي مواجه هستند. در پژوهش حاضر، با استفاده از دادههاي دپارتمان انرژي ايالات متحده دانشگاه ايالتي ميشيگان شامل بيش از 1500 نمونه آزمايشگاهي، مدلي مبتني بر شبكههاي عصبي مصنوعي براي پيشبيني عمر خستگي كامپوزيتهاي زمينه پليمري توسعه داده شد. معماريهاي مختلف شبكه با تركيب لايههاي پنهان و تعداد نورونها و تقسيمبندي دادههاي متفاوت با الگوريتم لوونبرگ–ماركوات آموزش داده شدند. دادهها به سه بخش آموزش، اعتبارسنجي و آزمون تقسيم گرديدند و عملكرد مدل با معيارهاي آماري همچون ميانگين مربعات خطا، ضريب همبستگي و نمودار تنش-عمر ارزيابي شد. همچنين از الگوريتم ژنتيك نامغلوب براي بهينهسازي تعداد نورون و لايههاي پنهان استفاده شده و نتايج با هم مقايسه شدند. علاوه بر اين، براي يافتن تاثير اثر زاويه بر نتايج شبكه عصبي، زواياي الياف به صورت مستقيم و به صورت سينوس و كسينوس به عنوان ورودي استفاده شدند. نتايج نشان داد كه شبكه عصبي مصنوعي قادر است روابط غيرخطي بين پارامترهاي ورودي نظير زاويه الياف، لايهچيني، كسر حجمي الياف و خواص مكانيكي كامپوزيتها شيشه اپوكسي، عمر خستگي آنها را با دقت بالا پيشبيني نمايد. در بسياري از موارد، مقدار ضريب همبستگي نزديك به يك و خطاي پيشبيني بسيار پايين بهدست آمد. مقايسه با مدلهاي كلاسيك نيز نشان داد كه روش پيشنهادي دقت بالاتري داشته و توانايي تعميم به شرايط بارگذاري و لايهچينيهاي متنوع را داراست.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1405/02/23
  • عنوان به انگليسي
    Prediction of polymeric composites fatigue life with artificial neural network
  • تاريخ بهره برداري
    10/21/2026 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    محمدرفيع حميدنيا

  • چكيده به لاتين
    Polymer matrix composites, due to their high strength-to-weight ratio, corrosion resistance, an‎d versatile design capabilities, have found widespread applications in aerospace, automotive, an‎d civil engineering industries. One of the main challenges in using these materials is the phenomenon of fatigue, which can lead to premature failure an‎d a reduction in structural lifespan. Traditional fatigue prediction methods, such as stress–life curves an‎d stiffness degradation models, face significant limitations because they rely on costly experimental conditions an‎d are unable to simultaneously consider all influencing parameters. In the present study, using a dataset from the U.S. Department of Energy at Michigan State University consisting of over 1,500 experimental samples, an artificial neural network (ANN) model was developed to predict the fatigue life of polymer matrix composites. Various network architectures were trained by combining different numbers of hidden layers an‎d neurons an‎d by using different data partitions, employing the Levenberg–Marquardt algorithm. The data were divided into training, validation, an‎d testing subsets, an‎d the model’s performance was eva‎luated using statistical metrics such as mean squared error, correlation coefficient, an‎d stress–life plots. Additionally, a Non-dominated Genetic Algorithm was used to optimize the number of neurons an‎d hidden layers, an‎d the results were compared. To investigate the effect of fiber orientation on the neural network performance, fiber angles were introduced both directly an‎d through their sine an‎d cosine components as input parameters. The results showed that the artificial neural network could accurately predict the fatigue life of glass/epoxy polymer composites by capturing the nonlinear relationships among input parameters such as fiber angle, stacking sequence, fiber volume fraction, an‎d mechanical properties. In many cases, the correlation coefficient was close to one, an‎d the prediction error was very low. Comparison with classical models also demonstrated that the proposed method achieved higher accuracy an‎d better generalization capability under various loading an‎d stacking configurations.
  • كليدواژه هاي فارسي
    عمر خستگي كامپوزيت , شبكه عصبي مصنوعي , الگوريتم ژنتيك نامغلوب
  • كليدواژه هاي لاتين
    fatigue life of composites , artificial nueral network , non dominated sorted genetic algorithm
  • Author
    Mohammad Rafie Hamidnia
  • SuperVisor
    Dr. Fatollah Taheri-Behrooz