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