Время жизни стальных деталей увеличили с помощью нейронной сети

09.07.2022

Российские ученые совместно с итальянскими, канадскими и турецкими коллегами с помощью искусственной нейронной сети смогли предсказать устойчивость стальных деталей и найти оптимальное защитное покрытие. Результаты опубликованы в журнале JMSE.

Повторяющиеся нагрузки на металлические детали вызывают «усталостное разрушение». Каждое напряжение приводит к микротрещинам, которые со временем накапливаются. Появляются более крупные повреждения, и наконец деталь выходит из строя. Усталостное разрушение неизбежно происходит практически во всех механизмах. Это касается всех областей промышленности, поэтому технологи и ученые ищут способы укрепить металл с помощью различных покрытый и способов обработки. Ученые из Российского университета дружбы народов совместно с коллегами из Италии, Канады и Турции построили искусственную нейронную сеть, которая способна предсказать время жизни детали из стали AISI 1045, из которой состоят детали половины продукции машиностроения, и подобрать оптимальное покрытие.

«Большинство компонентов машин в морской, нефтегазовой промышленности, в ветроэнергетике подвержены воздействию повторяющихся приложенных нагрузок, которые вызывают усталостное разрушение. Поскольку феномен усталостного разрушения очень чувствителен к различным параметрам, включая материал, нагрузку, температуру, влажность, вибрацию и так далее, для его анализа удобно применять нейронные сети», — рассказал Реза Каши Заде Казем, профессор департамента транспорта РУДН.

Инженеры создали нейронную сеть, которая способна оценить время жизни углеродистой стали AISI 1045 с различными типами покрытий под действием повторяющихся нагрузок. В качестве защитных покрытий в модели использовали никель, закаленный хром и цинк. Исследователи добились 99% точности предсказаний нейронной сети. Более того, авторы смогли подобрать оптимальное защитное покрытие — слой никеля или цинка толщиной 10–15 микрометров. Закаленный хром, как оказалось, снижает устойчивость стали к усталостному разрушению.

Сначала ученые провели серию экспериментов с настоящими стальными деталями. 23% полученных данных использовали для обучения нейронной сети, а остальные — для проверки получившихся предсказаний. Ученые опробовали несколько нейронных сетей с разным количеством внутренних слоев и нейронов в каждом слое.

«Мы исследовали влияние различных традиционных промышленных покрытий, включая никель, хром и цинк, которые обычно используются для повышения коррозионной стойкости, на усталостную долговечность углеродистой стали AISI 1045. Результаты экспериментов показали, что покрытия из никеля и теплого цинкования толщиной 13 мкм повышают усталостную долговечность. Напротив, закаленный хром снижает усталостную долговечность стали AISI 1045», — рассказал Игорь Данилов, доктор технических наук, директор департамента транспорта РУДН.