01 Taw Qhia
Nyob rau hauv kev sib txuas ntawm ntau qhov kev sib txuas ntawm laser sib sib zog nqus nqus vuam, piav qhia meej txog qhov siab - zaus hloov pauv ntawm cov phab ntsa ntawm lub qhov tseem ceeb uas tau tsav los ntawm cov hlau vapor recoil siab thiab kev sib cuam tshuam ntawm cov duab-vim cov ntshav plasma nruj me ntsis nyob ntawm kev daws ib txhij ntawm cov huab hwm coj, lub zog, thiab kev txuag hluav taws xob. Traditional computational fluid dynamics (CFD), thaum muaj peev xwm ntes tau siab -fidelity transient fluid cwj pwm los ntawm kev tsim high-cov kab sib cais thiab lub sij hawm yoog raws-stepping algorithms, yog qhov tseem ceeb ntawm brute - quab yuam kev daws teeb meem raws li Navier.{7}Stokes. Raws li Reynolds tus naj npawb ntawm daim phiaj suav sau ua ke nce, tus nqi kev suav loj hlob zuj zus, nrog rau ib qho siab -fidelity peb-dimensional transient simulation feem ntau siv ob peb hnub. Qhov kev cuam tshuam kev suav no txwv tsis pub muaj kev ua kom zoo dua qub ntawm qhov loj - nplai txheej txheem windows. Lub caij no, txawm hais tias kev kawm tshuab tuaj yeem tsim ib daim ntawv qhia tsis zoo los ntawm qhov siab - txheej txheem parameter qhov chaw mus rau qhov chaw teb lub cev, hla cov txheej txheem sib txawv ntawm qhov sib txawv ntawm qhov sib txawv thiab kev txhim kho kev ua tau zoo, nws "black box" xwm ua rau tsis muaj lub cev txhais lus thiab tsis muaj peev xwm ua kom dav dav. Cov ntaub ntawv dawb huv- cov qauv tsav, thaum txiav tawm los ntawm cov kev txwv ntawm kev txuag lub cev, tawm tsam los lav tus kheej -kev sib raug zoo ntawm kev kwv yees tau tshwm sim hauv cov ntaub ntawv- tsis tshua muaj xwm txheej.
Yog li ntawd, kev txiav tam sim no - ntug kev taw qhia hauv laser vuam lej simulation tsis txwv rau kev xaiv ntawm ib txoj kev suav, tab sis tau hloov mus rau kev sib sib zog nqus ntawm kev kawm tshuab thiab CFD. Los ntawm kev tsim kom muaj kev sib koom ua ke xws li cov uas ua raws li kev sib cuam tshuam ntawm kev nco (PyFluent) lossis physics -cov xov xwm neural networks (PINNs), lub hom phiaj yog txhawm rau ua ke CFD lub peev xwm los tshawb nrhiav lub cev lub cev nrog kev kawm tshuab kev tshawb fawb zoo thoob plaws ntau yam tsis muaj. Txoj hauv kev no siv lub siab - zoo, cov ntaub ntawv zoo ib yam muab los ntawm CFD thaum siv cov txiaj ntsig hauv online ntawm kev kawm tshuab, muab cov txheej txheem engineering daws teeb meem rau qhov tsis sib haum xeeb ntawm qhov raug thiab ua haujlwm hauv cov lej simulations.
02 Kev Txhim Kho ntawm Tshuab Kev Kawm hauv Vuam Prediction Kev txhim kho ntawm kev kawm tshuab hauv kev ua haujlwm ntawm vuam lej simulation qhia txog kev nkag siab tob ntawm cov ntaub ntawv- kev sib raug zoo ntawm lub cev hauv zej zog kev kawm. Nws cov evolution ntawm thev naus laus zis feem ntau ua raws li peb theem, maj mam ua tiav qhov dhia los ntawm cov ntaub ntawv yooj yim haum rau kev sib sib zog nqus ntawm cov ntaub ntawv thiab cov txheej txheem ntawm lub cev . 2.1 Static Interpolation thiab Linear Regression Raws li qhov tseem ceeb ntawm kev txo qis rau kev siv tshuab kev kawm rau vuam lej simulation, tus qauv surrogate siv ib qho kev txwv tsis pub muaj kev sib tw siab ({4}) teeb. Lawv siv cov algorithms xws li Artificial neural networks (ANN) thiab Gaussian txheej txheem regression (GPR) los tsim kom muaj kev sib raug zoo ntawm cov txheej txheem inputs thiab tso zis qhov ntsuas (xws li weld tob thiab porosity). Txoj kev no yog qhov tseem ceeb ntawm kev sib cuam tshuam hauv qhov siab - qhov chaw seem. Txawm hais tias nws tuaj yeem ua tiav qhov kev kwv yees siab heev, nws cov qauv tseem ceeb tsis muaj kev txhawb nqa ntawm cov thermofluid tswj sib npaug thiab nthuav tawm cov xim dub -box yam ntxwv. Vim qhov kev txwv no, cov qauv zoo li no tsuas yog tsim nyog rau kev ruaj khov- lub xeev cov txiaj ntsig kwv yees. Thaum cov txheej txheem tsis sib txawv los ntawm qhov convex hull ntau ntawm cov ntaub ntawv kev cob qhia, lawv qhov kev ua kom raug dav dav txo qis vim tsis muaj kev txwv lub cev, ua rau lawv nyuaj rau hloov mus rau qhov nyuaj thiab sib txawv ntawm qhov tseeb vuam. Tsis tas li ntawd, vim tias lawv tau raug cais tawm tag nrho los ntawm cov kev txwv ntawm lub zog thiab kev txuag nyiaj ntau, nyob rau hauv cov qauv me me, lawv muaj peev xwm ua rau cov txiaj ntsig tsis sib xws uas ua txhaum lub cev kev xav, ua rau muaj kev ntseeg siab loj.
2.2 Dynamic Simulation ntawm Vuam Txheej Txheem: Hais txog qhov tsis muaj peev xwm hloov pauv xws li lub qhov tseem ceeb tawg thiab tawg hauv laser vuam, kev tshawb fawb tau maj mam hloov mus rau qhov kev kawm sib sib zog nqus uas sib txuas nrog siab -kev yees duab ceev thiab X- cov ntaub ntawv hluav taws xob hluav taws xob. Ib tug raug convolutional neural network + ntev luv-lub sij hawm nco network (CNN + LSTM) qauv, los ntawm extracting spatial nta thiab lub cev evolution qauv ntawm lub pas dej ua ke molten duab, ua tiav qhov kawg - mus rau -kawg dynamic kwv yees ntawm ib ntus tus cwj pwm, rau qee qhov kev them nyiaj rau cov qauv kev txwv ntawm cov txheej txheem surrog. Txawm li cas los xij, cov txheej txheem no tsuas yog txwv los ntawm kev ua tiav ntawm cov ntaub ntawv soj ntsuam; Txawm tias muaj ntau lub sensors, cov ntaub ntawv sim yog qhov tseem ceeb ntawm qhov projection lossis hauv zos sampling ntawm peb{10}}dimensional flow field mus rau ob-dimensional dav hlau. Yog tsis muaj kev txwv los ntawm cov txheej txheem ntawm cov dej mechanics, nws yog ib qho nyuaj rau reconstruct lub complex peb -dav qhov chaw tsuas yog los ntawm cov ntaub ntawv pom qhov chaw. Thaum cov qauv uas twb muaj lawm tuaj yeem ntes cov yam ntxwv phenomenological ntawm qhov dej ntws, lawv tawm tsam los piav qhia txog cov txheej txheem ntawm kev siv vuam tsis zoo los ntawm qhov kev xav ntawm lub zog thiab lub zog hloov pauv.
2.3 Physics-Kev Qhia Txog Kev Ncaj Ncees: Txhawm rau daws qhov teeb meem kev txhais lus ntawm cov ntaub ntawv nkaus xwb- cov qauv tsav, Physics-Informed Neural Networks (PINNs) tau tshwm sim. Cov qauv no tsis yooj yim haum rau cov ntaub ntawv pom, tab sis hloov pauv cov ntsiab lus seem ntawm Navier-Stokes equations thiab transient heat conduction equations raws li kev txwv tsis pub nkag mus rau hauv cov qauv kev poob haujlwm. Cov txheej txheem kev cob qhia tseem ceeb tshawb nrhiav cov kev daws teeb meem zoo tshaj plaws hauv qhov chaw parameter uas ob qho tib si haum rau cov ntaub ntawv pom thiab txaus siab rau txoj cai kev txuag lub cev. Raws li txoj cai, cov kev txwv nruj ntawm qhov sib npaug ntawm lub cev tuaj yeem ua tau zoo rau cov ntaub ntawv uas ploj lawm hauv kev soj ntsuam kev soj ntsuam, tso cai rau tus qauv los txiav txim siab lub cev zoo sib xws hauv siab gradients thiab qhov nrawm hauv qhov chaw latent. Txawm li cas los xij, engineering xyaum qhia tau hais tias txoj kev no ntsib cov teeb meem loj: qhov sib txawv ntawm qhov loj ntawm cov ntaub ntawv gradients thiab lub cev residual gradients tuaj yeem ua rau muaj teeb meem hauv kev sib koom ua ke hauv network; thiab qhov siab -cov ntsiab lus sib sau ua ke yuav tsum muaj rau kev suav kom raug siab dua- xaj cov khoom lag luam kom nce nqi kev cob qhia, txawm tias cuam tshuam cov txiaj ntsig zoo ntawm kev kawm tshuab hauv qee qhov siab - teeb meem zaus zaus.
03 Kev sib piv thiab kev sib koom ua ke ntawm Tshuab Kev Kawm thiab CFD: Txhawm rau kom paub meej qhov sib txawv ntawm kev ua tau zoo ntawm kev kawm tshuab thiab cov khoom siv hluav taws xob sib xyaw ua ke (CFD) hauv cov lej simulation ntawm laser vuam, thiab kom nkag siab txog lawv cov xwm txheej siv tau thiab cov txiaj ntsig tseem ceeb, kev soj ntsuam kev sib piv tau ua los ntawm tsib qhov kev daws teeb meem, kev daws teeb meem thiab kev daws teeb meem: generalization muaj peev xwm, thiab siv scenarios. Qhov kev tshuaj ntsuam no qhia meej qhov zoo thiab qhov tsis zoo ntawm ob txoj hauv kev thiab lawv txoj kev sib raug zoo, raws li cov lus qhia hauv qab no.
Kev sib xyaw ua ke ntawm cov lej simulation ntawm laser vuam thiab kev kawm tshuab feem ntau siv hom offline, qhov twg CFD suav thiab kev cob qhia qauv tau ua nyob rau hauv cov kauj ruam sib cais. Cov txheej txheem no tso siab rau kev nyeem ntawv, sau ntawv, thiab hloov pauv ntau yam ntawm cov ntaub ntawv ntawm lub hard drive, uas ua rau cov ntaub ntawv tsis txaus thiab ua rau nws nyuaj rau kev txhawb nqa tiag tiag - lub sijhawm kaw - kev tshawb nrhiav lub voj voog. Lub PyFluent-raws li kev sib txuas architecture siv Python interface los hu rau ANSYS Fluent solver, thiab ntiav gRPC raws tu qauv kom ua tiav kev sib cuam tshuam ncaj qha ntawm cov lej suav thiab sab nraud algorithms ntawm qib nco. Txoj kev sib txuas no hloov pauv qhov kev ywj pheej CFD cov kev daws teeb meem rau hauv cov khoom lag luam uas tuaj yeem raug hu los ntawm Python scripts, tso cai rau kev kawm sib sib zog nqus los nyeem cov ntaub ntawv ntws ncaj qha thiab tswj cov txheej txheem daws teeb meem, muab txoj hauv kev sib xyaw ua ke rau kev tsim kom muaj siab - txheej txheem kev ncaj ncees - lub cev kev sib raug zoo ntawm kev sib raug zoo. Cov kev siv tshwj xeeb ntawm cov qauv no suav nrog ob qho tseem ceeb: kev hloov pauv hloov pauv hloov tshiab thiab rho tawm online ntawm cov ntaub ntawv ntws tawm. Nyob rau hauv cov nqe lus ntawm parameter tswj, hom no tso tseg cov tsoos discrete sampling hom raws li static orthogonal arrays (DOE). Siv Bayesian optimization lossis txhawb kev kawm algorithms nyob rau sab Python, cov txheej txheem txuas ntxiv ntawm cov txheej txheem hloov pauv xws li laser zog thiab vuam ceev tau txiav txim siab raws li tus qauv tam sim no qhov kev kwv yees sib txawv lossis kev tshawb nrhiav lub tswv yim, thiab tus daws teeb meem ciam teb raug hloov kho hauv lub sijhawm los ntawm PyFluent interface. Cov txheej txheem no tso cai rau kev suav cov peev txheej kom muaj zog nyob rau hauv cov cheeb tsam parameter uas cov lus teb ntawm lub cev hloov pauv loj lossis kev twv tsis paub tseeb yog qhov siab, ua rau kev hloov pauv ntawm cov qauv piv txwv.
Nyob rau hauv cov nqe lus ntawm cov ntaub ntawv hloov lwm lub tsev, lub cim xeeb sib koom mechanism yog siv los hloov cov tsoos ASCII cov ntaub ntawv export txheej txheem. Thaum lub sij hawm - kauj ruam iteration hauv Fluent, Python tsab ntawv tuaj yeem nkag ncaj qha rau tus daws lub cim xeeb los ntawm field_data interface kom rho tawm qhov kub, ntim feem, thiab cov ntaub ntawv tshaj tawm ntawm thaj av molten, thiab hloov lawv mus rau hauv NumPy arrays lossis tensors rau kev nkag mus rau hauv neural network. Qhov no tiag tiag - lub sijhawm cov ntaub ntawv ntws tso cai rau kev cob qhia online thiab hloov kho tus qauv thaum lub sijhawm ntawm CFD suav nrog, ua tiav kev ua haujlwm synchronous ntawm lub cev kev hloov pauv thiab cov ntaub ntawv- tsav cov qauv.
Kev koom ua ke PyFluent rau hauv kev kawm tshuab ua haujlwm txhim kho qhov tob ntawm kev simulation qauv tab sis kuj qhia txog kev siv engineering tshiab. Los ntawm txoj kev pom, nco- cov ntaub ntawv sib cuam tshuam ua rau cov qauv zoo thiab kev ua haujlwm ntawm kev suav. Ncaj qha rho tawm ntab-cov ntaub ntawv taw qhia los ntawm tus neeg daws teeb meem lub cim xeeb tsis txhob cuam tshuam qhov yuam kev tshwm sim los ntawm kev hloov pauv ntawm cov ntawv nyeem, khaws cia qhov kev suav thawj zaug. Qhov no yog ib qho tseem ceeb heev rau kev ntes cov yam ntxwv zoo heev xws li kev hloov pauv feeb ntawm phab ntsa keyhole. Tsis tas li ntawd, qhov kev tsim vaj tsev no muab cov txheej txheem tswj xyuas kev muaj peev xwm, tso cai rau kev sib txuas ntawm kev tswj xyuas ntawm lub sij hawm simulation cov kauj ruam los simulate lub kaw - voj txheej txheem ntawm "kua pas dej ua ke saib xyuas - parameter kev txiav txim siab - fais fab kev hloov," yog li xyuas qhov ua tau ntawm kev txawj ntse vuam tswj cov tswv yim ntawm qib lej.
04 Tshooj lus no qhia txog lub luag haujlwm ntawm kev kawm tshuab hauv cov lej simulation ntawm laser welding, feem ntau tsom rau kev siv lub cev thiab cov ntaub ntawv hauv paus ntawm CFD ib txwm siv los daws qhov teeb meem ntawm kev ua haujlwm qis hauv ntau- physics teb suav. Kev tshawb fawb yav tom ntej yuav tsom mus rau kev sib koom ua ke ntawm physics thiab cov ntaub ntawv: ua ntej, siv PyFluent interface kom ua tiav kev sib cuam tshuam ntawm qib kev nco qab, tsim kom muaj kev sib txuas hauv online rau kev ua haujlwm synchronous ntawm kev kawm tshuab thiab CFD, yog li hais txog cov teeb meem ntawm cov ntaub ntawv xa mus lag thiab tsis muaj kev kaw - voj tswj nyob rau hauv ib txwm offline hom; Thib ob, siv physics-cov ntaub ntawv xov xwm neural networks (PINNs) los koom nrog kev sib npaug ntawm huab hwm coj, lub zog, thiab kev txuag hluav taws xob rau hauv algorithmic txwv, kho qhov tsis txaus ntawm cov ntaub ntawv ntshiab- cov qauv tsav uas tsis muaj lub cev sib xws. Los ntawm cov txheej txheem no, lub hom phiaj yog kom ua tiav qhov kev hloov pauv hauv laser vuam lej simulation los ntawm kev kwv yees offline mus rau siab - kev ncaj ncees, tiag - lub sij hawm digital twinning.
