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Ntawv Taw Qhia
Laser welding nyob rau hauv qhov sib sib zog nqus- hom kev nkag mus rau hauv nruab nrab yog ib qho kev cog lus hlau koom nrog hauv kev tsim khoom niaj hnub no; Txawm li cas los xij, nws daim ntawv thov feem ntau cuam tshuam los ntawm qhov tshwm sim ntawm porosity tsis xws luag. Muab hais tias qhov pore tsim muaj feem ntau nonlinear thiab multi-coupled txheej txheem lub cev-thiab yog ib qho nyuaj rau saib xyuas * nyob rau hauv situ* nyob rau hauv opaque hlau- raug kwv yees qhov porosity tsis xws luag thiab lawv cov hauv paus txheej txheem mechanisms tseem yog ib qho nyuaj heev. Cov kev tshawb fawb parametric ib txwm siv thiab cov qauv kev kawm tshuab ua raws li cov qauv vuam tsis raug cuam tshuam los ntawm kev txwv txog kev muaj peev xwm dav dav, qhov tseeb hauv kev kwv yees sib sib zog nqus- qhov pores, thiab kev txhais lus. Hais txog qhov teeb meem tseem ceeb no, txoj kev tshawb fawb tam sim no nthuav tawm lub Physics tshiab -Informed Deep Learning (PIDL) lub moj khaum. Los ntawm kev sib koom ua ke ntawm cov qauv siv tshuab nrog cov ntaub ntawv sim, lub moj khaum no txhawm rau kwv yees qhov porosity npaum li cas thaum lub sij hawm laser vuam ntawm aluminium alloys thiab elucidate lub hauv paus lub cev mechanisms lub luag hauj lwm rau nws tsim.
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**Study Overview**
Txoj kev tshawb no hais txog qhov teeb meem ntawm porosity hauv laser vuam-ib qho teeb meem tshwm sim los ntawm cov phenomena nyuaj xws li keyhole instability, melt pool dynamics, thiab solidification-los ntawm kev tshaj tawm cov txheej txheem kev kwv yees tshiab uas sib koom ua ke multiphysics cov lej simulation nrog kev kawm tob. Cov kev tshawb fawb pib los ntawm kev siv ib qho kev sim ua tau zoo ntawm cov qauv multiphysics kom rho tawm cov yam ntxwv ntawm lub cev tseem ceeb cuam tshuam nrog keyhole stability, yaj pas dej geometry, kua hlau ntws, thiab cov yam ntxwv thermal. Raws li lub hauv paus no, tus qauv PIDL tau tsim; piv rau cov qauv kev kawm sib sib zog nqus uas tau kawm los ntawm cov txheej txheem tsis tau, cov qauv no tau ua tiav 41% txo qis hauv qhov yuam kev me me squared (MSE). Txhawm rau txhim kho tus qauv kev txhais lus, cov kws tshawb fawb tau tsim cov kev hloov pauv ntawm lub cev mus rau qhov tsis muaj qhov sib txawv nrog lub cev qhov tseem ceeb (xws li, qhov sib piv ntawm qhov tseem ceeb, tus lej Stokes, thiab lwm yam). Thaum kawg, leveraging SHAP (Shapley Additive Explanations) tsom xam, txoj kev tshawb no quantitatively nthuav tawm - thawj zaug - qhov tseem ceeb hierarchical ntawm ntau yam ntawm lub cev hauv cov txheej txheem tsim porosity. Cov kev tshawb pom txheeb xyuas qhov sib piv ntawm qhov tseem ceeb thiab qhov kev khiav hauj lwm uas tau tsav los ntawm cov dej ntws los ntawm cov dej ntws los ntawm ob qho tseem ceeb tshaj plaws ntawm kev tsim cov porosity, yog li muab cov lus qhia meej rau cov txheej txheem optimization.
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Kev tsom xam pom
Daim duab 1 qhia txog cov duab pore faib cov duab uas tau txais nyob rau hauv ntau yam kev sib txuas, tom qab ua tiav ntawm X-ray tshuaj ntsuam xyuas thiab cov duab lees paub algorithms. Daim duab qhia tau hais tias raws li kev sib xyaw ua ke ntawm cov vuam tsis sib txawv, qhov sib txawv tseem ceeb tshwm sim hauv qhov ntau, qhov loj, thiab kev faib tawm ntawm qhov pores nyob rau hauv weld seam; cov ntaub ntawv porosity no ua cov ntawv cim rau kev cob qhia tom ntej ntawm cov qauv kev kawm tob.
Daim duab 2 nthuav qhia ib daim duab schematic ntawm tus qauv multiphysics tus lej ua haujlwm hauv txoj kev tshawb no. Los ntawm kev daws qhov kev sib npaug ntawm kev txuag rau huab hwm coj, lub zog, thiab lub zog-thiab kev sib koom ua ke ntawm txoj kab hluav taws xob-tracing algorithm- tus qauv no suav nrog ntau qhov kev xav thiab lub zog nqus ntawm lub teeb laser hauv lub qhov tseem ceeb. Daim duab 2(a) qhia txog qhov kev txiav txim siab ntawm lub laser beam rau hauv ntau sub-rays, txhua tus nqa ib lub zog tshwj xeeb; Daim duab 2(b) geometrically depicts lub duav ntawm lub duav ntawm lub laser; thiab Daim duab 2(c) pom kev ua rau cov txheej txheem nyuaj ntawm ntau qhov kev xav tau dhau los ntawm laser sub{10}}rays hauv lub qhov tseem ceeb. Cov qauv no muab peb-qhov ntev, cov ntaub ntawv ncua sij hawm txog keyhole morphology thiab melt pool flow fields-cov ntaub ntawv uas nyuaj kom tau txais kev sim-yog li ua kom muaj cov tswv yim tseem ceeb rau kev tsim kho ntawm PIDL qauv.
Daim duab 3 nthuav qhia cov txiaj ntsig ntawm cov qauv multiphysics, sib piv cov kev ntsuas ntsuas nrog cov qauv kev kwv yees rau lub pas dej tob tob (Daim duab . 3(a)) thiab yaj pas dej ntev (Daim duab . 3(b)) nyob rau hauv cov txheej txheem tsis zoo. Cov txiaj ntsig tau pom muaj kev pom zoo ntawm cov qauv kev kwv yees thiab cov ntaub ntawv sim; tshwj xeeb, qhov txheeb ze yuam kev rau kev kwv yees qhov tob ntawm lub pas dej ua ke poob nyob rau hauv thaj tsam ntawm -6.3% mus rau 20.9%, thaum qhov kev ua yuam kev rau lub pas dej ua ke ntev kwv yees li ntawm -16.9% mus rau 20.4%. Cov txiaj ntsig kev lees paub no tau lees paub qhov tseeb ntawm cov qauv tsim multiphysics, ua kom pom nws lub peev xwm los muab cov ntaub ntawv sib txawv ntawm lub cev muaj zog rau cov qauv kev kawm sib sib zog nqus.
Daim duab 4 qhia txog qhov kev ua tau zoo ntawm PIDL qauv- tau kawm siv cov ntaub ntawv ntawm qhov sib txawv ntawm lub cev ncaj qha - hauv kev kwv yees porosity. Daim duab 4(a) qhia tau hais tias kev poob haujlwm rau tag nrho cov sub- qauv nyob rau hauv lub koom haum kev kawm koom ua ke tau zoo. Cov duab 4(b) thiab 4(c) tam sim no sib piv ntawm tus qauv qhov porosity kwv yees thiab qhov porosity tiag tiag ntawm cov kev cob qhia thiab kev xeem, raws li. Cov txiaj ntsig tau qhia tias tus qauv PIDL tau ua tiav MSE ntawm 0.32 ntawm qhov kev cob qhia thiab 0.75 ntawm cov txheej txheem xeem, yog li ua kom pom cov qauv kev muaj peev xwm kawm tau zoo ntawm cov kev sib raug zoo nonlinear ntawm lub cev sib txawv thiab qhov porosity, thiab ua tiav qhov kev kwv yees muaj tseeb.
04
Xaus
Hais txog cov teeb meem cuam tshuam nrog qhov nyuaj-rau- kwv yees qhov xwm txheej thiab nyuaj- kom- txheeb xyuas qhov ua rau porosity tsis xws luag hauv laser sib sib zog nqus-kev sib sib zog nqus vuam, ib qho tshiab physics- qhia txog kev kawm tob (PIDL) txoj kev twv ua ntej tau npaj thiab siv tau. Txoj kev tshawb no tau tsim cov ntaub ntawv los ntawm kev xaiv lub cev sib txawv los ntawm ntau hom -physics teb qauv, suav nrog plaub pawg loj: qhov ntsuas kub kub, cov kua hlau ntws, cov qhov tseem ceeb- ntsig txog, thiab cov pas dej ua ke geometry. Cov txiaj ntsig kev sim tau pom tias, piv rau cov qauv kev kawm sib sib zog nqus ib txwm ua raws li cov txheej txheem ua haujlwm nkaus xwb, tus qauv PIDL tau npaj ua tiav qhov tseem ceeb 41% txo qhov kev kwv yees Mean Squared Error (MSE). Nws tau raug txheeb xyuas tias qhov siab tshaj plaws downward flow velocity thiab keyhole qhov tob yog ob qhov tseem ceeb tshaj plaws ntawm lub cev hloov pauv tswj kev tsim porosity; Tsis tas li ntawd, ob qho tib si nthuav tawm kev sib raug zoo monotonic nrog cov porosity theem, qhov kev koom tes ntawm lub sij hawm solidification thiab yaj pas dej loj yog qhov me thiab tsis yog-monotonic. Los ntawm kev siv cov txheej txheem kev sib xyaw ua ke los hloov pauv lub cev hloov pauv mus rau qhov tsis muaj qhov tsis sib xws- uas piav qhia txog kev tsim, kev txav, thiab kev nkag mus ntawm npuas- txoj kev tshawb no tsis yog txo qis qhov loj me tab sis kuj tseem tswj tau qhov tseeb ntawm qhov tseeb, thaum muab cov qauv nrog kev txhais lus ntawm lub cev thiab txhim kho kev ruaj ntseg. Raws li kev txheeb xyuas kev txhais lus ntawm SHAP, nws tau tsim meej meej tias qhov sib piv ntawm qhov tseem ceeb pom muaj kev sib raug zoo nrog cov qib porosity, yog li ua qhov qhia tau zoo rau kev ntsuam xyuas ncaj qha rau kev tsim porosity; Nyob rau hauv tas li ntawd, lub downward flow drag quab yuam-tus yam ntxwv los ntawm tus nab npawb Stokes- kuj tau pom tias muaj kev cuam tshuam tseem ceeb ntawm kev tsim porosity.
