База данных усталости сплавов, полученных аддитивным способом

Научные данные, том 10, Номер статьи: 249 (2023) Цитировать эту статью

784 Доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Усталость — это процесс механического разрушения, который обычно оценивается на основе эмпирических правил и экспериментальных данных, полученных в результате стандартизированных испытаний. Данные об усталости конструкционных материалов обычно выражаются в SN (зависимость «напряжение-долговечность»), ε-N (зависимость «деформация-долговечность») и da/dN-ΔK (зависимость между скоростью роста усталостной трещины и диапазоном коэффициента интенсивности напряжений). ) данные. Усталостные и статические механические свойства аддитивно изготовленных (АМ) сплавов, а также типы материалов, параметры АД, обработка и испытания собраны из тысяч научных статей до конца 2022 года с использованием обработки естественного языка, машинного обучения и методы компьютерного зрения. Результаты показывают, что характеристики сплавов АМ могут достигать характеристик обычных сплавов, хотя присутствуют разброс данных и отклонения системы. База данных (FatigueData-AM2022) имеет компактную структуру, размещается в открытом репозитории и анализируется для выявления закономерностей и статистики. Качество данных, собранных из литературы, измеряется путем определения рейтинговых баллов для наборов данных, представленных в отдельных исследованиях, а также через скорость заполнения записей данных во всех наборах данных. База данных также служит высококачественным обучающим набором для обработки данных с использованием моделей машинного обучения. Описаны процедуры извлечения и анализа данных, а инструменты опубликованы. Предлагается использовать единый язык данных об усталости, чтобы регулировать представление данных об усталостных характеристиках материалов, чтобы облегчить обмен данными и развитие открытой науки.

Усталость – это пагубный процесс механического разрушения, которому подвергаются конструкционные материалы и компоненты при длительной эксплуатации, например, в аэрокосмической, атомной энергетике, нефтегазовой промышленности1. Расчет структурной целостности с учетом усталостных повреждений может осуществляться в принципах безопасного срока службы или устойчивости к повреждениям. При проектировании безопасного срока службы недостатки явно не учитываются, и изделия предполагается вывести из эксплуатации по истечении расчетного срока службы. Философия проектирования основана на экспериментальных данных стандартных образцов, испытанных в определенных условиях нагрузки, которые можно распространить на компоненты конструкции. На практике произвольные спектры нагрузки обрабатываются путем учета совокупного ущерба, например, с помощью линейного правила Майнера2. Также можно учитывать влияние размера образцов, среднего напряжения, многоосности и окружающей среды. Данные о сроке службы под напряжением (SN), полученные в ходе испытаний с контролем напряжения (с контролем силы), и данные о сроке службы при деформации (ε-N) в результате испытаний с контролем деформации, представляют собой два фундаментальных набора экспериментальных данных для проектирования безопасного срока службы, которые описывают взаимосвязь между максимальным (σmax, εmax) или амплитудой (σa, εa) напряжения/деформации и количеством циклов нагружения (N) и обычно используется для многоцикловой усталости (HCF)/малоцикловой усталости (LCF) дизайн соответственно (рис. 1а). При проектировании устойчивости к повреждениям считается, что компонент конструкции способен безопасно выдерживать дефекты (например, трещины) до следующей точки контроля, а затем компонент ремонтируется или заменяется2. Рост усталостных трещин (FCG) можно объяснить теорией механики разрушения и экспериментально оценить с использованием образцов компактного растяжения (CT). Таким образом, зависимость скорости FCG (da/dN) от диапазона коэффициента интенсивности напряжений (SIF) (ΔK) используется при мониторинге и поддержании работоспособности конструкций (рис. 1а). Данные SN, ε-N и da/dN-ΔK предлагают стандартные меры снижения механического сопротивления при циклических нагрузках, что является уникальной особенностью, которую можно использовать в исследованиях, ориентированных на данные.

Проектирование целостности конструкции структурных компонентов аддитивного производства (АП) с использованием данных об усталости, полученных в результате стандартизированных испытаний. (а) Репрезентативные условия нагружения, типы образцов и данные, полученные в результате испытаний на усталость. (б) Процедуры и параметры АМ, проиллюстрированные с помощью метода лазерного плавления порошкового слоя (L-PBF).