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Enregistrement W3021645988 · doi:10.1177/1464420720917415

Machine learning models applied to friction stir welding defect index using multiple joint configurations and alloys

2020· article· en· W3021645988 sur OpenAlexaff
François Nadeau, Benoit Thériault, Marc-Olivier Gagné

Notice bibliographique

RevueProceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part L Journal of Materials Design and Applications · 2020
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueAdvanced Welding Techniques Analysis
Établissements canadiensNational Research Council Canada
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésWeldingFriction stir weldingRotational speedMechanical engineeringMaterials scienceWeldabilityMultilayer perceptronFriction weldingComputer scienceArtificial intelligenceArtificial neural networkEngineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Friction stir welding process has been studied extensively in the last decades since its early stage. Most of the research done so far is related to the process development including tool design, material weldability, post-weld mechanical behavior, and microstructural properties. More recently, in-line process monitoring and artificial intelligence algorithms are introduced into this process, but mainly to specific material configuration and joint thicknesses. This study will focus on the evaluation of different machine learning approaches including principle component analysis, K-nearest neighbor, multilayer perceptron, single vector machine, and random forest methods on a friction stir welding cell environment. The input variables provided from this cell environment are namely divided into two groups: one group refers to the application variables and the other group is related to the friction stir welding process variables. The application variables target the aluminum alloys, joint configuration, sheet thicknesses, initial mechanical properties, and their chemical composition. The friction stir welding process variables dictate the rotational speed, travel speed, forging force, longitudinal and transverse forces, torque, and specific energy. The output response to model from these machine learning algorithms is the defect index, which has been quantified using high-resolution immersed bath ultrasounds. This nondestructive evaluation technique has been described previously, which can detect defects ≥150 µm in thin sheets. The defect index has been classified into five classes, which is distinguished by the nature of defect, cold weld, or hot weld, as well as the width of the internal volumetric defect upon ultrasound C-scan result. The dataset, which is composed of around 500 various process conditions, has been generated over the last few years and the variables were taken exclusively in constant weld regime and in the force control mode using the output average values. This paper compares the best resulting machine learning methods applied on a friction stir welding cell basis, which is the K-nearest neighbor and multilayer perceptron algorithms. The K-nearest neighbor model reaches a deviation of 0.55 on the defect index in comparison with the experimental values, which is slightly better than the multilayer perceptron model, which obtains a score of 0.69. Over the initial 59 available model parameters, 10 and 15 of them were retained in the final algorithm using these techniques. The main predictors include the material thickness, base material ultimate tensile stress, rotational speed, travel speed, weld forces, and specific energy. The K-nearest neighbor model was able to provide a map of defect indices with regard to rotational speed and travel speed but was only possible when a higher density of data was found within the prediction area. A data density score was also included within the model to inform the end-user about the prediction reliability. The machine learning models are mainly about differentiating various cases rather than representing the physical phenomena as determined using the finite element analysis. That being said, in order to improve the prediction reliability as well as the machine learning models, the data twinning concept, which consists of generating simulated friction stir welding process conditions by finite element analysis, is briefly discussed.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,012
Score d'incertitude au seuil0,023

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,000
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,040
Tête enseignante GPT0,227
Écart entre enseignants0,188 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations22
Publié2020
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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