Application of machine learning for predicting the incubation period of water droplet erosion in metals
Notice bibliographique
Résumé
Water droplet erosion (WDE) is a critical degradation phenomenon that significantly affects component lifespan and performance in power generation, aerospace, and wind energy industries. The incubation period—the initial phase before visible material loss occurs—is particularly crucial for maintenance planning and material selection yet remains challenging to predict accurately due to the complex interplay of material properties and impact conditions. Traditional empirical models have shown limited predictive capability due to their reliance on numerous adjustable parameters with insufficient physical interpretation. This study aimed to develop and validate a machine learning (ML) approach for accurately predicting the WDE incubation period across different metallic materials and impact conditions. The performance of various ML algorithms is evaluated while investigating the effect of data transformation techniques on prediction accuracy. A range of ML models—linear regression (LR), decision tree regressor (DT), random forest regressor (RF), gradient boosting regressor (GBR), and artificial neural networks (ANN)—were trained and validated using experimental data from five different alloys under various impact conditions. Data transformation methods significantly enhanced model performance, with the LR model using Box-Cox transformation achieving the highest accuracy (R2 > 90%, low MAE), followed by the ANN model with Yeo-Johnson transformation (R2 > 85%). Feature importance analysis through SHAP values revealed that impact velocity and surface hardness were the most influential factors affecting incubation period, providing valuable physical insights into the erosion mechanism. Hyperparameter optimization techniques showed minimal improvement in model performance, suggesting that the transformations effectively captured the underlying relationships in the data. This research represents the first comprehensive application of ML techniques to WDE incubation period prediction, establishing a methodological framework that integrates experimental data, statistical analysis, and advanced ML algorithms. Unlike previous approaches, our methodology (1) systematically evaluates multiple ML algorithms and transformation techniques for WDE prediction, (2) provides quantitative assessment of feature importance that aligns with physical understanding of erosion mechanisms, (3) demonstrates superior predictive accuracy compared to traditional empirical models, and (4) offers a generalizable approach applicable across different metallic materials and impact conditions. This work bridges the gap between data-driven modeling and physical understanding of WDE, providing a valuable tool for engineers to optimize material selection and maintenance strategies in erosion-prone applications.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».