Naslov Procjena cikličkih i zamornih parametara čelika na osnovi njihovih monotonih značajki primjenom umjetnih neuronskih mreža : doktorska disertacija
Naslov (engleski) Estimation of cyclic and fatigue parameters of steels based on their monotonic properties usin artificial neural networks : doctoral thesis
Autor Tea Marohnić MBZ: 318312
Mentor Robert Basan (mentor)
Član povjerenstva Domagoj Rubeša (predsjednik povjerenstva)
Član povjerenstva Robert Basan (član povjerenstva)
Član povjerenstva Nelida Črnjarić-Žic (član povjerenstva)
Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj Sveučilište u Rijeci Tehnički fakultet Rijeka
Datum i država obrane 2017-04-18, Hrvatska
Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana TEHNIČKE ZNANOSTI Strojarstvo
Univerzalna decimalna klasifikacija (UDC ) 669 - Metalurgija
Sažetak U doktorskoj disertaciji obrađen je problem procjene cikličkih Ramberg–Osgoodovih i
zamornih Basquin–Coffin–Mansonovih parametara čelika na osnovi monotonih značajki
primjenom umjetnih neuronskih mreža.
Za potrebe istraživanja iz relevantne je literature i putem on-line baze podataka o materijalima
MATDAT prikupljen velik broj eksperimentalnih podataka za čelike. Pregledom postojećih
istraživanja utvrđeno je da se podjelom čelika u skupine prema kriteriju udjela legirajućih
elemenata može poboljšati točnost procjene cikličkih i zamornih parametara na osnovi
monotonih značajki. U skladu s tim, čelici su grupirani u nelegirane, niskolegirane i
visokolegirane čelike. Različitost vrijednosti cikličkih i zamornih parametara spomenutih grupa
čelika i formalno je potvrđena provođenjem jednofaktorske analize varijance i Welchovog
testa. Dodatno provedenim post-hoc analizama utvrđena je različitost na razini parova
nelegiranih, niskolegiranih i visokolegiranih čelika. Provođenjem unaprijedne selekcije
određene su monotone značajke relevantne za procjenu svakog od cikličkih i zamornih
parametara različitih skupina čelika. Na osnovi rezultata statističkih analiza, predložena je
procjena cikličkih i zamornih parametara primjenom neuronskih mreža, zasebno za svaku
skupinu čelika i uz korištenje samo onih monotonih značajki koje su se pokazale statistički
relevantnim za procjenu pojedinog parametra. Za učinkovitije korištenje prikupljenih podataka
u razvoju neuronskih mreža primijenjena je metoda k-struke unakrsne validacije. Rezultati
dobiveni razvijenim umjetnim neuronskim mrežama vrednovani su usporedbom s
eksperimentalnim vrijednostima cikličkih i zamornih parametara, ali i onima dobivenim
postojećim empirijskim metodama procjene. Za odabrani skup podataka umjetne neuronske
mreže pokazale su se uspješnijim od empirijskih metoda procjene većine cikličkih i zamornih
parametara i ponašanja različitih skupina čelika.
Razvijeni pristup procjeni cikličkih i zamornih parametara na osnovi lako dostupnih monotonih
značajki primjenom neuronskih mreža može poslužiti jednostavnijem, točnijem i bržem
određivanju opteretivosti i trajnosti čeličnih dijelova i konstrukcija u raznim industrijskim
djelatnostima (automobilskoj, zrakoplovnoj i dr.). Razvojem pouzdanog sustava za procjenu
cikličkih i zamornih parametara smanjuje se potreba za eksperimentalnom karakterizacijom
cikličkog i zamornog ponašanja materijala u ranim fazama razvoja proizvoda u kojima se
vrednuju različiti materijali i konstrukcijska rješenja, što za posljedicu ima i smanjenje troškova
i vremena potrebnih za razvoj proizvoda.
Sažetak (engleski) Research presented in this doctoral thesis deals with estimation of cyclic Ramberg–Osgood and
fatigue Basquin–Coffin–Manson parameters i.e. stress–strain and strain–life behaviour of steels
on the basis of their monotonic properties using artificial neural networks.
For the purpose of this study, a large number of experimental data for steels were collected
from relevant literature and online Materials Properties Database MATDAT. The overview of
existing methods showed that separate consideration of steels divided according to the content
of alloying elements can improve the accuracy of estimations of cyclic and fatigue parameters
on the basis of their monotonic properties. Thus, steels were divided into unalloyed, low-alloy
and high-alloy steels. Differences among cyclic and fatigue parameters of steels divided in such
a way were formally confirmed by performing one-way analysis of variance and Welch’s test.
Additionaly, pairwise differences between groups were found to exist by performing post-hoc
analyses. Further detailed statistical analysis was performed by means of forward selection, and
monotonic properties relevant for estimation of each cyclic and fatigue parameter of each group
of steels were determined. Based on results of performed statistical analyses, estimation of
cyclic and fatigue parameters using artificial neural networks was proposed, separately for each
parameter and each steel subgroup, using only monotonic properties that proved to be relevant
for estimation of particular parameter. Data collected were efficiently used in artificial neural
network development by implementing k-fold cross-validation technique. Results obtained by
artificial neural networks have been evaluated by comparison with experimental values and
values obtained using existing empirical estimation methods. For used test data, artificial neural
networks proved to be more successful than empirical methods for estimation of most of the
cyclic and fatigue properties and behaviour of different steel subgroups.
Proposed and developed estimation of cyclic and fatigue parameters from readily available
monotonic properties using artificial neural networks can facilitate faster and more accurate
load capacity and durability analyses of steel components and structures during early stages of
product design in various industrial applications (automotive, aeronautical etc.). Furthermore,
it can contribute to the reduction of the need for experimental characterisation of material
behavior and help decrease time and costs of product development.
Ključne riječi
zamor materijala
čelici
ciklički parametri
zamorni parametri
predviđanje vijeka trajanja
statistička analiza
umjetne neuronske mreže
Ključne riječi (engleski)
fatigue of materials
steels
cyclic stress–strain parameters
fatigue strain–life parameters
lifetime prediction
statistical analysis
artificial neural networks
Jezik hrvatski
URN:NBN urn:nbn:hr:190:774192
Datum promocije 2020
Studijski program Naziv: Poslijediplomski doktorski studij iz područja Tehničkih znanosti, polja Strojarstva, Brodogradnje i Temeljnih tehničkih znanosti i Interdisciplinarnih tehničkih znanosti Vrsta studija: sveučilišni Stupanj studija: poslijediplomski doktorski Akademski / stručni naziv: doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti (dr. sc.)
Vrsta resursa Tekst
Opseg 212 str. ; 30 cm
Način izrade datoteke Izvorno digitalna
Prava pristupa Otvoreni pristup
Uvjeti korištenja
Datum i vrijeme pohrane 2020-10-27 10:48:04