• شماره ركورد
    25093
  • شماره راهنما
    MEC3 29
  • عنوان

    شناسايي مكان و اندازه تورق در يك چندلايه متعامد كامپوزيتي مستطيلي با استفاده از يادگيري ماشين كلاسيك و شبكه‌هاي عصبي عميق

  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مكانيك- طراحي كاربردي شاخه تخصصي مكانيك جامدات
  • دانشكده
    فني و مهندسي
  • تاريخ دفاع
    1404/06/18
  • صفحه شمار
    94 ص .
  • استاد راهنما
    حامد شهبازي
  • استاد مشاور
    محمد حيدري راراني
  • كليدواژه فارسي
    چندلايه كامپوزيتي , يادگيري ماشين , تورق , شبكه عصبي مصنوعي عميق تجميعي , فركانس‌‌طبيعي
  • چكيده فارسي
    شناسايي تورق در چندلايه‌هاي كامپوزيتي از موضوعاتي است كه مورد توجه بسياري از پژوهشگران قرار گرفته است. هدف از اين پژوهش، شناسايي تورق با استفاده از يادگيري ماشين و فركانس‌هاي طبيعي سازه مي‌باشد. به اين منظور ابتدا يك مدل المان محدود، براي ورق¬هاي چندلايه كامپوزيتي متورق توسعه داده شده و ده فركانس طبيعي براي مكان‌ها و اندازه‌هاي مختلف تورق استخراج گرديده است. نتايج المان محدود با داده‌هاي تجربي موجود در پيشينه تحقيق مقايسه و صحت‌سنجي شده است. در ادامه يك شبكه عصبي مصنوعي عميق تجميعي براي پيش‌بيني مكان و اندازه تورق طراحي شده است. اين شبكه عصبي مصنوعي به صورت تركيبي از شبكه پرسپترون چندلايه، روش‌هاي درخت‌هاي تقويت شده، درخت‌هاي بگينگ و واحد بازگشتي دروازه¬اي بوده كه به‌طور متوالي به كار رفته و در چندين مرحله آموزش داده شده است. براي بهينه‌سازي پارامترهاي شبكه از روش جستجوي شبكه و اعتبارسنجي متقابل استفاده گرديده است. همچنين آناليز حساسيت براي مدل انجام شده و حساسيت مدل به هر يك از فركانس‌هاي طبيعي بررسي گرديده است. در مرحله بعدي شناسايي تورق با استفاده از روش‌هاي يادگيري ماشين كلاسيك از قبيل رگرسيون خطي، ماشين بردار پشتيبان، رگرسيون گاوسي و روش‌هاي درختي انجام شده است. روش‌هاي ماشين بردار پشتيبان استفاده شده در اين پژوهش شامل مدل¬هاي درجه دوم، مكعبي و هسته گاوسي بوده و همچنين از روش‌هاي رگرسيون گاوسي با پايه¬هاي نمايي و ماترن 5/2 براي پيش‌بيني مكان و اندازه تورق استفاده شده است. در هر مرحله مقادير خطاي ريشه ميانگين مربعات و ضريب تعيين براي ارزيابي عملكرد و دقت مدل محاسبه گرديده است. نتايج نشان مي‌دهد كه شبكه تجميعي طراحي شده داراي خطاي كمتري نسبت به روش‌هاي يادگيري ماشين كلاسيك بوده است. در ميان روش‌هاي كلاسيك روش رگرسيون خطي داراي بيشترين خطا و روش رگرسيون گاوسي داراي كمترين خطا براي شناسايي مكان تورق بوده و بهترين عملكرد براي تعيين اندازه تورق مربوط به روش ماشين بردار پشتيبان درجه دوم بوده است. نوآوري اين پژوهش شامل طراحي يك شبكه عصبي عميق تجميعي مي‌باشد كه بوسيله آن شناسايي تورق در چندلايه‌هاي كامپوزيتي با دقت بالايي انجام گرديده است.
  • كليدواژه لاتين
    Composite Laminate , Machine Learning , Deep Ensemble Neural Network , Vibration Method
  • عنوان لاتين
    Identification of the location an‎d size of delamination in rectangular cross-ply composite laminate using classical machine learning an‎d deep neural networks
  • گروه آموزشي
    مهندسي مكانيك
  • چكيده لاتين
    Delamination detection in composite laminates is a topic of interest to many researchers. In this study, delamination detection in composite laminates was carried out using vibration methods an‎d machine learning. Initially, modal analysis was performed for intact an‎d delaminated composite plates using the finite element method an‎d natural frequencies were obtained for training the neural network. The results were then compared with experimental data for validation. Next, a novel deep ensemble neural network was designed an‎d the location an‎d size of the delamination were determined. This neural network integrated a multilayer perceptron (MLP), boosting trees, bagging trees, an‎d a gated recurrent unit (GRU), which were sequentially combined an‎d trained in multiple stages for delamination identification. Hyperparameters are optimized via grid search an‎d cross-validation method, an‎d a sensitivity analysis is performed to eva‎luate the influence of each natural frequency on the model. In the next stage, classical machine learning methods were employed for delamination detection. These methods include linear regression, support vector machines, Gaussian process regression, an‎d tree-based methods. The support vector machine methods used in this study include quadratic, cubic, an‎d Gaussian kernel models. Also, Gaussian process regression models with exponential an‎d Matérn 2.5 kernels were used to predict the location an‎d size of the delamination. At each stage, the root mean square error (RMSE) an‎d coefficient of determination (R-squared) were calculated to eva‎luate model performance an‎d accuracy. The results show that the designed ensemble network achieved lower error compared to classical machine learning methods. Among classical approaches, linear regression exhibited the highest error, while Gaussian process regression had the lowest error for detecting the location of the delamination. The best performance in predicting the size of the delamination was obtained using the quadratic support vector machine method. The innovation of this research lies in the design of an ensemble deep recurrent network through which delamination detection in composite laminates was performed with high accuracy.
  • تعداد فصل ها
    6
  • فهرست مطالب pdf
    147001
  • نويسنده

    جهانشاهي، مجيد