Ученые применили систему машинного обучения к расчету прочности конструкций
Систему машинного обучения для прогнозирования механических напряжений в меди на атомном уровне разработали инженеры из Университета Иллинойса Урбана-Шампейн, 25 октября сообщает журнал Acta Materialia.
«Металлы, как правило, поликристаллические, поскольку они состоят из множества зерен. Каждое зерно представляет собой монокристаллическую структуру, в которой все атомы расположены аккуратно и очень упорядоченно. Но атомная структура границы, где соприкасаются эти зерна, может быть очень сложной и, как правило, иметь очень высокие механические напряжения», — сказал Хака Бенга Чу.
Эти напряжения на границах зерен отвечают за разрушающие и усталостные свойства металла, но до сих пор такие подробные измерения напряжений в атомном масштабе ограничивались моделями молекулярной динамики. Машинное обучение позволяет впервые количественно оценить напряжения на границах зерен в реальных образцах металлов, данные о которых получены с помощью электронной микроскопии.
«Мы использовали моделирование молекулярной динамики границ зерен меди для обучения нашего алгоритма машинного обучения распознаванию расположения атомов вдоль границ и выявлению закономерностей в распределении напряжений в различных структурах границ зерен», — сказал докторант Юэ Цуй.
В конце концов, алгоритм смог очень точно предсказать напряжения на границах зерен, как по данным моделирования, так и по экспериментальным изображениям с атомарным разрешением. Измерение этих напряжений на границах зерен является первым шагом на пути к разработке аэрокосмических материалов, работающих в экстремальных условиях.
Цуй подчеркнул, что разработанный ими алгоритм является очень общим и может быть использован для количественной оценки напряжений в атомном масштабе, определяющих процессы разрушения во многих других конструкционных материалах.
Величина напряжения, которое материал может выдержать до того, как он треснет, является важной информацией при проектировании самолетов, космических аппаратов и других конструкций.
