Проблемные вопросы проведения механических испытаний: анализ аспектов и предложения по повышению точности

Научная статья посвящена изучению проблем, связанных с проведением механических испытаний, и предложениям практических решений для повышения точности. В работе была проведена аналитическая оценка ГОСТов и научных статей, посвященных данной теме, а также проведены и представлены результаты экспериментальных исследований. Были выявлены проблемы, связанные с неточностью и отсутствием чёткого решения по количеству и объёму испытаний, недостаточной квалификацией персонала, неправильным выбором методов испытаний и др. В работе также рассмотрены теоретические аспекты проведения механических испытаний и предложены практические рекомендации по повышению точности, в том числе использование специального оборудования и средств контроля качества испытаний (специального программного обеспечения). Полученные результаты могут быть использованы для улучшения качества проводимых испытаний, что приведет к повышению надежности и безопасности продукции как серийно выпускаемой, так и производимых однократно (единичные экземпляры), а также к уменьшению затрат на повторные испытания и последующий ремонт изделий.

Аннотация статьи
надежность
безопасность
оборудование
данные
контроль качества
механические испытания
точность
методы испытаний
нейросеть
Ключевые слова

Механические испытания являются важной частью многих областей промышленности и науки, таких как машиностроение, материаловедение, авиация и многие другие. Но, несмотря на значимость этих испытаний, существует ряд проблем, которые могут повлиять на точность результатов их проведения. Одной из основных проблем является отсутствие понимания количества испытаний, что может привести к недостаточной точности результатов. В данной статье будет проведен анализ различных аспектов проблем проведения механических испытаний и предложены решения для повышения точности.

Точность механических испытаний является ключевым фактором во многих областях промышленности и науки. Необходимо уменьшить разброс результатов, чтобы снизить вероятность ошибок и улучшить качество продукции. Однако, многие факторы могут влиять на точность механических испытаний, такие как среда испытаний, размер образцов, методы испытаний и т.д. Поэтому актуальность данной темы заключается в поиске способов уменьшения влияния этих факторов на точность результатов механических испытаний.

Научная значимость данной статьи заключается в том, что она представляет собой первый шаг к применению нейросетей для решения проблемы определения количества испытаний при механических испытаниях. Это открывает возможности для дальнейшего развития исследований в области применения нейросетей для решения проблем в механических испытаниях, что может привести к улучшению качества и точности проводимых испытаний, а также сокращению сроков и объемов.

Результаты анализа основных факторов, влияющих на свойства материалов, как при испытаниях, так и в процессе эксплуатации, а также возможные последствия приведены в таблице 1.

Таблица 1

Факторы влияния на свойства материалов

Воздействующий фактор

Вид воздействия

Возможные последствия

Температура

Физическое

Изменение свойств материала при нагреве

Влажность

Химическое, физическое

Коррозия металлов, разрушение древесины

Время

Физическое

Деградация свойств материала со временем

Интенсивность нагрузки

Механическое

Деформация материала при нагрузке

Частота нагрузки

Механическое

Усталость материала при циклических нагрузках

Количество циклов нагрузки

Механическое

Усталость материала при повторяющихся нагрузках

Химические воздействия

Химическое

Взаимодействие материала с агрессивной средой

Радиационные воздействия

Физическое

Изменение свойств материала при воздействии радиации

Механические напряжения

Механическое

Появление трещин и деформаций в материале при нагрузке

Износ

Физическое, механическое

Износ поверхности материала при эксплуатации

Усталость материала

Механическое

Потеря прочности материала после многократных нагрузок

Размер и форма образца

Геометрическое

Изменение свойств материала в зависимости от размера и формы образца

Способ изготовления образца

Технологическое

Влияние способа изготовления на свойства материала

Проблема определения количества испытаний, необходимых для получения достоверных результатов, также является одним из важных аспектов механических испытаний. Определение оптимального количества испытаний может существенно повлиять на точность и достоверность результатов.

Существует несколько подходов к определению оптимального количества испытаний. Один из них основан на использовании статистических методов, таких как методы дисперсионного анализа и расчета доверительных интервалов. Эти методы позволяют оценить вариацию результатов и определить необходимое количество испытаний для достижения заданной точности.

Другой подход основан на анализе ошибок измерения и предположении, что количество испытаний должно быть достаточным для того, чтобы ошибки приборов и оборудования не оказывали существенного влияния на результаты. В этом случае количество испытаний может быть определено на основе измерений погрешности приборов и оборудования. С одной стороны, проведение недостаточного числа испытаний может привести к неточным результатам и недостоверным выводам. С другой стороны, излишнее количество испытаний может привести к излишним затратам времени, ресурсов и снизить надежность оборудования.

Одним из решений этой проблемы может быть использование нейронных сетей. Нейронные сети могут быть обучены определять оптимальное количество испытаний для достижения требуемой точности результатов в зависимости от характеристик материала, размеров образцов, используемых методов испытаний и других параметров.

Обобщенный алгоритм применения нейронных сетей для оптимизации количества механических испытаний представлен в таблице 2.

Таблица 2

Алгоритм использования нейронной сети

Шаг

Действие

1. Сбор данных

Собрать данные, включающие характеристики материала, размеры образцов, используемые методы испытаний и результаты испытаний для различного количества повторов.

2. Подготовка данных

Подготовить данные для обучения нейронной сети, разделив их на обучающую, тестовую и проверочную выборки.

3. Обучение нейронной сети

Обучить нейронную сеть на обучающей выборке, используя методы машинного обучения, такие как глубокое обучение.

4. Проверка качества обучения

Проверить качество обучения нейронной сети на проверочной выборке, настроить параметры модели и повторить процесс обучения при необходимости.

5. Тестирование нейронной сети

Протестировать нейронную сеть на тестовой выборке, оценить качество ее работы и применить полученную модель для определения оптимального количества испытаний для достижения требуемой точности результатов.

Для решения задачи определения оптимального количества испытаний также можно использовать нейронную сеть с архитектурой, например, MLP (Multilayer Perceptron). Алгоритм обучения которой может быть представлен следующим образом:

  1. Инициализировать параметры модели, такие как веса и смещения, случайными значениями.
  2. Подготовить данные для обучения, включающие в себя характеристики материала, размеры образцов, используемые методы испытаний и результаты испытаний для различного количества повторов.
  3. Разделить данные на обучающую, тестовую и проверочную выборки.
  4. Подать обучающую выборку на вход нейронной сети.
  5. Рассчитать ошибку предсказания модели на каждом шаге обучения, используя функцию потерь, например, среднеквадратичную ошибку.
  6. Применить метод обратного распространения ошибки (backpropagation) для обновления параметров модели на каждом шаге обучения.
  7. Повторить шаги 4-6 для всех эпох обучения, пока не будет достигнута заданная точность.
  8. Проверить качество обучения нейронной сети на проверочной выборке, настроить параметры модели и повторить процесс обучения при необходимости.
  9. Протестировать нейронную сеть на тестовой выборке, оценить качество ее работы и применить полученную модель для определения оптимального количества испытаний для достижения требуемой точности результатов.

В результате анализа литературы [1-8] было выявлено, что использование современных технологий и методов может привести к улучшению точности проведения механических испытаний и получению более достоверных результатов. Однако, одной из главных проблем остается определение оптимального количества испытаний, необходимых для достижения требуемой точности результатов. В этом контексте, использование нейронных моделей может быть решением, которое позволяет определять оптимальное количество испытаний и, таким образом, повышать качество проводимых испытаний.

Текст статьи
  1. Яковлев Н.О., Ерасов В.С., Петрова А.П. Сравнение нормативных баз различных стран по испытанию клеевых соединений материалов // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2014. № 7. С. 2-8.
  2. Степнов М.Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний: справочник. М.: Машиностроение, 1985. 232 с.
  3. Manson S.S. Fatigue: A Complex Subject - Some Simple Approximations // Experimental Mechanics. 1965. V. 5, Iss. 4. P. 193-226. DOI: 10.1007/bf02321056.
  4. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчёт на прочность деталей машин: справочник. М.: Машиностроение, 1979. 702 с.
  5. Фридман Я. Б. Механические свойства металлов. 3-е изд. В 2 ч. М.: Машиностроение, 1974. 471 с.
  6. Бернштейн М. Л., Займовский В. А. Механические свойства металлов. 2-е изд. М.: Металлургия, 1979. 495 с.
  7. Abdalla, J. A., & Hawileh, Rami., (in press). Modeling and simulation of low-cycle fatigue life of steel reinforcing bars using artifiial neural network. Journal of the Franklin Institute, ISSN 0016-0032 Bahrami, A., Mousavi Anijdan, S. H., & Ekrami, A., (2005). Prediction of Mechanical.
  8. Properties of DP Steels Using Neural Network Model. Journal of Alloys and Compounds, Vol.392, No.1-2, (April 2005), pp. 177-182, ISSN 0925-8388 Bucar, T., Nagode, M., & Fajdiga, M., (2006). A Neural Network Approach to Describing the Scatter of S–N Curves. International Journal of Fatigue, Vol.28, No.4, (April 2006), pp. 311-323, ISSN 0142-1123.
Список литературы