Physics-Based Machine Learning Framework for Predicting Structure-Property Relationships in DED-Fabricated Low-Alloy Steels

Metals, 2025

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.3390/met15090965
Деректер сенімділігі 85 жоғары
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

The Directed Energy Deposition (DED) process has demonstrated high efficiency in manufacturing steel parts with complex geometries and superior capabilities. Understanding the complex interplays of alloy compositions, cooling rates, grain sizes, thermal histories, and mechanical properties remains a significant challenge during DED processing. Interpretable and data-driven modeling has proven effective in tackling this challenge, as machine learning (ML) algorithms continue to advance in capturing complex property-structure-property relationships. However, accurately predicting the prime mechanical properties, including ultimate tensile strength (UTS), yield strength (YS), and hardness value (HV), remains a challenging task due to complex and non-linear relationships among process parameters, material constituents, grain size, cooling rates, and thermal history. This study introduces an ML model capable of accurately predicting UTS, YS, and HV of a material dataset that comprises 5000 simulation analyses generated using “JMatPro” software, with input parameters including material compositions, grain size, cooling rates and temperature, factors relevant to the DED-processed low alloy steels. Subsequently, an ML model is developed using the generated dataset. The proposed framework incorporates a Physics-based DED-specific feature that leverages “JMatPro” simulations to extract key input parameters such as material composition, grain size, cooling rate, and thermal properties relevant to mechanical behavior. This approach integrates a suite of flexible ML algorithms along with customized evaluation metrics to form a robust foundation to predict mechanical properties. In parallel, explicit data-driven models are constructed using multivariable linear regression (MVLR), polynomial regression (PR), Multi-Layer Perceptron Regressor (MLPR), XGBoost, and Classification models to provide transparent and analytical insight into the mechanical property predictions of DED-processed low alloy steels.