74. Е.С. Родионов. Динамические испытания и машинное обучение для разработки модели пластичности

17 апреля состоялось 74-е заседание междисциплинарного научного семинара «МЕХАНИКА: эксперимент, моделирование, приложения». Доклад "ДИНАМИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ И МАШИННОЕ ОБУЧЕНИЕ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ДИСЛОКАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ПЛАСТИЧНОСТИ И РАЗРУШЕНИЯ" сделал Е.С. Родионов, Челябинский государственный университет Для прогнозирования поведения материалов в условиях динамического нагружения требуется развитие теоретических моделей динамической деформации и оптимизация их параметров (обучение) под конкретный материал с учетом его исходного микроструктурного состояния, используя данные экспериментальных исследований. Первая часть доклада посвящена использованию разработанного комбинированного экспериментально – теоретического подхода к параметризации модели дислокационной пластичности для холоднокатанной меди М1Т [1] и латунного сплава ЛС59-1 [2]. С помощью ударной трубы были проведены тесты Тейлора для классических цилиндрических и модифицированных (профилированных) ударников. Для описания экспериментальных результатов используется модель дислокационной пластичности [3-5], с учетом кинетики дислокаций, дополненная подмоделью для оценки измельчения зерна и образования порообразных структур в процессе динамической деформации [1]. Модель дислокационной пластичности реализована в трехмерном виде [1-3] с помощью бессеточного метода сглаженных частиц (SPH) [6]. Для параметризации модели используется статистический метод Байеса: случайный перебор наборов параметров и оценка квазивероятности каждого набора по соответствию между предсказаниями модели и обучающими (экспериментальными) данными. Для ускорения процесса параметризации используется ИНС-эмулятор работы модели SPH. Одним из преимуществ использования модели дислокационной пластичности является тот факт, что ранее параметризованная модель для холоднокатанной меди может успешно описывать деформационное поведение мягкой отожженной меди [7] при изменении только начальной плотности дислокаций до уровня, характерного для отожженных металлов, освобождая исследователей от проведения дополнительной параметризации. В случае латунного сплава [2], сформулирована оригинальная модель разрушения при комбинированном нагружении, которая учитывает как накопление пустот (пор) в ходе пластической деформации, так и их дальнейший рост, контролируемый дислокационной пластичностью. Вторая часть доклада посвящена использованию разработанных методов оценки динамического предела текучести и скорости деформации для профилированных образцов [8,9]. Для получения значений динамического предела текучести необходимо знать размеры образцов до и после соударения, а также их массу и скорость соударения. Метод позволяет оценить деформацию и предел текучести, не прибегая к использованию дорогостоящего оборудования или проведения численного моделирования. Разработанный подход к параметризации модели с помощью методов машинного обучения позволяет в короткие сроки «научить» теоретическую модель с хорошей точностью прогнозировать поведение металла. В докладе представлен накопленный опыт коллектива за последние несколько лет. Будут представлены экспериментальные исследования по динамическому нагружению металлических ударников, микроструктурный анализ пластически деформированных и разрушенных образцов, результаты SEM микроскопии, а также результаты параметризации модели (включая сравнение с экспериментами) для различных металлов с использованием современных методов машинного обучения. [1] Rodionov E.S., Pogorelko V.V., Lupanov V.G., Mayer P.N., Mayer A.E. Modified Taylor impact tests with profiled copper cylinders: experiment and optimization of dislocation plasticity model. Materials., 2023., V. 16., P. 5602. [2] Rodionov E.S., Pogorelko V.V., Lupanov V.G., Fazlitdinova A.G., Mayer P.N., Mayer A.E. Dynamic deformation and fracture of brass: Experiments and dislocation-based model. Int. J. Plast. 2024, 183, 104165. [3] Rodionov E.S., Lupanov V.G., Grachyova N.A., Mayer P.N., Mayer A.E. Taylor impact tests with copper cylinders: Experiments, microstructural analysis and 3D SPH modeling with dislocation plasticity and MD-informed artificial neural network as equation of state. Metals 2022, 12, 264 [4] Krasnikov V.S., Mayer A.E., Yalovets A.P. Dislocation based high-rate plasticity model and its application to plate-impact and ultra-short electron irradiation simulations. Int. J. Plast., 2011., V. 27., P. 1294–1308 [5] Mayer A.E., Khishchenko K.V., Levashov P.R., Mayer P.N. Modeling of plasticity and fracture of metals at shock loading. J. Appl. Phys., 2013., V. 113., 93508. [8] Rodionov E.S., Mayer A.E. Estimation of dynamic yield stress by Taylor test with reduced cylindrical head part of samples. Chelyabinsk Physical and Mathematical Journal., 2023., V. 8(3)., P. 399–409 [9] Rodionov E.S., Cherepanov A.Y., Fazlitdinova A.G., Sultanov T.T., Lupanov V.G., Mayer P.N., Mayer A.E. Dynamic Plasticity and Fracture of Al 7075 and V95T1 Alloys: High-Velocity Impact Experiments. Dynamics 2025, 5, 6