Time-dependent deformation, particularly creep, in high-temperature alloys such as Inconel 625 is a key factor in the long-term reliability of components used in aerospace and energy systems. Although Inconel 625 shows excellent creep resistance, finite-element creep simulations in tools such as ANSYS remain computationally expensive, often requiring tens of minutes for a single 10,000-hour run. This work proposes deep learning based surrogate models to provide fast and accurate replacements for such simulations. Creep strain data was generated in ANSYS using the Norton law under uniaxial stresses of 50 to 150 MPa and temperatures of 700 to 1000 $^\circ$C, and this temporal dataset was used to train two architectures: a BiLSTM Variational Autoencoder for uncertainty-aware and generative predictions, and a BiLSTM Transformer hybrid that employs self-attention to capture long-range temporal behavior. Both models act as surrogate predictors, with the BiLSTM-VAE offering probabilistic output and the BiLSTM-Transformer delivering high deterministic accuracy. Performance is evaluated using RMSE, MAE, and $R^2$. Results show that the BiLSTM-VAE provides stable and reliable creep strain forecasts, while the BiLSTM-Transformer achieves strong accuracy across the full time range. Latency tests indicate substantial speedup: while each ANSYS simulation requires 30 to 40 minutes for a given stress-temperature condition, the surrogate models produce predictions within seconds. The proposed framework enables rapid creep assessment for design optimization and structural health monitoring, and provides a scalable solution for high-temperature alloy applications.


翻译:在航空航天和能源系统中使用的高温合金(如Inconel 625)中,时间依赖性变形(尤其是蠕变)是影响构件长期可靠性的关键因素。尽管Inconel 625表现出优异的抗蠕变性能,但在ANSYS等工具中进行有限元蠕变仿真仍然计算成本高昂,通常单次10,000小时模拟需要数十分钟。本研究提出基于深度学习的代理模型,为此类仿真提供快速且准确的替代方案。蠕变应变数据在ANSYS中采用Norton定律生成,单轴应力范围为50至150 MPa,温度范围为700至1000 $^\circ$C,该时序数据集用于训练两种架构:用于不确定性感知和生成预测的BiLSTM变分自编码器,以及采用自注意力机制捕捉长程时序行为的BiLSTM-Transformer混合模型。两种模型均作为代理预测器,其中BiLSTM-VAE提供概率输出,而BiLSTM-Transformer则提供高确定性精度。性能评估采用RMSE、MAE和$R^2$指标。结果表明,BiLSTM-VAE能提供稳定可靠的蠕变应变预测,而BiLSTM-Transformer在整个时间范围内均表现出优异的准确性。延迟测试显示显著加速效果:在给定应力-温度条件下,每个ANSYS仿真需要30至40分钟,而代理模型可在数秒内生成预测。所提出的框架为设计优化和结构健康监测实现了快速蠕变评估,并为高温合金应用提供了可扩展的解决方案。

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