Управляющее резюме

Теплообменники являются ключевым компонентом развития аэрокосмической промышленности, но для удовлетворения требований к их производству и характеристикам необходимы новые материалы. Intellegens использовала свой уникальный инструмент машинного обучения Alchemite™ в сотрудничестве с GKN Aerospace для поиска состава титанового сплава с самой высокой теплопроводностью без снижения текущих механических свойств, чтобы продемонстрировать перспективность на ATI Boeing Accelerator. Процесс проектирования материалов, который обычно занимал бы два года, был сокращен до менее чем трех месяцев.

Скачать кейс здесь.

Вызов

Следующей ключевой вехой в авиационной отрасли является внедрение экологичных видов топлива, таких как батареи или водород. Будущие конструкции самолетов потребуют охлаждения или нагрева внутренних элементов, поэтому теплообменники становятся важными компонентами. Эффективные теплообменники должны иметь сложную форму (для эффективной работы), предпочтительно изготавливаться с помощью аддитивного производства (АП). Кроме того, теплообменник должен быть конструктивным элементом самолета, поэтому материал должен быть прочным. Сочетание высокой теплопроводности, высокой прочности и пригодности для АМ не наблюдается в современных материалах. Поэтому существует острая необходимость в разработке новых сплавов, которые позволят будущим самолетам работать на топливе следующего поколения.

Ti-6Al-4V (Ti64), сплав титана, алюминия и ванадия, является основой аэрокосмической промышленности. Он часто используется в АД и обладает превосходными механическими свойствами и коррозионной стойкостью, но его теплопроводность относительно низкая, поэтому ранее его использование в качестве теплообменника не рассматривалось. Цель этого исследования состояла в том, чтобы предложить вариант титанового сплава, который был бы жизнеспособным материалом для теплообменника, изготовленного с помощью конструкционных добавок.

Решение

Intellegens использовала свой движок Alchemite™ для работы в тесном сотрудничестве с GKN Aerospace для анализа всех имеющихся у них данных по титановым сплавам. Было рассмотрено 20 физических свойств для 256 исторических сплавов для создания модели машинного обучения интересующих свойств. Высококачественная модель показала перекрестную проверку R-квадрат 0,8.

Исход

Оптимизация Alchemite™ была проведена для обеспечения высокой теплопроводности и прочности. Предлагаемый сплав состоял из титана с добавками 3,0% ванадия, 1,9% молибдена, 1,5% железа и небольшого количества никеля (0,31%), палладия (0,13%) и рутения (0,14%) и без алюминия. Предполагалось, что этот материал будет иметь теплопроводность 18,4 (±1,1) [Вт/мК] и предел прочности при растяжении 595 (±50,7) [МПа]. Эти целевые свойства попали в область интереса.

Alchemite™ предложил сплав на основе титана, который, скорее всего, одновременно максимизирует теплопроводность и прочность на растяжение.

Экспертные знания GKN Aerospace показали, что высокая стоимость палладия может ограничивать возможности его применения. Поэтому мы воспользовались возможностью Alchemite проводить виртуальные эксперименты, получая результаты за секунды, а не эксперименты, на которые уходили бы дни, чтобы рассмотреть титановый сплав без содержания палладия, который сохранил бы высокую прочность, но его теплопроводность значительно уменьшилась. Решающая роль палладия в повышении теплопроводности подчеркнула важность определения правильного элементного состава теплообменника и ценность использования машинного обучения для быстрого прогнозирования целевых свойств до проведения дорогостоящих экспериментов.

«С Alchemite™ Engine легко работать, и он зарекомендовал себя как мощный инструмент для виртуальных экспериментов, открывающий неизведанные просторы для поиска лучших металлических сплавов, приспособленных для применения, необходимого для постоянно сложных технологических задач будущего»
— Марко Босман, главный технолог GKN Aerospace

Будущие возможности

С использованием Alchemite™ процесс проектирования материалов, который обычно занимает два года, сократился до менее чем трех месяцев. Этот проект может быть расширен для рассмотрения других возможных материалов для теплообменника, таких как сплавы никеля, меди и алюминия. По мере появления экспериментальных данных их можно было добавлять в Alchemite™, чтобы постоянно улучшать модель, а также понимать и визуализировать последствия изменений параметров процесса.

О ГКН Аэроспейс

GKN Aerospace является ведущим мировым поставщиком мультитехнологий для аэрокосмической отрасли первого уровня. Имея 50 производственных площадок в 14 странах, они обслуживают более 90% мировых производителей самолетов и двигателей.

О Intellegens

Компания Intellegens разработала уникальный механизм искусственного интеллекта Alchemite™ для обучения нейронных сетей на разреженных и зашумленных данных, типичных для реальных данных. Alchemite™ — это платформа глубокого обучения для оптимизации материалов и процессов, позволяющая:

  • Оптимизируйте рецептуры с точки зрения эффективности, стоимости или воздействия на окружающую среду
  • Проводите эксперименты, сокращая количество необходимых тестов на 80%
  • Проверка и выявление выбросов и интересных данных

Alchemite™ можно лицензировать как продукт SaaS для ученых, инженеров и техников или как отдельное использование группами аналитиков данных клиентов.

Для получения более подробной информации посетите наш веб-сайт".