مهندسی متالورژی و مواد

مهندسی متالورژی و مواد

پیش بینی نمودار تنش- کرنش آلیاژ Sn 40Pb 2.5Sb با استفاده از شبکه عصبی LSTM

نوع مقاله : علمی و پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه فردوسی مشهد
2 گروه مهندسی و علم مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
چکیده
آلیاژهای لحیم سرب‌دار همچنان در بسیاری از سامانه‌های الکترونیکی و اتصالات صنعتی، به‌ویژه در کاربردهایی که نیازمند پایداری حرارتی، رفتار مکانیکی قابل اعتماد و فرایندپذیری مناسب هستند؛ مورد توجه قرار می‌گیرند. در این میان، آلیاژ Sn 40Pb 2.5Sb به دلیل حضور عنصر آنتیموان و تأثیر آن بر استحکام مکانیکی، ریزساختار و مقاومت به خزش از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. با این حال، رفتار تنش- کرنش این آلیاژ تحت شرایط بارگذاری مختلف ماهیتی غیرخطی، وابسته به مسیر و متأثر از ویژگی‌های متالورژیکی دارد و مدل‌سازی دقیق آن با استفاده از روابط تحلیلی کلاسیک همواره با محدودیت‌هایی همراه است. در پژوهش حاضر، برای پیش‌بینی نمودار تنش- کرنش آلیاژ Sn 40Pb 2.5Sb از یک رویکرد داده‌محور مبتنی بر شبکه عصبی بازگشتی حافظه بلندمدت- کوتاه‌مدت (Long Short-Term Memory) استفاده می‌شود. بدین منظور، داده‌های تجربی حاصل از آزمون‌های مکانیکی پس از پیش‌پردازش، نرمال‌سازی و سازمان‌دهی به‌صورت دنباله‌های زمانی به شبکه LSTM اعمال می‌شوند. ساختار مدل به‌گونه‌ای طراحی می‌شود که بتواند وابستگی بین نقاط متوالی منحنی تنش- کرنش را فراگرفته و روند تکامل رفتار مکانیکی ماده را بازسازی کند. آموزش شبکه با استفاده از الگوریتم Adam انجام می‌شود و عملکرد مدل با بهره‌گیری از شاخص‌هایی نظیر R2 ،MAE و MSE ارزیابی می‎گردد. نتایج نشان می‌دهد که LSTM قادر است با دقتی مناسب، روند کلی و جزئیات منحنی تنش- کرنش را بازتولید کند و به‌عنوان ابزاری کارآمد برای مدل‌سازی رفتار مکانیکی آلیاژهای لحیم، در جهت کاهش وابستگی به آزمون‌های پرهزینه و توسعه روش‌های هوشمند در مهندسی مواد مورد استفاده قرار گیرد
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Prediction of stress-strain diagram of Sn-40Pb-2.5SB alloy using LSTM network

نویسندگان English

A Rezaie bazaz 1
sh seyyedmousavi 2
2 Department of Materials Science and Engineering, Engineering Faculty, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده English

Lead-based solder alloys are still widely used in many electronic systems and industrial joining applications, particularly where thermal stability, reliable mechanical performance, and suitable processability are required. Among these alloys, Sn 40Pb 2.5Sb is of particular interest due to the role of antimony in improving mechanical strength, microstructural stability, and creep resistance. However, the stress–strain behavior of this alloy under mechanical loading is inherently nonlinear, path-dependent, and strongly influenced by metallurgical features, making its accurate prediction by conventional constitutive models challenging. In the present study, a data-driven approach based on a Long Short-Term Memory (LSTM) neural network was employed to predict the stress–strain curve of the Sn 40Pb 2.5Sb alloy. Experimental mechanical test data were first preprocessed, normalized, and organized as sequential input data for the LSTM model. The network architecture was designed to capture the dependency between successive points along the stress–strain curve and to reconstruct the evolution of the alloy’s mechanical response. The model was trained using the Adam optimization algorithm. Its predictive performance was evaluated using statistical criteria such as R2, MAE, and MSE. The results demonstrated that the proposed model can accurately reproduce both the overall trend and the detailed features of the experimental stress–strain curves, showing good agreement with the measured data. The findings of this study indicate that LSTM-based modeling is a promising and efficient tool for predicting the mechanical behavior of solder alloys, reducing dependence on costly experimental testing, and advancing intelligent data-driven approaches in materials engineering.

کلیدواژه‌ها English

Sn 40Pb 2.5Sb alloy
stress–strain curve
LSTM neural network
deep learning
data-driven modeling
mechanical behavior
ارسال نظر در مورد این مقاله
نام را وارد کنید.
نشانی پست الکترونیکی را به درستی وارد کنید.
وابستگی سازمانی را به درستی وارد کنید.
توضیحات را وارد کنید (حداقل 50 حرف)
CAPTCHA Image
شناسه امنیتی را به درستی وارد کنید.