El Aprendizaje Automático Explicativo Acelera el Diseño de Compuestos de Matriz de Aluminio Reforzados con Grafeno con Rendimiento Superior
Autores: Xue, Jingteng; Huang, Jingtao; Li, Mingwei; Chen, Jiaying; Wei, Zongfan; Cheng, Yuan; Lai, Zhonghong; Qu, Nan; Liu, Yong; Zhu, Jingchuan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales estructurales
Palabras clave
Composites de aleación de aluminio
Grafeno
Aprendizaje automático
Método SHAP
Modelo CatBoost
Dureza
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 4
Citaciones: Sin citaciones
Abordando las propiedades excepcionales de los compuestos de aleación de aluminio reforzados con grafeno, este estudio presenta un enfoque de aprendizaje automático interpretable para ayudar en el diseño rápido y eficiente de dichos materiales. Inicialmente, se recopilaron y optimizaron datos sobre estos compuestos para crear un conjunto de datos de composición/proceso-propiedad. Se utilizaron varios algoritmos de aprendizaje automático para entrenar diferentes modelos. Se empleó el método SHAP para interpretar y seleccionar el modelo de mejor rendimiento, que resultó ser el modelo CatBoost. El modelo logró predicciones precisas de dureza y resistencia a la tracción, con coeficientes de determinación de 0.9597 y 0.9882, respectivamente, y errores relativos promedio de 6.02% y 5.01%, respectivamente. Los resultados obtenidos del método SHAP revelaron la correlación entre la composición, el proceso y las propiedades de los compuestos de aleación de aluminio reforzados con grafeno. Al comparar los datos predichos y experimentales en este estudio, todos los modelos de aprendizaje automático mostraron errores de predicción dentro del 10%, confirmando su capacidad para generalizar. Este estudio ofrece valiosos conocimientos y apoyo para el diseño de compuestos de matriz de aluminio de alto rendimiento reforzados con grafeno y muestra la implementación del aprendizaje automático en la ciencia de materiales.
Descripción
Abordando las propiedades excepcionales de los compuestos de aleación de aluminio reforzados con grafeno, este estudio presenta un enfoque de aprendizaje automático interpretable para ayudar en el diseño rápido y eficiente de dichos materiales. Inicialmente, se recopilaron y optimizaron datos sobre estos compuestos para crear un conjunto de datos de composición/proceso-propiedad. Se utilizaron varios algoritmos de aprendizaje automático para entrenar diferentes modelos. Se empleó el método SHAP para interpretar y seleccionar el modelo de mejor rendimiento, que resultó ser el modelo CatBoost. El modelo logró predicciones precisas de dureza y resistencia a la tracción, con coeficientes de determinación de 0.9597 y 0.9882, respectivamente, y errores relativos promedio de 6.02% y 5.01%, respectivamente. Los resultados obtenidos del método SHAP revelaron la correlación entre la composición, el proceso y las propiedades de los compuestos de aleación de aluminio reforzados con grafeno. Al comparar los datos predichos y experimentales en este estudio, todos los modelos de aprendizaje automático mostraron errores de predicción dentro del 10%, confirmando su capacidad para generalizar. Este estudio ofrece valiosos conocimientos y apoyo para el diseño de compuestos de matriz de aluminio de alto rendimiento reforzados con grafeno y muestra la implementación del aprendizaje automático en la ciencia de materiales.