Comparative Analysis of Machine Learning Models for Predicting Crack Propagation under Coupled Load and Temperature

计算机科学 随机森林 梯度升压 不确定性传播 支持向量机 山脊 均方误差 预测建模 断裂力学 材料科学 机器学习 算法 数学 复合材料 统计 地质学 古生物学
作者
Intisar Omar,Muhammad Khan,Andrew Starr
出处
期刊:Applied sciences [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:13 (12): 7212-7212 被引量:9
标识
DOI:10.3390/app13127212
摘要

Crack propagation in materials is a complex phenomenon that is influenced by various factors, including dynamic load and temperature. In this study, we investigated the performance of different machine learning models for predicting crack propagation in three types of materials: composite, metal, and polymer. For composite materials, we used Random Forest Regressor, Support Vector Regression, and Gradient Boosting Regressor models, while for polymer and metal materials, we used Ridge, Lasso, and K-Nearest Neighbors models. We trained and tested these models using experimental data obtained from crack propagation tests performed under varying load and temperature conditions. We evaluated the performance of each model using the mean squared error (MSE) metric. Our results showed that the best-performing model for composite materials was Gradient Boosting Regressor, while for polymer and metal materials, Ridge and K-Nearest Neighbors models outperformed the other models. We also validated the models using additional experimental data and found that they could accurately predict crack propagation in all three materials with high accuracy. The study’s findings provide valuable insights into crack propagation behavior in different materials and offer practical applications in the design, construction, maintenance, and inspection of structures. By leveraging this knowledge, engineers and designers can make informed decisions to enhance the strength, reliability, and durability of structures, ensuring their long-term performance and safety.
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