A multi-objective optimization using response surface model coupled with particle swarm algorithm on FSW process parameters

粒子群优化 搅拌摩擦焊 锥面 材料科学 转速 响应面法 过程(计算) 焊接 物流 粒子(生态学) 复合材料 机械工程 计算机科学 算法 工程类 海洋学 机器学习 生态学 生物 地质学 操作系统
作者
Parviz Kahhal,Mohsen Ghasemi,Mohammad Kashfi,Hossein Ghorbani-Menghari,Ji Hoon Kim
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:41
标识
DOI:10.1038/s41598-022-06652-3
摘要

Abstract In this study, multi-objective optimization of mechanical properties in friction-stir-welding of AH12 1050 aluminum alloy is performed using a combination of the response surface method and multi-objective particle swarm optimization algorithm. The process parameters are considered as tool pin diameter, shoulder diameter, rotational speed, feed speed, and tool tilt angle. The heat-affected zone’s yield strength, fracture strain, impact toughness, and hardness on the advancing and retreating sides are selected as the objective functions. Threaded and simple conical pins are utilized to evaluate the effect of the pin geometry on the specimen mechanical properties. Optimization model outputs are in agree with the obtained experimental results. The effects of process parameters on the mechanical properties of the friction-stir-welded sheets are studied. Results reveal that the lower rotational speed and higher feed speed improve the material strength and hardness. Moreover, the microstructural analysis demonstrates that the proposed methodology can achieve a fine-grained structure with the minimum defects. Improvement in the material flow is observed for the threaded cylindrical pin compared with the conical pin due to the geometric shape of the tool pin leading to more functional mechanical properties. It is found that the combination of the response surface methodology and the multi-objective particle swarm algorithm led to the modeling and optimization of the process with outstanding accuracy and low experimental cost.
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