Taguchi Deng およびハイブリッド サポート ベクトル回帰モデルを使用した充填ポリテトラフルオロエチレン複合材料の摩擦学的挙動の最適化と予測

Scientific Reports volume 12、記事番号: 10393 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

この研究では、ハイブリッド タグチ モデルとサポート ベクター回帰 (SVR) モデルを使用した、充填ポリテトラフルオロエチレン (PTFE) 複合材料のトライボロジー挙動の最適化と予測について説明します。 最適化を達成するために、Taguchi Deng が採用され、トライボロジー挙動に関連する複数の応答とプロセス パラメーターが考慮されました。 摩擦係数 (μ) と比摩耗率 (Ks) は、ピンオンディスク トライボメーターを使用して測定されました。 この研究では、荷重、粒度、距離、速度がプロセスパラメータでした。 L27 直交配列が Taguchi 実験計画に適用されました。 最適なパラメーターのセットは、μ と KS の複数の応答に対する Deng アプローチを使用して取得されました。 分散分析は、複数の応答に対する個々のパラメーターの影響を研究するために実行されました。 μ と Ks を予測するために、SVR を新しいハリス ホークス最適化 (HHO) および群粒子最適化 (PSO) と組み合わせて、それぞれ SVR-HHO および SVR-PSO モデルを形成しました。 モデルの予測精度を評価するために、4 つのモデル評価指標が使用されました。 検証結果により、最適なテスト条件下での強化が明らかになりました。 ハイブリッド SVR モデルは、単一 SVR モデルよりも優れた予測精度を示しました。 さらに、SVR-HHO は SVR-PSO モデルを上回りました。 Taguchi Deng、SVR-PSO、および SVR-HHO モデルは、低コストで優れた精度での最適化と予測につながることがわかりました。

フィラーを含む充填ポリマーマトリックス複合材料（PMC）は、バージンポリマーよりも機械的および摩擦学的挙動が変更されているため、学術界や産業界から引き続き大きな注目を集めています1。 ポリマーベースの複合材料は、摩擦抵抗性が向上しました2。 さまざまな種類のポリマーの中でも、カーボンまたはブロンズ繊維を充填したポリテトラフルオロエチレン (PTFE) は、機械的挙動が高く、摩擦挙動が少ないため、広く使用されています3。 これらの複合材料は、ブレーキやクラッチなどの機械部品のトライボロジー挙動が重要な分野に適していることが示されています4、5、6、7。 材料の摩擦抵抗性は、ニートポリマーにフィラー含有量を一定の限度まで添加することによって改善できることが一般的に認められています8,9。 ポリテトラフルオロエチレン (PTFE) は、摩擦係数が低く、加工が容易で、化学的不活性性があり、密度が低く、コストが低いため、摩耗条件で一般的に使用される熱可塑性マトリックスの 1 つです 10,11。

摩耗は、産業において最も一般的に遭遇する問題の 1 つであり、部品の頻繁な交換、特に摩耗の原因となります。 さまざまなポリマーおよび充填ポリマーの摩耗が実験的に研究されています。 異なるマトリックスの摩耗速度が研究され12、異なるポリマーが異なる摩耗速度を示すことが判明した。 ビニル/エステルへのガラスとカーボン繊維の混入を分析しました。 強化ビニル/エステルの組み合わせは、ガラスおよび/またはカーボンファブリックで強化されたビニル/エステル複合材よりも低い摩耗率を示しました13。 報告されているように、14 適用荷重が最も重要なプロセス パラメーターとして検出されました。 高性能 UHMWPE をフィラーで強化すると、摩耗率の低下が観察されました。 15 によれば、ビンロウ入りエポキシ複合材料では、速度の増加とグリット サイズの減少に伴って質量損失とμが増加することがわかりました。

複合材料のトライボロジー挙動に関連する複数の応答を研究するために、データ開発、分析階層、およびグレーリレーショナル分析 (GRA) を含むいくつかの意思決定方法が文献で提案されています 16。 これらのモデルのうち、1989 年に Deng によって提案された GRA は、特に情報の性質が不確かで完全ではない場合に広く使用されている方法論です17。 Dharmalingam、Subramanian、Kok は、Taguchi とグレーリレーショナル解析 (GRA) を組み合わせて、アルミニウムハイブリッド金属複合材料の摩耗トライボロジー特性を最適化しました。 分散分析 (ANOVA) により、砥粒サイズが摩耗率に最も大きな影響を与えるパラメーターであることが示され、荷重は摩擦係数に最も大きな影響を与えることが判明しました 18。 Sylajakumar ら 19 は、Taguchi-GRA 法を使用して、共ロング複合材料の摩擦係数と摩耗率に対する荷重、速度、距離の影響を研究しました。 ANOVA は、速度が共連続複合材料の摩耗特性に大きく影響することを示しました。 Savaran と Thanigaivelan20 は、主成分分析 (PCA) と GRA を組み合わせてディンプル形状とレーザー パラメーターを最適化しました。 ANOVA は、平均電力がパフォーマンス測定に最も寄与しているのに対し、深度はあまり寄与していないことを示しました。 HDPE-TiO2 ナノ複合材料の射出成形パラメータを最適化するために、Taguchi OA と GRA を統合した方法が適用されています (Pervez et al.21)。 この研究により、最適パラメータは、TiO2 含有量 5%、バレル温度 225 °C、滞留時間 30 分、保持時間 20 秒であることが確立されました。 アディランら。 タグチモデルを使用したハイブリッドプロピレン強化バイオ複合材料の機械的特性の最適化。 4% PSS と 10% ケナフ繊維のコラージュが、ハイブリッドバイオ複合材料に最適な組み合わせを生み出すことが判明しました 22。 これに加えて、ワイヤ放電加工23、旋削加工24、フライス加工パラメータ25の多重応答最適化には、グレー関係グレードとハイブリッドしたタグチメソッドも採用されています。