Comparison of Machine Learning Approaches for Time-series-based Quality Monitoring of Resistance Spot Welding (RSW)

In automatic manufacturing, enormous amounts of data are generated every day. However, labeled production data useful for data analysis is difficult to acquire. Resistance spot welding (RSW), widely applied in automobile production, is a typical automatic manufacturing process with inhomogeneous data structures as well as statistical and systematic dynamics. In resistance spot welding, an electric current flows through electrodes and the materials in between. The materials are first heated and melted, then congeal, forming what is known as a weld nugget, joining the materials together. The nugget size is an important quality indicator, but can only be precisely obtained by using costly destructive methods. This paper strives to address the issue of the scarcity of labeled data by using simulation data generated with a verified finite element model. Physics-based simulation enables large amounts of labeled data to be generated with fewer limits on sensors and costs. Based on the simulation data, this paper explores and compares multiple machine learning methods, predicts the nugget size with a high degree of accuracy, and conducts an analysis of the influence of feature number and amount of training data on prediction accuracy

Continued Experimental Study on the Friction Contact between a Labyrinth Seal Fin and a Honeycomb Stator: Slanted Position

Labyrinth seals are a state-of-the-art sealing technology to prevent and control leakage flows at rotor–stator interfaces in turbomachinery. Higher pressure ratios and the economical use of cooling air require small clearances, which lead to potential rubbing events. The use of honeycomb liners allows for minimal leakage by tolerating rub events to a certain extent. A previous study within an EU project investigated the complex contact conditions of honeycomb liners, with the idealized contact of a seal fin and a single parallel metal foil representing the honeycomb double foil section. In the present work, the results for the slanted foil position are shown and compared to the previous results. The variation of rub velocity, incursion speed, incursion rate, and seal geometry in a test rig allows for the identification of the influence on contact forces, temperatures, and wear. For the slanted position, significantly lower friction temperatures are observed, leading to a higher ratio of abrasive wear. Overall, the rub test results demonstrate strong interactions between the contact forces, friction temperatures, and wear

Experimental study of the pressure loss in aero-engine air-oil separators

The results of extensive experimental testing of an aero-engine air-oil separator are presented and discussed. The study focuses on the pressure loss of the system. Oil enters the device in the form of dispersed droplets. Subsequently, separation occurs by centrifuging larger droplets towards the outer walls and by film formation at the inner surface of a rotating porous material, namely an open-cell metal foam. The work described here is part of a study led jointly by the Karlsruhe Institute of Technology (KIT) and the University of Nottingham (UNott) within a recent EU project. The goal of the research is to increase the separation efficiency to mitigate oil consumption and emissions, while keeping the pressure loss as low as possible. The aim is to determine the influencing factors on pressure loss and separation efficiency. With this knowledge, a correlation can eventually be derived. Experiments were conducted for three different separator configurations, one without a metal foam and two with metal foams of different pore sizes. For each configuration, a variety of engine-like conditions of air mass flow rate, rotational speed and droplet size was investigated. The experimental results were used to validate and improve the numerical modelling. Results for the pressure drop and its dependencies on air mass flow rate and the rotational speed were analysed. It is shown that the swirling flow and the dissipation of angular momentum are the most important contributors to the pressure drop, besides the losses due to friction and dissipation caused by the flow passing the metal foam. It was found that the ratio of the rotor speed and the tangential velocity of the fluid is an important parameter to describe the influence of rotation on the pressure loss. Contrary to expectations, the pressure loss is not necessarily increased with a metal foam installed

Entwicklung und experimentelle Validierung eines Ansatzes für die Modellierung des Anstreifverhaltens von Labyrinthdichtungen mit Honigwabeneinlaufbelägen

Die Optimierung dynamischer Dichtsysteme ist eine kostengünstige Methode zur Erhöhung der Wirkungsgrade, Lebensdauer und Betriebssicherheit von Turbomaschinen. Zuverlässige und effiziente Dichtsysteme lassen sich nur realisieren, wenn die Anstreifvorgänge zwischen rotierenden und statischen Komponenten sowie ihre Folgen schon bei der Auslegung berücksichtigt und im Betrieb beherrscht werden können. Bis heute sind die physikalischen Vorgänge beim Anstreifen jedoch nur unzureichend verstanden und es fehlen zuverlässige Modellierungsansätze für ihre Vorhersage. Die vorliegende Arbeit liefert einen essentiellen Beitrag zum Verständnis des Anstreifverhaltens und somit zur Optimierung einlaufender dynamischer Dichtsysteme mit Fokus auf Labyrinthdichtungen mit Einlaufbelägen aus Hohlkörperstrukturen. Mit Hilfe aufwändiger experimenteller Untersuchungen wird in dieser Arbeit ein tiefergreifendes physikalisches Verständnis der Anstreifvorgänge bereitgestellt. Die experimentell gewonnenen Erkenntnisse bilden schließlich die Grundlage für die Entwicklung eines Modellierungsansatzes, der erstmals unter Berücksichtigung aller Einflussparameter die zuverlässige Vorhersage des Anstreifverhaltens einlaufender Labyrinthdichtungen ermöglicht

Entwicklung und experimentelle Validierung eines Ansatzes für die Modellierung des Anstreifverhaltens von Labyrinthdichtungen mit Honigwabeneinlaufbelägen

Die Optimierung dynamischer Dichtsysteme ist eine kostengünstige Methode zur Erhöhung der Wirkungsgrade, Lebensdauer und Betriebssicherheit von Turbomaschinen. Zuverlässige und effiziente Dichtsysteme lassen sich nur realisieren, wenn die Anstreifvorgänge zwischen rotierenden und statischen Komponenten sowie ihre Folgen schon bei der Auslegung berücksichtigt und im Betrieb beherrscht werden können. Bis heute sind die physikalischen Vorgänge beim Anstreifen jedoch nur unzureichend verstanden und es fehlen zuverlässige Modellierungsansätze für ihre Vorhersage. Die vorliegende Arbeit liefert einen essentiellen Beitrag zum Verständnis des Anstreifverhaltens und somit zur Optimierung einlaufender dynamischer Dichtsysteme mit Fokus auf Labyrinthdichtungen mit Einlaufbelägen aus Hohlkörperstrukturen. Mit Hilfe aufwändiger experimenteller Untersuchungen wird in dieser Arbeit ein tiefergreifendes physikalisches Verständnis der Anstreifvorgänge bereitgestellt. Die experimentell gewonnenen Erkenntnisse bilden schließlich die Grundlage für die Entwicklung eines Modellierungsansatzes, der erstmals unter Berücksichtigung aller Einflussparameter die zuverlässige Vorhersage des Anstreifverhaltens einlaufender Labyrinthdichtungen ermöglicht