ANFIS

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 3115 (2023) Cite este artigo

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Detalhes das métricas

O efeito da microestrutura na conformabilidade das chapas metálicas inoxidáveis ​​é uma grande preocupação para os engenheiros das indústrias de chapas. No caso dos aços austeníticos, a existência de martensita induzida por deformação (\({\alpha }^{^{\prime}}\)-martensita) em sua microestrutura causa considerável encruamento e redução da conformabilidade. No presente estudo, objetivamos avaliar a conformabilidade de aços AISI 316 com diferentes intensidades de martensita por meio de métodos experimentais e de inteligência artificial. Na primeira etapa, os aços AISI 316 com espessura inicial de 2 mm são recozidos e laminados a frio em várias espessuras. Posteriormente, a área relativa da martensita induzida por deformação é medida usando testes de metalografia. A conformabilidade das folhas laminadas é determinada usando o teste de punção hemisférica para obter diagramas de limite de conformação (FLDs). Os dados obtidos dos experimentos foram posteriormente utilizados para treinar e validar um sistema artificial de interferência nebulosa (ANFIS). Depois de treinar o ANFIS, as principais deformações previstas pela rede neural são comparadas com um novo conjunto de resultados experimentais. Os resultados indicam que a laminação a frio tem efeitos desfavoráveis ​​na conformabilidade deste tipo de aços inoxidáveis ​​enquanto fortalece significativamente as chapas. Além disso, o ANFIS apresenta resultados satisfatórios em comparação com as medições experimentais.

A conformabilidade de chapas metálicas, embora tenha sido objeto de artigos de pesquisa por décadas, ainda é um campo de estudo interessante na metalurgia. Os novos instrumentos tecnológicos e modelos computacionais facilitam a descoberta dos fatores subjacentes que afetam a conformabilidade. Mais importante ainda, o uso de métodos de elementos finitos de plasticidade cristalina (CPFEM) nos últimos anos revela a importância da microestrutura nos limites de formação. Por outro lado, a disponibilidade de microscópio eletrônico de varredura (SEM) e difração de retroespalhamento de elétrons (EBSD) ajudaram os pesquisadores a observar as atividades microestruturais das estruturas cristalinas durante a deformação. A compreensão dos efeitos de diferentes fases em metais, tamanho e orientação do grão e imperfeição em microescala no nível do grão são vitais na previsão da conformabilidade.

A própria determinação da formabilidade é um procedimento desafiador, pois foi comprovado que a formabilidade é altamente dependente do caminho1,2,3. Portanto, a representação convencional das deformações limite de conformação não pode ser confiável em condições de carregamento não proporcional. Por outro lado, a maioria dos caminhos de carregamento em aplicações industriais é categorizada como não proporcional. A esse respeito, os métodos experimentais hemisféricos convencionais e de Marciniak-Kuczynski (M-K) devem ser utilizados com cautela4,5,6. Nos últimos anos, outro conceito de diagrama limite de formação de fratura (FFLD) atraiu a atenção de muitos engenheiros no campo da conformabilidade. Neste conceito, a conformabilidade das chapas é prevista usando os modelos de dano. Nesse sentido, a independência da trajetória está intrinsecamente incorporada nas análises e os resultados estão em boa concordância com os resultados experimentais não proporcionais7,8,9. A conformabilidade em chapas metálicas depende de diversos parâmetros e histórico de processamento das chapas e também da microestrutura e fases em metais10,11,12,13,14,15.

A dependência de tamanho é um desafio na incorporação de microcaracterísticas em metais. No espaço de pequena deformação, a dependência das características de vibração e flambagem provou ser fortemente dependente da escala de comprimento dos materiais16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, 28,29,30. Os efeitos do tamanho de grão na conformabilidade são reconhecidos na indústria há muito tempo. Efeitos do tamanho de grão e espessura na elasticidade de chapas metálicas foram examinados usando análise teórica por Yamaguchi e Mellor31. Usando o modelo de Marciniak, eles relataram que a diminuição na proporção entre espessura e tamanho de grão causa diminuição na capacidade de estiramento das chapas em condição de carga de estiramento biaxial. Os resultados experimentais de Wilson et al.32 confirmam que a redução da espessura para o diâmetro médio do grão (t/d) leva à diminuição da elasticidade biaxial de três chapas metálicas diferentes com várias espessuras. Eles concluíram que para valores de t/d menores que 20, a heterogeneidade de deformação proeminente e a estricção são mais afetadas por grãos individuais na espessura da chapa. O efeito do tamanho de grão dos aços inoxidáveis ​​austeníticos 304 e 316 na trabalhabilidade a granel foi investigado por Ulvan e Koursaris33. Eles relataram que a conformabilidade desses metais não foi afetada pelo tamanho do grão, mas foram observadas pequenas variações nas características de tração. Em específico, o aumento no tamanho de grão resultou na diminuição das medidas de resistência desses aços. O exame do efeito da densidade de deslocamento na tensão de fluxo do metal níquel revela que, independentemente do tamanho do grão, é a densidade de deslocamento que determina a tensão de fluxo do metal34. A interação do grão e as orientações iniciais também têm influência significativa na evolução da textura no alumínio, conforme examinado por (Becker e Panchanadeeswaran usando simulações experimentais e de plasticidade cristalina35. Os resultados numéricos em suas análises estavam em boa harmonia com os experimentos, embora devido a limitações na aplicação de condições de contorno os resultados da simulação desviaram-se dos experimentos. Folhas de alumínio laminadas manifestaram diferentes conformabilidades conforme simulações de plasticidade de cristal detectadas e exame experimental36. Foi mostrado que, embora as curvas tensão-deformação de diferentes chapas fossem quase semelhantes, havia diferenças significativas em sua conformabilidade com base na inicial texturas. Amelirad e Assempour utilizaram experimental e CPFEM para obter curvas de limite de formação em chapa de aço inoxidável austenítico37. Sua simulação revela que o aumento no tamanho de grão muda formando curvas de limite para cima em FLD. Além disso, a orientação de grão e os efeitos da morfologia na nucleação de vazios foram examinados pelos mesmos autores38.