ANFIS

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 3115 (2023) Citar este artigo

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O efeito da microestrutura na conformabilidade das chapas metálicas inoxidáveis ​​é uma grande preocupação para os engenheiros nas indústrias de chapas. No caso dos aços austeníticos, a existência de martensita induzida por deformação (\({\alpha }^{^{\prime}}\)-martensita) em sua microestrutura causa considerável redução no endurecimento e na conformabilidade. No presente estudo pretendemos avaliar a conformabilidade de aços AISI 316 com diferentes intensidades de martensita através 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 diversas espessuras. Posteriormente, a área relativa da martensita induzida por deformação é medida por meio de testes de metalografia. A conformabilidade das chapas laminadas é determinada usando teste de punção hemisférica para obter diagramas limite de formação (FLDs). Os dados obtidos nos experimentos foram posteriormente utilizados para treinar e validar um sistema de interferência neural difusa artificial (ANFIS). Após o treinamento do 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, ao mesmo tempo que fortalece significativamente as chapas. Além disso, o ANFIS apresenta resultados satisfatórios em comparação com as medidas experimentais.

A conformabilidade de chapas metálicas, embora tenha sido objeto de pesquisas há décadas, ainda é um interessante campo de estudo 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 (MEV) e difração de retroespalhamento de elétrons (EBSD) tem ajudado os pesquisadores a observar atividades microestruturais das estruturas cristalinas durante a deformação. A compreensão dos efeitos das diferentes fases nos metais, tamanho e orientação dos grãos e imperfeições em microescala no nível dos grãos são vitais na previsão da conformabilidade.

A determinação da conformabilidade em si é um procedimento desafiador, uma vez que foi comprovado que a conformabilidade é altamente dependente do caminho1,2,3. Portanto, a representação convencional das deformações limites de formação não poderia ser confiável em condições de carregamento não proporcionais. Por outro lado, a maioria dos caminhos de carregamento em aplicações industriais é categorizada como não proporcional. Nesse sentido, os métodos experimentais hemisféricos convencionais e Marciniak – Kuczynski (M – K) devem ser utilizados com cautela . Nos últimos anos, outro conceito de diagrama limite de formação de fratura (FFLD) atraiu a atenção de muitos engenheiros na área de conformabilidade. Neste conceito, a conformabilidade das chapas é prevista utilizando os modelos de dano. Nesse sentido, a independência de trajetória está intrinsecamente incorporada nas análises e os resultados estão de acordo com 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 dos metais10,11,12,13,14,15.

A dependência do tamanho é um desafio na incorporação de micro-recursos em metais. Em espaços de pequenas deformações, a dependência das características de vibração e flambagem provou ser fortemente dependente da escala de comprimento dos materiais . 28,29,30. Os efeitos do tamanho do grão na conformabilidade são reconhecidos na indústria há muito tempo. Os efeitos do tamanho e espessura do grão na elasticidade das chapas metálicas foram examinados usando análise teórica de Yamaguchi e Mellor31. Usando o modelo de Marciniak, eles relataram que a diminuição na relação entre espessura e tamanho de grão causa diminuição na estirabilidade das chapas em condições de carga de estiramento biaxial. Resultados experimentais de Wilson et al.32 confirmam que a redução da espessura até o diâmetro médio do grão (t/d) leva à diminuição da extensibilidade biaxial de três chapas metálicas diferentes com espessuras diversas. Eles concluíram que para valores de t/d inferiores a 20, a proeminente falta de homogeneidade de deformação e o estreitamento são afetados principalmente por grãos individuais na espessura da folha. O efeito do tamanho de grão dos aços inoxidáveis ​​austeníticos 304 e 316 na trabalhabilidade em massa foi investigado por Ulvan e Koursaris33. Eles relataram que a conformabilidade desses metais não foi afetada pelo tamanho do grão, mas foram observadas ligeiras variações nas características de tração. Especificamente, o aumento no tamanho dos grãos resultou na diminuição das medidas de resistência desses aços. O exame do efeito da densidade de discordância na tensão de fluxo do níquel metálico revela que, independentemente do tamanho do grão, é a densidade de discordância que determina a tensão de fluxo do metal . A interação dos grãos 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 cristalina 35. Os resultados numéricos em suas análises estavam em boa harmonia com os experimentos, embora devido a limitações na aplicação da condição de contorno alguns os resultados da simulação desviaram-se dos experimentos. Folhas de alumínio laminadas manifestaram diferentes formabilidades conforme simulações de plasticidade cristalina detectadas e exame experimental 36. Foi demonstrado que, embora as curvas tensão-deformação de diferentes folhas fossem quase semelhantes, houve diferenças significativas em sua conformabilidade com base no inicial texturas. Amelirad e Assempour utilizaram experimental e CPFEM para obter curvas limite de formação em chapas metálicas de aço inoxidável austenítico 37. Sua simulação revela que o aumento no tamanho do grão muda formando curvas limite para cima em FLD. Além disso, a orientação do grão e os efeitos da morfologia na nucleação de vazios foram examinados pelos mesmos autores38.