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Otimização de propriedades mecânicas em materiais utilizando evolução diferencial

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Este trabalho envolve um estudo sobre a determinação de propriedades mecânicas de materiais, com foco especial no teste de indentação instrumentada (IIT) e na aplicação da plastometria (abordagem empregada para determinar propriedades mecânicas). Especificamente, buscou-se identificar o coeficiente de dureza k e o coeficiente de encruamento n de três materiais distintos - aço AISI 4340 28HRC, liga de níquel UNS N06022 (C-22) e liga de alumínio AMS 4050 T7451 (7050). Com esse propósito, uma simulação por elementos finitos da IIT foi apresentada, desde a modelagem da geometria até a definição das propriedades do material. Mais ainda, a implementação de Evolução Diferencial (ED) para minimizar a diferença entre os perfis de calota experimental e simulado. Nessa implementação, as variáveis de otimização serão inicialmente as propriedades plásticas n e k da equação de Hollomon. Posteriormente, o módulo elástico E também será incluído como variável de otimização. Primeiramente serão geradas comparações entre os perfis de calota experimental e simulado com os parâmetros determinados a partir do ensaio à tração. O modelo apresentou boa representação nos resultados para o C22 e o Aço 4340 de dureza 28HRC. No entanto, a representatividade para o Alumínio 7050 será pouco precisa devido ao alto valor de ajuste Sred registrado. Então, adotando apenas n e k como variáveis de otimização na ED, a plastometria resultou em valores inadequados para as propriedades mecânicas e, consequentemente, em uma baixa representatividade da fase plástica da curva tensão × deformação para os três materiais analisados, muito embora gerará valores inferiores de Sred em relação aos determinados com as propriedades do ensaio à tração. Isso poderá estar associado com a existência de "materiais fantasmas", como descrito por Chen et al. (2007). Para mitigar o problema, a inclusão do Módulo Elástico E como variável de otimização será realizada. Desta forma, o modelo experimental se adequará significativamente ao experimental considerando o baixo valor de Sred obtido. O erro de k para o aço será de 6,5 % para o Algoritmo Genético (AG) e de 6,9 % na abordagem da ED, enquanto o valor de n para o níquel será estimado com um erro de 9,1 %. Notavelmente, o algoritmo genético foi capaz de estimar corretamente o valor desse parâmetro. Ainda mais, os parâmetros n e k do Alumínio 7050 serão estimados com precisão para a ED, com um erro abaixo de 1 %.

Abstract

Palavras-chave

Propriedades mecânicas, Indentação instrumentada, Simulação numérica, Otimização de parâmetros, Evolução Diferencial

Citação

NAVES, Saint Clair Alves. Otimização de propriedades mecânicas em materiais utilizando evolução diferencial. 2024. 57 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecatrônica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024.

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