Implementação de método híbrido para determinação de parâmetros de encruamento

Abstract

O processo de identificação de parâmetros utilizando variadas metodologias de otimização tem se mostrado uma ferramenta importante na determinação de parâmetros de modelos constitutivos característicos de materiais. O grau de complexidade da relação constitutiva do material é um fator determinante na escolha do método de otimização, uma vez que a função objetivo pode apresentar muitos mínimos ou máximos locais. No presente trabalho, em uma primeira etapa, desenvolveu-se rotinas computacionais na linguagem PYTHON que envolveram um algoritmo evolutivo, o Algoritmo Genético (GA), e um algoritmo baseado em gradiente, o Algoritmo de Levenberg-Marquardt Dividido (LMD), e propôs-se um modelo híbrido que unisse a robustez de busca do GA e a velocidade e precisão do Algoritmo LMD. As rotinas desenvolvidas foram testadas para diferentes funções objetivo obtendo-se soluções viáveis após um número reduzido de iterações. Em uma segunda etapa, utilizando-se os resultados obtidos via o teste de tração dos aços 4340 normalizado e recozido e a liga 1524 U2, inicialmente, desenvolveu-se uma rotina para automatizar a busca por características do material como o módulo de elasticidade, as tensões inicial de escoamento, máxima e de ruptura, além de propriedades como resiliência e tenacidade e, por fim, aplicou-se as rotinas idealizadas, anteriormente, na determinação de parâmetros de encruamento segundo o modelo de Kleinermann e Ponthot (2003). O ponto crítico verificado foi o método dos Elementos Finitos, aqui representado pelo sistema HYPLAS. Um sistema acadêmico útil no desenvolvimento do método híbrido, mas que adicionou a cada iteração do GA e do Algoritmo LMD diversos segundos de processamento. Ao final do trabalho, em uma terceira etapa, foi realizado um estudo de caso envolvendo outro modelo constitutivo. Buscou-se verificar a aplicabilidade do modelo de materiais porosos de Gurson (1977) na caracterização das propriedades mecânicas de corpos de prova produzidos via manufatura aditiva. Foram mensuradas a curva de endurecimento do material até a fratura e o nível de porosidade inicial e crítica em diferentes pontos e direções de deposição do metal. Observou-se que a porosidade do material variou de 5% a 18% ao longo das direções de deposição, o que influenciou as características de resistência, como tensão de escoamento, módulo de elasticidade e nível de deformação plástica acumulada na fratura. Por fim, verificou-se que o modelo baseado em Gurson (1977) consegue descrever o comportamento mecânico de materiais fornecidos por manufatura aditiva e pode ser utilizado como alternativa para predizer a fração de vazio volumétrico, um defeito presente nesses tipos de materiais.