Σας ευχαριστούμε που επισκεφτήκατε το Nature.com. Χρησιμοποιείτε μια έκδοση προγράμματος περιήγησης με περιορισμένη υποστήριξη CSS. Για την καλύτερη εμπειρία, συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα ενημερωμένο πρόγραμμα περιήγησης (ή να απενεργοποιήσετε τη λειτουργία συμβατότητας στον Internet Explorer). Επιπλέον, για να διασφαλίσουμε τη συνεχή υποστήριξη, εμφανίζουμε τον ιστότοπο χωρίς στυλ και JavaScript.
Ρυθμιστικά που εμφανίζουν τρία άρθρα ανά διαφάνεια. Χρησιμοποιήστε τα κουμπιά πίσω και επόμενο για να μετακινηθείτε στις διαφάνειες ή τα κουμπιά του ελεγκτή ολίσθησης στο τέλος για να μετακινηθείτε σε κάθε διαφάνεια.
Η επίδραση της μικροδομής στη μορφοποιησιμότητα των φύλλων από ανοξείδωτο χάλυβα είναι μια σημαντική ανησυχία για τους μηχανικούς επεξεργασίας λαμαρίνας. Για τους ωστενιτικούς χάλυβες, η παρουσία μαρτενσίτη παραμόρφωσης (\({\alpha}^{^{\prime))\)-μαρτενσίτης) στη μικροδομή οδηγεί σε σημαντική σκλήρυνση και μείωση της μορφοποίησης. Σε αυτή τη μελέτη, στοχεύσαμε να αξιολογήσουμε τη μορφοποιησιμότητα των χάλυβων AISI 316 με διαφορετικές μαρτενσιτικές αντοχές με πειραματικές μεθόδους και μεθόδους τεχνητής νοημοσύνης. Στο πρώτο βήμα, ο χάλυβας AISI 316 με αρχικό πάχος 2 mm ανοπτήθηκε και έλαβαν ψυχρής έλασης σε διάφορα πάχη. Ακολούθως, η περιοχή σχετικής παραμόρφωσης μαρτενσίτη μετρήθηκε με μεταλλογραφική δοκιμή. Η ικανότητα σχηματισμού των ελασμένων φύλλων προσδιορίστηκε χρησιμοποιώντας μια δοκιμή διάρρηξης ημισφαιρίου για να ληφθεί ένα διάγραμμα ορίου παραμόρφωσης (FLD). Τα δεδομένα που λαμβάνονται ως αποτέλεσμα των πειραμάτων χρησιμοποιούνται περαιτέρω για την εκπαίδευση και τη δοκιμή του τεχνητού νευροασαφούς συστήματος παρεμβολής (ANFIS). Μετά την εκπαίδευση ANFIS, τα κυρίαρχα στελέχη που προβλέφθηκαν από το νευρωνικό δίκτυο συγκρίθηκαν με ένα νέο σύνολο πειραματικών αποτελεσμάτων. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η ψυχρή έλαση έχει αρνητική επίδραση στη μορφοποίηση αυτού του τύπου ανοξείδωτου χάλυβα, αλλά η αντοχή του φύλλου βελτιώνεται σημαντικά. Επιπλέον, το ANFIS παρουσιάζει ικανοποιητικά αποτελέσματα σε σύγκριση με τις πειραματικές μετρήσεις.
Η ικανότητα σχηματισμού λαμαρίνας, αν και αντικείμενο επιστημονικών άρθρων για δεκαετίες, παραμένει ένας ενδιαφέρον τομέας έρευνας στη μεταλλουργία. Νέα τεχνικά εργαλεία και υπολογιστικά μοντέλα διευκολύνουν την εύρεση πιθανών παραγόντων που επηρεάζουν τη μορφοποίηση. Το πιο σημαντικό, η σημασία της μικροδομής για το όριο σχήματος έχει αποκαλυφθεί τα τελευταία χρόνια χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Crystal Plasticity Finite Element Method (CPFEM). Από την άλλη πλευρά, η διαθεσιμότητα της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM) και της διάθλασης οπισθοσκέδασης ηλεκτρονίων (EBSD) βοηθά τους ερευνητές να παρατηρήσουν τη μικροδομική δραστηριότητα των κρυσταλλικών δομών κατά την παραμόρφωση. Η κατανόηση της επίδρασης διαφορετικών φάσεων στα μέταλλα, το μέγεθος και ο προσανατολισμός των κόκκων και τα μικροσκοπικά ελαττώματα στο επίπεδο των κόκκων είναι κρίσιμη για την πρόβλεψη της μορφοποίησης.
Ο προσδιορισμός της μορφοποιησιμότητας είναι από μόνος του μια πολύπλοκη διαδικασία, καθώς η διαμορφωσιμότητα έχει αποδειχθεί ότι εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις διαδρομές 1, 2, 3. Επομένως, οι συμβατικές έννοιες της τελικής παραμόρφωσης σχηματισμού είναι αναξιόπιστες υπό δυσανάλογες συνθήκες φόρτισης. Από την άλλη πλευρά, οι περισσότερες διαδρομές φορτίου σε βιομηχανικές εφαρμογές ταξινομούνται ως μη αναλογική φόρτιση. Από αυτή την άποψη, οι παραδοσιακές ημισφαιρικές και πειραματικές μέθοδοι Marciniak-Kuchinsky (MK)4,5,6 θα πρέπει να χρησιμοποιούνται με προσοχή. Τα τελευταία χρόνια, μια άλλη ιδέα, το διάγραμμα ορίου θραύσης (FFLD), έχει προσελκύσει την προσοχή πολλών μηχανικών μορφοποίησης. Σε αυτή την ιδέα, ένα μοντέλο ζημιάς χρησιμοποιείται για την πρόβλεψη της μορφοποίησης του φύλλου. Από αυτή την άποψη, η ανεξαρτησία διαδρομής περιλαμβάνεται αρχικά στην ανάλυση και τα αποτελέσματα συμφωνούν καλά με τα μη κλιμακούμενα πειραματικά αποτελέσματα7,8,9. Η μορφοποίηση μιας λαμαρίνας εξαρτάται από πολλές παραμέτρους και το ιστορικό επεξεργασίας του φύλλου, καθώς και από τη μικροδομή και τη φάση του μετάλλου10,11,12,13,14,15.
Η εξάρτηση από το μέγεθος είναι ένα πρόβλημα όταν εξετάζονται τα μικροσκοπικά χαρακτηριστικά των μετάλλων. Έχει αποδειχθεί ότι, σε μικρούς χώρους παραμόρφωσης, η εξάρτηση των ιδιοτήτων δόνησης και λυγισμού εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την κλίμακα μήκους του υλικού16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, 28,29,30. Η επίδραση του μεγέθους των κόκκων στη μορφοποίηση έχει αναγνωριστεί από καιρό στη βιομηχανία. Οι Yamaguchi και Mellor [31] μελέτησαν την επίδραση του μεγέθους και του πάχους των κόκκων στις ιδιότητες εφελκυσμού των μεταλλικών φύλλων χρησιμοποιώντας θεωρητική ανάλυση. Χρησιμοποιώντας το μοντέλο Marciniac, αναφέρουν ότι υπό διαξονική εφελκυστική φόρτιση, μια μείωση του λόγου του πάχους προς το μέγεθος κόκκου οδηγεί σε μείωση των ιδιοτήτων εφελκυσμού του φύλλου. Πειραματικά αποτελέσματα από τους Wilson et al. 32 επιβεβαίωσε ότι η μείωση του πάχους στη μέση διάμετρο κόκκου (t/d) είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση της διαξονικής εκτασιμότητας μεταλλικών φύλλων τριών διαφορετικών πάχους. Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι σε τιμές t/d μικρότερες από 20, η αισθητή ανομοιογένεια παραμόρφωσης και ο λαιμός επηρεάζονται κυρίως από μεμονωμένους κόκκους στο πάχος του φύλλου. Οι Ulvan και Koursaris33 μελέτησαν την επίδραση του μεγέθους των κόκκων στη συνολική μηχανική ικανότητα των ωστενιτικών ανοξείδωτων χάλυβων 304 και 316. Αναφέρουν ότι η μορφοποίηση αυτών των μετάλλων δεν επηρεάζεται από το μέγεθος των κόκκων, αλλά μπορούν να φανούν μικρές αλλαγές στις ιδιότητες εφελκυσμού. Είναι η αύξηση του μεγέθους των κόκκων που οδηγεί σε μείωση των χαρακτηριστικών αντοχής αυτών των χάλυβων. Η επίδραση της πυκνότητας εξάρθρωσης στην τάση ροής των μετάλλων νικελίου δείχνει ότι η πυκνότητα εξάρθρωσης καθορίζει την τάση ροής του μετάλλου, ανεξάρτητα από το μέγεθος των κόκκων34. Η αλληλεπίδραση των κόκκων και ο αρχικός προσανατολισμός έχουν επίσης μεγάλη επίδραση στην εξέλιξη της υφής του αλουμινίου, η οποία διερευνήθηκε από τους Becker και Panchanadiswaran χρησιμοποιώντας πειράματα και μοντελοποίηση της πλαστικότητας των κρυστάλλων35. Τα αριθμητικά αποτελέσματα στην ανάλυσή τους συμφωνούν καλά με τα πειράματα, αν και ορισμένα αποτελέσματα προσομοίωσης αποκλίνουν από τα πειράματα λόγω των περιορισμών των εφαρμοζόμενων οριακών συνθηκών. Με τη μελέτη των σχεδίων πλαστικότητας των κρυστάλλων και την πειραματική ανίχνευση, τα ελασμένα φύλλα αλουμινίου παρουσιάζουν διαφορετική μορφοποίηση36. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι αν και οι καμπύλες τάσης-παραμόρφωσης των διαφορετικών φύλλων ήταν σχεδόν ίδιες, υπήρχαν σημαντικές διαφορές στη μορφοποίησή τους με βάση τις αρχικές τιμές. Οι Amelirad και Assempur χρησιμοποίησαν πειράματα και CPFEM για να λάβουν τις καμπύλες τάσης-παραμόρφωσης για φύλλα ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα37. Οι προσομοιώσεις τους έδειξαν ότι η αύξηση του μεγέθους των κόκκων μετατοπίζεται προς τα πάνω στο FLD, σχηματίζοντας μια περιοριστική καμπύλη. Επιπλέον, οι ίδιοι συγγραφείς διερεύνησαν την επίδραση του προσανατολισμού και της μορφολογίας των κόκκων στο σχηματισμό κενών 38 .
Εκτός από τη μορφολογία και τον προσανατολισμό των κόκκων στους ωστενιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες, η κατάσταση των διδύμων και των δευτερογενών φάσεων είναι επίσης σημαντική. Η αδελφοποίηση είναι ο κύριος μηχανισμός σκλήρυνσης και αύξησης της επιμήκυνσης στον χάλυβα TWIP 39. Η Hwang40 ανέφερε ότι η μορφοποίηση των χάλυβων TWIP ήταν κακή παρά την επαρκή απόκριση εφελκυσμού. Ωστόσο, η επίδραση της διδυμοποίησης παραμόρφωσης στη μορφοποίηση των φύλλων ωστενιτικού χάλυβα δεν έχει μελετηθεί επαρκώς. Οι Mishra et al. 41 μελέτησαν ωστενιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες για να παρατηρήσουν την αδελφοποίηση κάτω από διάφορες διαδρομές εφελκυσμού. Βρήκαν ότι τα δίδυμα θα μπορούσαν να προέρχονται από πηγές αποσύνθεσης τόσο των ανόπτητων διδύμων όσο και της νέας γενιάς διδύμων. Έχει παρατηρηθεί ότι τα μεγαλύτερα δίδυμα σχηματίζονται υπό διαξονική τάση. Επιπλέον, σημειώθηκε ότι ο μετασχηματισμός του ωστενίτη σε \({\alpha}^{^{\prime}}\)-μαρτενσίτη εξαρτάται από τη διαδρομή παραμόρφωσης. Hong et al. 42 διερεύνησε την επίδραση της διδυμοποίησης και του μαρτενσίτη που προκαλείται από το στέλεχος στην ευθραυστότητα του υδρογόνου σε ένα εύρος θερμοκρασιών σε επιλεκτική τήξη με λέιζερ ωστενιτικού χάλυβα 316L. Παρατηρήθηκε ότι, ανάλογα με τη θερμοκρασία, το υδρογόνο θα μπορούσε να προκαλέσει αστοχία ή να βελτιώσει τη μορφοποίηση του χάλυβα 316L. Οι Shen et al. 43 μέτρησε πειραματικά τον όγκο του μαρτενσίτη παραμόρφωσης υπό εφελκυσμό σε διάφορους ρυθμούς φόρτισης. Βρέθηκε ότι μια αύξηση στην εφελκυστική τάση αυξάνει το κλάσμα όγκου του κλάσματος μαρτενσίτη.
Οι μέθοδοι τεχνητής νοημοσύνης χρησιμοποιούνται στην επιστήμη και την τεχνολογία λόγω της ευελιξίας τους στη μοντελοποίηση σύνθετων προβλημάτων χωρίς να καταφεύγουν στα φυσικά και μαθηματικά θεμέλια του προβλήματος44,45,46,47,48,49,50,51,52 Ο αριθμός των μεθόδων τεχνητής νοημοσύνης αυξάνεται . Moradi et al. 44 χρησιμοποίησαν τεχνικές μηχανικής εκμάθησης για τη βελτιστοποίηση των χημικών συνθηκών για την παραγωγή λεπτότερων σωματιδίων νανοπυριτίου. Άλλες χημικές ιδιότητες επηρεάζουν επίσης τις ιδιότητες των υλικών νανοκλίμακας, κάτι που έχει διερευνηθεί σε πολλά ερευνητικά άρθρα53. Ce et al. 45 χρησιμοποίησε το ANFIS για να προβλέψει τη μορφοποίηση της λαμαρίνας από απλό ανθρακούχο χάλυβα κάτω από διάφορες συνθήκες έλασης. Λόγω της ψυχρής έλασης, η πυκνότητα εξάρθρωσης σε μαλακό χάλυβα έχει αυξηθεί σημαντικά. Οι απλοί ανθρακούχοι χάλυβες διαφέρουν από τους ωστενιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες ως προς τους μηχανισμούς σκλήρυνσης και αποκατάστασης. Στον απλό ανθρακούχο χάλυβα, οι μετασχηματισμοί φάσης δεν συμβαίνουν στη μικροδομή του μετάλλου. Εκτός από τη μεταλλική φάση, η ολκιμότητα, η θραύση, η μηχανική κατεργασία κ.λπ. των μετάλλων επηρεάζονται επίσης από διάφορα άλλα μικροδομικά χαρακτηριστικά που εμφανίζονται κατά τη διάρκεια διαφόρων τύπων θερμικής επεξεργασίας, ψυχρής επεξεργασίας και γήρανσης54,55,56,57,58,59 ,60. , 61, 62. Πρόσφατα, οι Chen et al. 63 μελέτησε την επίδραση της ψυχρής έλασης στη μορφοποίηση του χάλυβα 304L. Έλαβαν υπόψη τις φαινομενολογικές παρατηρήσεις μόνο σε πειραματικές δοκιμές προκειμένου να εκπαιδεύσουν το νευρωνικό δίκτυο να προβλέψει τη δυνατότητα διαμόρφωσης. Μάλιστα, στην περίπτωση των ωστενιτικών ανοξείδωτων χάλυβων, αρκετοί παράγοντες συνδυάζονται για να μειώσουν τις ιδιότητες εφελκυσμού του φύλλου. Οι Lu et al.64 χρησιμοποίησαν το ANFIS για να παρατηρήσουν την επίδραση διαφόρων παραμέτρων στη διαδικασία διαστολής της οπής.
Όπως συζητήθηκε εν συντομία στην παραπάνω ανασκόπηση, η επίδραση της μικροδομής στο διάγραμμα ορίου σχήματος έχει λάβει λίγη προσοχή στη βιβλιογραφία. Από την άλλη πλευρά, πολλά μικροδομικά χαρακτηριστικά πρέπει να ληφθούν υπόψη. Επομένως, είναι σχεδόν αδύνατο να συμπεριληφθούν όλοι οι μικροδομικοί παράγοντες στις αναλυτικές μεθόδους. Υπό αυτή την έννοια, η χρήση της τεχνητής νοημοσύνης μπορεί να είναι ευεργετική. Από αυτή την άποψη, αυτή η μελέτη διερευνά την επίδραση μιας πτυχής των μικροδομικών παραγόντων, δηλαδή της παρουσίας μαρτενσίτη που προκαλείται από τάσεις, στη μορφοποίηση των φύλλων από ανοξείδωτο χάλυβα. Αυτή η μελέτη διαφέρει από άλλες μελέτες τεχνητής νοημοσύνης όσον αφορά τη μορφοποίηση στο ότι η εστίαση είναι στα μικροδομικά χαρακτηριστικά και όχι μόνο στις πειραματικές καμπύλες FLD. Επιδιώξαμε να αξιολογήσουμε τη δυνατότητα μορφοποίησης του χάλυβα 316 με διάφορα περιεχόμενα μαρτενσίτη χρησιμοποιώντας πειραματικές μεθόδους και μεθόδους τεχνητής νοημοσύνης. Στο πρώτο βήμα, ο χάλυβας 316 με αρχικό πάχος 2 mm ανόπτεται και ελάσσεται ψυχρής σε διάφορα πάχη. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας μεταλλογραφικό έλεγχο, μετρήθηκε η σχετική επιφάνεια του μαρτενσίτη. Η ικανότητα σχηματισμού των ελασμένων φύλλων προσδιορίστηκε χρησιμοποιώντας μια δοκιμή διάρρηξης ημισφαιρίου για να ληφθεί ένα διάγραμμα ορίου παραμόρφωσης (FLD). Τα δεδομένα που ελήφθησαν από αυτόν χρησιμοποιήθηκαν αργότερα για την εκπαίδευση και τη δοκιμή του συστήματος τεχνητής νευροασαφούς παρεμβολής (ANFIS). Μετά την εκπαίδευση ANFIS, οι προβλέψεις των νευρωνικών δικτύων συγκρίνονται με ένα νέο σύνολο πειραματικών αποτελεσμάτων.
Το μεταλλικό φύλλο ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα 316 που χρησιμοποιείται στην παρούσα μελέτη έχει χημική σύνθεση όπως φαίνεται στον Πίνακα 1 και αρχικό πάχος 1,5 mm. Ανόπτηση στους 1050°C για 1 ώρα ακολουθούμενη από σβέση με νερό για την ανακούφιση των υπολειμματικών τάσεων στο φύλλο και τη λήψη ομοιόμορφης μικροδομής.
Η μικροδομή των ωστενιτικών χάλυβων μπορεί να αποκαλυφθεί με χρήση πολλών χαρακτικών. Ένα από τα καλύτερα χαρακτικά είναι 60% νιτρικό οξύ σε απεσταγμένο νερό, χαραγμένο σε 1 VDC για 120 s38. Ωστόσο, αυτό το χαρακτικό δείχνει μόνο όρια κόκκων και δεν μπορεί να αναγνωρίσει όρια διπλών κόκκων, όπως φαίνεται στο Σχ. 1α. Ένας άλλος παράγοντας χάραξης είναι η οξική γλυκερόλη, στην οποία τα δίδυμα όρια μπορούν να απεικονιστούν καλά, αλλά τα όρια των κόκκων δεν είναι, όπως φαίνεται στο Σχ. 1β. Επιπλέον, μετά τον μετασχηματισμό της μετασταθερής ωστενιτικής φάσης στη φάση \({\άλφα }^{^{\prime}}\)-μαρτενσίτης μπορεί να ανιχνευθεί με τη χρήση της οξικής γλυκερίνης χάραξης, η οποία ενδιαφέρει την τρέχουσα μελέτη.
Μικροδομή της μεταλλικής πλάκας 316 μετά την ανόπτηση, που φαίνεται από διάφορους χαρακτήρες, (α) 200x, 60% \({\mathrm{HNO}}_{3}\) σε απεσταγμένο νερό στα 1,5 V για 120 s, και (β) 200x οξικό γλυκερύλιο.
Τα ανοπτημένα φύλλα κόπηκαν σε φύλλα πλάτους 11 cm και μήκους 1 m για κύλιση. Η μονάδα ψυχρής έλασης έχει δύο συμμετρικούς κυλίνδρους με διάμετρο 140 mm. Η διαδικασία ψυχρής έλασης προκαλεί τη μετατροπή του ωστενίτη σε μαρτενσίτη παραμόρφωσης σε ανοξείδωτο χάλυβα 316. Αναζητώντας την αναλογία της φάσης μαρτενσίτη προς τη φάση ωστενίτη μετά από ψυχρή έλαση σε διαφορετικά πάχη. Στο σχ. 2 δείχνει ένα δείγμα της μικροδομής της λαμαρίνας. Στο σχ. Το σχήμα 2α δείχνει μια μεταλλογραφική εικόνα ενός δείγματος σε έλαση, όπως φαίνεται από μια διεύθυνση κάθετη στο φύλλο. Στο σχ. 2b χρησιμοποιώντας το λογισμικό ImageJ65, το μαρτενσιτικό τμήμα επισημαίνεται με μαύρο χρώμα. Χρησιμοποιώντας τα εργαλεία αυτού του λογισμικού ανοιχτού κώδικα, μπορεί να μετρηθεί η περιοχή του κλάσματος μαρτενσίτη. Ο Πίνακας 2 δείχνει τα λεπτομερή κλάσματα των μαρτενσιτικών και ωστενιτικών φάσεων μετά την έλαση σε διάφορες μειώσεις σε πάχος.
Μικροδομή φύλλου 316 L μετά την έλαση σε μείωση πάχους 50%, όψη κάθετα στο επίπεδο του φύλλου, μεγεθυσμένη 200 φορές, οξική γλυκερίνη.
Οι τιμές που παρουσιάζονται στον Πίνακα 2 λήφθηκαν με τον μέσο όρο των μετρούμενων κλασμάτων μαρτενσίτη σε τρεις φωτογραφίες που ελήφθησαν σε διαφορετικές θέσεις στο ίδιο μεταλλογραφικό δείγμα. Επιπλέον, στο σχ. Το 3 δείχνει τετραγωνικές καμπύλες προσαρμογής για την καλύτερη κατανόηση της επίδρασης της ψυχρής έλασης στον μαρτενσίτη. Μπορεί να φανεί ότι υπάρχει μια σχεδόν γραμμική συσχέτιση μεταξύ της αναλογίας του μαρτενσίτη και της μείωσης του πάχους στην κατάσταση ψυχρής έλασης. Ωστόσο, μια τετραγωνική σχέση μπορεί να αντιπροσωπεύει καλύτερα αυτή τη σχέση.
Διακύμανση στην αναλογία μαρτενσίτη ως συνάρτηση της μείωσης του πάχους κατά τη διάρκεια της ψυχρής έλασης ενός αρχικά ανοπτημένου φύλλου χάλυβα 316.
Το όριο διαμόρφωσης αξιολογήθηκε σύμφωνα με τη συνήθη διαδικασία χρησιμοποιώντας δοκιμές έκρηξης ημισφαιρίου37,38,45,66. Συνολικά, κατασκευάστηκαν έξι δείγματα με κοπή λέιζερ με τις διαστάσεις που φαίνονται στο Σχ. 4α ως σύνολο πειραματικών δειγμάτων. Για κάθε κατάσταση του κλάσματος μαρτενσίτη, παρασκευάστηκαν και δοκιμάστηκαν τρία σετ δοκιμίων. Στο σχ. Το 4β δείχνει κομμένα, γυαλισμένα και επισημασμένα δείγματα.
Η χύτευση Nakazima περιορίζει το μέγεθος του δείγματος και το ξύλο κοπής. (α) Διαστάσεις, (β) Δείγματα κοπής και επισήμανσης.
Η δοκιμή για ημισφαιρική διάτρηση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας μια υδραυλική πρέσα με ταχύτητα διαδρομής 2 mm/s. Οι επιφάνειες επαφής της διάτρησης και του φύλλου λιπαίνονται καλά για να ελαχιστοποιηθεί η επίδραση της τριβής στα όρια διαμόρφωσης. Συνεχίστε τη δοκιμή μέχρι να παρατηρηθεί σημαντική στένωση ή θραύση στο δείγμα. Στο σχ. Το σχήμα 5 δείχνει το κατεστραμμένο δείγμα στη συσκευή και το δείγμα μετά τη δοκιμή.
Το όριο διαμόρφωσης προσδιορίστηκε χρησιμοποιώντας μια δοκιμή ημισφαιρικής διάρρηξης, (α) εξέδρα δοκιμής, (β) πλάκα δειγματοληψίας κατά τη θραύση στην εξέδρα δοκιμής, (γ) το ίδιο δείγμα μετά τη δοκιμή.
Το νευρο-ασαφή σύστημα που αναπτύχθηκε από τον Jang67 είναι ένα κατάλληλο εργαλείο για την πρόβλεψη της οριακής καμπύλης σχηματισμού φύλλων. Αυτός ο τύπος τεχνητού νευρωνικού δικτύου περιλαμβάνει την επίδραση παραμέτρων με ασαφείς περιγραφές. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να αποκτήσουν οποιαδήποτε πραγματική αξία στους τομείς τους. Οι τιμές αυτού του τύπου ταξινομούνται περαιτέρω ανάλογα με την αξία τους. Κάθε κατηγορία έχει τους δικούς της κανόνες. Για παράδειγμα, μια τιμή θερμοκρασίας μπορεί να είναι οποιοσδήποτε πραγματικός αριθμός και ανάλογα με την τιμή του, οι θερμοκρασίες μπορούν να ταξινομηθούν σε ψυχρές, μεσαίες, θερμές και ζεστές. Από αυτή την άποψη, για παράδειγμα, ο κανόνας για τις χαμηλές θερμοκρασίες είναι ο κανόνας «φόρεσε ένα σακάκι» και ο κανόνας για τις ζεστές θερμοκρασίες είναι «αρκετό μπλουζάκι». Στην ίδια τη ασαφή λογική, η έξοδος αξιολογείται ως προς την ακρίβεια και την αξιοπιστία. Ο συνδυασμός συστημάτων νευρωνικών δικτύων με ασαφή λογική διασφαλίζει ότι το ANFIS θα παρέχει αξιόπιστα αποτελέσματα.
Το σχήμα 6 που παρέχεται από τον Jang67 δείχνει ένα απλό νευρωνικό ασαφές δίκτυο. Όπως φαίνεται, το δίκτυο λαμβάνει δύο εισόδους, στη μελέτη μας η είσοδος είναι η αναλογία του μαρτενσίτη στη μικροδομή και η τιμή της μικρής καταπόνησης. Στο πρώτο επίπεδο ανάλυσης, οι τιμές εισόδου ασαφοποιούνται χρησιμοποιώντας ασαφείς κανόνες και συναρτήσεις μέλους (FC):
Για \(i=1, 2\), αφού η είσοδος θεωρείται ότι έχει δύο κατηγορίες περιγραφής. Το MF μπορεί να πάρει οποιοδήποτε τριγωνικό, τραπεζοειδές, Gaussian ή οποιοδήποτε άλλο σχήμα.
Με βάση τις κατηγορίες \({A}_{i}\) και \({B}_{i}\) και τις τιμές MF τους στο επίπεδο 2, υιοθετούνται ορισμένοι κανόνες, όπως φαίνεται στο σχήμα 7. Σε αυτό επίπεδο, τα αποτελέσματα των διαφόρων εισόδων συνδυάζονται κατά κάποιο τρόπο. Εδώ, οι ακόλουθοι κανόνες χρησιμοποιούνται για να συνδυάσουν την επίδραση του κλάσματος μαρτενσίτη και τις τιμές μικρής παραμόρφωσης:
Η έξοδος \({w}_{i}\) αυτού του στρώματος ονομάζεται ένταση ανάφλεξης. Αυτές οι εντάσεις ανάφλεξης κανονικοποιούνται στο στρώμα 3 σύμφωνα με την ακόλουθη σχέση:
Στο επίπεδο 4, οι κανόνες Takagi και Sugeno67,68 περιλαμβάνονται στον υπολογισμό για να ληφθεί υπόψη η επίδραση των αρχικών τιμών των παραμέτρων εισόδου. Αυτό το επίπεδο έχει τις ακόλουθες σχέσεις:
Το \({f}_{i}\) που προκύπτει επηρεάζεται από τις κανονικοποιημένες τιμές στα επίπεδα, που δίνει το τελικό αποτέλεσμα, τις κύριες τιμές στημόνι:
όπου το \(NR\) αντιπροσωπεύει τον αριθμό των κανόνων. Ο ρόλος του νευρωνικού δικτύου εδώ είναι να χρησιμοποιήσει τον εσωτερικό του αλγόριθμο βελτιστοποίησης για να διορθώσει άγνωστες παραμέτρους δικτύου. Οι άγνωστες παράμετροι είναι οι παράμετροι που προκύπτουν \(\left\{{p}_{i}, {q}_{i}, {r}_{i}\right\}\) και οι παράμετροι που σχετίζονται με το MF θεωρούνται γενικευμένη συνάρτηση σχήματος κουδουνιών ανέμου:
Τα διαγράμματα ορίου σχήματος εξαρτώνται από πολλές παραμέτρους, από τη χημική σύνθεση μέχρι το ιστορικό παραμόρφωσης της λαμαρίνας. Ορισμένες παράμετροι είναι εύκολο να αξιολογηθούν, συμπεριλαμβανομένων των παραμέτρων δοκιμής εφελκυσμού, ενώ άλλες απαιτούν πιο πολύπλοκες διαδικασίες όπως η μεταλλογραφία ή ο προσδιορισμός της υπολειπόμενης τάσης. Στις περισσότερες περιπτώσεις, συνιστάται η διεξαγωγή δοκιμής ορίου παραμόρφωσης για κάθε παρτίδα φύλλου. Ωστόσο, μερικές φορές άλλα αποτελέσματα δοκιμών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προσέγγιση του ορίου διαμόρφωσης. Για παράδειγμα, αρκετές μελέτες έχουν χρησιμοποιήσει αποτελέσματα δοκιμών εφελκυσμού για τον προσδιορισμό της μορφοποιησιμότητας του φύλλου69,70,71,72. Άλλες μελέτες περιελάμβαναν περισσότερες παραμέτρους στην ανάλυσή τους, όπως το πάχος και το μέγεθος των κόκκων31,73,74,75,76,77. Ωστόσο, δεν είναι υπολογιστικά πλεονεκτικό να συμπεριληφθούν όλες οι επιτρεπόμενες παράμετροι. Έτσι, η χρήση μοντέλων ANFIS μπορεί να είναι μια λογική προσέγγιση για την αντιμετώπιση αυτών των ζητημάτων45,63.
Σε αυτή την εργασία, διερευνήθηκε η επίδραση της περιεκτικότητας σε μαρτενσίτη στο οριακό διάγραμμα διαμόρφωσης ενός φύλλου χάλυβα ωστενιτικού 316. Από αυτή την άποψη, προετοιμάστηκε ένα σύνολο δεδομένων χρησιμοποιώντας πειραματικά τεστ. Το σύστημα που αναπτύχθηκε έχει δύο μεταβλητές εισόδου: την αναλογία μαρτενσίτη που μετρήθηκε σε μεταλλογραφικές δοκιμές και το εύρος των μικρών τεχνικών παραμορφώσεων. Το αποτέλεσμα είναι μια σημαντική μηχανική παραμόρφωση της καμπύλης ορίου διαμόρφωσης. Υπάρχουν τρεις τύποι μαρτενσιτικών κλασμάτων: λεπτά, μεσαία και υψηλά κλάσματα. Χαμηλό σημαίνει ότι η αναλογία μαρτενσίτη είναι μικρότερη από 10%. Υπό μέτριες συνθήκες, η αναλογία μαρτενσίτη κυμαίνεται από 10% έως 20%. Υψηλές τιμές μαρτενσίτη θεωρούνται κλάσματα άνω του 20%. Επιπλέον, η δευτερεύουσα παραμόρφωση έχει τρεις διακριτές κατηγορίες μεταξύ -5% και 5% κοντά στον κατακόρυφο άξονα, οι οποίες χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της FLD0. Το θετικό και το αρνητικό εύρος είναι οι άλλες δύο κατηγορίες.
Τα αποτελέσματα της ημισφαιρικής δοκιμής φαίνονται στο ΣΧ. Το σχήμα δείχνει 6 διαγράμματα διαμόρφωσης ορίων, 5 από τα οποία είναι το FLD μεμονωμένων ελασμένων φύλλων. Δίνεται ένα σημείο ασφαλείας και η καμπύλη του ανώτερου ορίου που σχηματίζει μια οριακή καμπύλη (FLC). Το τελευταίο σχήμα συγκρίνει όλα τα FLC. Όπως φαίνεται από το τελευταίο σχήμα, μια αύξηση στην αναλογία μαρτενσίτη στον ωστενιτικό χάλυβα 316 μειώνει τη δυνατότητα σχηματισμού της λαμαρίνας. Από την άλλη πλευρά, η αύξηση της αναλογίας μαρτενσίτη μετατρέπει σταδιακά το FLC σε μια συμμετρική καμπύλη γύρω από τον κατακόρυφο άξονα. Στα δύο τελευταία γραφήματα, η δεξιά πλευρά της καμπύλης είναι ελαφρώς υψηλότερη από την αριστερή, πράγμα που σημαίνει ότι η δυνατότητα διαμόρφωσης στη διαξονική τάση είναι μεγαλύτερη από τη μονοαξονική τάση. Επιπλέον, τόσο οι μικρές όσο και οι μεγάλες μηχανικές καταπονήσεις πριν από το λαιμό μειώνονται με την αύξηση της αναλογίας μαρτενσίτη.
316 σχηματίζοντας μια οριακή καμπύλη. Επίδραση της αναλογίας του μαρτενσίτη στη μορφοποίηση των φύλλων ωστενιτικού χάλυβα. (σημείο ασφαλείας SF, οριακή καμπύλη σχηματισμού FLC, μαρτενσίτης M).
Το νευρωνικό δίκτυο εκπαιδεύτηκε σε 60 σετ πειραματικών αποτελεσμάτων με κλάσματα μαρτενσίτη 7,8, 18,3 και 28,7%. Ένα σύνολο δεδομένων 15,4% μαρτενσίτη δεσμεύτηκε για τη διαδικασία επαλήθευσης και 25,6% για τη διαδικασία δοκιμής. Το σφάλμα μετά από 150 εποχές είναι περίπου 1,5%. Στο σχ. Το 9 δείχνει τη συσχέτιση μεταξύ της πραγματικής παραγωγής (\({\epsilon }_{1}\), βασικού φόρτου εργασίας μηχανικής) που παρέχεται για εκπαίδευση και δοκιμή. Όπως μπορείτε να δείτε, το εκπαιδευμένο NFS προβλέπει το \({\epsilon} _{1}\) ικανοποιητικά για εξαρτήματα από λαμαρίνα.
(α) Συσχέτιση μεταξύ προβλεπόμενων και πραγματικών τιμών μετά τη διαδικασία εκπαίδευσης, (β) Σφάλμα μεταξύ προβλεπόμενων και πραγματικών τιμών για τα κύρια μηχανικά φορτία στο FLC κατά τη διάρκεια της εκπαίδευσης και της επαλήθευσης.
Κάποια στιγμή κατά τη διάρκεια της εκπαίδευσης, το δίκτυο ANFIS αναπόφευκτα ανακυκλώνεται. Για να προσδιοριστεί αυτό, εκτελείται ένας παράλληλος έλεγχος, που ονομάζεται "έλεγχος". Εάν η τιμή του σφάλματος επικύρωσης αποκλίνει από την τιμή εκπαίδευσης, το δίκτυο αρχίζει να εκπαιδεύεται ξανά. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 9β, πριν από την εποχή 150, η διαφορά μεταξύ των καμπυλών μάθησης και επικύρωσης είναι μικρή και ακολουθούν περίπου την ίδια καμπύλη. Σε αυτό το σημείο, το σφάλμα διαδικασίας επικύρωσης αρχίζει να αποκλίνει από την καμπύλη εκμάθησης, κάτι που είναι σημάδι υπερπροσαρμογής του ANFIS. Έτσι, το δίκτυο ANFIS για το γύρο 150 διατηρείται με σφάλμα 1,5%. Στη συνέχεια εισάγεται η πρόβλεψη FLC για ANFIS. Στο σχ. Το 10 δείχνει τις προβλεπόμενες και πραγματικές καμπύλες για τα επιλεγμένα δείγματα που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία εκπαίδευσης και επαλήθευσης. Δεδομένου ότι τα δεδομένα από αυτές τις καμπύλες χρησιμοποιήθηκαν για την εκπαίδευση του δικτύου, δεν αποτελεί έκπληξη η παρατήρηση πολύ κοντινών προβλέψεων.
Πραγματικές πειραματικές καμπύλες πρόβλεψης FLC και ANFIS υπό διάφορες συνθήκες περιεκτικότητας μαρτενσίτη. Αυτές οι καμπύλες χρησιμοποιούνται στην προπονητική διαδικασία.
Το μοντέλο ANFIS δεν γνωρίζει τι απέγινε το τελευταίο δείγμα. Επομένως, δοκιμάσαμε το εκπαιδευμένο ANFIS μας για FLC υποβάλλοντας δείγματα με κλάσμα μαρτενσίτη 25,6%. Στο σχ. Το 11 δείχνει την πρόβλεψη ANFIS FLC καθώς και το πειραματικό FLC. Το μέγιστο σφάλμα μεταξύ της προβλεπόμενης τιμής και της πειραματικής τιμής είναι 6,2%, το οποίο είναι υψηλότερο από την προβλεπόμενη τιμή κατά την εκπαίδευση και την επικύρωση. Ωστόσο, αυτό το σφάλμα είναι ένα ανεκτό σφάλμα σε σύγκριση με άλλες μελέτες που προβλέπουν FLC θεωρητικά37.
Στη βιομηχανία, οι παράμετροι που επηρεάζουν τη μορφοποίηση περιγράφονται με τη μορφή γλώσσας. Για παράδειγμα, «οι χονδροειδείς κόκκοι μειώνουν τη μορφοποίηση» ή «η αυξημένη ψυχρή επεξεργασία μειώνει το FLC». Η είσοδος στο δίκτυο ANFIS στο πρώτο στάδιο ταξινομείται σε γλωσσικές κατηγορίες όπως χαμηλή, μεσαία και υψηλή. Υπάρχουν διαφορετικοί κανόνες για διαφορετικές κατηγορίες στο δίκτυο. Επομένως, στη βιομηχανία, αυτός ο τύπος δικτύου μπορεί να είναι πολύ χρήσιμος όσον αφορά τη συμπερίληψη πολλών παραγόντων στη γλωσσική περιγραφή και ανάλυσή τους. Σε αυτή την εργασία προσπαθήσαμε να λάβουμε υπόψη ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά της μικροδομής των ωστενιτικών ανοξείδωτων χάλυβων προκειμένου να αξιοποιήσουμε τις δυνατότητες του ANFIS. Η ποσότητα μαρτενσίτη 316 που προκαλείται από το στρες είναι άμεση συνέπεια της ψυχρής επεξεργασίας αυτών των ενθέτων. Μέσω πειραματισμών και ανάλυσης ANFIS, βρέθηκε ότι η αύξηση της αναλογίας μαρτενσίτη σε αυτόν τον τύπο ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα οδηγεί σε σημαντική μείωση του FLC της πλάκας 316, έτσι ώστε η αύξηση της αναλογίας μαρτενσίτη από 7,8% σε 28,7% μειώνει το FLD0 από 0,35. έως 0,1 αντίστοιχα. Από την άλλη πλευρά, το εκπαιδευμένο και επικυρωμένο δίκτυο ANFIS μπορεί να προβλέψει το FLC χρησιμοποιώντας το 80% των διαθέσιμων πειραματικών δεδομένων με μέγιστο σφάλμα 6,5%, το οποίο είναι ένα αποδεκτό περιθώριο σφάλματος σε σύγκριση με άλλες θεωρητικές διαδικασίες και φαινομενολογικές σχέσεις.
Τα σύνολα δεδομένων που χρησιμοποιούνται ή/και αναλύονται στην τρέχουσα μελέτη είναι διαθέσιμα από τους αντίστοιχους συγγραφείς κατόπιν εύλογου αιτήματος.
Iftikhar, CMA, et al. Εξέλιξη των επακόλουθων διαδρομών απόδοσης του εξωθημένου κράματος μαγνησίου AZ31 «ως έχει» κάτω από αναλογικές και μη αναλογικές διαδρομές φόρτωσης: πειράματα και προσομοιώσεις CPFEM. εσωτερική J. Prast. 151, 103216 (2022).
Iftikhar, TsMA et al. Εξέλιξη της επακόλουθης επιφάνειας διαρροής μετά από πλαστική παραμόρφωση κατά μήκος αναλογικών και μη αναλογικών διαδρομών φόρτωσης του ανόπτησης κράματος AA6061: πειράματα και μοντελοποίηση πεπερασμένων στοιχείων της πλαστικότητας των κρυστάλλων. εσωτερικό J. Plast 143, 102956 (2021).
Manik, T., Holmedal, B. & Hopperstad, OS Μεταβατικές τάσεις, σκλήρυνση εργασίας και τιμές r αλουμινίου λόγω αλλαγών διαδρομής καταπόνησης. εσωτερική J. Prast. 69, 1–20 (2015).
Mamushi, Η. et αϊ. Μια νέα πειραματική μέθοδος για τον προσδιορισμό του περιοριστικού διαγράμματος διαμόρφωσης λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση της κανονικής πίεσης. εσωτερική J. Alma mater. μορφή. 15(1), 1 (2022).
Οι Yang Z. et al. Πειραματική βαθμονόμηση παραμέτρων όλκιμου σπασίματος και ορίων καταπόνησης λαμαρίνας AA7075-T6. J. Alma mater. διαδικασία. τεχνολογίες. 291, 117044 (2021).
Petrits, Α. et al. Συσκευές συλλογής κρυφής ενέργειας και βιοϊατρικοί αισθητήρες βασισμένοι σε εξαιρετικά εύκαμπτους σιδηροηλεκτρικούς μετατροπείς και οργανικές διόδους. Εθνική κοινότητα. 12(1), 2399 (2021).
Basak, S. and Panda, SK Ανάλυση των ορίων λαιμού και θραύσης διαφόρων προπαραμορφωμένων πλακών σε μονοπάτια πολικής αποτελεσματικής πλαστικής παραμόρφωσης χρησιμοποιώντας το μοντέλο απόδοσης Yld 2000–2d. J. Alma mater. διαδικασία. τεχνολογίες. 267, 289–307 (2019).
Basak, S. and Panda, SK Fracture Deformations in Anisotropic Sheet Metals: Experimental Evaluation and Theoretical Predictions. εσωτερικού J. Mecha. η επιστήμη. 151, 356–374 (2019).
Jalefar, F., Hashemi, R. & Hosseinipur, SJ Πειραματική και θεωρητική μελέτη της επίδρασης της αλλαγής της τροχιάς παραμόρφωσης στο διάγραμμα ορίου καλουπώματος AA5083. εσωτερική J. Adv. κατασκευαστής. τεχνολογίες. 76(5–8), 1343–1352 (2015).
Habibi, Μ. et αϊ. Πειραματική μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων, της μορφοποίησης και του περιοριστικού διαγράμματος μορφοποίησης των συγκολλημένων τεμαχίων τριβής ανάδευσης. J. Maker. διαδικασία. 31, 310–323 (2018).
Habibi, Μ., et αϊ. Λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση της κάμψης, το οριακό διάγραμμα σχηματίζεται με την ενσωμάτωση του μοντέλου MC στη μοντελοποίηση πεπερασμένων στοιχείων. διαδικασία. Ινστιτούτο Γούνας. σχέδιο. L 232(8), 625–636 (2018).
Ώρα δημοσίευσης: Ιουν-08-2023