ANFIS

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 3115 (2023) Citer cet article

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L'effet de la microstructure sur la formabilité des tôles inoxydables est une préoccupation majeure pour les ingénieurs des industries de la tôle. Dans le cas des aciers austénitiques, l'existence de martensite induite par déformation (\({\alpha }^{^{\prime}}\)-martensite) dans leur microstructure provoque un durcissement considérable et une réduction de la formabilité. Dans la présente étude, nous visons à évaluer la formabilité des aciers AISI 316 avec différentes intensités de martensite via des méthodes expérimentales et d'intelligence artificielle. Dans un premier temps, les aciers de qualité AISI 316 d'une épaisseur initiale de 2 mm sont recuits et laminés à froid jusqu'à différentes épaisseurs. Par la suite, la surface relative de la martensite induite par la déformation est mesurée à l'aide de tests métallographiques. La formabilité des tôles laminées est déterminée à l'aide d'un test de poinçonnage hémisphérique pour obtenir des diagrammes limites de formage (FLD). Les données obtenues à partir des expériences ont ensuite été utilisées pour former et valider un système d’interférence neuronale floue artificielle (ANFIS). Après avoir entraîné l'ANFIS, les principales déformations prévues par le réseau neuronal sont comparées à un nouvel ensemble de résultats expérimentaux. Les résultats indiquent que le laminage à froid a des effets défavorables sur la formabilité de ce type d'aciers inoxydables tout en renforçant considérablement les tôles. De plus, l’ANFIS présente des résultats satisfaisants par rapport aux mesures expérimentales.

La formabilité des tôles, bien qu’elle fasse l’objet d’articles de recherche depuis des décennies, constitue pourtant un domaine d’étude intéressant en métallurgie. Les nouveaux instruments technologiques et modèles informatiques facilitent la recherche des facteurs sous-jacents affectant la formabilité. Plus important encore, l’utilisation des méthodes d’éléments finis de plasticité cristalline (CPFEM) ces dernières années révèle l’importance de la microstructure sur les limites de formation. D'autre part, la disponibilité du microscope électronique à balayage (MEB) et de la diffraction électronique rétrodiffusée (EBSD) a aidé les chercheurs à observer les activités microstructurales des structures cristallines lors de la déformation. La compréhension des effets des différentes phases dans les métaux, de la taille et de l'orientation des grains ainsi que des imperfections à l'échelle microscopique au niveau des grains est essentielle pour prédire la formabilité.

La détermination de la formabilité elle-même est une procédure difficile car il a été prouvé que la formabilité dépend fortement du chemin parcouru1,2,3. Par conséquent, la représentation conventionnelle des déformations limites de formation ne pourrait pas être fiable dans des conditions de chargement non proportionnelles. D’un autre côté, la majorité des chemins de chargement dans les applications industrielles sont classés comme non proportionnels. À cet égard, les méthodes expérimentales conventionnelles de l’hémisphère et de Marciniak – Kuczynski (M – K) doivent être utilisées avec prudence4,5,6. Ces dernières années, un autre concept de diagramme limite de formation de rupture (FFLD) a attiré l'attention de nombreux ingénieurs dans le domaine de la formabilité. Dans ce concept, la formabilité des tôles est prédite à l'aide des modèles d'endommagement. À cet égard, l'indépendance du chemin est intrinsèquement intégrée dans les analyses et les résultats sont en bon accord avec les résultats expérimentaux non proportionnels7,8,9. La formabilité des tôles dépend de plusieurs paramètres et de l'historique de traitement des tôles, ainsi que de la microstructure et des phases des métaux10,11,12,13,14,15.

La dépendance à la taille constitue un défi dans l'incorporation de micro-caractéristiques sur les métaux. Dans un espace de faible déformation, la dépendance des caractéristiques de vibration et de flambage s'est avérée fortement dépendante de l'échelle de longueur des matériaux16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, 28,29,30. Les effets de la taille des grains sur la formabilité sont reconnus depuis longtemps dans l’industrie. Les effets de la taille et de l'épaisseur des grains sur l'extensibilité des tôles ont été examinés à l'aide de l'analyse théorique de Yamaguchi et Mellor31. En utilisant le modèle de Marciniak, ils ont rapporté que la diminution du rapport épaisseur/granulométrie entraîne une diminution de l’extensibilité des feuilles dans des conditions de chargement d’étirement biaxial. Les résultats expérimentaux de Wilson et al.32 confirment que la réduction de l'épaisseur jusqu'au diamètre moyen des grains (t/d) entraîne une diminution de l'extensibilité biaxiale de trois tôles différentes d'épaisseurs différentes. Ils ont conclu que pour des valeurs t/d inférieures à 20, l'inhomogénéité de déformation importante et la striction sont principalement affectées par les grains individuels dans l'épaisseur de la feuille. L'effet de la granulométrie des aciers inoxydables austénitiques 304 et 316 sur l'ouvrabilité en vrac a été étudié par Ulvan et Koursaris33. Ils ont rapporté que la formabilité de ces métaux n'était pas affectée par la taille des grains, mais qu'une légère variation dans les caractéristiques de traction était observée. En particulier, l'augmentation de la taille des grains a entraîné une diminution des mesures de résistance de ces aciers. L'examen de l'effet de la densité de dislocation sur la contrainte d'écoulement du nickel métallique révèle que quelle que soit la taille des grains, c'est la densité de dislocation qui détermine la contrainte d'écoulement du métal34. L'interaction des grains et les orientations initiales ont également une influence significative sur l'évolution de la texture de l'aluminium, comme l'ont examiné Becker et Panchanadeeswaran à l'aide de simulations expérimentales et de plasticité cristalline. Les résultats numériques de leurs analyses étaient en bonne harmonie avec les expériences, bien qu'en raison des limitations dans l'application des conditions aux limites, certains Les résultats des simulations s'écartaient des expériences. Les tôles d'aluminium laminées présentaient des formabilités différentes selon les simulations de plasticité cristalline détectées et l'examen expérimental. 36. Il a été montré que bien que les courbes contrainte-déformation des différentes tôles soient presque similaires, il existait des différences significatives dans leur formabilité en fonction de la valeur initiale. Amelirad et Assempour ont utilisé expérimentalement et CPFEM pour obtenir des courbes limites de formation dans des tôles d'acier inoxydable austénitiques.37 Leur simulation révèle que l'augmentation des déplacements de la taille des grains forme des courbes limites vers le haut dans le FLD. De plus, l'orientation des grains et les effets de la morphologie sur la nucléation des vides ont été examinés. par les mêmes auteurs38.