• شماره ركورد
    33245
  • پديد آورنده

    محمد جواد رضايي

  • عنوان
    به كارگيري كريستال پلاستيسيته جهت بررسي تحولات ريزساختاري آلومينيوم خالص تجاري تحت تغييرشكل شديد
  • مقطع تحصيلي
    دكترا
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مكانيك
  • سال تحصيل
    1398
  • تاريخ دفاع
    1403/12/15
  • استاد راهنما
    محمد صديقي
  • استاد مشاور
    مجتبي پوربشيري
  • دانشكده
    مهندسي مكانيك
  • چكيده
    پيش‌بيني تحول ريزساختار پس از تغييرشكل ماكروسكوپي براي طراحي مواد با ويژگي‌ها و عملكرد خاص ضروري است. مدل‌هاي محاسباتي مبتني بر كريستال پلاستيسيته (CP) به طور گسترده‌اي براي درك رفتار تغييرشكل الاستو-پلاستيك مواد در سطح ريزساختار تحت شرايط بارگذاري مختلف توسعه يافته‌اند. با اين حال، هزينه محاسباتي بالاي مدل‌سازي چندمقياسي المان‌محدود كريستال پلاستيسيته (CPFE) يك چالش مهم محسوب مي‌شود. براي حل اين مشكل، اين مطالعه مدل‌هاي CP را با تكنيك‌هاي يادگيري ماشين (ML) تركيب مي‌كند تا به‌طور مؤثر تحول بافت را در سيم‌هاي آلومينيومي تجاري خالص تحت بار پيچشي پيش‌بيني كند. در ابتدا، ريزساختار سيم آلومينيومي دريافت‌شده با استفاده از پراش الكتروني برگشتي (EBSD) تعيين شد. اين داده‌ها به عنوان ورودي براي مدل چندمقياسي CPFE استفاده شد. چارچوب CPFE براي شبيه‌سازي پاسخ ريزساختاري در طول تغييرشكل پيچشي، بر اساس نتايج تجربي كاليبره شد. تحول ريزساختار، از جمله نمودارهاي اشكال قطبي و اجزاي بافت، طي دوران‌هاي مختلف بررسي شد. براي كاهش هزينه محاسباتي، دو رويكرد ML شامل شبكه عصبي مصنوعي (ANN) و رگرسيون مبتني بر اتفاق نظر بر اساس نمونه‌گيري تصادفي (RANSAC Regressor) مورد استفاده قرار گرفتند تا تحول بافت را بر اساس زواياي اويلر (φ₁, Φ, φ₂) دانه‌هاي منفرد پيش‌بيني كنند. مدل‌ها با داده‌هاي شبيه‌سازي CP چندمقياسي در دوران‌هاي مختلف، از 5/0 تا 5/2 دور، آموزش داده شدند. اعتبارسنجي نتايج با داده‌هاي تجربي EBSD نشان داد كه روش‌هاي ML مؤثر هستند. تحليل مقايسه‌اي نشان داد كه روش RANSACRegressor عملكرد بهتري نسبت به ANN دارد و توانست 7/81 درصد از پيش‌بيني‌هاي جهت‌گيري كريستال‌ها را با خطاي كمتر از 10 درجه براي نيم‌دوران و 5/73 درصد را براي 5/2 دوران پيش‌بيني كند، در حالي كه روش ANN به ترتيب فقط 9/5 درصد و 8/21 درصد دقت داشت. اين مطالعه همچنين ويژگي‌هاي ريزساختاري را در طول بارگذاري پيچشي را تحليل كرد و نشان داد كه اجزاي بافتي بيشترين فراواني را دارند. ارزيابي كمي با استفاده از ضريب تيلور (TF) نشان داد كه اين مقدار بين 65/2 تا 04/3 تغيير مي‌كند، هنگامي كه كرنش از 5/0 به 5/2 دوران افزايش مي‌يابد. علاوه بر اين، افزايش تعداد دوران‌ها باعث افزايش 11 درصدي سختي در نزديكي سطح بيروني نمونه‌ها با اندازه دانه اوليه 55 ميكرومتر شد. به طور خلاصه، اين پژوهش يك روش هيبريدي جديد ارائه مي‌دهد كه تركيبي از CPFE چندمقياسي با تكنيك‌هاي ML است تا تحول بافت را در مواد پلي‌كريستالي پيش‌بيني كند. تركيب RANSACRegressor با CPFE يك رويكرد مقرون‌به‌صرفه و با دقت بالا براي پيش‌بيني رفتار ريزساختاري ارائه مي‌دهد كه بينش‌هاي ارزشمندي درباره پاسخ مواد در طول تغيير شكل پلاستيك فراهم مي‌كند. اين روش مي‌تواند براي بهينه‌سازي خواص مواد در كاربردهاي صنعتي مختلف مفيد باشد و راه را براي استراتژي‌هاي طراحي مواد كارآمدتر و دقيق‌تر هموار كند.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1404/01/18
  • عنوان به انگليسي
    Utilizing Crystal Plasticity to Investigate Microstructural Evolution in Commercially Pure Aluminum under Severe Plastic Deformation
  • تاريخ بهره برداري
    3/5/2026 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    محمدجواد رضايي

  • چكيده به لاتين
    Predicting the evolution of microstructure after macroscopic deformation is essential for designing materials with specific properties and performance. Computational models based on crystal plasticity (CP) have been extensively developed to understand the elastoplastic deformation behavior of materials at the microstructure level under various loading conditions. However, the high computational cost of multiscale crystal plasticity finite element (CPFE) modeling poses a significant challenge. To address this issue, this study combines CP models with machine learning (ML) techniques to effectively predict texture evolution in commercially pure aluminum wires under torsional loading. Initially, the microstructure of the as-received aluminum wire was characterized using electron backscatter diffraction (EBSD). These data were used as input for the multiscale CPFE model. The CPFE framework was calibrated based on experimental results to simulate the microstructural response during torsional deformation. The evolution of the microstructure, including pole figures and texture components, was examined at different rotations. To reduce computational costs, two ML approaches—artificial neural network (ANN) and random sample consensus-based regression (RANSAC Regressor)—were employed to predict texture evolution based on the Euler angles (φ₁, Φ, φ₂) of individual grains. The models were trained using multiscale CP simulation data at different rotations, ranging from 0.5 to 2.5 turns. Validation with experimental EBSD data confirmed the effectiveness of the ML methods. A comparative analysis revealed that the RANSACRegressor performed better than the ANN, successfully predicting 81.7% of crystal orientations with an error of less than 10 degrees for half a turn and 73.5% for 2.5 turns, whereas the ANN achieved only 5.9% and 21.8% accuracy, respectively. This study also analyzed microstructure features during torsional loading, showing that certain texture components were the most preva‎lent. Quantitative eva‎luation using the Taylor factor (TF) indicated that this value ranged between 2.65 and 3.04 as the strain increased from 0.5 to 2.5 turns. Additionally, increasing the number of turns led to an 11% rise in hardness near the outer surface of samples with an initial grain size of 55 micrometers. In summary, this research presents a novel hybrid approach combining multiscale CPFE with ML techniques to predict texture evolution in polycrystalline materials. The integration of RANSACRegressor with CPFE offers a cost-effective and high-accuracy method for predicting microstructural behavior, providing valuable insights into material responses during plastic deformation. This approach can be useful for optimizing material properties in various industrial applications, paving the way for more efficient and precise material design strategies.
  • كليدواژه هاي فارسي
    مدلسازي چند مقياسي , كريستال پلاستيسيته , رويكرد يادگيري ماشين , تحولات ريزساختار , كد DAMASK
  • كليدواژه هاي لاتين
    Multi-scale modelling , Crystal plasticity , Machine learning approach , Microstructure evolution , DAMASK code
  • Author
    MohammadJavad Rezaei
  • SuperVisor
    Mohammad Sedighi