Permanecendo atentos: pesquisadores recorrem a uma ferramenta diária para estudar como os materiais se comportam

Jul 29, 2023

Pesquisadores da Texas A&M University estão utilizando uma ferramenta de fabricação tradicional – o corte de metal – e desenvolvendo um método mais acessível para compreender o comportamento dos metais sob condições extremas.

O corte de metal – raspar uma fina camada de material da superfície de um metal usando uma faca afiada (não muito diferente de como raspamos manteiga) – pode não ser a primeira coisa que vem à mente ao estudar as propriedades dos materiais. No entanto, os Drs. Dinakar Sagapuram e Hrayer Aprahamian, professores assistentes do Departamento de Engenharia Industrial e de Sistemas Wm Michael Barnes '64, queriam ver se o processo poderia prever o comportamento do material sob várias condições de deformação. Sua equipe incluía Harshit Chawla, estudante de doutorado em engenharia industrial e de sistemas, e Dr. Shwetabh Yadav, professor assistente do Instituto Indiano de Tecnologia de Hyderabad.

“O conhecimento de como os materiais se deformam e falham sob condições mecânicas adversas é vital para estudar e desenvolver diversas aplicações tecnológicas, incluindo processos de fabricação, testes de colisão de veículos e testes de impacto para aplicações relacionadas à defesa”, disse Chawla.

Como o processo de corte envolve cisalhamento local ou deformação do metal a níveis extremos sob altas taxas, a equipe levantou a hipótese de que poderia fornecer informações fundamentais sobre a resistência do material, resistência à deformação plástica ou mudança irreversível de forma.

“A pesquisa abre uma aplicação nova e interessante para o corte de metal como um 'teste de propriedade' que os cientistas de materiais e físicos podem usar para testar suas teorias”, disse Sagapuram. “O número de teorias matemáticas da plasticidade do metal sob altas taxas de deformação supera em muito os dados experimentais. Assim, as informações de propriedades obtidas através do corte de metal podem testar quais teorias são válidas e quais não são.”

A equipe usa uma câmera de alta velocidade para observar como os metais se deformam e cisalham quando encontram uma ferramenta de corte afiada e, em seguida, usa essas informações para deduzir suas propriedades básicas. Um desafio significativo, no entanto, reside na obtenção de propriedades intrínsecas do material a partir dos dados visuais de imagem de alta velocidade. Embora o corte de metais não seja a área de especialização de Aprahamian, a parceria com Sagapuram gerou novas ideias e técnicas numéricas.

“Um aspecto importante desta pesquisa é estabelecer técnicas matemáticas de otimização que garantam a otimização global, alcançando assim a melhor solução possível”, disse Aprahamian. “Caso contrário, você poderá obter soluções que parecem satisfatórias, mas que não descrevem com precisão o material.”

As vantagens do corte de metal sobre os métodos de teste usados ​​atualmente são que ele é simples e pode produzir uma série de condições que são difíceis de alcançar usando testes convencionais, mas que são importantes do ponto de vista de diversas aplicações de engenharia.

“Estamos entusiasmados com a perspectiva de usar o corte como um método conveniente para determinar propriedades de materiais que agora são obtidas com considerável dificuldade”, disse Sagapuram. “Por ser tão simples, em princípio, qualquer pessoa com acesso a uma oficina mecânica pode agora obter dados de materiais sem recursos sofisticados de testes.”

A equipe publicou recentemente seu trabalho na revista Proceedings of the Royal Society A, com outro artigo sobre as técnicas numéricas em andamento. Uma bolsa da National Science Foundation apoia a pesquisa.

Sagapuram disse que a equipe começou recentemente a colaborar com o Laboratório Nacional de Los Alamos, apoiado pelo Texas A&M University System National Laboratories Office, para comparar seus dados com as plataformas de teste de resistência dinâmica de materiais mais estabelecidas disponíveis no local do laboratório. Esses estudos contribuirão para validar o método e verificar se diferentes experimentos no mesmo metal fornecem dados consistentes.

Aprahamian disse que seu trabalho para desenvolver técnicas matemáticas também tem aplicações potenciais fora da caracterização de materiais.