Pesquisadores da Texas A&M University estão usando uma ferramenta de fabricação tradicional – corte de metal – e desenvolvendo um método mais acessível para entender 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 a manteiga) - pode não ser a primeira coisa que vem à mente para estudar as propriedades do material. No entanto, os drs. Dinakar Sagapuram e Hrayer Aprahamian, professores assistentes no Departamento de Engenharia Industrial e de Sistemas da Wm Michael Barnes '64, queriam ver se o processo poderia prever o comportamento do material sob várias condições de deformação. Sua equipe incluiu Harshit Chawla, um estudante de doutorado em engenharia industrial e de sistemas , e o Dr. Shwetabh Yadav, professor assistente no 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 várias 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 em níveis extremos sob altas taxas , a equipe levantou a hipótese de que poderia fornecer informações fundamentais sobre a força do material, resistência à deformação plástica ou mudança de forma irreversível.

"A pesquisa abre uma aplicação nova e interessante para o corte de metal como um 'teste de propriedade' que cientistas e físicos de materiais 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 . Portanto, as informações de propriedade obtidas usando o 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 cortam quando encontram uma ferramenta de corte afiada e, em seguida, usam essas informações para deduzir suas informações básicas de propriedade. 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 metal não seja a área de especialização da Aprahamian, a parceria com a Sagapuram gerou novas ideias e técnicas numéricas.

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

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

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

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 apóia a pesquisa.

Sagapuram disse que a equipe começou recentemente a colaborar com o Los Alamos National Laboratory, 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 laboratório. Esses estudos contribuirão para validar o método e verificar se diferentes experimentos com o mesmo metal fornecem dados consistentes.

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

"Meu grupo está estendendo alguns desses algoritmos e técnicas para o campo da saúde, onde estamos usando ferramentas de otimização global para construir estratégias de triagem robustas", disse Aprahamian. “Isso pode ser usado para prevenir futuros surtos e melhorar a triagem de doenças infecciosas entre a população”.

Chawla disse que a pesquisa lhe permitiu trabalhar em um campo que o interessou por anos.

"Foi interessante estudar a mecânica do processo de corte de metal usando técnicas experimentais inovadoras", disse Chawla. "Observar de perto a deformação do material durante o corte, especialmente em um nível microscópico em altas taxas de quadros, foi fascinante."