[en] PREDICTION OF PLASTIC STRAIN ACCUMULATION AT GRAIN BOUNDARIES OF POLYCRYSTALLINE METALS BASED ON MACHINE LEARNING

[pt] PREVISÃO DO ACÚMULO DE DEFORMAÇÕES PLÁSTICAS EM CONTORNOS DE GRÃOS DE METAIS POLICRISTALINOS BASEADO EM APRENDIZADO DE MÁQUINA

[pt] LARA CRISTINA PEREIRA DE ARAUJO

[pt] APRENDIZADO DE MAQUINA

[pt] ACUMULO DE DEFORMACAO PLASTICA

[pt] CONTORNOS DE GRAOS

[pt] PCA

[en] MACHINE LEARNING

[en] PLASTIC STRAINS ACCUMULATION

[en] GRAIN BOUNDARY

[en] PCA

[pt] Métodos de aprendizado de máquina vêm sendo bastante utilizados na área de mecânica dos sólidos devido ao grande volume de dados disponíveis na literatura. A motivação deste trabalho foi o estudo do acúmulo de deformação plástica na escala de grãos, pois o uso do aprendizado de máquina pode ser uma significativa contribuição para criar modelos capazes de prever o acúmulo de deformações. O objetivo deste trabalho foi aprimorar a previsão do acúmulo de deformação plástica propondo um novo método de previsão de acúmulo de deformações plásticas em contornos de grãos de um material policristalino, usando modelos de aprendizado de máquina. Este trabalho utilizou-se de dados experimentais da literatura para estruturar três bancos de dados, os que consideraram somente os contornos de grãos. Nas previsões foram utilizados os seguintes métodos: Decision Tree, Random Forest, Stochastic Gradient Descent, K-Nearest Neighbors, Gradient Boosting Regressor e Análise de Componentes Principais (PCA). Na avaliação dos modelos foram empregados os métodos de validação cruzada e reamostragem de Monte Carlo. As métricas de erro aplicadas foram o coeficiente de determinação (R2) e o coeficiente de correlação de Pearson (R). Os resultados apontaram que as previsões foram coerentes e de boa qualidade, melhorando os valores médios do coeficiente de Pearson em aproximadamente 30 por cento comparados aos valores da literatura. Para o R(2) a média de valores alcançada foi de 0.85. Conclui-se que o uso do método de aprendizado de máquina se mostra confiável na previsão do acúmulo de deformação plástica no contorno do grão de um material policristalino.

[en] Machine learning methods have been widely used in the area of solid mechanics due to the large volume of data available in the literature. The motivation for this work was the study of the accumulation of plastic strain at the grain scale. Because the use of machine learning can be a significant contribution to creating models capable of predicting the accumulation of deformation. The objective of this work was to improve the prediction of plastic strain accumulation by proposing a new method for predicting the accumulation of plastic strains in grain boundaries of a polycrystalline material, using machine learning models. This work uses experimental data from the literature to structure three databases, which only consider grain boundaries. The following methods were used in the predictions: Decision Tree, Random Forest, Stochastic Gradient Descent, K-Nearest Neighbors, Gradient Boosting Regressor, and Principal Component Analysis (PCA). Monte Carlo crossvalidation and resampling methods were used to evaluate the models. The error metrics applied were the coefficient of determination (R2) and the Pearson correlation coefficient (R). The results indicate that the predictions were coherent and of good quality, improving the average Pearson coefficient values by approximately 30 percent compared to literature values. For R(2), the average value achieved was 0.85. It is concluded that the use of the machine learning method proves to be reliable in predicting the accumulation of plastic strain at the grain boundary of a polycrystalline material.

HELON VICENTE HULTMANN AYALA

RENATO BICHARA VIEIRA

MARCO ANTONIO MEGGIOLARO

RENATO BICHARA VIEIRA

HELON VICENTE HULTMANN AYALA

DANIEL MAURICIO MUNOZ ARBOLEDA

2023-11-30

2023-09-22

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.65290