Inteligência artificial para previsão de variáveis de processos termomecânicos via elementos finitos
| dc.contributor.advisor-co1 | Stoco, Caroline Binde | |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/2458026380104524 | |
| dc.contributor.advisor-co1orcid | https://orcid.org/0000-0002-6856-7519 | |
| dc.contributor.advisor1 | Otani, Lucas Barcelos | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/2519980413159984 | |
| dc.contributor.advisor1orcid | https://orcid.org/0000-0002-2831-2335 | |
| dc.contributor.author | Andrade, Beatriz Pomponio de | |
| dc.date.accessioned | 2025-09-11T12:45:46Z | |
| dc.date.issued | 2025-07-11 | |
| dc.description.abstract | Metal extrusion is widely used in the manufacturing of components with complex geometries and high mechanical performance requirements. However, predicting critical process variables - such as maximum load and stress triaxiality - through Finite Element Method (FEM) simulations, like those performed using QForm UK, involves high computational costs and limited generalization to new alloys. To address these challenges, this study proposes the use of machine learning algorithms as an alternative to predict such variables from the chemical composition of metallic alloys. Simulations were carried out using aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), and stainless steel (Fe) alloys under fixed process conditions. The extracted outputs were maximum load and maximum triaxiality, while the input variables were physicochemical descriptors derived from the chemical compositions, such as atomic mass, atomic radius, and electronegativity. These features were used to train three supervised regression models: Support Vector Regression (SVR), Random Forest (RF), and Gradient Boosting Regressor (GBR). The models’ hyperparameters were automatically optimized using the Optuna library, which applies a Bayesian search strategy more efficient than traditional methods like grid search. The GBR model achieved the lowest Root Mean Square Error (RMSE) in predicting load, particularly for copper alloys, although it struggled more with nickel and aluminum. For triaxiality, all models showed limited performance, with errors comparable to the variable’s natural variability. The results confirm the feasibility of integrating FEM simulations with artificial intelligence for load prediction in extrusion processes, while also highlighting the challenges in modeling stress triaxiality. | eng |
| dc.description.resumo | A extrusão metálica é amplamente utilizada na fabricação de componentes com geometrias complexas e elevadas exigências mecânicas. No entanto, a previsão de variáveis desse processo, como a carga máxima e a triaxialidade, por meio de simulações via Método dos Elementos Finitos (MEF), como o software QForm UK, apresenta elevado custo computacional e dificuldade de generalização para novas ligas. Diante disso, este trabalho propõe o uso de algoritmos de aprendizado de máquina como alternativa para prever essas variáveis a partir da composição química das ligas. Foram realizadas simulações com ligas de alumínio (Al), cobre (Cu), níquel (Ni) e aço inoxidável (Fe), mantendo-se constantes as condições de processo. Os dados extraídos foram a carga máxima e a triaxialidade máxima, enquanto as composições químicas foram convertidas em descritores físico-químicos, como massa atômica, raio atômico, eletronegatividade entre outros. Esses dados alimentaram três modelos de regressão supervisionada: Support Vector Regression (SVR), Random Forest (RF) e Gradient Boosting Regressor (GBR). Os hiperparâmetros dos modelos foram otimizados automaticamente com o uso da biblioteca Optuna, que emprega uma estratégia de busca bayesiana mais eficiente que métodos tradicionais como grid search. O modelo GBR obteve o menor erro (RMSE) na previsão da carga, especialmente para ligas de cobre, mas apresentou maior dificuldade nas faixas de níquel e alumínio. Para a triaxialidade, todos os modelos apresentaram desempenho limitado, com erros comparáveis à própria variabilidade da variável. Os resultados confirmam a viabilidade da integração entre MEF e inteligência artificial na previsão da carga em processos de extrusão, ao mesmo tempo em que evidenciam os desafios da modelagem de triaxialidade. | por |
| dc.description.sponsorship | Não recebi financiamento | |
| dc.identifier.citation | ANDRADE, Beatriz Pomponio de. Inteligência artificial para previsão de variáveis de processos termomecânicos via elementos finitos. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22735. | por |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/20.500.14289/22735 | |
| dc.language.iso | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | |
| dc.publisher.address | Campus São Carlos | |
| dc.publisher.course | Engenharia de Materiais - EMa | |
| dc.publisher.initials | UFSCar | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | |
| dc.subject | Aprendizado de máquina | por |
| dc.subject | Elementos Finitos | por |
| dc.subject | Extrusão metálica | por |
| dc.subject | Triaxialidade | por |
| dc.subject | QForm | eng |
| dc.subject | Machine learning | eng |
| dc.subject | Finite elements | eng |
| dc.subject | Metal extrusion | eng |
| dc.subject | Triaxiality | eng |
| dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA | |
| dc.title | Inteligência artificial para previsão de variáveis de processos termomecânicos via elementos finitos | por |
| dc.title.alternative | Artificial intelligence for prediction of thermomechanical process variables via finite elements method | eng |
| dc.type | TCC |
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