КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ І ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ПРОКАТКА-З’ЄДНАННЯ КІРІГАМІ-КОМПОЗИТІВ
DOI:
https://doi.org/10.34185/1991-7848.2025.01.11Ключові слова:
прокатка-з’єднання, просічно-розтяжна сталева сітка, алюмінієва матриця, моделювання на основі методу скінчених елементівАнотація
В роботі досліджено застосування техніки кірігамі в інженерії для створення багатошарових композиційних матеріалів з програмованими механічними властивостями. Основною метою є розробка та перевірка адекватності математичної моделі процесу прокатки-з’єднання алюмінієвої матриці, армованої сталевою просічно-витяжною сіткою. Модель побудована в середовищі QForm UK з використанням методу скінчених елементів та врахуванням відповідних реологічних характеристик матеріалів і граничних умов. Експериментальні дослідження прокатки-з’єднання проводились на лабораторних станах типу дуо та кварто при температурах до 500 °C та різних ступенях деформації (20–50 %). Результати чисельного моделювання узгоджуються з експериментальними даними щодо зміни геометрії сітки та розподілу деформацій. Встановлено, що навіть при незначному ступені деформації (20 %) можливе формування ефективного з’єднання з проявом “zip-bonding” ефекту, однак таке з’єднання є нестабільним. Тому в процесі прокатки-з’єднання доцільно застосовувати величину ступеня деформації, що перевищує 30 %. Результати дослідження можуть бути використані для подальшої розробки технологій виготовлення функціональних кірігамі-структур на основі металевих композицій.
Посилання
Engineering by Cuts: How Kirigami Principle Enables Unique Mechanical Properties and Functionalities / J. Tao et al. Advanced Science. 2022. P. 2204733. URL: https://doi.org/10.1002/advs.202204733 (date of access: 14.01.2025).
Transformation of the kirigami-type deformable inlay during roll bonding / Y. Frolov et al. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2025. No. 1. P. 34–39. URL: https://doi.org/10.33271/nvngu/2025-1/034 (date of access: 14.01.2025).
Kirigami‐Inspired Inflatables with Programmable Shapes / L. Jin et al. Advanced Materials. 2020. Vol. 32, no. 33. P. 2001863. URL: https://doi.org/10.1002/adma.202001863 (date of access: 14.01.2025).
Hwang D.-G., Bartlett M. D. Tunable Mechanical Metamaterials through Hybrid Kirigami Structures. Scientific Reports. 2018. Vol. 8, no. 1. URL: https://doi.org/10.1038/s41598-018-21479-7 (date of access: 14.01.2025).
Neville R. M., Scarpa F., Pirrera A. Shape morphing Kirigami mechanical metamaterials. Scientific Reports. 2016. Vol. 6, no. 1. URL: https://doi.org/10.1038/srep31067 (date of access: 14.01.2025).
Murali Babu S. P., Parvaresh A., Rafsanjani A. Tailoring materials into kirigami robots. Device. 2024. Vol. 2, no. 9. P. 100469. URL: https://doi.org/10.1016/j.device.2024.100469 (date of access: 23.01.2025).
Recent Progress in Stretchable Batteries for Wearable Electronics / W. Song et al. Batteries & Supercaps. 2019. Vol. 2, no. 3. P. 181–199. URL: https://doi.org/10.1002/batt.201800140 (date of access: 23.01.2025).
Soft composite hinge actuator and application to compliant robotic gripper / W. Wang et al. Composites Part B: Engineering. 2016. Vol. 98. P. 397–405. URL: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2016.05.030 (date of access: 23.01.2025).
A new class of transformable kirigami metamaterials for reconfigurable electromagnetic systems / Y. Yang et al. Scientific Reports. 2023. Vol. 13, no. 1. URL: https://doi.org/10.1038/s41598-022-27291-8 (date of access: 11.02.2025).
Large deformation behavior and mechanism of graphene kirigami under shear and combined shear-tension loads / P. Shi et al. Computational Materials Science. 2025. Vol. 251. P. 113746. URL: https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2025.113746 (date of access: 11.02.2025).
Tsutsui T., Taguchi Y., Hashimoto M. Quadrant kirigami-type electrothermal MEMS actuator with multi-degree-of-freedom morphing capability. Journal of Micromechanics and Microengineering. 2024. URL: https://doi.org/10.1088/1361-6439/ada164 (date of access: 11.02.2025).
Architected hierarchical kirigami metallic glass with programmable stretchability / D. X. Han et al. AIP Advances. 2022. Vol. 12, no. 3. P. 035305. URL: https://doi.org/10.1063/5.0084906 (date of access: 11.02.2025).
QForm UK. Version 10.2.4. Oxford, UK : Micas Simulations Limited. URL: https://www.qform3d.com.
Analysis of the deep drawing process of three-layered explosive welded composite / K. Marcin et al. Procedia Manufacturing. 2020. Vol. 50. P. 153–158. URL: https://doi.org/10.1016/j.promfg.2020.08.029 (date of access: 14.02.2025).
Analysis of Forming Limits During Cold Forging of Aluminum Hybrid Billets / K. C. Grötzinger et al. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Cham, 2024. P. 371–382. URL: https://doi.org/10.1007/978-3-031-58006-2_29 (date of access: 14.02.2025).
Simulation modeling of the multistage differential bending process of photovoltaic module composite materials / V. Kamburov et al. 13TH INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE TECHSYS 2024 – ENGINEERING, TECHNOLOGIES AND SYSTEMS, Plovdiv, Bulgaria. 2025. P. 070005. URL: https://doi.org/10.1063/5.0260188 (date of access: 14.04.2025).
Deformation of expanded steel mesh inlay inside aluminum matrix during the roll bonding / Y. Frolov et al. Journal of Manufacturing Processes. 2020. Vol. 58. P. 857–867. URL: https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2020.08.049 (date of access: 14.02.2025).
Konovodov D. V., Syvash V. I. Modelyuvannya protsesu haryachoyi prokatky trysharovykh shtab zi splaviv alyuminiyu ta mahniyu. Obrobka materialiv tyskom. 2020. № 1(50). S. 259–265. URL: https://doi.org/10.37142/2076-2151/2020-1(50)259 (data zvernennya: 14.02.2025).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Сучасні Проблеми Металургії
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
