Комп’ютерне моделювання і експериментальна прокатка-з’єднання кірігамі-композитів
Loading...
Date
2025
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Український державний університет науки і технологій, ННІ «Дніпровський металургійний інститут», ІВК ≪Системні технології≫, Дніпро
Abstract
UKR: 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 QFormUK 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.
ENG: The study investigates the application of kirigami techniques in engineering to produce multilayer composite materials with programmable mechanical properties. The primary objective is to develop and validate a mathematical model for the roll-bonding process of an aluminum matrix reinforced with a steel expanded metal mesh. The model has been developed in the QForm UK environment using the finite element method, taking into account the relevant rheological properties of the materials and boundary conditions. Experimental roll-bonding studies were carried out on laboratory duo and quarto rolling mills at temperatures up to 500 °C and various degrees of deformation (20–50 %). The results of the numerical simulations are in agreement with the experimental data regarding changes in mesh geometry and strain distribution. It was found that even at a small degree of deformation (20 %), it is possible to form an effective bond with a “zip-bonding” effect; but that such a bond is unstable. It is therefore advisable to apply a degree of deformation greater than 30% in the roll-bonding process. The results of the study can be used for the further development of manufacturing technologies for functional kirigami structures based on metal composites.
ENG: The study investigates the application of kirigami techniques in engineering to produce multilayer composite materials with programmable mechanical properties. The primary objective is to develop and validate a mathematical model for the roll-bonding process of an aluminum matrix reinforced with a steel expanded metal mesh. The model has been developed in the QForm UK environment using the finite element method, taking into account the relevant rheological properties of the materials and boundary conditions. Experimental roll-bonding studies were carried out on laboratory duo and quarto rolling mills at temperatures up to 500 °C and various degrees of deformation (20–50 %). The results of the numerical simulations are in agreement with the experimental data regarding changes in mesh geometry and strain distribution. It was found that even at a small degree of deformation (20 %), it is possible to form an effective bond with a “zip-bonding” effect; but that such a bond is unstable. It is therefore advisable to apply a degree of deformation greater than 30% in the roll-bonding process. The results of the study can be used for the further development of manufacturing technologies for functional kirigami structures based on metal composites.
Description
Я. Фролов: ORCID 0009-0005-7582-9504; О. Бобух: ORCID : 0000-0001-7254-3854; В. Бояркін: ORCID 0009-0005-7582-9504; Д. Коноводов: ORCID 0000-0001-8282-4991; О. Кузьміна: ORCID 0000-0003-0794-0583
Keywords
прокатка-з’єднання, просічно-розтяжна сталева сітка, алюмінієва матриця, моделювання на основі методу скінчених елементів, roll bonding, expanded steel mesh, aluminum matrix, FEM simulation, КОМТ
Citation
Фролов Я. В., Бобух О. С., Бояркін В. В., Коноводов Д. В., Кузьміна О. М. Комп’ютерне моделювання і експериментальна прокатка-з’єднання кірігамі-композитів. Сучасні проблеми металургії. Дніпро, 2025. № 28. С. 184–200. DOI: 10.34185/1991-7848.2025.01.11.