Статті

Трансформація деформованої кіригамі структури під час прокатки-з’єднання

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №1 2025

Останнє оновлення: 25 лютого 2025

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 44

Authors:

Я.В.Фролов, orcid.org/0000-0001-6910-6223, Український державний університет науки і технологій, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Д.В.Коноводов*, orcid.org/0000-0001-8282-4991, Український державний університет науки і технологій, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

О.С.Бобух, orcid.org/0000-0001-7254-3854, Український державний університет науки і технологій, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

В.В.Бояркін, orcid.org/0009-0005-7582-9504, Український державний університет науки і технологій, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

^* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2025, (1): 034 - 039

https://doi.org/10.33271/nvngu/2025-1/034

Abstract:

Мета. Кількісна оцінка деформації комірок деформівної вкладки типу кіригамі при прокатці-з’єднанні з використанням різних матриць з метою прогнозування поведінки армуючої фази в середині композиту.

Методика. Для виготовлення тришарових композитних листів використовувався процес прокатки-з’єднання. В якості армуючої фази використовувалася просічно-витяжна сітка з м’якої та нержавіючої сталі. У листах використовувалися дві матричні фази зі сплавів міді та алюмінію. Досліджені трансформації армуючої фази всередині композитного листа.

Результати. У ході дослідження отримані експериментальні дані щодо трансформації вкладки типу кіригамі, розташованої в центрі тришарових листів, під час прокатки-з’єднання. Було продемонстровано, що збільшення м’якості матриці призводить до більшого осьового плину металу в зоні деформації. Це призводить до помітного збільшення кута нахилу сітки. Наявність жорсткої матриці призводить до сплющування комірок сітки, а не до зміни їх кута. І навпаки, за відсутності матриці прокатка сталевої сітки призводить до мінімальної зміни кута сітки, поки обтиск при прокатці не досягне 50 % або більше.

Наукова новизна. У роботі вперше представлено кількісний аналіз зміни геометрії деформованої вкладки типу кіригамі в залежності від величини деформації та механічних властивостей матеріалу матриці під час прокатки-з’єднання. Розуміння зміни форми фази, що армує, у середині композитного листа полегшить прогнозування величини площі контакту матеріалу матриці при прокатці-з’єднанні.

Практична значимість. Результати, отримані в роботі, можуть бути використані для прогнозування форми кінцевої кіригамі структури в середині композитів.

Ключові слова: прокатка-з’єднання, просічно-розтяжна сітка, алюмінієва матриця, мідна матриця

References.

1. Frolov, Y., Haranich, Y., Bobukh, O., Remez, O., Voswinkel, D., & Grydin, O. (2020). Deformation of expanded steel mesh inlay inside aluminum matrix during the roll bonding. Journal of Manufacturing Processes, 58, 857-867. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2020.08.049.

2. Tao, J., Khosravi, H., Deshpande, V., & Li, S. (2022). Engineering by Cuts: How Kirigami Principle Enables Unique Mechanical Properties and Functionalities. Advanced Science, 2204733. https://doi.org/10.1002/advs.202204733.

3. Jin, L., Forte, A. E., Deng, B., Rafsanjani, A., & Bertoldi, K. (2020). Kirigami-Inspired Inflatables with Programmable Shapes. Advanced Materials, 32(33), 2001863. https://doi.org/10.1002/adma.202001863.

4. Hwang, D.-G., & Bartlett, M. D. (2018). Tunable Mechanical Metamaterials through Hybrid Kirigami Structures. Scientific Reports, 8(1). https://doi.org/10.1038/s41598-018-21479-7.

5. Neville, R. M., Scarpa, F., & Pirrera, A. (2016). Shape morphing Kirigami mechanical metamaterials. Scientific Reports, 6(1). https://doi.org/10.1038/srep31067.

6. Zhang, Y., Li, P., Quan, J., Li, L., Zhang, G., & Zhou, D. (2022). Progress, Challenges, and Prospects of Soft Robotics for Space Applications. Advanced Intelligent Systems, 2200071. https://doi.org/10.1002/aisy.202200071.

7. Song, W., Yoo, S., Song, G., Lee, S., Kong, M., Rim, J., Jeong, U., & Park, S. (2019). Recent Progress in Stretchable Batteries for Wearable Electronics. Batteries & Supercaps, 2(3), 181-199. https://doi.org/10.1002/batt.201800140.

8. Wang, W., Rodrigue, H., Kim, H.-I., Han, M.-W., & Ahn, S.-H. (2016). Soft composite hinge actuator and application to compliant robotic gripper. Composites Part B: Engineering on Science Direct, 98, 397-405. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2016.05.030.

9. Yang, Y., Vallecchi, A., Shamonina, E., Stevens, C. J., & You, Z. (2023). A new class of transformable kirigami metamaterials for reconfigurable electromagnetic systems. Scientific Reports, 13(1). https://doi.org/10.1038/s41598-022-27291-8.

10. Blees, M. K., Barnard, A. W., Rose, P. A., Roberts, S. P., McGill, K. L., Huang, P. Y., …, & McEuen, P. L. (2015). Graphene kirigami. Nature, 524(7564), 204-207. https://doi.org/10.1038/nature14588.

11. Hashimoto, M., & Taguchi, Y. (2020). Design and Fabrication of a Kirigami-Inspired Electrothermal MEMS Scanner with Large Displacement. Micromachines, 11(4), 362. https://doi.org/10.3390/mi11040362.

12. Han, D. X., Zhao, L., Chen, S. H., Wang, G., & Chan, K. C. (2021). Critical transitions in the shape morphing of kirigami metallic glass. Journal of Materials Science & Technology, 61, 204-212. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.05.065.

13. Gong, X., Yang, Q., Zhi, C., & Lee, P. S. (2020). Stretchable Energy Storage Devices: From Materials and Structural Design to Device Assembly. Advanced Energy Materials, 2003308. https://doi.org/10.1002/aenm.202003308.

14. Babaee, S., Pajovic, S., Rafsanjani, A., Shi, Y., Bertoldi, K., & Traverso, G. (2020). Bioinspired kirigami metasurfaces as assistive shoe grips. Nature Biomedical Engineering, 4(8), 778-786. https://doi.org/10.1038/s41551-020-0564-3.

15. Kim, K. K., Suh, Y., & Ko, S. H. (2020). Smart Stretchable Electronics for Advanced Human–Machine Interface. Advanced Intelligent Systems, 2000157. https://doi.org/10.1002/aisy.202000157.

16. Lamoureux, A., Lee, K., Shlian, M., Forrest, S. R., & Shtein, M. (2015). Dynamic kirigami structures for integrated solar tracking. Nature Communications, 6(1). https://doi.org/10.1038/ncomms9092.

17. Sareh, S., & Rossiter, J. (2012). Kirigami artificial muscles with complex biologically inspired morphologies. Smart Materials and Structures, 22(1), 014004. https://doi.org/10.1088/0964-1726/22/1/014004.

18. Chen, Y., Liang, Q., Ji, C.-Y., Liu, X., Wang, R., & Li, J. (2022). A magnetic actuation scheme for nano-kirigami metasurfaces with reconfigurable circular dichroism. Journal of Applied Physics, 131(23), 233102. https://doi.org/10.1063/5.0091180.

19. Jang, N.-S., Kim, K.-H., Ha, S.-H., Jung, S.-H., Lee, H. M., & Kim, J.-M. (2017). Simple Approach to High-Performance Stretchable Heaters Based on Kirigami Patterning of Conductive Paper for Wearable Thermotherapy Applications. ACS Applied Materials & Interfaces, 9(23), 19612-19621. https://doi.org/10.1021/acsami.7b03474.

20. Frolov, Y., Bobukh, O., Samsonenko, A., & Nurnberger, F. (2023). Patterning of Surfaces for Subsequent Roll Bonding in a Low-Oxygen Environment Using Deformable Mesh Inlays. Journal of Manufacturing Processes, 7(5), 158. https://doi.org/10.3390/jmmp7050158.

21. Nosko, M., Konovodov, D., Samsonenko, A., & Bobukh, O. (2022). Determination of the dedormation parameters of the steel reinforcing phase inside the aluminum matrix during hot rolling. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (6), 84-89. https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-6/084.

22. Frolov, Y., Nosko, M., Samsonenko, A., Bobukh, O., & Remez, O. (2021). Roll Bonding of Al-Based Conposite Reinforced with C10 Steel Expanded Mesh Inlay. Metals, 11(7), 1044. https://doi.org/10.3390/met11071044.

23. Chen, S. H., Chan, K. C., Han, D. X., Zhao, L., & Wu, F. F. (2019). Programmable super elastic kirigami metallic glasses. Materials and Design, 169, 107687. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.107687.

24. Isobe, M., & Okumura, K. (2016) Initial rigid response and softening transition of highly stretchable kirigami sheet materials. Scientific Reports, 6. https://doi.org/10.1038/srep24758.

25. Frolov, Y., Stolbchenko, M., Grydin, O., Makeeva, H., Tersha­ko­vec, M., & Schaper, M. (2019). Influence of strain parameters at rolling on the properties of wire-reinforced aluminium composites. International Journal of Material Forming, 12(4), 505-518. https://doi.org/10.1007/s12289-018-1431-6.

26. QForm UK. Windows; Micas Simulations Limited: Oxford, UK, 2023. Retrieved from https://qform3d.com.

• < Попередня
• Наступна >