Команда KIMS из Южной Кореи разработала новую модель для прогнозирования поведения металлов при формовке за считанные секунды к 2026 году

Репортаж от Wedoany，Исследовательская группа под руководством Кён Муна Мина и Сонхвана Чоя из отдела исследований процессов обработки материалов Корейского института материаловедения (KIMS) разработала новую аналитическую модель, которая позволяет прогнозировать анизотропное механическое поведение листовых материалов всего за несколько секунд, используя только информацию о микроструктуре металлического материала. Эта технология способна значительно сократить время и затраты, необходимые для проектирования процессов формовки металлических материалов, используемых в автомобилях и аккумуляторах, поскольку она позволяет быстро прогнозировать способы растяжения и деформации листов без необходимости проведения сложных повторяющихся экспериментов.

Листовые материалы широко применяются в кузовных панелях автомобилей, корпусах аккумуляторов и электронных компонентах. В процессе формовки могут возникать нежелательные виды деформации, такие как разрывы, образование складок и локальное утонение. Для предотвращения подобных проблем необходимо прогнозировать деформационное поведение материала в зависимости от направления. Традиционные методы требуют проведения повторных механических испытаний в нескольких направлениях или использования высокоточных вычислительных моделей, которые, однако, требуют значительных вычислительных затрат времени и ресурсов.

Исследовательская группа сосредоточилась на кристаллографической ориентации, то есть на описании расположения микроскопических кристаллических единиц — зёрен, составляющих металлический материал. Листовой материал состоит из большого количества зёрен, и производственный процесс обычно создаёт преимущественную ориентацию в микроструктуре, что приводит к различному деформационному поведению одного и того же металла в зависимости от направления приложения усилия. Существующие аналитические модели обычно предполагают, что все зёрна деформируются равномерно или находятся в одинаковых условиях напряжений, однако реальные металлические материалы демонстрируют промежуточные характеристики деформации, которые невозможно полностью объяснить ни одним из этих предположений. Для преодоления этого ограничения исследовательская группа предложила новый метод анализа, который количественно характеризует эти промежуточные особенности деформации с помощью промежуточной переменной. Эта модель, основанная на кристаллографической ориентации отдельных зёрен, комплексно рассчитывает микроскопическое деформационное поведение и значительно повышает скорость и точность прогнозирования способов деформации всего листового материала в зависимости от направления.

Модель была проверена на нескольких металлических материалах, включая две репрезентативные коммерческие нержавеющие стали, промышленный алюминиевый сплав и бескислородную высокопроводящую медь (OFHC-медь). Модель точно предсказала зависящее от направления деформационное поведение, одновременно сократив время вычислений с нескольких часов, необходимых для традиционных высокоточных методов анализа, до всего лишь нескольких секунд. Исследователи доказали, что, используя только данные о кристаллографической ориентации, можно быстро прогнозировать деформационное поведение листов без необходимости проведения повторных механических испытаний по направлениям, что значительно повышает эффективность оценки формуемости металлических материалов.

Ожидается, что эта технология может быть применена к различным процессам формовки листовых материалов, включая автомобильную сталь, алюминиевые листы и медную фольгу. Она будет играть важную роль, в частности, на ранних этапах разработки новых материалов для оценки формуемости, а также при проектировании штампов и оптимизации процессов в реальных производственных условиях. Ожидается, что модель также позволит сократить количество проб и ошибок за счёт заблаговременного прогнозирования таких проблем формовки, как разрывы и складкообразование, повышая эффективность проектирования процессов и снижая производственные затраты.

Старший научный сотрудник KIMS Кён-мун Мин отметил, что значение этого исследования заключается в предложении эффективного аналитического метода, который позволяет быстро прогнозировать поведение при формовке, используя только характеристики микроструктуры металлического материала. Ожидается, что это поможет сократить время и затраты, необходимые для проектирования процессов обработки металлических листов в автомобильной, аккумуляторной и электронной промышленности.

Исследование было поддержано проектом Конвергентной исследовательской группы Национального исследовательского совета по науке и технологиям Кореи (NST). Результаты исследования были опубликованы в онлайн-режиме 1 апреля 2026 года в журнале «International Journal of Plasticity», который входит в топ-1,4% по классификации JCR. Исследовательская группа планирует расширить применимость модели на более широкий спектр анализа формовки металлов и в дальнейшем разработать её в конечно-элементную аналитическую модель, способную прогнозировать изменения свойств в процессе деформации, для промышленного применения.