فريق بحثي من KIMS الكورية يطور نموذجاً جديداً يتنبأ بسلوك تشكيل المعادن في ثوانٍ بحلول عام 2026

أخبار ar.wedoany.com، طور فريق بحثي بقيادة كيونغ مون مين وسيونغهوان تشوي من قسم أبحاث معالجة المواد في المعهد الكوري لبحوث علوم المواد (KIMS) نموذجاً تحليلياً جديداً قادراً على التنبؤ بالسلوك الميكانيكي غير المتجانس للصفائح المعدنية في غضون ثوانٍ، وذلك باستخدام معلومات البنية المجهرية للمادة المعدنية فقط. تتيح هذه التقنية تقليص الوقت والتكلفة اللازمين لتصميم عمليات تشكيل المعادن المستخدمة في صناعة السيارات والبطاريات بشكل كبير، حيث لا تحتاج إلى تجارب متكررة معقدة للتنبؤ السريع بكيفية تمدد الصفائح وتشوهها.

تُستخدم الصفائح المعدنية على نطاق واسع في ألواح هياكل السيارات، وأغلفة البطاريات، والمكونات الإلكترونية. أثناء عملية التشكيل، قد تظهر أنماط تشوه غير مرغوب فيها مثل التمزق، والتجعيد، والترقق الموضعي. ولمنع هذه المشكلات، يلزم التنبؤ بسلوك تشوه المادة تبعاً لاتجاه التأثير. تتطلب الطرق التقليدية إجراء اختبارات ميكانيكية متكررة في اتجاهات متعددة، أو استخدام نماذج حسابية عالية الدقة، إلا أن هذه الأخيرة تحتاج إلى وقت وتكلفة حسابية كبيرين.

ركز الفريق البحثي على التوجه البلوري، الذي يصف ترتيب الحبيبات البلورية المجهرية المكونة للمادة المعدنية. تتكون الصفيحة المعدنية من عدد كبير من الحبيبات، وتؤدي عملية التصنيع عادةً إلى ظهور توجهات مفضلة في البنية المجهرية، مما يجعل المعدن الواحد يُظهر سلوكيات تشوه مختلفة اعتماداً على اتجاه القوة المؤثرة. تفترض النماذج التحليلية الحالية عادةً أن جميع الحبيبات تتشوه بشكل منتظم أو تتعرض لظروف إجهاد متساوية، لكن المواد المعدنية في الواقع تُظهر خصائص تشوه وسيطة لا يمكن تفسيرها بالكامل بأي من هذين الافتراضين وحدهما. ولمعالجة هذا القصور، اقترح الفريق طريقة تحليلية جديدة تستخدم متغيراً وسيطاً لتحديد هذه الخصائص التشوهية الوسيطة كمياً. يعتمد هذا النموذج على التوجه البلوري للحبيبات الفردية، ويحسب سلوك التشوه المجهري بشكل شامل، مع تحسين السرعة والدقة بشكل ملحوظ، للتنبؤ بكيفية تشوه الصفيحة بأكملها تبعاً لاتجاه التأثير.

تم التحقق من صحة النموذج على عدة مواد معدنية، بما في ذلك نوعان تمثيليان من الفولاذ المقاوم للصدأ التجاري، وسبائك الألومنيوم الصناعية، والنحاس عالي التوصيل الخالي من الأكسجين (OFHC). تنبأ النموذج بدقة بسلوك التشوه المرتبط بالاتجاه، مع تقليص وقت الحساب من عدة ساعات في طرق التحليل عالية الدقة التقليدية إلى بضع ثوانٍ فقط. أثبت الباحثون أنه يمكن التنبؤ بسلوك تشوه الصفائح بسرعة باستخدام بيانات التوجه البلوري فقط، دون الحاجة إلى اختبارات ميكانيكية متكررة في اتجاهات مختلفة، مما يعزز بشكل كبير كفاءة تقييم قابلية تشكيل المواد المعدنية.

من المتوقع أن تُطبق هذه التقنية على عمليات تشكيل الصفائح المختلفة التي تشمل ألواح الصلب للسيارات، وألواح الألومنيوم، ورقائق النحاس. وستلعب دوراً مهماً بشكل خاص في تقييم قابلية التشكيل في المراحل المبكرة من تطوير المواد الجديدة، وفي تصميم القوالب وتحسين العمليات في بيئات التصنيع الفعلية. كما يُتوقع أن يساهم النموذج في تقليل التجربة والخطأ من خلال التنبؤ المبكر بمشاكل التشكيل مثل التمزق والتجعيد، مما يرفع كفاءة تصميم العمليات ويخفض تكاليف التصنيع.

صرّح الباحث الرئيسي في KIMS، كيونغ-مون مين، بأن أهمية هذه الدراسة تكمن في تقديم طريقة تحليلية فعالة تتيح التنبؤ السريع بسلوك التشكيل باستخدام خصائص البنية المجهرية للمادة المعدنية فقط، ومن المتوقع أن تساهم في تقليل الوقت والتكلفة اللازمين لتصميم عمليات تشكيل الصفائح المعدنية في صناعات السيارات والبطاريات والمكونات الإلكترونية.

حظي هذا البحث بدعم مشروع مجموعة البحوث التكاملية التابع للمجلس الوطني الكوري لبحوث العلوم والتكنولوجيا (NST). نُشرت نتائج البحث عبر الإنترنت في 1 أبريل 2026 في مجلة "International Journal of Plasticity"، التي تحتل مرتبة ضمن أعلى 1.4% في تصنيف JCR. يخطط الفريق البحثي لتوسيع نطاق تطبيق النموذج ليشمل تحليلاً أوسع لتشكيل المعادن، وتطويره أيضاً إلى نموذج تحليل بالعناصر المحدودة قادر على التنبؤ بتغيرات الخواص أثناء التشوه، لاستخدامه في التطبيقات الصناعية.