تحلیل لهیدگی محوری لوله های جدارنازک ساندویچی به کمک آزمایش های تجربی و شبیه سازی اجزاء محدود

Subject Areas : Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering

سجاد آذرخش ¹ , عباس رهی ²

1 - کارشناس ارشد مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز
2 - استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی

Received: 2015-09-27 Accepted : 2015-09-27 Published : 2013-12-22

Keywords: جاذب انرژی, تحلیل اجزای محدود, فروریزش محوری, سازه های جدار نازک, فوم پلی یورتان,

Abstract :

کاربرد سیستم­های جذب انرژی ضربه در صنایع مختلف از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. لوله­های جدارنازک به­خاطر سبکی، ظرفیت جذب انرژی بالا، طول لهیدگی زیاد و نسبت جذب انرژی به وزن بالا به­عنوان یکی از کارآمدترین سیستم­های جذب انرژی کاربرد روز­افزونی پیداکرده­اند. دراین پژوهش با انجام آزمایش­های تجربی و شبیه سازی اجزاء محدود، شیوه فروریزش سازه­های جدارنازک ساندویچی توخالی و پرشده با فوم پلی­یورتان تحت اثر بارگذاری شبه­استاتیک محوری مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است . در مطالعه­ی آزمایشگاهی نمونه­های استوانه­ای به روش اکستروژن ساخته شده و بین دو صفحه­ی  صلب تحت اثر بارگذاری شبه­استاتیک قرار گرفته و سپس نحوه­ی فروریزش نمونه، تغییرات نیرو و مقدار انرژی لازم تعیین شده اند. مدلی برای شبیه سازی فرآیند فروریزش با استفاده از تحلیل اجزای محدود ارائه و اثر رفتار غیرخطی مواد، تماس و تغییر شکل بزرگ در این شبیه سازی در نظر گرفته شده است. شبیه سازی نمونه­های آزمایش شده در نرم افزار آباکوس به صورت سه­بعدی و به روش صریح اجرا شده است. مقایسه­ی نتایج آزمایشگاهی و شبیه سازی نشان می­دهد که مدل ارائه شده برای تعیین پاسخ فروریزش و تعیین نمودار نیرو- جابه­جایی و میزان انرژی جذب شده مناسب است. با استفاده از مدل عددی، اثر ضخامت لوله، جنس مواد، عیوب هندسی و چگالی فوم بر متوسط نیروی فروریزش، میزان انرژی جذب ‌شده و نحوه­ی فروریزش پوسته‌های استوانه‌ای بررسی شده است. نتایج پژوهش نشان می­دهند که وجود فوم باعث افزایش میزان جذب انرژی در سازه­ها می­شود؛ این افزایش در میزان جذب انرژی و نیروی متوسط لهیدگی در چگالی­های بالاتر فوم، نمایان­تر است.

References:

[1] Alexander  J.M., An Approximate Analysis of the Collapse of Thin Cylindrical Shells under Axial Loading, Quart Journal of Mechanical Application Mathematics, Vol. 13, 1960, pp.10-15.

 [2] Yamasaki K,   Han J., Maximization of Crushing Energy Absorption of Cylindrical Shells, Advanced Engineering Software, 2000, pp.425–34.

[3] Aktay L, Toksoy A.K,   Guden M., Quasi-static Axial Crushing of Extruded Polystyrene Foam-Filled Thin-Walled Aluminum Tubes: Experimental and Numerical Analysis, Materials and Design, Vol. 27, 2006, pp.556–565.

[4] Kavi   Halit,   Toksoy   Kaan,   Guden Mustafa., Predicting Energy Absorption in a Foam-Filled Thin-Walled Aluminum Tube Based on Experimentally Determined Strengthing Coefficient, Journal ofMaterial and Design, Vol.27, 2006, PP.263-269.

[5] Gupta  N.K,  Venkatesh., Experimental and Numerical Studies of Impact Axial Compression of Thin-Walled Conical Shells, International Journal Impact Engineering, Vol. 34, 2007, pp.708–720.

 [6] Olabi A.G, Morris E, Hashmi M.S.J. and Gilchrist M.D., Optimized design of nested circular tube energy absorbers under lateral impact loading, International Journal of Mechanical Sciences, No. 50, 2008, pp. 104-116.

[7] X Zhang, H Huh., Energy absorption of longitudinally grooved square tubes under axial compression, Journal of Thin-Walled Structures, 2009.

[8] Jones, N., Dynamic energy absorption and perforation of ductile structures, International Journal of Pressure Vessels and Piping, No. 87, 2010,  pp. 482-492.

 [9] S Hou, Xu Han, G Sun., Multiobjective optimization for tapered circular tubes, Journal of Thin-Walled Structures, 2011.

 [10] Ghamarian A,  Abadi M.T.,   Axial crushing analysis of end-capped circular tubes, Thin-Walled Structure, Vol.49, 2011, pp. 743-752.

[11] Ghamarian A, Zarei H.R, Abadi M.T., Experimental and Numerical Crashworthiness Investigation of Empty and Foam-filled End capped Conical Tubes, Thin-walled Structure, Vol. 49, 2011, pp.1312–1319.

[12] Tarlochan   F and  Ramesh   S., Composite sandwich structures whitnested inserts for energy absorption application, Composite Structures, No. 94, 2012,  pp. 904-9016.

[13] Ghamarian  A,  Zarei  H.R,  Farsi M.A, Ariaeifar N., Experimental and Numerical Crashworthiness Investigation of the empty and foam-filled conical Tube with shallow spherical caps, doi:10.1111/str:12028 strain 49, 2013, pp.199-211.

 [14] Ahmad   Z.,  Thambiratnam   D.P.,  Crushing Response of Foam-Filled Conical Tubes under Quasi-Static Axial Loading, Materials and Design, Vol. 30, 2009, pp. 2393–2403.

 [15] Aljawi   A. A. N.,   Numerical Simulation of Axial Crushing of Circular Tubes, Engineering science, Vol.14, No. 2, 2002, pp. 3-17.