بررسی جذب انرژی ضربه‌گیرهای مخروطی تحت بار محوری شبه‌استاتیکی

نوع مقاله: مقاله علمی ترویجی

نویسندگان

1 باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی، اراک، ایران

2 گروه مکانیک، واحد الیگودرز، دانشگاه آزاد اسلامی، الیگودرز، ایران

چکیده

در این پژوهش، با انجام آزمایش‌های تجربی و شبیه‌سازی عددی، شیوةفروریزش و میزان جذب انرژی ضربه‌گیرهای مخروطی با شرایط مرزی گوناگون تحت اثر بارگذاری شبه‌استاتیک محوری مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. در مطالعة آزمایشگاهی نمونه‌های مخروطی به‌روش چرخ‌کاری ساخته شده و بین دو صفحة صلب تحت اثر بارگذاری شبه‌استاتیک قرار گرفته است؛ سپس نحوة فروریزش نمونه، تغییرات نیرو و مقدار انرژی لازم تعیین شده‌اند. مدلی برای شبیه‌سازی فرایند فروریزش با استفاده از تحلیل اجزای محدود ارائه و اثر رفتار غیرخطی مواد، تماس و تغییر شکل بزرگ در این شبیه‌سازی در نظر گرفته شده است. شبیه‌سازی نمونه‌های آزمایش‌شده در نرم‌افزار آباکوس به‌صورت سه‌بعدی و به‌روش صریح اجرا شده است. مقایسة نتایج تجربی و شبیه‌سازی نشان می‌دهد مدل ارائه‌شده روش مناسبی برای تعیین پاسخ فروریزش و تعیین نمودار نیرو - جابه­جایی فراهم می‌کند. نتایج نشان می‌دهد مقدار انرژی جذب­شده در نمونه‌های مخروطی با شرایط مرزی دوسرگیردار 12 درصد بیشتر از شرایط مرزی یک‌سرگیردار است. از طرفی، تأثیر پارامترهای مؤثر بر عملکرد نمونه‌های مخروطی با استفاده از مدل عددی بررسی شده است. نتایج نشان می­دهد تغییر ضخامت دیواره، طول لوله، نوع ماده و زاویة نیم­رأس پوسته­های مخروطی اثر قابل توجهی بر رفتار فرویزشی پوسته‌های مخروطی دارند.

کلیدواژه‌ها


[1] N. K. Gupta, Venkatesh, Experimental and Numerical Studies of Impact Axial Compression of Thin-Walled Conical Shells, Int. J. Impact Eng, Vol. 34, pp.708–720, 2007.

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

[3] A. Ghamarian, H. R. Zarei, M. T. Abadi, Experimental and numerical crashworthiness investigation of empty and foam-filled end-capped conical tubes, Thin-Walled Structuer, 49, pp. 1312–1319, 2011.

[4] م. دامغانی نوری، م. رضوانی، ح. رحمانی، بررسی تجربی و شبیه‌سازی عددی جذب انرژی در لوله‌های استوانه‌ای با شیارهای مثلثی، هجدهمین کنفرانس سالانه مهندسی مکانیک، تهران، دانشکدة مهندسی مکانیک دانشگاه شریف، ۱۳۸۹.

[5] C. Thinvongpituk, V. Chomkwah, Experimental and numerical studies on the behavior of cylindrical and conical shells with varying thicknessalong the length subjected to axial compression, Issue 4, Vol. 10, pp. 92-100, 2010.

[6] S. J. Hosseinipour, G. H. Daneshi,  G.H., “Energy absorbtion and mean crushing load of thin-walled grooved tubes under axial compression”, Thin-Walled Structures, Vol. 41, p.p. 31–46, 2003.

[7] ع. نیک‌نژاد, غ. لیاقت، مقایسه رفتار چین‌خوردگی ستونهای چهارگوش جداره نازک در دو حالت توخالی و توپر، نوزدهمین همایش سالانه مهندسی مکانیک، بیرجند، انجمن مهندسان مکانیک ایران، دانشگاه بیرجند، ۱۳۹۰.

[8] ع. علوی‌نیا, ع. فرشاد، بررسی تجربی اثر هندسة مقطع بر جذب انرژی مقاطع جدار نازک با و بدون فوم فلزی، بیستمین کنفرانس سالانه مهندسی مکانیک، شیراز، دانشگاه شیراز، ۱۳۹۱.

[9] A. Alavi Nia,  H. Badnava,  Kh. Fallah Nejad, An experimental investigation on crack effect on the mechanical behavior and energy absorption of thin-walled tubes, Materials and Design, Vol. 32, pp. 3594– 3607, 2011.

[10] م. رضوانی, م. دامغانی نوری، بررسی تجربی و عددی جذب انرژی در ضربه گیرهای استوانه‌ای شیاردار پرشده از فوم پلیمری در خودرو، نخستین کنگره ملی توسعه خوشه صنعتی قطعات خودرو، سمنان، دانشگاه آزاد اسلامی واحد سمنان، ۱۳۹۱.

[11] A. Alavi Nia, S. Chahardoli, Optimizing the layout of nested three-tube structures in quasi-static axial collapse, Thin-Walled Structures, Vol. 107, pp. 169–181, 2016.

[12] ع. علوی‌نیا، ح. خدابخش، بررسی عددی تاثیر فاصلة لوله‌های جدارنازک متداخل بر رفتار مکانیکی و جذب انرژی آنها"، مدلسازی در مهندسی، س. 14، ش. 45، ص. 33-47، تابستان 1395.

[13] A. Alavi Nia, S. Chahardoli, Mechanical behavior of nested multi-tubular structures under quasi-static axial load, Thin-Walled Structures, Vol. 106, pp. 376–38, 2016.

[14] م. رضوانی، ن. نگهبان واشقانی، م. دامغانی نوری، بررسی تجربی و شبیه‌سازی عددی جذب انرژی در لوله استوانه‌ای پرشده از فوم پلی‌اورتان با استفاده از آغازگر، مدلسازی در مهندسی، س. 14، ش. 44، ص. 69-78، بهار 1395.

[15] س. آذرخش، ع. رهی، ع. قمریان، بررسی آزمایشگاهی و عددی رفتار لهیدگی پوسته‌های استوانه‌ای برنجی، مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها، س. 6، ش. 2، ص. 181-196، 1395.

[16] S. Azarakhsh, A. Rahi, A. Ghamarian, H. Motamedi, Axial Crushing Analysis of  Empty and Foam-Filled Brass Bitubular Cylinder Tubes, Thin-Walled Structures, Vol. 95,  No. 3,  pp.60-72, 2015.

[17] S. Azarakhsh,  A. Ghamarian, Collapse behavior of thin-walled conical tube clamped at both ends subjected to axial and oblique loads, Thin-Walled Structures, Vol. 112, pp.1-11, 2017.

[18]  س. آذرخش، م. حسنی‌سعدی، ع. قمریان، م. حمزه گرگانی، تحلیل تجربی و شبیه‌سازی فروریزش محوری پوسته‌های استوانه‌ای دوجداره توخالی و تقویت شده یک‌سرگیردار، مهندسی مکانیک، س. 25، ش. 111، ص. 47-60، بهمن و اسفند 1395.

[19] A. Ghamarian, H. R. Zarei, M. A. Farsi, N. Ariaeifar, Crashworthiness investigation of the empty and foam-filled conical tube with shallow spherical caps,  Strain, Vol. 49, pp. 199–211. 2013.

[20] A. Ghamarian, H. R. Zarei, Crashworthiness investigation of conical and cylindrical end-capped tubes under quasi-static crash loading, International Journal of  Crashworthiness, Vol. 17, No. 1 19–28, 2012.