مجله مهندسی مکانیک

مجله مهندسی مکانیک

طراحی بهینه یک ساختار جدید جذب کننده ساندویچی برای سپر جلو خودرو

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز
2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز
3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز
چکیده
در تحقیق حاضر، با ارائه ساختار جدیدی از جذب کننده ها تلاش شده است عملکرد آن نسبت به جذب کننده یکپارچه پلیمری که در سپر خودروها بکار گرفته می شود، بهبود یابد. جذب ­کننده ارائه ­شده ساختاری ساندویچی دارد بطوریکه پوسته ­ها و هسته به ترتیب از جنس فوم آلومینیومی و فوم پلیمری می ­باشند. پژوهش حاضر با استفاده از روش اجزا محدود حل و جهت انجام شبیه ­سازی ­ها از نرم ­افزار آباکوس استفاده شده است. همچنین شبیه سازی مسئله مطابق استاندارد ای ­سی ­ای آر 042 (E.C.E-R042) انجام گرفته است. در نهایت با تحلیل نتایج مشاهده گردید چگالی نسبت به ضخامت تاثیر بیشتری بر عملکرد جذب کننده دارد. در تمام حالات ساندویچی بیشینه تنش فون مایسس و بیشینه کرنش پلاستیک معادل نسبت به جذب کننده پلیمری کاهش داشته است و بیشینه نیرو برخورد در بازه محدودی از چگالی پوسته نسبت به جذب کننده پلیمری کمتر بوده است. در نهایت با استفاده از روش تاگوچی بهترین ساختار برای تحمل بیشینه نیروی برخورد، بالاترین تنش فون مایسس و کرنش پلاستیک معادل محاسبه گردید که جذب کننده ساندویچی با ضخامت پوسته 25 میلیمتر و چگالی 225 کیلوگرم بر متر مکعب به عنوان مورد منتخب معرفی شد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] C. R. Sonawane and A. L. Shelar, "Strength Enhancement of Car Front Bumper for Slow Speed Impact by FEA Method as per IIHS Regulation," Journal of The Institution of Engineers (India): Series C, vol. 99, no. 5, pp. 599-606, 2018/10/01 2018, doi: 10.1007/s40032-017-0365-y.
 
[2] T. Wang and Y. Li, "Design and analysis of automotive carbon fiber composite bumper beam based on finite element analysis," Advances in Mechanical Engineering, vol. 7, no. 6, p. 1687814015589561, 2015/06/01 2015, doi: 10.1177/1687814015589561.
 
[3] A. K. Shukla and J. D. Majumdar, "Studies on Microstructure and Mechanical properties of Aluminium Foam prepared by Spray Forming Route," Procedia Manufacturing, vol. 35, pp. 861-865, 2019/01/01/ 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.promfg.2019.06.032.
 
[4] S. S. Cheon, J. H. Choi, and D. G. Lee, "Development of the composite bumper beam for passenger cars," Composite Structures, vol. 32, no. 1, pp. 491-499, 1995/01/01/ 1995, doi: https://doi.org/10.1016/0263-8223(95)00078-X.
 
[5] S. M. Sapuan, M. A. Maleque, M. Hameedullah, M. N. Suddin, and N. Ismail, "A note on the conceptual design of polymeric composite automotive bumper system," Journal of Materials Processing Technology, vol. 159, no. 2, pp. 145-151, 2005/01/30/ 2005, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2004.01.063.
 
[6] Y. Liu and M. L. Day, "Experimental Analysis and Computer Simulation of Automotive Bumper System under Impact Conditions," International Journal for Computational Methods in Engineering Science and Mechanics, vol. 9, no. 1, pp. 51-59, 2008/01/01 2008, doi: 10.1080/15502280701759218.
 
[7] M. M. Davoodi, S. M. Sapuan, and R. Yunus, "Conceptual design of a polymer composite automotive bumper energy absorber," Materials & Design, vol. 29, no. 7, pp. 1447-1452, 2008/01/01/ 2008, doi: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2007.07.011.
 
[8] M. M. Davoodi, S. M. Sapuan, D. Ahmad, A. Aidy, A. Khalina, and M. Jonoobi, "Concept selection of car bumper beam with developed hybrid bio-composite material," Materials & Design, vol. 32, no. 10, pp. 4857-4865, 2011/12/01/ 2011, doi: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2011.06.011.
 
[9] A. T. Beyene, E. G. Koricho, G. Belingardi, and B. Martorana, "Design and Manufacturing Issues in the Development of Lightweight Solution for a Vehicle Frontal Bumper," Procedia Engineering, vol. 88, pp. 77-84, 2014/01/01/ 2014, doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.11.129.
 
[10]         N. K. Khedkar, C. R. Sonawane, and S. Kumar, "Experimental and static numerical analysis on bumper beam to be proposed for Indian passenger car," Materials Today: Proceedings, vol. 42, pp. 383-387, 2021/01/01/ 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.09.582.
 
[11]         K. Liu, S.-B. Kang, and S. Gao, "Experimental and analytical study on impact response of stainless steel-aluminium foam-alloy steel sandwich panels," International Journal of Impact Engineering, vol. 179, p. 104661, 2023/09/01/ 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2023.104661.
 
[12]         L. Ying, S. Wang, T. Gao, M. Dai, P. Hu, and Y. Wang, "Crashworthiness analysis and optimization of multi-functional gradient foam-aluminum filled hierarchical thin-walled structures," Thin-Walled Structures, vol. 189, p. 110906, 2023/08/01/ 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.tws.2023.110906.
[13]         W. Hou, M. Li, X. Zhang, Z. Liu, and L. Sang, "Design and optimization of the bumper beam with corrugated core structure of fiber metal laminate subjected to low-velocity impact," Thin-Walled Structures, vol. 187, p. 110746, 2023/06/01/ 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.tws.2023.110746.
 
[14]         W. J. Stronge, Impact mechanics. Cambridge university press, 2018.
 
[15]         S. He, W. Liu, and X. Li, "Prediction of impact force of debris flows based on distribution and size of particles," Environmental Earth Sciences, vol. 75, no. 4, p. 298, 2016/02/11 2016, doi: 10.1007/s12665-015-5180-2.
 
[16]         V. S. Deshpande and N. A. Fleck, "Isotropic constitutive models for metallic foams," Journal of the Mechanics and Physics of Solids, vol. 48, no. 6, pp. 1253-1283, 2000/06/01/ 2000, doi: https://doi.org/10.1016/S0022-5096(99)00082-4.
 
[17]         A. Ghamarian, H. R. Zarei, and M. T. Abadi, "Experimental and numerical crashworthiness investigation of empty and foam-filled end-capped conical tubes," Thin-Walled Structures, vol. 49, no. 10, pp. 1312-1319, 2011/10/01/ 2011, doi: https://doi.org/10.1016/j.tws.2011.03.005.
 
[18]         Y. Kuo, T. Yang, and G.-W. Huang, "The use of a grey-based Taguchi method for optimizing multi-response simulation problems," Engineering Optimization, vol. 40, no. 6, pp. 517-528, 2008/06/01 2008, doi: 10.1080/03052150701857645.
 
[19]         S. Liu and Y. Lin, "Introduction to Grey Systems Theory," in Grey Systems: Theory and Applications, S. Liu and Y. Lin Eds. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2011, pp. 1-18.
 
[20]         W. Yan, E. Durif, Y. Yamada, and C. Wen, "Crushing Simulation of Foam-Filled Aluminium Tubes," Materials Transactions - MATER TRANS, vol. 48, pp. 1901-1906, 07/01 2007, doi: 10.2320/matertrans.MRA2007071.
 
[21]         C.-P. Fung, C.-H. Huang, and J.-L. Doong, "The study on the optimization of injection molding process parameters with gray relational analysis," Journal of reinforced plastics and composites, vol. 22, no. 1, pp. 51-66, 2003.
 
[22]         T. Hinz and R. Lewkowicz, "Some selected methods and purpose of the low speed tests for estimation of the vehicle bumpers vulnerability to damage," Mechanik, vol. 90, pp. 476-479, 05/01 2017, doi: 10.17814/mechanik.2017.5-6.62.
 
[23]         L. Chang, Y. Patel, H. Wang, and J. Williams, "The partitioning of plastic energy in cutting tests," Procedia Structural Integrity, vol. 2, pp. 309-315, 2016.
 
[24]         N. Alexopoulos and P. Papanikos, "Experimental and theoretical studies of corrosion-induced mechanical properties degradation of aircraft 2024 aluminum alloy," Materials Science and Engineering: A, vol. 498, no. 1-2, pp. 248-257, 2008.
 
[25]         A. G. Hanssen, Y. Girard, L. Olovsson, T. Berstad, and M. Langseth, "A numerical model for bird strike of aluminium foam-based sandwich panels," International Journal of Impact Engineering, vol. 32, no. 7, pp. 1127-1144, 2006/07/01/ 2006, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2004.09.004.
 
[26]         D. S. Cronin and S. Ouellet, "Low density polyethylene, expanded polystyrene and expanded polypropylene: Strain rate and size effects on mechanical properties," Polymer Testing, vol. 53, pp. 40-50, 2016/08/01/ 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2016.04.018.
 
[27]         G. Sun, X. Wang, J. Fang, T. Pang, and Q. Li, "Parallelized optimization design of bumper systems under multiple low-speed impact loads," Thin-Walled Structures, vol. 167, p. 108197, 2021/10/01/ 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.tws.2021.108197.
دوره 33، شماره 1 - شماره پیاپی 154
فروردین و اردیبهشت 1403
صفحه 83-96

  • تاریخ دریافت 02 مهر 1402
  • تاریخ بازنگری 09 دی 1402
  • تاریخ پذیرش 26 اسفند 1402