تحلیل تجربی و عددی کمانش و کنترل میزان جذب انرژی ضربه‌گیرهای دوجداره مربعی تحت بار محوری شبه‌استاتیکی و دینامیکی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

چکیده

امروزه به منظور کاهش خسارات ناشی از برخورد از جاذب‌های انرژی استفاده می‌کنند. سازه‌های جدارنازک محبوب‌ترین سازه‌هایی هستند که به‌عنوان جاذب انرژی در اشکال مختلف ساخته می‌شوند. سازه‌های 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 روز افزونی پیدا کرده‌اند. ﻫﺪف از اﻧﺠﺎم اﯾﻦ ﺗﺤﻘﯿﻖ ﺑﺮرﺳﯽ اﺛﺮ ﺗﻐﯿﯿﺮ‌ﺷﮑﻞ ﻫﻨﺪﺳﯽ ﻟﻮﻟﻪ برنجی با سطح مقطع مربعی ﺑﺮ ﻣﯿﺰان ﺟﺬب انرژی و ﺑﺮرﺳﯽ اﺛﺮ ترکیب دوجداره آن ها ﺑﺮای ﺟﺬب اﻧﺮژی ﺑﯿﺸﺘﺮ ﻧﺎﺷﯽ از بارگذاری محوری است. در ﺑﺨﺶ ﺗﺠﺮﺑـﯽ، اﺑﺘـﺪا ﻟﻮﻟـﻪﻫـﺎﯾﯽ با سطح مقطع مربعی از ﺟﻨﺲ برنج ﺗﻬﯿﻪ شده و ﺳﭙﺲ آزﻣﺎﯾﺶﻫﺎی ﺷﺒﻪاﺳﺘﺎﺗﯿﮑﯽ ﺑﺎ ﻧﺮخ ﺑﺎرﮔﺬاری ﺛﺎﺑﺖ ﺑﺮ روی ﻧﻤﻮﻧﻪﻫﺎ اﻧﺠﺎم گرفته است و نمودار نیرو ﺑﺮﺣﺴﺐ جابجایی در ﻫﺮ آزﻣﺎﯾﺶ اﻧﺪازهﮔﯿﺮی شده است. مدلی برای شبیه سازی فرایند فروریزش با استفاده از تحلیل اجزای محدود ارائه و اثر رفتار غیر‌خطی مواد، تماس و تغییرشکل بزرگ در این شبیه سازی در نظر گرفته شده است. با ﻣﻘﺎﯾﺴﻪ ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺗﺠﺮﺑﯽ و ﻋﺪدی مشخص گردید که مدل ارائه شده برای تعیین پاسخ فروریزش و تعیین نمودار نیرو- جابه جایی و میزان انرژی جذب شده مناسب است. از مدل اجزاء محدود صحه گذاری شده در مطالعه پارامتری برای تعیین اثر پارامترهای هندسی (از جمله عیوب هندسی و ضخامت) و پارامترهای بارگذاری دینامیکی (از جمله جرم برخورد کننده و سرعت برخورد کننده) بر انرژی جذب ‌شده استفاده شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental and Numerical Analysis on buckling and control amount of Energy Absorption of square bitubular shock absorbers under quasi-static and dynamic axial Loading

نویسندگان [English]

  • Sajjad Azarakhsh 1
  • Ali Pourkamali Anaraki 2
1 Young Researchers and Elite Club, Islamic Azad University, Arak Branch, I. R. Iran.
2 Associate Professor, Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Today, energy absorbers are used to reduce the damage caused by collision. Thin-walled structures are the most popular energy absorbent and is used in various forms. Thin-walled tubes due to lightness, high value of impact energy absorption, long crushing length and high ratio of energy absorption into weight have ever-increasing application as one of the effective energy absorption. The purpose of this study was to investigate the effect of geometry deformation on the energy absorption of brass tubes with square cross-section and the effect of combined bitubular tubes to absorb more energy under Axial Loading. In the experimental part, brass tubes with square cross-section were prepared and then the quasi-static tests with static loading rate were performed and the load-deflection diagrams in each test were obtained. A numerical model is presented based on finite element analysis to simulate the collapse process considering the non-linear responses due to material behavior, contact and large deformation. The comparison of numerical and experimental results showed that the present model provides an appropriate procedure to determine the collapse mechanism, crushing load and the amount of energy absorption. The validated finite element model was then used for the parametric studies, in order to determine the effect of the geometry parameters (i.e. imperfection and thickness) and dynamic loading parameters (i.e. impact mass and impact velocity) on the energy absorption.

کلیدواژه‌ها [English]

  • square bitubular tubes
  • quasi-static loading
  • energy absorption
  • FEM
  • dynamic loading
آذرخش، س.، رهی، ع.، دریکوندی، س. و قمریان، ع. 1396. "تحلیل تجربی و عددی رفتار فروریزش محوری و مایل لوله­های دوجداره مخروطی تحت شرایط مرزی دوسرگیردار". دانش و فناوری هوافضا، 6(1): 67-79.

رضوانی، م. ج.، نگهبان واشقانی، ن. و دامغانی نوری، م. 1395. "بررسی تجربی و شبیه‌سازی عددی جذب انرژی در لوله استوانه‌ای پر شده از فوم پلی‌اورتان با استفاده از آغازگر". مجله مدل‌سازی در مهندسی، 14(44): 69-78.

علوی نیا، ع. و خدابخش، ح. 1395. "بررسی عددی تأثیر فاصله‌ی لوله‌های جدارنازک متداخل بر رفتار مکانیکی و جذب انرژی آن‌ها". مجله مدل‌سازی در مهندسی، 14(45): 33-47.

پیرمحمد، س. و اسماعیلی مرزدشتی، س. 1396. "مقایسه عملکرد جذب انرژی سازه‌های چند جداره مربعی و دایروی با استفاده از روش کپراس و بهینه‌سازی سازه دایروی با استفاده از روش پاسخ سطح". مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها، 7(3): 133-147.

Alavi Nia, A. and Haddad Hamedani, J. 2010. “Comparative analysis of energy absorption and deformations of thin walled tubes with various section geometries”. Thin-Walled Struct., 48: 946-954.

Alavi Nia, A., Badnava, H. and Fallah Nejad, Kh. 2011. “An experimental investigation on crack effect on the mechanical behavior and energy absorption of thin-walled tubes”. Mater. Design, 32: 3594-3607.

Azarakhsh, S., Rahi, A., Ghamarian, A. and Motamedi,   H. 2015. “Axial crushing analysis of empty and foam-filled brass bitubular cylinder tubes”. Thin-Walled Struct., 95(3): 60-72.

Azarakhsh, S. and Ghamarian, A. 2017. “Collapse behavior of thin-walled conical tube clamped at both ends subjected to axial and oblique loads”. Thin-Walled Struct., 12: 1-11.

Fan, Z., Lu, G. and Liu, K. 2013. ”Quasi-static axial compression of thin-walled tubes with different cross-sectional shapes”. Eng. Struct., 55: 80-89.

Reid, S. R., Reddy, T. Y. and Gray, M. D. 1986. “Static and dynamic axial crushing of foam-filled sheet metal tubes”. Int. J. Mech. Sci., 28: 295-322.

Salehghaffari, S., Tajdari, M. and Mokhtarnezhad, F. 2009. “The collapse of thick-walled metal tubes with wide external grooves as controllable energy dissipating devices”. J. Mech. Eng. Sci., 233: 2465-2480.

Seitzberger M., Rammerstorfer, F. G., Degischer, H. P. and Gradinger, R. 1997. “Crushing of axially compressed steel tubes filled with aluminium foam”. Acta Mech., 125(1–4): 93-105.

Zhang, Y., Sun, G., Li, G., Luo, Z. and Li, Q. 2012. “Optimization of foam-filled bitubal structures for crashworthiness criteria”. Mater. Design, 38: 99-109.