بررسی اثر پارامترهای هندسی مختلف بر رفتار فروریزش محوری لوله‌های مخروطی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

2 دانشجوی دکتری، باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

3 دانشیار، مرکز تحقیقات انرژی و توسعه پایدار، واحد سمنان، دانشگاه آزاد اسلامی، سمنان، ایران

چکیده

سازه‌های جدارنازک به‌عنوان اجزایی با قابلیت جذب انرژی فوق العاده و استحکام به وزن بالا همواره مورد توجه طراحان بوده‌اند. این سازه‌ها در اشکال و هندسه‌های مختلف ساخته می‌شوند. لوله‌های مخروطی یکی از انواع سازه‌های جدارنازک بوده که تحت بارگذاری به شیوه‌های مختلف، تغییرشکل پلاستیک داده و انرژی جذب می‌کنند. انرژی جذب شده از طریق تغییرشکل‌ پلاستیک به عوامل مختلفی از جمله هندسه لوله، حجم، زاویه اعمال نیرو و جنس مواد وابسته است. در این مقاله مطالعه‎ای جامع بر روی لوله‌های مخروط جدارنازک به عنوان جاذب انرژی با استفاده از شبیه‎سازی عددی انجام شده است. برای این منظور، اثر پارامترهای مختلف شامل وجود درپوش در انتهای لوله، شیارهای حلقوی و طولی، ایجاد حفره در دیواره لوله و زاویه بارگذاری بر نحوه لهیدگی و میزان جذب انرژی بررسی شده است. نتایج نشان می‎دهد اگر چه وجود شیارهای حلقوی، طولی و ایجاد حفره بر روی بدنه لوله منجر به کاهش جذب انرژی می‎شود، اما باعث فروریزشی پایدار و کاهش نیروی بیشینه لهیدگی شده و از شدت نیروهای وارده به سرنشینان و سازه اصلی جلوگیری می‎کند. همچنین، نتایج نشان داد که تعداد حفره‎ها اثر محسوسی بر شیوه فروریزش و رفتار نمودار نیرو-جابجایی ندارند؛ در حالی که شکل هندسه حفره بر نحوه فروریزش و نیروی متوسط لهیدگی تاثیرگذار است. بنابراین، دستاورد این مطالعه می‎تواند کمک بزرگی به طراحان در استفاده از این نوع جاذب انرژی در صنایع مختلف از جمله خودروسازی نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Mokhtarnezhad, F., Salehghaffari, S., Tajdari, M., Improving the Crashworthiness Characteristics of Cylindrical Tubes Subjected to Axial Compression by Cutting Wide Grooves from Their Outer Surface, International Journal of Mechanical Sciences, 114, 6-18, 2009.
  • AlaviNia, A., FallahNejad, Kh., Badnava, H., Farhoudi, H.R., Effects of buckling initiators on mechanical behavior of thin-walled square tubes subjected to oblique loading, Thin-Walled Struct, 59: 87-96, 2012.
  • Azarakhsh, S., Rahi, A., Ghamarian, A., Motamedi, H., Axial crushing analysis of empty and foam-filled brass bitubular cylinder tubes, Thin-Walled Structures, 95, 60-72, 2015.
  • Tehrani, H., Pirmohammad, S., Collapse study of thin-walled polygonal section columns subjected to oblique loads, J Auto Eng 1(1): 267279, 2011.
  • Elmarakbi, A., Long, Y.X., MacIntyre, J., Crash analysis and energy absorption characteristics of S-shaped longitudinal members, Thin-Walled Struct, 68, pp. 65–74, 2013.
  • Ghani, A., Hassan, M., Axial crush behaviour of square column with external tapered plunger, Journal of engineering sciences, vol. 41, pp. 1498-1517, 2013.
  • Alavinia, A., Chahrdoli, S., Mechanical behavior of nested multi-tubular structures under quasi-static axial load, Thin-Walled Structures, 106, p.p 376–389, 2016.
  • Rahi, A., Controlling energy absorption capacity of combined bitubular tubes under axial loading, Thin-Walled Structures, 123, 222-231, 2018.
  • شریعتی م.، داورپناه م.،  چاوشان ح.  و الله بخش  ح. ر.، تحلیل تجربی و عددی کمانش و کنترل میزان جذب انرژی پوسته‌های با هندسه‌های مختلف از جنس فولاد ضد زنگ  SS304Lتحت بار محوری. مهندسی مکانیک مدرس، د. ۱۴، ش. ۳، ص. 60-68، 1393.
  • حسینی و.، شریعتی م.،  میرزابابایی س.م.،  و مهدی زاده رخی  م.، تحلیل تجربی و عددی جذب انرژی توسط لوله‌های آلومینیومی جدار ضخیم توخالی و پر شده با فوم با در نظر گرفتن مدل‌های آسیب متفاوت. مجله مهندسی مکانیک، شماره پیاپی 97، جلد 51، شماره 4، زمستان ۱۴۰۰، صفحه ۹۵-۱۰۴.
  • آذرخش، سجاد و عباس رهی و علی قمریان، بررسی آزمایشگاهی و عددی رفتار لهیدگی پوسته های استوانه‌ای برنجی، مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها /دوره 6/ شماره 2/ صفحه181-196/ سال1395.
  • Azarakhsh S., Ghamarian A., 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.
  • بای م.، رهی ع.،  بررسی رفتار فروریزش پوسته‌های استوانه‌ای جدارنازک برش خورده تحت بارگذاری شبه‌استاتیکی محوری و مایل. مجله مهندسی مکانیک، شماره پیاپی ۹۰، جلد ۵۰، شماره ۱، بهار ۱۳۹۹، صفحه ۳۷-۴۶.
  • علوی‌نیا ع.،  رحمانی  ر.،  بررسی تجربی و عددی رفتار مکانیکی سازه‌های ساندویچی استوانه‌ای پر شده با فوم EVA تحت بارگذاری محوری شبه‌استاتیکی و ضربه‌ای. مجله مهندسی مکانیک، شماره پیاپی ۸۷، جلد ۴۹، شماره ۲، تابستان ۱۳۹۸، صفحه ۱۶۹-۱۷۸.
  • Jafarian N. and Rezvani M.J., Crushing behavior of multi-component conical tubes as energy absorber: A comparative analysis between end-capped and non-capped conical tubes, Engineering Structures, Vol. 178, pp. 128–135, 2019.
  • رضوانی م ج.، نگهبان واشقانی ن.، دامغانی نوری م.،  بررسی تجربی و شبیه‌سازی عددی جذب انرژی در لوله استوانه‌ای‌ پر شده از فوم پلی‌اورتان با استفاده از آغازگر. مجله مدل‌سازی در مهندسی، شماره ۴۴، سال چهاردهم، بهار ۱۳۹۵.
  • Chahardoli, S., H. Hadian, and R. Vahedi, Optimization of hole height and wall thickness in perforated capped-end conical absorbers under axial quasi-static loading (using NSGA-III and MOEA/D algorithms). Thin-Walled Structures, 2018.
  • Nikkhah, H., Baroutaji, , Ghani Olabi, Abdul.,“Crashworthiness design and optimisation of windowed tubes under axial impact loading”, Thin-Walled Structures, Volume 142, Pages 132-148, September 2019.
  • Pirmohammad, , Esmaeili-Marzdashti, S., “Multi-objective crashworthiness optimization of square and octagonal bitubal structures including different hole shapes, Thin-Walled Structures. Volume 139, Pages 126-138, June 2019.
  • Hosseini-Tehrani, P., Pirmohammad, S., Golmohammadi. M., “Study on the collapse of tapered tubes subjected to oblique loads, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. Volume: 222 issue: 11, 2025-2039, 2008.
  • Pirmohammad, S., Nikkhah, “Crashworthiness investigation of bitubal columns reinforced with several inside ribs under axial and oblique impact loads”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. 14 February 2017.
  • Pirmohammad, S., Ahmadi Saravani. S., Crashworthiness Performance of Stiffened Foam-filled Tapered Structures under Axial and Oblique Dynamic Loads, Latin American Journal of Solids and Structures, January 26, 2018.
  • Ghamarian, A., Zarei, H.R., Abadi, M.T., Experimental and numerical crashworthiness investigation of empty and foam-filled end-capped conical tubes, Thin-Walled Structures, Vol.9, pp.1312–1319, 2011.
  • Azarakhsh, S., Ghamarian, A., Collapse behavior of thin-walled conical tube clamped at both ends subjected to axial and oblique loads, Thin-Walled Structures. 112, 1-11, 2017.
  • Pugsley, Alfred., The large-scale crumpling of thin cylindrical columns. The Quarterly Journal of Mechanics and Applied Mathematics 13.1: 1-9. 1960.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار