بررسی تجربی و عددی رفتار مکانیکی سازه های ساندویچی استوانه‌ای پر شده با فوم EVA تحت بارگذاری محوری شبه استاتیکی و ضربه ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکاه بوعلی‌سینا، همدان، ایران

2 دانشجوی کارشناس ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکاه بوعلی‌سینا، همدان، ایران

چکیده

 ‌‌‌‌‌‌در بسیاری از سازه­های مهندسی و به خصوص دستگاه­های متحرک، برای جلوگیری از خسارت ناشی از ضربه یا کاهش آن از سیستم­های جذب انرژی استفاده می­شود .هدف از پژوهش حاضر، بررسی تغییر شکل و جذب انرژی سازه­های ساندویچی متشکل از دو لوله آلومینیومی متداخل که بین آن‌ها از فوم پلیمری EVA پر شده‌است، می­باشد. بارگذاری محوری لوله­ها به صورت شبه­استاتیکی و دینامیکی بوده­ و رفتار مکانیکی این سازه­ها، شامل نحوه تغییر شکل، میزان جذب انرژی و نیروی متوسط لهیدگی بررسی ­شده‌است. همچنین، اثر تغییرات طول لوله و چگالی فوم بر کمیت‌های ذکر شده مورد مطالعه قرار گرفته‌است. علاوه بر آزمایش­های تجربی، به منظور بررسی پارامتری، شبیه­سازی عددی نیز با استفاده از نرم­افزار LS-Dyna انجام گرفته‌است. 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. به علاوه، مقایسه نحوه چین­خوردگی در سازه­های پرشده از فوم با سازه­های خالی نشان می­دهد که وجود فوم تاثیری در نحوه چین­خوردگی سازه­ها ندارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Jie S., Yan C. and Guoxing L., Light-Weight thin-walled structures whit patterned windows under axial crushing. International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 66, pp. 239-248, 2013.
[2]  Bardi F. C., Yun H. D. and Kyriakides S., On  the axisymmetric progressive crushing of circular tubes under axial compression. International Journal of Solids and Structures, Vol.  40, pp. 3137–3155, 2003.
[3]  Al Galib D. and Limam, A., Experimental and Numerical Investigation of Static and Dynamic Axial Crushing of Circular Aluminum Tubes. Thin-Walled Structures, Vol.  42, pp.1103-1137, 2004.
[4]  Aktay L, Toksoy A. K. and Guden M., Quasi-static Axial Crushing of Extruded Polystyrene Foam Filled Thin-Walled Aluminum Tubes: Experimental and Numerical Analysis. Materials and Design, Vol.  27, pp.556–565, 2006.
[5]  Hou Sh., Li Q., Long Sh., Yang X. and Li W., Crashworthiness design for foam filled thin-wall structures. Materials and Design, Vol. 30, pp. 2024–2032, 2009.
[6]  Alavi Nia A. and Haddad Hamedani J., Comparative Analysis of Energy Absorption and deformation of thin walled tubes with various section geometries. Thin-Walled structures, Vol. 48, pp. 946-954, 2010.
[7]  Alavi Nia A. and Sadeghi M. Z., The effects of foam filling on compressive response of hexagonal cell aluminum honeycombs under axial loading experimental study. Materials and Design, Vol. 31, pp.1216–1230, 2010.
[8]  Niknejad A., Liaghat G. H., Moslemi Naeini H. and Behravesh A. H., Theoretical and experimental studies of the instantaneous folding force of the polyurethane foam-filled square honeycombs. Materials and Design, Vol. 32, pp. 69–75, 2010.
[9]  Tai Y. S., Huang M. Y. and Hu H.T., Axial compression and energy absorption characteristics of high-strength thin-walled cylinders under impact load. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, Vol. 53, pp.1–8, 2011.
[10] Hui Q., Jingsi H., Chao X. and Feng F., Numerical studies on dynamic behavior of tubular T-joint subjected to impact loading. International Journal of Impact Engineering. Vol. 67, pp. 12-26, 2014.
[11] Zamani J., Baran B. and Rafahi A., An experimental analysis of single and double thin-walled structure under static load. In The 22th International Conference on Mechanical Engineering,Ahvaz, Iran, 2014.
[12]             Kathiresan M. and. Manisekar K., Axial crush behaviours and energy absorption characteristics of aluminium and E-glass/epoxy over-wrapped aluminium conical frusta under low velocity impact loading, Composite Structures, Vol. 136, pp. 86-100, 2016.
[13]               Zhang X. and Zhang H., Relative merits of conical tubes with graded thickness subjected to oblique impact loads, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 98, pp. 111-125, 2015.
[14]             Patil R. V., Lande P. R., Tadamalle A. P. and Reddy Y. P., Determination of Impact Absorbing Capacity and toughness of Aluminum Honeycomb Sandwich Panel in Bumper Beam, International Conference on Advancements in Aeromechanical Materials for Manufacturing, Vol. 4, Issue 8, pp. 8816-8826, 2017.
[15]              Chahardoli S. and Alavi Nia A., Investigation of mechanical behavior of energy absorbers in expansion and folding modes under axial quasi-static loading in both experimental and numerical methods Thin-Walled Structures, Vol. 120, pp. 319-332, 2017.
[16]  Duarte I., Krstulović-Opara L., Dias-de-Oliveira J. and Vesenjak M., Axial crush performance of polymer-aluminium alloy hybrid foam filled tubes, Thin-Walled Structures, Vol. 138, pp. 124–136, 2019.
[17]  Su P., Han B., Yang M., Wei Z., Zhao Z., Zhang Q., Zhang Q., Qin K. and Jian Lu T.,  Axial compressive collapse of ultralight corrugated sandwich cylindrical shells, Materials and Design, Vol. 160, pp. 325–337, 2018.
[18]  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.
[19]  Zhang Y., Liu Q., He Z., Zong Z. and Fang J., Dynamic impact response of aluminum honeycombs filled with Expanded Polypropylene foam, Composites Part B, Vol. 156, pp. 17–27, 2019.
[20]  Liu W., Huang J., Deng X., Lin Z. and Zhang L., Crashworthiness analysis of cylindrical tubes filled with conventional and negative Poisson's ratio foams, Thin-Walled Structures, Vol. 131, pp. 297–308, 2018.
[21]  Duarte I., Krstulović-Opara L. and Vesenjak M., Axial crush behaviour of the aluminium alloy in-situ foam filled tubes with very low wall thickness, Composite Structures, Vol. 192, pp. 184–192, 2018.
[22] سارایی م.،  بررسی تحلیلی و تجربی رفتار المان زاویه­ای تحت بار ضربه­ای. پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بوعلی­سینا همدان، 1386.