بررسی رفتار فروریزش پوسته‌های استوانه‌ای جدار‌نازک برش خورده تحت بارگذاری شبه‌استاتیکی محوری و مایل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی ، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

جاذب‌های انرژی یا همان ضربه‌گیر‌های مکانیکی انواعی از سازه‌های مکانیکی هستند که برای تبدیل کل و یا قسمتی از انرژی جنبشی ناشی از برخورد به‌ کار می‌روند. بالا بردن میزان کارایی جاذب‌ها اعم از افزایش میزان انرژی ویژه جذب شده یا کاهش بیشینه نیروی اولیه برخورد، همواره مورد توجه پژوهشگران بوده و در این زمینه روش‌های گوناگونی ارایه شده است. در این مقاله، ابتدا تأثیر برش لبه جاذب بر روی مقدار نیروی اولیه فروریزش، متوسط نیروی فروریزش، میزان انرژی جذب‌شده و همچنین شکل فروریزش پوسته استوانه­ای آلومینیومی تحت اثر بارگذاری شبه استاتیکی مورد مطالعه قرار می گیرد. سپس اثر ابعاد هندسی پوسته شامل ضخامت، قطر و زاویه نیم‌رأس، پارامترهای هندسی لبه شامل هندسه و ابعاد آن و همچنین زاویه برخورد بر رفتار فروریزش پوسته استوانه‌ای برش خورده، بررسی می شوند. نتایج نشان می دهد که ایجاد برش‌های متقارن در لبه پوسته‌های استوانه‌ای، باعث کاهش نیروی اولیه فروریزش می‌شود که این نیرو با افزایش تعداد برش در لبه جاذب کاهش بیشتری پیدا می‌کند. همچنین ایجاد برش‌های مذکور در مقطع پوسته‌های استوانه‌ای باعث کاهش متوسط نیروی فروریزش و انرژی جذب شده، می‌شود. این کاهش در متوسط نیروی فروریزش و انرژی جذب شده نسبت به کاهش نیروی اولیه فروریزش نامحسوس است. این خاصیت باعث می‌شود تا بتوان از این سیستم جذب انرژی در مواردی که برخورد اولیه برای سیستم مهم است، استفاده کرد. همچنین نتایج نشان می‌دهد که برای حالت 2 برش مربعی در لبه پوسته‌ استوانه‌ای حدود 7/18 درصد، و برای حالت 4 برش مربعی حدود 34 درصد، مقدار نیروی اولیه جاذب نسبت به مقدار نیروی اولیه پوسته استوانه‌ای‌ بدون برش کاهش یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]       Alexander J.M., An approximate analysis of the collapse of thin cylindrical shells under axial loading. The Quarterly Journal of Mechanics and Applied Mathematics, Vol. 13, No.1, pp. 10-15, 1960.
[2]       Mollmann H., Introduction to Theory of Thin Shells, John Wiley & sons, New York, 1982.
[3]       Abramowicz W. and Jones N., Dynamic axial crushing of circular tubes. International Journal of Impact Engineering, Vol. 2, No.2, pp. 179-208, 1984.
[4]       Yamada Y., Banno T., Xie Z. and Wen C., Energy Absorption and Crushing Behaviour of Foam-Filled Aluminium Tubes. Materials Transactions, Vol.46, No.12, pp. 2633-2636, 2005.
[5]       Yuen S.C. and Nurick G., The energy-absorbing characteristics of tubular structures with geometric and material modifications: an overview. Applied Mechanics Reviews, Vol. 61, No.2, 2008.
[6]       Ghamarian A. and Abadi M. T., Axial crushing analysis of end-capped circular tubes. Thin-Walled Structuers, Vol. 49, No.6, pp. 743-752, 2011.
[7]       Azarakhsh S. and 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.
[8]       Ahmadi, A. and Asgari, M., Efficient crushable corrugated conical tubes for energy absorption considering axial and oblique loading. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 233(11), pp.3917-3935, 2019.
[9]       Nikkhah, H., Baroutaji, A. and Olabi, A.G., Crashworthiness design and optimisation of windowed tubes under axial impact loading. Thin-Walled Structures, 142, pp.132-148, 2019.
[10]   Isaac, C.W., Crushing response of circular thin-walled tube with non-propagating crack subjected to dynamic oblique impact loading. International Journal of Protective Structures, p.2041419619849087, 2019.
[11]   Sun, G., Li, S., Li, G. and Li, Q., on crashing behaviors of aluminium/CFRP tubes subjected to axial and oblique loading: An experimental study. Composites Part B: Engineering, 145, pp.47-56, 2018.
[12]   Rahi, A., Experimental and crash-worthiness optimization of end-capped conical tubes under quasi-static and dynamic loading. Mechanics of Advanced Materials and Structures, pp.1-10, 2018.
[13]   Davoudi, M. and Kim, C., 2018. Evaluation of the axial crashworthiness of thin-walled structures with various and combined cross sections. Journal of Mechanical Science and Technology, 32(9), pp.4271-4281.
[14]  نجف زاده اصل، امید؛  محمد حسین پل،  نبی اله رضایی گلشن، 1397، بررسی تجربی پارامترهای تاثیرگذار بر رفتار لوله های کامپوزیتی شیشه/اپوکسی تحت بارگذاری ضربه‌ای محوری، نشریه مهندسی مکانیک مدرس، تیر 1397 شماره4.
[15]  نجف زاده اصل، امید؛ محمدحسین پل؛ نبی اله رضایی گلشن، ۱۳۹۷، بررسی تجربی و مقایسه رفتار لوله های کامپوزیتی شیشه/اپوکسی تحت بارگذاری محوری دینامیکی و شبه‌‎استاتیکی، سومین کنفرانس بین المللی مهندسی مکانیک و هوافضا، تهران، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره) - انجمن مهندسی حرارتی و برودتی ایران. 
[16]  آذرخش، سجاد و مجتبی بابایی، ۱۳۹۷، بررسی تجربی رفتار مکانیکی لوله های تک جداره و دوجداره مربعی تحت بارگذاری محوری شبه استاتیکی، اولین همایش بین المللی مهندسی مکانیک، صنایع و هوافضا، همدان.
[17]  آذرخش، سجاد؛ عباس رهی، سامان دریکوندی، علی قمریان، 1396، تحلیل تجربی و عددی رفتار فروریزش محوری و مایل لوله های دوجداره مخروطی تحت شرایط مرزی دوسرگیردار، نشریه دانش و فناوری هوافضا، 1396، شماره1.
[18]  دامغانی نوری، محمد؛ حسین حاتمی؛ علی قدس بین جهرمی، 1394، بررسی تجربی استوانه های مشبک تحت بارگذاری ضربه ای به عنوان جاذب انرژی، مجله مهندسی مکانیک مدرس، فروردین 1394 ،دوره 15، شماره 1.
[19]   آذرخش، سجاد؛ عباس رهی؛ علی قمریان، 1395، بررسی آزمایشگاهی و عددی رفتار لهیدگی پوسته های استوانه‌ای برنجی، دوره 6، شماره 2، تابستان 1395، صفحه 196-181.
علوی نیا، علی؛ و رضا رحمانی، بررسی تجربی و عددی رفتار مکانیکی سازه های ساندویچی استوانه ای پر شده با فوم EVA تحت بارگذاری محوری شبه استاتیکی و ضربه‌ای، مجله مهندسی مکانیک مدرس، تابستان 1398، دوره 49، شماره 2.