بررسی پارامترهای جذب انرژی پوسته‌های استوانه‌ای فولادی پرشده با پلی‌اتیلن تحت بارگذاری شبه‌استاتیکی

نوع مقاله : مکانیک ضربه

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، واحد لاهیجان، دانشگاه آزاد اسلامی، لاهیجان، ایران

2 نویسنده مسئول: استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد لاهیجان، دانشگاه آزاد اسلامی، لاهیجان، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران

چکیده

در این تحقیق،‏‌ هدف اصلی، بررسی پارامترهای جذب انرژی پوسته‌های استوانه‌ای فولادی پرشده با پلی‌اتیلن است. بدین منظور از آزمایش‌های تجربی و شبیه‌سازی عددی استفاده شد. به‌منظور مقایسه عملکرد جذب انرژی، نمونه‌های پوسته استوانه‌ای فولادی توخالی و چهار نمونه پوسته استوانه‌ای فولادی پرشده با پلی‌اتیلن ارتالون با سوراخ‌کاری‌های مختلف محوری در قسمت پرکننده تحت آزمایش شبه استاتیکی فشاری قرار گرفتند و با یکدیگر مقایسه شدند. شبیه‌سازی عددی نیز به کمک نرم‌افزار ABAQUS انجام شد و از نتایج آزمایشگاهی برای خواص مکانیکی مواد استفاده شد. نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی همخوانی خوبی را با نتایج تجربی نشان داد. همچنین نتایج نشان دادند که استفاده از پرکننده پلی‌اتیلن در نمونه‌های پرشده سبب کاهش در مقادیر نیروی بیشینه لهیدگی اولیه، افزایش مقادیر میانگین نیروی لهیدگی، کاهش در جذب انرژی، افزایش بازده نیروی لهیدگی نسبت به نمونه‌های خالی می‌شود. به‌عنوان‌مثال، در نمونه پرشده با پلی‌اتیلن و دارای پنج سوراخ محوری در مقدار نیروی بیشینه لهیدگی 5/60% کاهش و در بازده نیروی لهیدگی 77/166% افزایش نسبت به نمونه خالی مشاهده شد. همچنین در بین نمونه‌های پرشده با پلی‌اتیلن، نمونه دارای پنج سوراخ محوری دارای بیشترین بازده نیروی لهیدگی بود.

کلیدواژه‌ها


Smiley face

[1] Li S, Guo X, Li Q, Ruan D, Sun G. On lateral compression of circular aluminum, CFRP and GFRP tubes. Composite Structures. 2020;232:111534.##
[2] Zhang W, Qin Q, Li J, Li K, Poh L, Li Y, et al. Deformation and failure of hybrid composite sandwich beams with a metal foam core under quasi-static load and low-velocity impact. Composite Structures. 2020;242:112175.##
[3] Sebaey T, Mahdi E. Filler strengthening of foam-filled energy absorption devices using CFRP beams. Composite Structures. 2017;160:1-7.##
[4] Sun G, Chen D, Wang H, Hazell PJ, Li Q. High-velocity impact behaviour of aluminium honeycomb sandwich panels with different structural configurations. International Journal of Impact Engineering. 2018;122:119-36.##
[5] Bai R, Guo J, Lei Z, Liu D, Ma Y, Yan C. Compression after impact behavior of composite foam-core sandwich panels. Composite Structures. 2019;225:111181.##
[6] Andrews K, England G, Ghani E. Classification of the axial collapse of cylindrical tubes under quasi-static loading. International Journal of Mechanical Sciences. 1983;25(9-10):687-96.##
[7] Yao S, Huo Y, Yan K, Xu P. Crashworthiness study on circular hybrid corrugated tubes under axial impacts. Thin-Walled Structures. 2019;145:106358.##
[8] Li Z, Ma W, Hou L, Xu P, Yao S. Crashworthiness analysis of corrugations reinforced multi-cell square tubes. Thin-Walled Structures. 2020;150:106708.##
[9] Ma W, Xie S, Li Z. Mechanical performance of bio-inspired corrugated tubes with varying vertex configurations. International Journal of Mechanical Sciences. 2020;172:105399.##
[10] Xu P, Xu K, Yao S, Yang C, Huang Q, Zhao H, et al. Parameter study and multi-objective optimisation of an axisymmetric rectangular tube with diaphragms for subways. Thin-Walled Structures. 2019;136:186-99.##
[11] Li Z, Yao S, Ma W, Xu P, Che Q. Energy-absorption characteristics of a circumferentially corrugated square tube with a cosine profile. Thin-Walled Structures. 2019;135:385-99.##
[12] Tran T. Study on the crashworthiness of windowed multi-cell square tubes under axial and oblique impact. Thin-Walled Structures. 2020;155:106907.##
[13] Nikkhah H, Guo F, Chew Y, Bai J, Song J, Wang P. The effect of different shapes of holes on the crushing characteristics of aluminum square windowed tubes under dynamic axial loading. Thin-Walled Structures. 2017;119:412-20.##
[14] Kathiresan M. Influence of shape, size and location of cutouts on crashworthiness performance of aluminium conical frusta under quasi-static axial compression. Thin-Walled Structures. 2020;154:106793.##
[15] Song J, Guo F. A comparative study on the windowed and multi-cell square tubes under axial and oblique loading. Thin-Walled Structures. 2013;66:9-14.##
[16] Song J, Chen Y, Lu G. Axial crushing of thin-walled structures with origami patterns. Thin-Walled Structures. 2012;54:65-71.##
[17] Zhou C, Wang B, Ma J, You Z. Dynamic axial crushing of origami crash boxes. International journal of mechanical sciences. 2016;118:1-12.##
[18] Ciampaglia A, Fiumarella D, Niutta CB, Ciardiello R, Belingardi G. Impact response of an origami-shaped composite crash box: Experimental analysis and numerical optimization. Composite Structures. 2021;256:113093.##
[19] Baroutaji A, Sajjia M, Olabi A-G. On the crashworthiness performance of thin-walled energy absorbers: recent advances and future developments. Thin-Walled Structures. 2017;118:137-63.##
[20] Isaac CW, Ezekwem C. A review of the crashworthiness performance of energy absorbing composite structure within the context of materials, manufacturing and maintenance for sustainability. Composite Structures. 2021;257:113081.##
[21] Abramowicz W, Jones N. Dynamic axial crushing of square tubes. International Journal of Impact Engineering. 1984;2(2):179-208.##
[22] Abramowicz W, Jones N. Dynamic progressive buckling of circular and square tubes. International Journal of Impact Engineering. 1986;4(4):243-70.##
[23] Liu W, Lian J, Münstermann S, Zeng C, Fang X. Prediction of crack formation in the progressive folding of square tubes during dynamic axial crushing. International Journal of Mechanical Sciences. 2020;176:105534.##
[24] Guillow S, Lu G, Grzebieta R. Quasi-static axial compression of thin-walled circular aluminium tubes. International Journal of Mechanical Sciences. 2001;43(9):2103-23.##
[25] Li Z-g, Yang H-f, Zhang Z-s, Ye S, Han Z-t, Wei J-f. Crashworthiness of extruded magnesium thin-walled square tubes. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019;29(6):1223-32.##
[26] Wang Z, Zhang J, Li Z, Shi C. On the crashworthiness of bio-inspired hexagonal prismatic tubes under axial compression. International Journal of Mechanical Sciences. 2020;186:105893.##
[27] Chen Y, Bai Z, Zhang L, Wang Y, Sun G, Cao L. Crashworthiness analysis of octagonal multi-cell tube with functionally graded thickness under multiple loading angles. Thin-Walled Structures. 2017;110:133-9.##
[28] Chen J, Li E, Li Q, Hou S, Han X. Crashworthiness and optimization of novel concave thin-walled tubes. Composite Structures. 2022;283:115109.##
[29] Marzbanrad J, Ebrahimi MR. Multi-objective optimization of aluminum hollow tubes for vehicle crash energy absorption using a genetic algorithm and neural networks. Thin-Walled Structures. 2011;49(12):1605-15.##
[30] Albak Eİ. Crashworthiness design and optimization of nested structures with a circumferentially corrugated circular outer wall and inner ribs. Thin-Walled Structures. 2021;167:108219.##
[31] Zou X, Gao G-j, Dong H-p, Li J, Zhou X-s, Chen W, et al. Crushing analysis and multi-objective optimization of bitubular hexagonal columns with ribs. Journal of Central South University. 2017;24(5):1164-73.##
[32] Xu P, Yang C, Peng Y, Yao S, Zhang D, Li B. Crash performance and multi-objective optimization of a gradual energy-absorbing structure for subway vehicles. International Journal of Mechanical Sciences. 2016;107:1-12.##
[33] Bahramian N, Khalkhali A. Crashworthiness topology optimization of thin-walled square tubes, using modified bidirectional evolutionary structural optimization approach. Thin-Walled Structures. 2020;147:106524.##
[34] Baykasoğlu A, Baykasoğlu C, Cetin E. Multi-objective crashworthiness optimization of lattice structure filled thin-walled tubes. Thin-Walled Structures. 2020;149:106630.##
[35] Patel V, Tiwari G, Dumpala R. Crashworthiness analysis of multi-configuration thin walled co-axial frusta tube structures under quasi-static loading. Thin-Walled Structures. 2020;154:106872.##
[36] Cho Y-B, Bae C-H, Suh M-W, Sin H-C. A vehicle front frame crash design optimization using hole-type and dent-type crush initiator. Thin-Walled Structures. 2006;44(4):415-28.##
[37] Bodlani S, Yuen S, Nurick G. The energy absorption characteristics of square mild steel tubes with multiple induced circular hole discontinuities—part I: experiments. Journal of applied mechanics. 2009;76(4).##
[38] Bodlani S, Chung Kim Yuen S, Nurick G. The energy absorption characteristics of square mild steel tubes with multiple induced circular hole discontinuities—Part II: numerical simulations. Journal of applied mechanics. 2009;76(4).##
[39] Li G, Xu F, Sun G, Li Q. A comparative study on thin-walled structures with functionally graded thickness (FGT) and tapered tubes withstanding oblique impact loading. International Journal of Impact Engineering. 2015;77:68-83.##
[40] Zhang Z, Lei H, Xu M, Hua J, Li C, Fang D. Out-of-plane compressive performance and energy absorption of multi-layer graded sinusoidal corrugated sandwich panels. Materials & Design. 2019;178:107858.##
[41] Koh hei Nitta MY. Poisson’s ratio and mechanical nonlinearity under tensile deformation in crystalline polymers. Croatia: Rheology, Open Access; Vicente, JD, Ed.; Intec: Rijeka; 2012.##
دوره 18، شماره 4 - شماره پیاپی 70
شماره پیاپی 70، فصلنامه زمستان
دی 1401
صفحه 65-76
  • تاریخ دریافت: 21 تیر 1401
  • تاریخ بازنگری: 06 شهریور 1401
  • تاریخ پذیرش: 06 شهریور 1401
  • تاریخ انتشار: 01 آبان 1401