16267

16267

بررسي تحليلي، عددي و تجربي جذب انرژي سازه‌هاي مدور تحت بار ضربه‌اي محوري با جهت دهي مسير پارگي

دكتري

تابستان 1395

دكتر جواد مرزبان راد - دكتر بهروز مشهدي

خودرو

چكيده به هنگام وقوع تصادف در وسايل نقليه، مجموعه اي از له شدگي، خمش و پارگي در اجزاي سازه¬اي آن¬ها رخ مي دهد. تحقيقات گذشته نشان داد كه له شدن يك استوانه جدار نازك بيشترين انرژي را جذب مي نمايد. حال آنكه عليرغم استفاده از آغازگر لهيدگي در سازه، با افزايش سرعت ضربه و يا كمترين انحراف از محور، عضو سازه¬اي تمايل زيادي به كمانش از خود نشان مي¬دهد كه باعث افت شديد قابليت جذب انرژي مي¬شود. هدف اين پژوهش آن است كه هنگام اعمال بار ضربه¬اي، لوله آلومينيومي جدار نازك با كمك ابزار برشي چند پر به صورت كنترل شده از چندين نقطه به طور همزمان پاره و گلبرگ¬هاي ايجاد شده حين فرآيند پارگي، به¬وسيله منحرف كننده به منظور جذب انرژي بيشتر خم شوند. براي بررسي اين موضوع، ابتدا حل تحليلي فرآيند برش با در نظر گرفتن نرخ¬هاي اتلاف انرژي جديد شامل خمش گلبرگ¬هاي ايجاد شده به سمت بيرون و ايجاد براده در پيشاني ابزار و با محاسبه حساسيت فرآيند برش به نرخ كرنش، صورت گرفت. پس از آن مدل¬سازي عددي به كمك نرم افزار آباكوس و با استفاده از معيار آسيب جامع هوپيترا انجام شد. سپس با استفاده از نتايج حل تحليلي و عددي، ابزار برشي چند پر ويژه اي با منحرف كننده، طراحي و ساخته شد. در ادامه اقدام به تهيه و تجهيز دستگاه انجام آزمون ضربه ارابه اي نموده و آزمايش¬ها انجام و داده¬ها جمع آوري شدند. نتايج حاصله از حل عددي و تحليلي با نتايج آزمايشگاهي مقايسه و انطباق خوبي بين آنها برقرار شد و مدل عددي و رابطه تحليلي معتبر گرديدند. كم اثر بودن طول و قطر لوله در فرآيند پارگي نسبت به لهيدگي و افزايش سطح نيرو با افزايش ضخامت لوله، تعداد پره ها، عمق و ضخامت ابزار برشي از جمله نتايج اين پژوهش مي¬باشند. بعلاوه استفاده از منحرف كننده در انتهاي ابزار برشي چند پر باعث شد سطح نيرو محوري تا 20 درصد بيشتر شود. مودهاي برشي و لهيدگي با يكديگر مقايسه شدند و نشان داده شد كه با تغيير در هندسه ابزار برشي (براي نمونه افزايش تعداد پره ها) مي¬توان مقدار جذب انرژي در فرآيند پارگي را به اندازه جذب انرژي فرآيند لهيدگي و حتي بيشتر از آن رساند و در عين حال از مزاياي ذاتي فرآيند پارگي كنترل شده بهره گرفت. همچنين مشاهده گرديد كه فرآيند پارگي قابل پيش بيني، كنترل¬پذير، تكرارپذير، پايدار و پيوسته¬تر از فرآيند لهيدگي مي¬باشد. نيروي بيشينه كمتر، حساسيت كمتر به نرخ كرنش، بازده نيروي بالاتر و نوسانات نيرو با دامنه كمتر از ديگر خصوصيات بارز پارگي لوله با ابزار برشي نسبت به له شدن آن بين دو صفحه تخت است. واژه‌هاي كليدي: ضربه، سازه مدور جدار نازك، پارگي، ابزار برشي چند پر، جذب انرژي.

1395/10/22

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: This dissertation studies energy absorption of circular thin wall structures under axial impact load with rupture path orientation, analytically, numerically an​d experimentally. The aim is to rupture thin-walled aluminum tube simultaneously in some points during the impact load application in a controlled manner an​d to bend the provided petals by the deviator for more energy absorption during rupture. To do so, analytical solution of the cutting process is done at first by considering the new energy loss rates including bending of the provided petals outwards an​d creation of swarfs at the tool’s head an​d correcting previous energy loss rates by calculating cutting process sensitivity to the strain rate. Then, numerical modeling is done using ABAQUS software based on the Hooputra’s criterion. Different geometries of tube including length, diameter an​d thickness, an​d the cutting tool including number of blades, depth, thickness an​d cross section form of the cutting edge an​d different impact speeds are studies an​d compared. The results show that the tube’s length an​d diameter have less effect on the rupture process than the crushing; the force increases with increase of the tube thickness, number of blades, depth an​d thickness of the cutting tool. Then, a specific multi-blade cutting tool with a deviator is designed an​d made by using analytical an​d numerical results. The impact test device is prepared an​d equipped then an​d the experiments were performed to gather required data. The obtained results of numerical an​d analytical solutions are compared with experimental results an​d have proper conformity; the numerical model an​d the analytical equation were validated in this way. Cutting an​d crushing modes were compared with each other an​d effective parameters on energy absorption like mean an​d maximum axial force, specific energy absorption an​d the force efficiency were studied. The results show that the rupture process is predictable, controllable, repeatable, stable an​d continuous. Less maximum force, less sensitivity to the strain rate, higher force efficiency an​d force variations with less range are other specifications of the rupture with the cutting tool in comparison to the crushing between two flat plates. Moreover, a designer can easily improve the energy absorption behavior an​d the mean force level an​d can change the maximum value an​d form of displacement during impact by changing the tool’s geometry including number of blades, edges’ thickness, form of the cutting edges an​d the deviator radius. Keywords: Impact; Energy absorption; Circular thin wall structure; Rupture; Multi-blade cutting tool