23114

بررسي تاثير فوم فراماده ابتكاري در هسته پنل ساندويچي ديواره واگن

كارشناسي ارشد

مهندسي ماشين هاي ريلي

1396

1399/10/11

دكتر حبيب الله ملاطفي

راه آهن

يكي از راه هاي كاهش وزن قطار استفاده از سازه¬هاي ساندويچي است. پنل هاي ساندويچي از هسته لانه‌زنبوري و صفحات كامپوزيتي فيبر كربن ساخته‌شده است. هسته هاي لانه‌زنبوري با توجه به ساختار جدار نازك در معرض خرابي هاي محلي قرار دارند. پر كردن اين هسته ها باعث بهبود خواص مكانيكي و تقويت آن ها مي شود. در اين پايان نامه با استفاده از روش المان محدود و به‌كارگيري فوم آگزتيك به‌عنوان فاز پركننده و مقايسه با فوم پلي يورتان خواص مكانيكي سازه هاي ساندويچي موردبررسي قرار گرفت. نرم‌افزار مورد استفاده در پايان نامه، نرم‌افزار انسيس است. پژوهشي بر روي رفتار مكانيكي پنل¬هاي لانه‌زنبوري خالي، پرشده با فوم پلي يورتان و فوم آگزتيك با به‌كارگيري روش عددي انجام شده است. مدل سازي در سه حالت مختلف صورت گرفته است؛ حالت اول براي بررسي سفتي محلي و بصورت برخورد سرعت پايين با سه جابجايي 5/0 ميلي‌متر، 1 ميلي‌متر و 2 ميلي‌متر انجام شده است. پركردن هسته هاي لانه‌زنبوري با فوم آگزتيك باعث صلبيت بيشتر و افزايش مقاومت در برابر ضربه شده است. حالت دوم به‌منظور بررسي تعداد و نوع تاشدگي ها بصورت برخورد صفحه صلب به سازه لانه‌زنبوري با سرعت m⁄s20 صورت گرفته شده است و مشخص شد كه پركردن هسته هاي لانه‌زنبوري با فوم آگزتيك باعث ايجاد تعداد تاشدگي هاي بيشتر و منظم تر شده است. در نهايت بررسي رفتار صفحه اي لانه‌زنبوري خالي و پرشده با فوم و محاسبه انرژي جذب شده و همچنين ظرفيت جذب انرژي انجام گرفته شده است. پركردن هسته هاي لانه‌زنبوري با فوم آگزتيك باعث مي شود انرژي جذب شده و همچنين ظرفيت جذب انرژي افزايش يابد. درصد افزايش جذب انرژي پنل ساندويچي لانه‌زنبوري پرشده با فوم آگزتيك حدود 3/97% بيشتر از لانه‌زنبوري خالي و حدود 6/78% بيشتر از لانه‌زنبوري پرشده با فوم پلي يورتان است. همچنين درصد افزايش سفتي محلي براي لانه‌زنبوري پرشده با فوم آگزتيك 35% بيشتر از لانه‌زنبوري خالي است. در نهايت پر كردن هسته ها با فوم آگزتيك تأثير قابل‌ملاحظه‌اي نسبت به بقيه موارد دارد.

1399/11/15

Investigation of the effect of metamaterial foam on the core of the wagon wall sandwich panel

12/31/2020 12:00:00 AM

One way to reduce train weight is to use sandwich structures. Sandwich panels are made of honeycomb core and carbon fiber composite panels. Nesting cores are subject to local damage due to the thin-walled structure. Filling these cores improves their mechanical properties and strengthens them. In this dissertation, the mechanical properties of sandwich structures were investigated using finite element method and using auxetic foam as a filler phase and comparison with polyurethane foam. The software used in the dissertation is Ansys software. A study has been performed on the mechanical behavior of hollow honeycomb panels filled with polyurethane foam and auxetic foam using a numerical method. Modeling has been done in three different modes; The first case was performed to evaluate the local stiffness in the form of low velocity collisions with three displacements of 0/5 mm, 1 mm and 2 mm. Filling the core of the nest with auxetic foam has increased the stiffness and increased the impact resistance. The second case was performed in order to investigate the number and type of folds in the form of a rigid plate hitting the structure of the nest at a speed of 20 m⁄s and it was found that filling the nuclei of the nest with auxetic foam caused more and more regular folds. Finally, the plate behavior of the empty and filled honeycomb plate and the calculation of the absorbed energy as well as the energy absorption capacity have been performed. Filling the nuclei of the nest with auxetic foam increases the absorbed energy and also increases the energy absorption capacity. The percentage of increase in energy absorption of sandwich panel filled with auxetic foam is about 97.3% higher than empty honeycomb and about 78.6% higher than honeycomb filled with polyurethane foam. Also, the percentage of local stiffness increase for nest filled with auxetic foam is 35% higher than for empty nest. Finally, filling the cores with auxetic foam has a significant effect on the rest.

فوم فراماده ابتكاري , ضريب پواسون منفي