28565

بررسي تجربي و عددي اثر اتصال چسبي بر بهبود مشخصه هاي جذب انرژي يك سازه هيبريد كامپوزيت-آلومينيوم تحت بار عرضي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك- مهندسي خودرو ـ سازه بدنه خودرو

1399

1402/3/31

حامد سعيدي گوگرچين

دانشكده مهندسي خودرو

در دو دهه اخير، موضوع بهبود ضربه پذيري و افزايش جذب انرژي تصادف بر پايه بكارگيري مواد كامپوزيتي و سازه هاي‌هيبريدي مورد توجه قرار‌گرفته است. استفاده از فلزات در كنار لايه هاي‌كامپوزيتي موجب بهبود پارامترهاي‌فروريزي ( افزايش جذب انرژي و ميانگين نيروي طول فروريزي) مي شود. در فروريزي اين سازه ها علاوه بر چين خوردگي و تشكيل لولاي پلاستيك در فلز، از استحكام بالاي نسبت به وزن كامپوزيت نيز بهره برده مي شود. علي رغم همه اين مزايا، استفاده از دو جنس مختلف فلز و كامپوزيت، با محدوديت هايي از جمله ايجاد اتصال و پيوستگي ميان آنها روبرو مي‌باشد. اين محدوديت ها موجب عدم بهره مندي كامل از تزكيب سازه هاي كامپوزيت و فلز شده است. با بكارگيري روش اتصال چسبي به عنوان ابزاري براي رفع محدوديت هاي اتصالات مكانيكي، به بررسي رفتار سازه هاي جاذب انرژي همراه با تقويت موضعي كامپوزيت پرداخته مي شود. بررسي ها نشان مي دهد استفاده از اتصالات چسبي علاوه بر بهبود ضربه پذيري، امكان پيش بيني رفتار جذب انرژي در سازه را فراهم مي كند. در اين پژوهش، به بررسي تجربي و عددي رفتار جاذب هاي انرژي اتصال چسبي آلومينيوم-كامپوزيت تحت بار عرضي پرداخته مي شود. به همين منظور با استفاده از مدل هاي آسيب در كامپوزيت و تعيين مدل ناحيه چسبناك با استفاده از آزمون هاي استاندارد براي استخراج خواص، يك مدل عددي در نرم افزار المان محدودLS-DYNA توسعه داده مي شود. سپس براي تست تجربي، لوله هاي كلاهي شكل آلومينيومي با صفحه زيرين آلومينيومي پس از برش و خمش ورق ها بدست آمده و سازه هاي L شكل كربن به روش دستي ساخته شده و از رزين اپوكسي به عنوان مانريس استفاده شده است. آزمون هايخمش سه نقطه شبه استاتيك در دستگاه آزمايش سنتام انجام گرفته و پارامترهاي فروريزي ازجمله نيروي ماكزيمم، نيروي ميانگين و ميزان جذب انرژي ويژه استخراج گرديد. با توجه به تطابق مناسب بين نتايج شبيه سازي عددي با آزمونهاي تجربي، به بررسي پارامتريك اثر ضخامت آلومينيوم و لايه چيني و تقويت موضعي كامپوزيت پرداخته شده است. نتايج نشان مي دهد با افزايش ضخامت فلز ميزان جذب انرژي در سازه هاي فازي و هيبريدي، جذب انرژي ويژه افزايش يافته و با تغيير تقويت موضعي و لايه چيني كامپوزيت رفتار سازه تنوع داشته است.

1402/05/02

Experimental and numerical investigation on the improvement of the energy absorption characteristics of a hybrid composite aluminum with adhesively bonded joints subjected to transverse loading

6/20/2024 12:00:00 AM

In the last two decades, the issue of improving impact ability and increasing crash energy absorption based on the use of composite materials and hybrid structures has been considered. The use of metals along with composite layers improves the collapse parameters (increasing energy absorption and the average force of the collapsed length). In the collapse of these structures, in addition to folding and forming a plastic hinge in the metal, the high strength compared to the weight of the composite is also used. In spite of all these advantages, the use of two different types of metal and composite faces limitations, including the creation of connection and continuity between them. These limitations have caused a lack of full benefit from the combination of composite and metal structures. By using the adhesive bonding method as a tool to solve the limitations of mechanical joints, the behavior of energy-absorbing structures with local reinforcement of the composite is investigated. Investigations show that the use of adhesive joints, in addition to improving impact resistance, provides the possibility of predicting the behavior of energy absorption in the structure. In this research, the experimental and numerical investigation of the behavior of aluminum-composite adhesive bond energy absorbers under transverse load is done. For this purpose, a numerical model is developed in LS-DYNA finite element software by using damage models in composites and determining the viscous zone model using standard tests to extract properties. Then, for experimental testing, aluminum cap-shaped tubes with an aluminum bottom plate were obtained after cutting and bending the sheets, L-shaped carbon structures were made by hand, and epoxy resin was used as a binder. The quasi-static three-point bending test was performed in the Santam testing machine and the collapse parameters such as maximum force, average force, and specific energy absorption were extracted. According to the appropriate match between the results of numerical simulation and experimental tests, a parametric investigation of the effect of aluminum thickness and porcelain layer and local strengthening of the composite has been done. The results show that with the increase in metal thickness, the amount of energy absorption in phased and hybrid structures, the absorption of specific energy has increased and the behavior of the structure has varied with the change of local reinforcement and composite porcelain layer.

فروپاشي خمشي , تير كلاهي شكل هيبريد , الياف تقويت شده كربن , آناليز اجزا محدود

Bending collapse , Hybrid hat section beam , CFRP , Finite element analysis (FEA)

Hamed Hampaeiyan

Dr. Hamed saeedi