شماره ركورد
31300
پديد آورنده
ميلاد عباسي
عنوان
بهينه سازي جاذب انرژي جدار نازك الياف كربن با در نظر گرفتن نامعيني هاي احتمالاتي
مقطع تحصيلي
دكتري تخصصي (PhD)
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك- مهندسي خودرو ـ سازه بدنه خودرو
سال تحصيل
1396
تاريخ دفاع
1403/5/6
استاد راهنما
ابوالفضل خلخالي
استاد مشاور
/
دانشكده
مهندسي خودرو
چكيده
با توجه به تقاضاي رو به گسترش بازارهاي جهاني به افزايش هر چه بيشتر ايمني خودروها از يك طرف و نيز نياز به سازههاي مقام اما سبك، بخصوص با توسعه روند رو به رشد توليد خودروهاي الكتريكي از طرف ديگر، استفاده و كاربرد روش هاي جديد شبيه سازي و بهينه سازي اجتناب ناپذير خواهد بود. يك علت عمده اين موضوع ماهيت شديدا غير خطي مسائل مرتبط با تحليل سازه بدنه خودرو در جريان تصادف ميباشد. به اين ترتيب كه بارگذاري وارده بر سازه، شرايط مرزي و نيز خواص مكانيكي اجزاي تشكيل دهنده سازه خودرو در جريان تصادف با نرخ بسيار بالا و بصورت توامان در حال تغيير خواهند بود. از سوي ديگر، قيدهاي وارده بر طراحي و بهينه سازي سازه خودرو، كه عمدتا بر كاهش وزن با هدف كاهش مصرف سوخت و بهبود راندمان متمركز هستند، نيازمند بكارگيري الگوريتم هاي پيشرفته بهينه سازي ميباشد. اين موضوع در تحليل سازه هاي كامپوزيتي كه سازوكار بسيار پيچيده تري به نسبت سازه هاي فلزي در جذب انرژي دارند به مراتب بر پيچيدگي موضوع مي افزايد. جذب انرژي در يك سازه توانايي تبديل تمام يا بخشي از انرژي جنبشي برخورد به ديگر صورتهاي انرژي بوده، كه در سازه هاي فلزي عمدتا مبتني بر چين خوردگي اجزا مي باشد اما در سازه هاي كامپوزيتي تركيبي از لايه لايه اي شدن Delamination))، شكست الياف Fibre breakage))، شكست ماتريس Matrix cracking))، جدايش الياف از ماتريسDebonding) ) و ... مي باشند. با مرروي بر تحقيقات مرتبط در خوزه شبيه سازي جاذب هاي انرژي كامپوزتي، فقدان يك روش اصولي و قابل اطمينان در شبيه سازي عددي كاملا مشهود بوده و مورد تاكيد ميباشد. از سوي ديگر تاكنون در تحقيقات صورت گرفته تاثير زواياي الياف در قابليت جذب انرژي با در نظر گرفتن نامعينيهاي احتمالاتي زواياي الياف (كه در فرآيند توليد و ساخت كامپوزيتهاي اجتناب ناپذير مي باشند) بررسي نشده است. در اين رساله پژوهشي كوشش شده است تا براي نخستين بار شبيه سازي جذب انرژي سازه كامپوزيتي تحت بارگذاري محوري با در نظر گرفتن قابليت اطمينان و بصورت تكرار پذير صورت گيرد. همچنين تاثير زواياي الياف در دو خصوصيت اصلي جذب انرژي، جذب انرژي مخصوصSEA) ) و اثر بخشي نيروي ضربه CFE) ) مورد بررسي قرار خواهند گرفت. اين راستا و در گام نخست، تمامي خواص مكانيكي كامپوزيت براساس آزمونهاي استاندارد ASTM محاسبه و استخراج گرديد. سپس پارامترهاي غير فيزيكي شبيه سازي كامپوزيتي، برگرفته شده از تئوري هاي آسيب و تخريب كامپوزيت، بصورت سيستمي بررسي شده و به نحوي بهينه سازي گرديدند تا بهترين تطابق مابين تست تجربي و شبيه سازي عددي حاصل گردد. براساس نتايج بدست آمده در اين مرحله پاسخ عددي و آزمايشگاهي تطابق 90 درصدي از خود نشان ميدهند. علاوه بر اين استخراج و گزارش ميزان تاثيرگذاري ضرايب غير فيزيكي شبيه سازي عددي نوآوري ديگر اين تحقيق محسوب ميشود. در گام پاياني نيز با استفاده از يك روش بهينهسازي مبتني بر نامعيني احتمالاتي، تاثير زواياي الياف در كارايي جذب انرژي استوانه استوانه اي كامپوزيتي بر اساس دو پارامتر SEA و CFE ارزيابي شده و پاسخ بهينه برمبناي بهينه سازي دقيق و احتمالاتي استخراج و مقايسه شده است. براساس نتايج اين بخش مشخص گرديد كه زواياي غير از زواياي مرسوم صفر و نود درجه (85 و 42 ذرجه) بهترين پاسخ را در جذب انرژي ارائه خواهند داد. همچنين تمامي پارامترهاي فيزيكي و تجربي شبيه سازي عددي اين تحقيق از آزمونهاي تجربي استاندارد برروي نمونه هاي كاملا مشابه (از حيث تركيبات مواد تشكيل دهنده و روش ساخت) صورت گرفته كه از ويژگي هاي منحصربفرد اين تحقيق ميباشند.
تاريخ ورود اطلاعات
1403/07/22
عنوان به انگليسي
Optimization of Thin-walled Circular CFRP Tubes Considering Uncertainities
تاريخ بهره برداري
7/28/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
ميلاد عباسي
چكيده به لاتين
According to the growing demand of global markets to increase the safety of cars on the one hand and also the need for high-quality but light structures, especially with the development of the growing trend of electric car production and, on the other hand, the use and application of new simulation methods and optimization will be inevitable. A major reason for this issue is the highly non-linear nature of problems related to the analysis of the vehicle body structure during an accident. In this way, the loading on the structure, the boundary conditions and also the mechanical properties of the components of the car structure will be changing at a very high rate during the accident. On the other hand, the restrictions imposed on the design and optimization of the vehicle structure, which are mainly focused on reducing weight with the aim of reducing fuel consumption and improving efficiency, require the use of advanced optimization algorithms. This issue adds to the complexity of the issue in the analysis of composite structures, which have a much more complicated mechanism than metal structures in absorbing energy. Energy absorption in a structure is the ability to convert all or part of the kinetic energy of collision into other forms of energy, which in metal structures is mainly based on the folding of components, but in composite structures, it is a combination of delamination, fiber breakage Fiber breakage, matrix cracking, separation of fibers from the matrix, debonding, etc. By reviewing the related research in the field of simulation of composite energy absorbers, the lack of a principled and reliable method in numerical simulation is quite evident and is emphasized. On the other hand, the effect of fiber angles on energy absorption capability has not been investigated in the researches so far, taking into account the possible uncertainties of fiber angles (which are unavoidable in the production and manufacturing process of composites). In this research thesis, an attempt has been made to simulate the energy absorption of a composite structure under axial loading with reliability and reproducibility in mind for the first time. Also, the effect of fiber angles on two main characteristics of energy absorption, specific energy absorption (SEA) and impact force effectiveness (CFE) will be investigated. In this direction and in the first step, all the mechanical properties of the composite were calculated and extracted based on ASTM standard tests. Then, the non-physical parameters of composite simulation, taken from the theories of damage and destruction of composite, were systematically checked and optimized in a way to achieve the best match between experimental test and numerical simulation. In the final step, using an optimization method based on probabilistic uncertainty, the effect of fiber angles on the energy absorption efficiency of the composite cylindrical cylinder is evaluated based on SEA and CFE parameters, and the optimal response is extracted and compared based on precise and probabilistic optimization. The extraction and reporting of the effectiveness of non-physical coefficients of numerical simulation as well as the investigation of fiber angles based on probabilistic uncertainties were among the innovations of this treatise. Also, all the physical and experimental parameters of the numerical simulation of this research have been carried out from standard experimental tests on completely similar samples (in terms of the composition of ingredients and manufacturing method), which are unique features of this research.
كليدواژه هاي فارسي
كامپوزيت فيبركربن , قابليت جذب انرژي , شبيه سازي المان محدود
كليدواژه هاي لاتين
carbon fiber composite , Energy absorption capability , Finite element simulation
Author
Milad Abbasi
SuperVisor
Dr. Abolfazl Khalkhali