شماره ركورد
33838
پديد آورنده
عباس مرادي
عنوان
تجزيه و تحليل رفتار يك ساختار جاذب انرژي با بكارگيري مادۀ هايپرالاستيك و مادۀ غليظشونده برشي تحت ضربه سرعتپايين
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك - طراحي كاربردي - جامدات
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/06/24
استاد راهنما
محمود مهرداد شكريه
استاد مشاور
/
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
در سالهاي متمادي، مواد هوشمند بهدليل عملكردهاي چندگانه، كاربرد گستردهاي در صنايع مختلف يافتهاند. در اين ميان، سيال غليظشونده برشي (STF) با ويژگيهاي رئولوژيك منحصربهفرد، بهعنوان گزينهاي مؤثر در جذب انرژي و ميراسازي اثر محركهاي خارجي مطرح شده است. اين سيال با افزايش نرخ كرنش برشي، دچار افزايش ويسكوزيته شده و پس از گذار به حالت شبهجامد، مقاومت آن در برابر جريان يافتن، بهطور چشمگيري افزايش مييابد.
هدف اصلي اين پژوهش، ايجاد سازوكاري جهت بهرهبرداري از پتانسيل جذب انرژي تودهاي از سيال غليظشونده برشي در بستري نرم و انعطافپذير است؛ به نحوي كه امكان جريان سيال، در ساختاري از جنس مواد هايپرالاستيك، فراهم گردد. با حركت سيال درون فضاهاي خالي ساختار هايپرالاستيك، برهمكنش مؤثري ميان فاز سيال و فاز جامد شكل گرفته و در نتيجه، بخشي از انرژي جنبشي ضربهزننده از طريق اين اندركنش، مستهلك ميشود.
مدل اجزاي محدود ايجادشده بر اساس تكنيك حل تركيبي اويلر-لاگرانژ، به منظور دستيابي به عملكرد اين تركيب مواد، مورد توجه قرار گرفت. وروديهاي مادي اين حل عددي، مشخصهيابيهاي مفصلي بودهاند كه به نوبت بر روي مواد هايپرالاستيك و ماده غليظشونده برشي به اجرا درآمده است.
نتايج حاصل از اين تحقيق نشان داد كه بهرهگيري از سيال غليظشونده برشي محصورشده در بستري از ماده هايپرالاستيك، ميتواند موجب ارتقاء عملكرد سازه در برابر ضربه مطابق با الزامات استانداردANSI/ISEA 138 گردد. افزون بر آن، اين تركيب مادهاي قادر است سطح مطلوبي از چابكي حين كاركرد دست انسان را براي كاربردهايي نظير دستكشهاي حفاظتي ضدضربه فراهم آورد. بدين منظور، دو ساختار با ابعاد هندسي متفاوت طراحي گرديد؛ ساختار نخست با ابعاد بزرگتر جهت حفاظت از ناحيه پشت دست، و ساختار دوم با ابعاد كوچكتر براي محافظت از بند انگشتان و مفاصل مورد استفاده قرار گرفت. ارزيابي نتايج عملكردي نشان داد كه هر دو ساختار حاوي STF، نسبت به ساختارهاي تمام هايپرالاستيك توپر متناظر، از عملكرد بهينهتري در جذب ضربه سرعت پايين، برخوردار هستند.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/07/23
عنوان به انگليسي
Analysis of the behavior of an energy absorbing structure by utilizing shear thickening material and hyperelastic material under low velocity impact
تاريخ بهره برداري
9/15/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
عباس مرادي
چكيده به لاتين
Over extended periods, smart materials have found widespread applications across various industries due to their multifunctional performance. Among these, shear thickening fluids (STFs) have been introduced as effective candidates for energy absorption and damping external stimuli owing to their unique rheological properties. Upon increasing shear strain rates, these fluids experience a rise in viscosity and, after transitioning to a quasi-solid state, exhibit a significant increase in flow resistance.
The primary objective of this research is to establish a mechanism for utilizing the bulk energy absorption potential of shear-thickening fluids within a soft and flexible substrate, enabling fluid flow within a hyperelastic material structure. As the fluid moves through the void spaces of the hyperelastic structure, an effective interaction forms between the fluid and solid phases, thereby dissipating a portion of the impacting kinetic energy through this interaction.
A developed finite element model based on the coupled Eulerian-Lagrangian technique was employed to analyze the performance of this material system. The material inputs for this numerical solution consisted of detailed characterizations successively conducted on both the hyperelastic material and the shear thickening fluid.
The results of this study demonstrated that employing a shear thickening fluid confined within a hyperelastic medium can enhance structural performance against impact in compliance with ANSI/ISEA 138 standards. Furthermore, this material combination can provide an optimal level of dexterity and manual efficiency for applications such as anti-impact protective gloves. For this purpose, two structures with different geometric dimensions were designed: the first, larger structure for dorsal hand protection, and the second, smaller structure for safeguarding finger joints and knuckles. Performance evaluations revealed that both STF-embedded structures exhibited more optimized impact absorption under low-velocity impacts compared to their solid counterparts.
كليدواژه هاي فارسي
مواد هوشمند , جذب انرژي , روش تركيبي اويلر-لاگرنژ , مشخصهيابي مواد , دستكش ضدضربه
كليدواژه هاي لاتين
Smart materials , Energy absorption , Coupled Eulerian-Lagrangian technique , Material characterization , Anti-impact gloves
Author
Abbas Moradi
SuperVisor
Mahmood Mehrdad Shokrieh