توصيفگر ها :
جاذب انرژي , شبيه‌‌سازي اجزا محدود , انرژي ويژه جذب , بازده نيروي لهيدگي , استوانه جدار نازك
چكيده فارسي :
در سال‌‌هاي اخير، به دليل اهميت موضوع جذب انرژي ناشي از برخورد در تجهيزات مختلف و از آنجايي كه مقطعهاي جدار نازك فلزي داراي وزن كم، ظرفيت بالاي جذب انرژي و صرفه اقتصادي هستند بررسي‌‌ها، روي آن‌‌ها گسترش بسياري يافته است. هدف از اين پژوهش، بررسي نظري و عددي رفتار جاذب انرژي منشوري از جنس آلومينيوم به منظور دستيابي به حداكثر ضريب لاغري است. براي جذب بيشتر انرژي هرچقدر طول بيشتري از استوانه جدار نازك، دچار تغيير شكل شود جذب انرژي بيشتري، صورت مي‌‌گيرد به همين دليل در اين پژوهش، سطح مقطع با حداكثر ضريب لاغري مورد مطالعه قرار گرفته است. اگر استوانه‌‌هاي جدار نازك، تحت فشار محوري با ايجاد كمانش محلي، دچار تغيير شكل شوند و از ايجاد كمانش كلي، جلوگيري شود بيشترين طول آن‌‌ها در تغييرشكل، شركت مي‌‌كند و در نتيجه حداكثر، انرژي جذب ميشود.
در اين پژوهش، ابتدا هشت سطح مقطع پركاربرد با انرژي جذب بالا از پژوهش‌‌هاي پيشين، انتخاب شده است. در گام دوم، اين سطح مقطعها در دو حالت شرايط مرزي دو سر لولا و دو سر گيردار تحت شبيه‌‌سازي عددي به كمك نرم‌‌افزار آباكوس قرار گرفتند. صحت‌‌سنجي نتايج شبيه‌‌سازي با نتايج عددي و تجربي انجام شده توسط پژوهشگران پيشين، بررسي گرديد. در گام بعدي، به بررسي مكانيزم‌‌هاي تغيير شكل و روابط تئوري ارائه شده توسط پژوهشگران گذشته براي سطح مقطعهاي دايره‌‌اي و چندضلعي جدار نازك فلزي پرداخته شد. در شبيه‌‌سازي عددي نمودار نيرو-جابجايي و پارامترهاي نشان‌‌دهنده ميزان كارايي جاذب يعني انرژي ويژه جذب (SEA) و بازده نيروي لهيدگي (CFE) استخراج شدند. نتايج نشان‌‌دادند در شرايط مرزي دو سر گيردار با افزايش ضريب لاغري تا مقدار 20، مقطع چند سلولي دايره‌‌اي با هشت قطاع مساوي، بيشترين جذب انرژي ويژه و بازده نيروي لهيدگي را دارد و در ضريب لاغري بيشتر از اين مقدار مقطع دايره‌‌اي بيشترين كارايي را دارد. در شرايط مرزي دو سر لولا در ضريب لاغري بيشينه، مقطع چند سلولي دايره‌‌اي محيط بر مربع، بيشترين جذب انرژي ويژه و بازده نيروي لهيدگي را دارد. نتايج در اين حالت، نشان دادند با اينكه هندسه سطح مقطعها متفاوت است اما شرايط مرزي باعث ميشود سطح مقطعهاي مختلف در مقدار ضريب لاغري حدود دو دچار كمانش كلي شوند در واقع اثر شرايط مرزي در اين حالت تاثيرگذاري بيشتري، نسبت به هندسه سطح مقطع بر ايجاد كمانش كلي و تعيين حداكثر، ضريب لاغري دارد. سپس نيروي متوسط فشاري به كمك روابط تئوري ارائه شده توسط پژوهشگران پيشين در حالتي كه جاذب انرژي با ايجاد كمانش محلي، تغيير شكل مي‌‌دهد براي مقطعهاي چندضلعي و دايره‌‌اي محاسبه شد و با مقادير به دست آمده از شبيه‌‌سازي عددي مقاسيه گرديد. نتايج حاكي از آن بود حل عددي و تئوري تا پيش از ايجاد كمانش كلي در سازه تطابق مناسبي با يكديگر دارند. در پايان، به بررسي اثر استفاده از سطح مقطعهاي مورد مطالعه قرار گرفته به عنوان عضوهاي خرپا، جهت جذب انرژي در جهات مختلف پرداخته شد. نتايج نشان دادند سازه خرپايي، جذب انرژي بالايي نسبت به جاذب‌‌هاي تك عضوي در جذب انرژي در جهات مختلف دارند.
چكيده انگليسي :
In recent years, due to the importance of the energy absorption issue caused by collisions in various equipment and because thin-walled metal sections have low weight, high energy absorption capacity and economic efficiency, studies on them have expanded a lot. The purpose of this research is to Theoretical and numerical investigation of the aluminum energy absorber behavior in order to achieve maximum slenderness ratio. In order to absorb more energy, the longer the length of the thin-walled tube is deformed, the more energy is absorbed. Therefore, in this study, the cross section with the maximum slenderness ratio has been studied. If thin-walled tubes deform under axial pressure with local buckling to prevent overall buckling, most of their length will participate in the deformation, resulting in maximum energy absorption.
In this research, firstly, eight widely used cross sections with high absorption energy and simple construction method have been selected from previous researches. In the second step of this section, the sections were subjected to numerical simulation using ABAQUS software in two modes of boundary conditions of simply supported and fix ended. The validation of the simulation results was checked with the numerical and experimental results of Fan et al. And it was observed that the results are in good agreement with each other. In the next step, the deformation, local buckling and its types and the theoretical relationships proposed by previous researchers for the circular and polygonal cross sections of thin metal walls were investigated. The force-displacement diagram and the parameters indicating the adsorbent efficiency, ie specific energy absorption (SEA) and crush force efficiency (CFE) were extracted. The results showed that in fixed-ended boundary conditions with increasing slenderness ratio to 20, the circular multicellular cross section with eight equal segments has the highest specific energy absorption and crushing force efficiency, moreover, with slenderness ratio greater than this value, the circular cross section is the most efficient. In the boundary conditions of simply supported, with the maximum slenderness ratio, the circular multicellular cross-section of the perimeter per square has the highest specific energy absorption and crushing force efficiency. The results in this case showed that although the geometry of the cross-sectional areas are different, but the boundary conditions cause the cross-sectional areas to have a general buckling in the amount of slenderness ratio of about two. In fact, the effect of boundary conditions in this case have more effect than the geometry of cross section at general buckling and determination of maximum slenderness ratio. Then, the mean compressive force was calculated for polygonal and circular sections with the help of analytical relations presented by previous researchers in the case that the energy absorber deforms by creating local buckling and was compared with the values obtained from numerical simulations. The results showed that the numerical and analytical solutions are in good agreement with each other before creating general buckling in the structure. Finally, the effect of using the studied cross-sections as truss members to absorb energy in different directions was investigated. The results showed that truss structures have high energy absorption compared to single member attractions in energy absorption at different directions.
