شماره مدرك
20992
شماره راهنما
2462 دكتري
پديد آورنده
كلوشاني، مهرداد
عنوان
بهينهسازي شكل لوله جدارنازك چيندار تحت بار فشاري محوري با هدف افزايش ظرفيت جذب انرژي مخصوص و بازده نيروي لهيدگي
مقطع تحصيلي
دكتري
گرايش تحصيلي
طراحي كاربردي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1402
صفحه شمار
شانزده، 97ص.: مصور
توصيفگر ها
جاذب انرژي جدارنازك، لوله ساده، لوله چين¬دار طولي، انرژي جذب شده، بيشينه نيرويي، بهينه¬سازي شكل، پارامترهاي هندسي لوله چيندار، ضرايب طلايي لوله چيندار
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/08
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مكانيك
دانشكده
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/02/08
كد ايرانداك
2978711
چكيده فارسي
استفاده از سازههاي جدارنازك فلزي از جمله روشهاي متعارف براي جذب انرژي حاصل از ضربه و نيروي فشاري به ويژه در وسايل نقليه زميني، دريايي و هوايي است. به همين دليل تا به امروز مطالعات گسترده و متنوعي در رابطه با اين دسته از جاذبهاي انرژي انجام شده است. در اين تحقيقات، به طورگسترده هندسههاي مختلفي براي بهبود عملكرد سازههاي جدارنازك پيشنهاد شدهاند و تحت آزمونهاي تجربي فشار تك محوره و ضربه و بررسيهاي تحليلي و عددي قرار گرفتهاند. از جمله جاذبهاي جدارنازك، لولههاي چيندار طولي هستند. از مهمترين ويژگيهاي لوله جدارنازك چيندار كه مورد توجه طراحان ضربهگيرها قرار گرفته است، قابل پيشبيني و كنترلپذير بودن منحني نيرو- جابجايي اين لولهها در بارگذاريهاي فشاري محوري است. در اين سازهها رفتار نيرويي به حالت يكنواخت و نسبتا ثابت نزديك است و داراي پيك نيرويي نيست. از نقاط ضعف لولههاي چيندار كه در مقالات و كتابهاي مختلفي به آن اشاره شده است، كاهش كل انرژي جذب شده و انرژي جذب شده بر واحد جرم ضربهگير نسبت به لوله ساده مستقيم است.
هدف از اين پژوهش بهبود عملكرد لوله چيندار طولي با كاهش نيروي بيشينه و افزايش همزمان انرژي جذب شده بر واحد جرم نسبت به لوله ساده و تعيين مشخصات هندسي لوله چيندار بهينه است. پس از بررسي تعدادي از لولههاي بدون درز، لوله آلومينومي Al 6063-T5 جهت نمونهسازي و آزمونهاي تجربي انتخاب شد. با استخراج خواص مكانيكي Al 6063-T5 توسط آزمون كشش ساده، نتايج يك آزمون فشاري محوري، يك آزمون فشاري جانبي روي لولههاي ساده و دو آزمون فشاري محوري روي دو لوله چيندار، با نتايج عددي اين تحقيق جهت اعتبارسنجي مقايسه و تاييد شد. سپس مطالعه روي لوله ساده مستقيم انجام شد و حالت بهينه براي لوله ساده با قطر و ضخامتهاي مختلف بدست آمد. در ادامه با انتخاب مقادير مختلف پارامترهاي هندسي لوله چيندار شامل دامنه و تعداد چين به عنوان متغيرهاي طراحي، امكانسنجي بهينهسازي شكل لوله چيندار طولي با ضخامت، قطر و طول معين بررسي شد. مشخص شد در دامنههاي كوچك و تعداد چينهاي بيشتر از چينخوردگي لوله ساده تحت آزمون تجربي، هندسههايي از لولههاي چيندار با عملكرد بهبود يافته نسبت به لوله ساده وجود دارند. با استفاده از يك الگوريتم بهينهسازي چندهدفه و ايجاد ارتباط بين الگوريتم بهينهسازي و نرمافزار تحليلي آباكوس، هندسههايي بدست آمد كه در آنها علاوه بر حذف پيك نيرويي لوله چيندار نسبت به لوله ساده، انرژي جذب شده بر واحد وزن آنها نيز افزايش پيدا كرده بود. لوله چيندار بهينه با نتايج بيش از 450 جاذب انرژي جدار نازك به صورت كيفي مقايسه شد و عملكردِ مناسبِ نتيجهي بهينهي حاصل از اين پژوهش نمايش داده شد. در آخر با استفاده از روش بهينهسازي اين پژوهش، اثر تعداد چين و دامنه لولههاي چيندار بهينه در قطرها و ضخامتهاي مختلف بررسي شد و ارتباطي ساده بين پارامترهاي هندسي لوله چيندار بهينه با ابعاد كلي آن با عنوان ضرايب طلايي بدست آمد. با استفاده از اين ضرايب مقادير دامنه و تعداد چين لوله چيندار طولي به گونهاي تعيين ميشوند كه به طور همزمان جذب انرژي بالاتر و نيروي بيشينه كمتري نسبت به لوله ساده دارند. صحتسنجي عملكرد ضرايب طلايي به وسيله چهار حل عددي و يك تست تجربي انجام گرفت.
چكيده انگليسي
The use of thin-walled metal structures is one of the conventional methods for absorbing energy from impact and compressive force, especially in air, marine, and ground transportation vehicles. For this reason, until today, extensive and diverse studies have been conducted about this category of energy absorbers. In these studies, various geometries have been widely proposed to improve the performance of thin-walled structures. They have been subjected to uniaxial compressive and impact experimental tests and analytical and numerical investigations. Longitudinal corrugated tubes are among the thin-walled absorbers. One of the most important features of corrugated thin-walled tubes that has attracted the attention of shock absorber designers is the predictability and controllability of the force-displacement curve of these tubes under axial compressive loads. In these structures, the force behavior is close to a uniform and relatively constant state and does not have a force peak. One of the weaknesses of corrugated tubes, which has been mentioned in various articles and books, is the reduction of the energy absorbed and the energy absorbed per unit mass of the energy absorber compared to the simple tube. The aim of this study is to improve the performance of the longitudinal corrugated tube by reducing the maximum crushing force and simultaneously increasing the energy absorbed per unit of mass compared to the simple tube and determining the geometric characteristics of the optimal corrugated tube. After examining several seamless tubes, the Al6063-T5 aluminum tube was selected for prototyping and experimental tests. The mechanical properties of Al 6063-T5 were obtained by a simple tensile test. The results of a uniaxial compressive test, a lateral compressive test on simple tubes, and two axial compressive tests on two corrugated tubes were compared with the numerical results of this research for validation. Then the study was carried out on simple straight tubes and the optimal tube was obtained for simple tubes with different diameters and thicknesses. In the following, by choosing different values of the geometric parameters of the corrugated tube, including the amplitude and the number of folds as design variables, the feasibility of optimizing the longitudinal corrugated tube with a certain thickness, diameter, and length was investigated. It was found that there are geometries of corrugated tubes with improved performance compared to the simple tube in small amplitudes and the number of folds more than the folding of the simple tube under the experimental test. By using a multi-objective optimization algorithm and establishing a connection between the optimization algorithm and Abaqus analytical software, geometries were obtained in which removing the peak force of the corrugated tube compared to the simple tube, the energy absorbed per unit mass had also increased. The optimal corrugated tube was qualitatively compared with the results of more than 450 thin-walled energy absorbers, and the proper performance of the optimal result of this research was shown. Finally, by using the optimization method of this research, the effect of the number of folds and the amplitude of optimal corrugated tubes in different diameters and thicknesses were investigated. Then a simple relationship between the geometric parameters of the optimal corrugated tube and its overall dimensions was obtained and was called golden coefficients. Using these coefficients, the values of the amplitude and the number of folds of the longitudinal corrugated tube are determined in such a way that they simultaneously have a higher energy absorption and a lower maximum force than the simple tube. Verifications and validation of the performance of golden coefficients were done by four numerical solutions and an experimental test.
استاد راهنما
محمدرضا فروزان
استاد مشاور
محمدرضا نيرومند
استاد داور
محمود فرزين , مجتبي صديقي , محسن بدرسمايي