بررسی آزمایشگاهی و عددی رفتار لهیدگی پوسته های استوانه‌ای برنجی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی، اراک، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی

3 باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

سازه های جدارنازک به طور گسترده به عنوان جاذب انرژی در صنایع اتومبیل و هوافضایی استفاده می شوند. این مقاله رفتار لهیدگی و پاسخ انرژی جذب‌شده لوله‌های استوانه‌ای برنجی را با استفاده از آزمایش و مدل اجزاء محدود غیرخطی بررسی می‌کند. در مطالعه‌ی آزمایشگاهی نمونه‌های استوانه‌ای برنجی به‌روش اکستروژن ساخته شده و بین دو صفحه ی صلب تحت اثر بارگذاری شبه‌استاتیک قرار گرفته و سپس نحوه ی فروریزش نمونه، تغییرات نیرو و مقدار انرژی لازم تعیین شده‌اند. مدلی برای شبیه‌سازی فرآیند فروریزش با استفاده از تحلیل اجزای محدود ارائه و اثر رفتار غیرخطی مواد، تماس و تغییرشکل بزرگ در این شبیه‌سازی در نظرگرفته شده است. مقایسه نتایج آزمایشگاهی و شبیه‌سازی نشان می‌دهد مدل ارائه‌شده روش مناسبی برای تعیین پاسخ فروریزش و تعیین نمودار نیرو- جابه جایی و میزان انرژی جذب شده ارائه می‌کند. تکنیک شبیه‌سازی عددی صحه‌گذاری شده برای انجام مطالعه پارامتری لوله‌های استوانه‌ای برنجی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه اثر پارامترهای مهم مانند عیوب هندسی (گرادیان ضخامت، تغییرشکل موجی)، شرایط مرزی، زاویه‌ی نیم‌رأس، زاویه‌ی برخورد، تقویت کننده های چند سلولی ستونی و سرعت برخورد بررسی می‌شود. نتایج این مطالعه، به‌وضوح مزیت استفاده از لوله‌های استوانه‌ای برنجی را به‌عنوان جاذب بیان می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Alexander JM (1960) An approximate analysis of the collapse of thin cylindrical shells under axial loading. Q J Mech Appl Math 13(1): 11-16.

[2] Andrews KRF, England GL, Ghani E (1983) Classification of axial collapse of cylinder tubes under quasi-static loading. Int J Mech Sci 25(2): 687-696.

[3] Ren W, Mingbao H, Zhuping H, Qingchun Y (1983) An experimental study on the dynamic axial plastic buckling of cylindrical shells. Int J Impact Eng 1(3): 249-256.

[4] Abramowicz W, Jones N (1984) Dynamic axial crushing of circular tubes. Int J Impact Eng 2(3): 263-281.

[5] Abramowicz W, Jones N (1986) Dynamic progressive buckling of circular and square tubes. Int J Impact Eng 4(4): 243-269.

[6] Gupta NK (1998) Some aspect of axial collapse of cylindrical thin-walled tubes. Thin Wall Struct 32(3): 111-126.

[7] Singace AA (1999) Axial crushing analysis of tubes deforming in the multi-lobe mode. Int J Mech Sci 41(7): 865-890.

[8] Yamasaki K, Han J (2000) Maximization of crushing energy absorption of cylindrical shells. Adv Eng Softw 31(6): 425-434.

[9] AlGalib D, Limam A (2004) Experimental and numerical investigation of static and dynamic axial crushing of circular aluminum tubes. Thin Wall Struct 42(8): 1103-1137.

[10] Karagiozova D, Alves M (2004)  Transition from progressive buckling to global bending of circular shells under axial impact- part I: experimental and numerical observations. Int J Solids Struct 41(5): 1565-1580.

[11] Wenyi Y, Emilien Durif YY, Cuie W (2007) Crushing simulation of foam-filled aluminium tubes. Mater Trans 48(7): 1901-1906.

[12] Rajendran R, PremSai K, Chandrasekar B, Gokhaleb A, Basu S (2009) Impact energy absorption of aluminum foam fitted AISI 304L stainless steel tube. Mater Design 30(5): 1777-1784.

[13] Marzbanrad J,  Mehdikhanlo M,  Saeedipour A (2009) An energy absorption comparison of square, circular, and elliptic steel and aluminum tubes under impact loading. Turkish J Eng Environ Sci 33: 159-166.

[14] Salehghaffari S, Tajdari M, Panahi M, Mokhtarnezhad F (2010) Attempts to improve  energy absorption characteristics of circular metal  tubes subjected to axialloading. Thin Wall Struct 48: 379-390.

[15] Alavi Nia A, Haddad Hamedani J (2010) Comparative analysis of energy absorption and deformations of thin walled tubes with various section geometries. Thin Wall Struct 48: 946-954.

[16] Ghamarian A, Abadi MT (2011)  Axial crushing analysis of end-capped circular tubes. Thin Wall Struct 49(6): 743-752.

[17] Azarakhsh S, Rahi A, Ghamarian A, Motamedi H  (2015) Axial crushing analysis of  empty and foam-filled brass bitubular cylinder tubes. Thin Wall Struct 95(3): 60-72.

[18] Gupta NK, Venkatesh C (2007) Experimental and numerical studies of impact axial compression of thin-walled conical shells. Int J Impact Eng 34: 708-720.

[19] Symonds PS (1965) Viscoplastic behavior in response of structures to dynamic loading. In: Huffington NJ (eds). Behaviour of Materials under Dynamic Loading. SME, New York. 106-124.

[20] Ahmad Z, Thambiratnam DP (2009) Crushing response of foam-filled conical tubes under quasi-static axial loading. Mater Design 30(7): 2393-2403.