تحليل تجربي، شبيه‌سازي عددي و بهينه‌سازي جاذب انرژي آلياژ منيزيم

دكتري تخصصي

استفاده از آلياژهاي سبك فلزي يكي از راه‌هاي كاهش وزن سازه خودرو، به منظور صرفه‌جوئي در مصرف انرژي است. در اين ميان استفاده از آلياژهاي منيزيم، به عنوان سبكترين آلياژهاي فلزي موجود، همواره مورد توجه صنعتگران و محققين قرار گرفته است. با توجه به قابليت پائين فرم‌پذيري اكثر آلياژهاي منيزيم، در كاربردهاي جذب انرژي استفاده از آن‌ها بسيار محدود بوده و تحقيقات كمي در اين زمينه انجام شده است. از اين رو، در رساله حاضر رفتار جذب انرژي جاذب انرژي جدار نازك آلياژ فوق سبك منيزيم-ليتيم با مقطع دايره، به صورت تجربي و عددي بررسي مي‌شود. براي دستيابي به تركيبي مناسب از آلياژ و همچنين شرايط توليد ورق‌هاي مناسب مورد نياز براي ساخت اين جاذب‌ها، خواص متالورژيكي و مكانيكي مهم دو تركيب از اين آلياژ مورد مطالعه قرار مي‌گيرد. تركيب اول شامل منيزيم، 7% وزني ليتيم و 1% وزني روي (LZ71) و تركيب دوم شامل منيزيم، 9% وزني ليتيم و 1% وزني روي (LZ91) هستند. آزمايش‌هاي صورت گرفته شامل بررسي ريزساختار به كمك ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي، آناليز فازي، ميكروسختي سنجي، تست كشش، بررسي سطح شكست، بررسي ناهمسانگردي و تست چقرمگي شكست است. بعد از انتخاب آلياژ و شرايط عمليات حرارتي مناسب، خواص مكانيكي مورد نياز از نمونه‌هاي مرتبط، به منظور استفاده در شبيه‌سازي‌هاي عددي استخراج شده است. همچنين به منظور بررسي عملكرد جذب انرژي اين آلياژها، لوله‌هايي به روش اتصال پرچي توليد شده و تحت تست مچالگي قرار گرفت. تحليل تجربي جاذب انرژي جدار نازك ساخته شده تحت بار فشاري به صورت شبه‌استاتيكي انجام شد. هدف اصلي اين آزمايش‌ها استخراج نمودارهاي نيرو-جابجائي به منظور مقايسه با نتايج شبيه‌سازي‌هاي عددي، با هدف صحه‌گذاري نتايج آنها مي‌باشد. دو تحليل اجزاي محدود مختلف با استفاده از ABAQUS/Explicit انجام شده است. در تحليل اول بارگذاري و شرايط مرزي نزديك به شرايط آزمايش‌ها براي لوله‌هاي بدون درز و همگن و در تحليل دوم، شبيه‌سازي‌ها براي لوله‌هاي درزدار ساخته شده به كمك اتصال پرچي انجام شده است كه نتايج هر دو گروه انطباق خوبي با نتايج آزمايشات تجربي دارند. سپس از مدل اجزاي محدود صحه‌گذاري شده براي بررسي تأثير هريك از پارامترهاي هندسي شامل قطر، ضخامت و فاصله پرچ، برروي پارامترهاي اصلي جذب انرژي استفاده شد. اين پارامترها عبارتند از نيروي ميانگين مچالگي، نيروي بيشينه مچالگي، انرژي جذب شده كلي، بازده نيروي مچالگي، جذب انرژي ويژه و بازدهي كلي. نتايج نشان داد كه آلياژ LZ71 به طور نسبي از آلياژهاي آلومينيوم AA6082 و AA6061 عملكرد بهتري در جذب انرژي دارد زيرا جذب انرژي ويژه و همچنين بازده نيروي مچالگي آلياژ LZ71 به طور محسوسي بهتر از دو آلياژ آلومينيوم ذكر شده است. به كمك شبكه‌هاي عصبي مصنوعي نوع GMDH فرامدل‌هايي جهت مدلسازي هر يك از پارامترهاي جذب انرژي مذكور بر حسب متغيرهاي هندسي قطر، ضخامت و فاصله پرچ، بر پايه داده‌هاي حاصل از مدلسازي اجزاي محدود بدست آمده‌ است. اين فرامدل‌ها به صورت روابط رياضي استخراج و ارائه شده و به كمك آن‌ها بهينه‌سازي انجام شده است. بهينه‌سازي چند هدفي برروي جاذب انرژي با در نظر گرفتن توابع هدف متضادي شامل جرم، جذب انرژي كلي و نيروي بيشينه مچالگي انجام و منحني پارتو ارائه شد. با تجزيه و تحليل نتايج بهينه‌سازي در نهايت چند نقطه مصالحه براي جاذب‌هاي انرژي آلياژ منيزيمي ساخته شده به كمك اتصال پرچي معرفي شده است.

193843

دانشگاه علم و صنعت ايران

خودرو

دكتر جواد مرزبان راد