بررسي عددي خواص ضربه پذيري جاذب‌هاي انرژي ساخته شده از آگزتيك‌هاي فلزي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

عمران

كارشناسي ارشد

جاذب‌هاي انرژي جدار نازك به طور گسترده در سيستم‌هاي حمل و نقل براي كاهش خسارت در برخوردهاي كم‌سرعت و افزايش ايمني استفاده مي‌شوند. اين قطعات بخشي انرژي جنبشيِ برخوردها و تصادفات را با انجام كار پلاستيك طي جمع شدگي و تغيير شكل مستهلك مي‌نمايند. به منظور بهبود خواص ضربه پذيريِ اين ساختارهاي سنتي، دسته‌اي از فراماده‌ها به نام «آگزتيك» توجه پژوهشگران را جلب كرده است. آگزتيك‌ها دسته‌اي از موادِ عموماً مهندسي شده هستند كه به دليل مكانيزم حركتي و دوران بين اجزاي سلول‌هايشان، نسبت پواسون موثر منفي از خود بروز مي‌دهند. به صورت كلي اين مواد قابليت بهبود جذب انرژي، افزايش مقاومت در برابر فرو رفتگي و توسعه ترك را دارند. بررسي خواص ضربه پذيري و توسعه جاذب‌هاي انرژي آگزتيك فلزي با مقاطع جدار نازك محور اصلي اين پژوهش بوده است. در اين راستا با ايجاد آرايش خاصي از حفرات بر روي مقاطعِ جدار نازك، كه رفتاري متعارف با نسبت پواسون مثبت دارند، خاصيت آگزتيك به آن‌ها القا شد. ابزار مطالعاتي در اين پژوهش، شبيه سازي‌هاي عددي به كمك نرم افزار آباكوس است و پاسخ‌هاي مكانيكي و ويژگي‌هاي ضربه پذيريِ ساختارهاي پيشنهادي با استفاده از حل‌گر صريح آباكوس و در شرايط شبه استاتيكي مورد تحليل قرار گرفت. در قدم اول با استفاده از روابطِ ساختاري، داده‌هاي حاصل از آزمايش كشش ساده‌ي كوپن‌هايي از جنس AISI 316L مرتب‌سازي و بازتوليد شد، سپس با شبيه سازي آزمايش كشش در نرم‌افزار آباكوس، پارامترهاي مدل آسيب نرم به روش جيا-كووامورا كاليبره شدند. در گام بعدي به منظور صحت سنجي، شبيه سازيِ آزمايش فشار تك‌محوره بر روي يك ساختار جدارنازك كه داده‌هاي آزمايشگاهي آن در مقالات موجود است، صورت پذيرفت؛ با انجام كاليبراسيون نهايي مشخص شد كه روش پيشنهادي براي آماده‌سازي داده‌هاي ورودي و فرآيند طي شده، كفايت لازم براي شبيه سازي شبه استاتيكي ساختارهايِ جدار نازكِ آگزتيك در بارگذاري فشاري را داراست و پاسخ‌هاي مكانيكي و تغيير شكل‌ها را به خوبي پيش بيني مي‌نمايد. مدل‌هاي مورد بررسي شامل سه فرمِ جداره‌ي استوانه‌اي، مخروطي و موجدار (كنگره‌اي) است كه بر روي آن‌ها 5 مدل ريزسازه القايي با فاكتور مقايس الگو (PSF) صفر الي چهل درصدي قرار مي‌گيرد. ريزسازه‌ها مدول‌هاي هندسي با سوراخ‌هايي بيضي‌شكل هستند كه نسبت ابعادي آن‌ها با يك تابع رگرسيون λ(PSF) بدست آمد و يك مورد نيز شكلي طبيعي حاصل از تحليل اجزا محدود داشت. پس از انجام شبيه سازي‌هاي عددي، عملكرد هر جاذب با ساير اعضاي همان دسته مقايسه شد؛ هم‌چنين ساختار استوانه‌اي با الگوي سوارخ‌هاي دايروي (PSF 0%) به عنوان مبناي مقايسه‌ي كلي قرار گرفت. در نتيجه‌ي اين مطالعه علاوه بر بهبود درك عمومي از ضربه پذيريِ ساختارهاي جدار نازك با ريزسازه‌ي القايي، دو گروه ساختار جديدِ جدار نازك با ويژگي آگزتيك معرفي شد كه عملكرد ضربه پذيري را به طور موثري بهبود مي‌دهند. دسته‌ي نخست پوسته‌هاي مخروطيِ ‌آگزتيك است كه در بهترين حالتِ به دست آمده با زاويه‌ي يال 4 درجه و ريزسازه‌اي با فاكتور مقياسِ ٪20، در قياس با مدلِ استوانه‌اي مبنا، جذب انرژي مخصوص (SEA) توسط آن 13/2 برابر و شاخص كارآمديِ نيروي تصادف (CFE) 83/1 برابر شده و ميزان بيشينه نيروي اوليه‌ي برخورد (IPCF) نيز ٪1/12 كاهش مي‌بايد. دسته‌ي دوم، پوسته‌هاي موجدار (كنگره‌اي) آگزتيك مي‌باشد كه در بهترين حالت با 6 موج و همان ريزسازه‌ي قبلي CFE را برحسب روش محاسبه بين 21/2 تا 8/2 برابر و IPCF را 61٪ كاهش و SEA را ٪5/8 افزايش داد. درميانِ خود نمونه‌هاي استوانه‌اي، با ايجاد رفتار آگزتيك از آغاز بارگذاري مقدار SEA 9٪/18 بيش‌تر، CFE 33/2 برابر و از IPCF نيز ٪45 كاسته شد؛ افزايش ضخامت جداره در اين گروه اگرچه رفتار آگزتيك را تشديد كرد اما منجر به كاهش شاخص‌هاي ضربه پذيري شد. استفاده از ريزسازه با درصد كسر حفرات (VF) متغير نشان داد كه اگرچه اين رويكرد مي‌تواند راهي براي افزايش پايداري عمومي و نيز تنظيم شدت رفتار آگزتيك باشد، اما لزوماً روشي مناسب براي بهبود ضربه پذيري نيست. هم‌چنين به طور كلي مشاهده شد كه ريزسازه با فاكتور مقياس ٪20 بهترين عملكرد را در تركيب با پوسته‌هاي مختلف ايجاد نمايد.

234840

راه و ترابري

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان