عنوان
بهينه‌سازي شكل لوله جدارنازك چين‌دار تحت بار فشاري محوري با هدف افزايش ظرفيت جذب انرژي مخصوص و بازده نيروي لهيدگي
نويسنده اصلي
كلوشاني، مهرداد
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
رشته تحصيلي
مكانيك
مقطع تحصيلي
دكتري
چكيده
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.
شماره ركورد
237212
گرايش رشته تحصيلي
طراحي كاربردي
دانشكده
مهندسي مكانيك
دانشگاه
دانشگاه صنعتي اصفهان