تحليل تجربي، عددي و تئوري فرآيند جذب انرژي پروفيل آلومينيومي با سطح مقطع جدار نازك H شكل

Experimental, numerical and theoretical analysis of energy absorption process by aluminum profile with H-shaped thin-walled cross section

اين مقاله، ظرفيت جذب انرژي و نحوه تغييرشكل پلاستيك فرآيند پهن شدگي جانبي يك نوع پروفيل آلومينيومي با سطح مقطع H شكل، تحت بارگذاري فشار جانبي در شرايط شبه استاتيكي را به روش آزمايشگاهي، عددي و تئوري بررسي مي كند. نمونه ها با طول متفاوت در سه حالت پرشدگي مختلف شامل، توخالي، هسته پرشده و بطور كامل پرشده توسط فوم پلي يورتان، آماده شده اند. همچنين، نمونه هايي با هندسه و شرايط پرشدگي يكسان با زواياي صفر و 90 درجه تحت فشار جانبي قرار گرفته اند. اثر پارامترهايي مانند طول، سه حالت پرشدگي مختلف و زاويه بارگذاري بر روي نيروي جانبي و جذب انرژي مخصوص، بصورت تجربي بررسي شده اند. نتايج نشان مي دهند، جذب انرژي مخصوص، مستقل از طول نمونه ها است. در زاويه بارگذاري 90 درجه، وجود پركننده باعث افزايش جذب انرژي مخصوص سازه مي شود. بهينه ترين شرايط، استفاده از پروفيل كاملا پرشده تحت زاويه بارگذاري 90درجه است. رابطه تئوري جهت تخمين ميزان جذب انرژي كل، براي نمونه توخالي تحت زاويه بارگذاري صفر درجه براساس دو مكانيزم مختلف جذب انرژي استخراج و نتايج حاصل با نمونه آزمايشگاهي مقايسه گرديد. به علت محدوديت آماده سازي نمونه ها با ابعاد هندسي مختلف از نرم افزار غيرخطي آباكوس استفاده شد. نمونه هايي با ضخامت هاي مختلف مدلسازي و اثر ضخامت بر جذب انرژي كل بررسي گرديد. جذب انرژي كل با توان دوم ضخامت نسبت مستقيم دارد كه اين موضوع را، رابطه تئوري ارائه شده و نتايج بدست آمده از حل عددي نشان مي دهد. مطابقت بسيار خوب نتايج تجربي، عددي و تئوري با درصد خطاي بسيار كم، دقت و صحت پژوهش انجام شده را نشان مي دهد.

This article investigates energy absorption capacity and plastic deformation trend of lateral flattening of an aluminum profile with H-shaped cross section under the quasi-static lateral loading by experimental, numerical and theoretical methods. Samples were prepared with different lengths and three different filling conditions including empty, core-filled and perfectly-filled by polyurethane foam. In addition, samples with the same geometry and filling conditions were laterally compressed with loading angles of 0 and 90 degrees. Effect of some parameters such as length, three different filling conditions and loading angle were experimentally investigated on lateral force and specific absorbed energy (SAE). The results show that SAE is independent of samples length. At the loading angle of 90 degrees, presence of the filler causes increment of SAE by the structure. Using the perfectly-filled profile under the loading angle of 90 degrees is the most optimum condition. Based on two different energy absorption mechanisms, a theoretical equation was derived to estimate total absorbed energy (TAE) by empty sample with loading angle of zero; and predicted results were compared with the experimental samples. Due to present limitations in preparing the samples with different geometrical dimensions, nonlinear ABAQUS software was employed. Some samples with different wall thicknesses were modeled and influence of thickness was investigated on TAE. TAE is directly correlated to the second power of wall thickness; and this relationship can be clearly understood from the theoretical equation and numerical results. High correlation of experimental, numerical and theoretical results indicates precision and accuracy of the performed research.