بررسي آزمايشگاهي و عددي رفتار لهيدگي پوسته هاي استوانه‌اي برنجي

Experimental and Numerical Investigation of Crushing of Brass Cylindrical Tubes

سازه هاي جدارنازك به طور گسترده به عنوان جاذب انرژي در صنايع اتومبيل و هوافضايي استفاده مي شوند. اين مقاله رفتار لهيدگي و پاسخ انرژي جذب‌شده لوله‌هاي استوانه‌اي برنجي را با استفاده از آزمايش و مدل اجزاء محدود غيرخطي بررسي مي‌كند. در مطالعه‌ي آزمايشگاهي نمونه‌هاي استوانه‌اي برنجي به‌روش اكستروژن ساخته شده و بين دو صفحه ي صلب تحت اثر بارگذاري شبه‌استاتيك قرار گرفته و سپس نحوه ي فروريزش نمونه، تغييرات نيرو و مقدار انرژي لازم تعيين شده‌اند. مدلي براي شبيه‌سازي فرآيند فروريزش با استفاده از تحليل اجزاي محدود ارائه و اثر رفتار غيرخطي مواد، تماس و تغييرشكل بزرگ در اين شبيه‌سازي در نظرگرفته شده است. مقايسه نتايج آزمايشگاهي و شبيه‌سازي نشان مي‌دهد مدل ارائه‌شده روش مناسبي براي تعيين پاسخ فروريزش و تعيين نمودار نيرو- جابه جايي و ميزان انرژي جذب شده ارائه مي‌كند. تكنيك شبيه‌سازي عددي صحه‌گذاري شده براي انجام مطالعه پارامتري لوله‌هاي استوانه‌اي برنجي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در ادامه اثر پارامترهاي مهم مانند عيوب هندسي (گراديان ضخامت، تغييرشكل موجي)، شرايط مرزي، زاويه‌ي نيم‌رأس، زاويه‌ي برخورد، تقويت كننده هاي چند سلولي ستوني و سرعت برخورد بررسي مي‌شود. نتايج اين مطالعه، به‌وضوح مزيت استفاده از لوله‌هاي استوانه‌اي برنجي را به‌عنوان جاذب بيان مي‌كند.

Thin-walled structures have been extensively usedas energy absorbers in automobile and aerospace industries.This paper treats the collapse behaviour and energy absorption response of brass cylindrical tubes subjected to axial loading, using experiment and non-linear finite element models. In experimental approach, brass cylindrical samples were made by the process of extrusion. These samples are compressed between two rigid platens under quasi-static loading conditions and the collapse mechanism, the variations of crushing load and absorbed energy are determined. A numerical model is presented based on finite element analysis to simulate the collapse process considering the non-linear responses due to material behaviour, contact and large deformation. The comparison of numerical and experimental results showed that the present model provides an appropriate procedure to determine the collapse mechanism, crushing load and the amount of energy absorption. Numerical simulation techniques validated are used to carry out a parametric study of brass cylindrical tubes. In the following, influence of important parameters such as geometry imperfection (wall thickness gradient and wave formation), boundary condition, semi-apical angle, multi-cell columns reinforace and velocity impact was investigated. The results of this paper highlight the advantages of using brasscylindrical tubes as energy absorber.