مطالعه تحليلي و عددي جذب انرژي در ضربه‌گيرهاي استوانه‌اي با ضخامت ديواره متغير

Analytical and Numerical Investigation of Cylindrical Energy Absorbers with Functionally Graded Thickness

در اين پژوهش، به بررسي فروريزش جاذب‌هاي استوانه‌اي جدار نازك كه در آن ضخامت ديواره‌ها بر اساس فرمول توزيع تواني غيرخطي مواد مدرج هدفمند تغيير مي‌كند، پرداخته شده است. بارگذاري وارد بر جاذب انرژي به صورت محوري و شبه استاتيك است. ابتدا با در نظر گرفتن رفتار تنش-كرنش ماده به صورت الاستيك كامل-پلاستيك براي جنس لوله، مدل تحليلي فروريزش با استفاده از تئوري الكساندر محاسبه و مقدار انرژي جذب شده و همچنين نيروي متوسط لهيدگي به دست آمده است. سپس به‌منظور بالا بردن دقت نتايج، مدل رفتاري ماده با در نظر گرفتن رفتار كار سختي، بررسي و روابط نيروي متوسط و انرژي جذب شده، مجددا استخراج شده‌اند. در ادامه، به منظور راستي آزمايي نتايج حاصل از رابطه تحليلي، ، چندين مدل‌ در حالت‌هاي مختلف تغييرات ضخامت و رفتار پلاستيك در نرم‌افزار آباكوس شبيه‌سازي شده و با نتايج تحليل مقايسه شده‌اند. نتيجه نهايي اين مطالعه، ارائه دو رابطه تحليلي بين ميزان جذب انرژي و نيروي متوسط لهيدگي و ارتباط آنها با ساير ابعاد هندسي جسم مانند طول، قطر، ضخامت ديواره و نحوه تغييرات آن است همچنين تاثير خواص مكانيكي شامل رفتار پلاستيك و چگونگي رفتار غيرخطي منطقه پلاستيك مربوط به جنس نمونه مورد استفاده در ضربه‌گيرها در روابط اعمال شده‌اند. با ساده‌سازي معادلات حاصل معادلات پايه‌اي در تحقيقات گذشته حاصل مي شود.

In this study, the crashworthiness of cylindrical tubes with variable thickness, under axial load, is investigated. The loading is applied quasi static. Wall-Thickness changes are considered to follow the nonlinear power distribution equatiion. Firstly, by considering the elastic-perfectly plastic behavior for material, an analytical relition is extracted based on Alexander's theory. Then, in order to increase the accuracy of the results, the effects of work hardening is applied to material behavior and the formulas are rewritten. Finally, to validate the analytical results, using simulation in ABAQUS FE software, several models have been studied in different modes and the results have been compared. The results show an acceptable agreement between the analytical results and the simulation. The final result of this research is presenting two analutical relition beteen absorbed energy and mean force with mechanical properties and geometic parameters of anergy absorber. Moreover, by simplifying the drived analytical equation, we can obtain the basic equations in later researches.