بررسي تحليلي، عددي و تجربي جذب انرژي سازه لانه زنبوري مدرج تحت بارگذاري صفحه اي ضربه اي با سرعت كم

Analytical, numerical and experimental study of energy absorption of graded honeycomb structure under in-plane low velocity impact

با توجه به اهميت جذب انرژي در صنايع مختلف، جاذب هاي ضربه سبك از جمله سازه لانه زنبوري تحت بارگذاري درون و برون صفحه اي مورد توجه قرار گرفته است. در اين تحقيق ابتدا رابطه تحليلي براي تنش مسطح با در نظر گرفتن مدل سخت شوندگي تواني ارايه شده است. با استفاده از رابطه كرنش قفل شدگي و انرژي كرنشي، رابطه ي ميزان انرژي ويژه جذب شده توسط سازه لانه زنبوري مدرج استخراج شده است. به منظور راستي آزمايي روابط تحليلي استخراج شده، مسيله براي پنج نوع آلومينيوم مختلف در محيط نرم افزار آباكوس براي مدل ماده با سخت شوندگي تواني و مدل كشسان-كاملاً مومسان شبيه سازي شده است. به منظور صحت سنجي روش شبيه سازي عددي، آزمون ضربه بر روي يك سازه لانه زنبوري مدرج انجام شده است. پس از مقايسه نتايج عددي و تجربي، انطباق مناسبي بين نتايج وجود دارد. براي دو مدل ماده، ميزان انرژي جذب شده حاصل از حل عددي با حل تحليلي مقايسه شده كه مدل سخت شوندگي تواني انطباق بيشتري را نشان داده است. در مرحله اول بهينه سازي با استفاده از روش برنامه ريزي درجه دوم متوالي و الگوريتم ژنتيك، نسبت جرم سازه به انرژي جذب شده كمينه شده است. در مرحله دوم، با در نظر گرفتن پارامتر هاي هندسي بهينه، خواص مادي هر رديف با هدف افزايش انرژي ويژه تغيير داده شده است. بر اساس نتايج بهينه سازي، با ثابت نگه داشتن جرم سازه ظرفيت جذب انرژي آن نسبت به مدل اوليه در مرحله اول %18 و در مرحله دوم %264 افزايش يافته است.

Given the significance of energy absorption in various industries, light shock absorbers such as honeycomb structure under in-plane and out of plane loads are are receiving a great deal of attention. In this research an analytical equation for plateau stress is represented, taking power hardening model into consideration. The equation of specific absorbtion of graded honeycomb structure with the locking strain and strain energy equation is represented. The structure, made from five aluminum grades is simulated in ABAQUS/CAE for elastic-perfectly plastic and power hardening model; numerical value of absorbed energy is compared to that of analytical method. A drop weight test on a graded honeycomb structure was performed. Based on the numerical simulation results, the experimental and numerical results showed good agreement. Based on the conducted comparisons, the numerical and analytical results are more congruent for power hardening model rather than elastic-perfectly plastic one. In the first step of optimization, by applying SQP method and genetic algorithm, the ratio of structure mass to the absorbed energy is minimized. In the second step, regarding the optimum value of parameters obtained in the first step, the material property of each row is changed. According to the optimization results, while keeping the mass of structure constant, the structure capacity of absorbing energy is increased by 18% in the first step and 264% in the second model, compared to the primary model.