بهينه‌سازي عملكرد سازه جدارنازك فروريزشي، در برخورد ديناميكي به روش طراحي آزمايش‌ها

Thin-Walled Impact Energy Absorber Optimization in Dynamic Loading ‎using Design Of Experiment Approach

در مقاله حاضر، فرايند بهينه‌سازي يك هندسه جدارنازك فروريزشي جاذب انرژي برمبناي روش طراحي آزمايش‌ها ارايه شده است. بهينه‌سازي براي بيشترين قابليت جذب انرژي و كمترين شوك برخورد انجام شده است. بر اين اساس، تعداد چهار پارامتر كنترل هندسه انتخاب شده است، كه براي هريك دو سطح مقداري پيش‌فرض مورد استفاده قرار داده شده است. در مجموع 16 مدل عددي با هندسه متفاوت تهيه و رفتار فروريزشي اين هندسه‌ها به صورت مدل پوسته سه‌بعدي در نرم‌افزار LS-Dyna شبيه‌سازي شده است. مدل ماده مورد استفاده براي جاذب آلياژ آلومينيمي، با رفتار الاستيك- پلاستيك است كه مشخصات آن از آزمون كشش استخراج شده است. مدل عددي جاذب در مجاورت سطوح تكيه‌گاهي و نگه‌دارنده و در برابر برخورد ديناميكي جرم متحرك با انرژي مشخص در راستاي محوري تحليل شده است. مقايسه نتايج شبيه‌سازي و بررسي براساس روش طراحي آزمايش‌ها به تعيين شكل و ميزان اثرگذاري پارامترهاي تغييرداده‌شده و تركيب اثر آنها بر رفتار نمونه جاذب منتهي شده است. نشان داده شد كه، اهميت ضخامت سازه جاذب در رفتار آن قابل توجه است. همچنين، مشاهده شد كه علاوه بر اين‌كه شعاع انحنا، در انتهاي بسته هندسه عاملي مهم در تعيين مشخصات رفتار سازه جاذب است، بلكه بيشترين تاثير را دارا است. علاوه بر اين، براي تاييد مدل عددي استفاده شده يك مساله شبه‌استاتيكي مشابه مورد تحليل قرار داده شده است و با نتايج حاصل از آزمون آزمايشگاهي مقايسه شده است كه هم خواني مناسب نتايج كيفيت مناسب شبيه‌سازي را تاييد مي‌كند.

In the present paper the optimization process of a thin-walled collapsible shock absorber geometry is performed using the well-known design of experiments method. The optimizing target parameters are the maximum energy absorption and the low impact shock. A number of four geometrical control parameters have been chosen in two different levels making a totally 16 different geometries. The collapse behavior of the absorbent geometries then has been simulated using a full 3D shell element LS-Dyna numerical model with an elastic-plastic material behavior and some main absorbing characteristics extracted. The collapse behavior of the geometries is simulated under axial impact of a traveling mass with a presumed kinetic energy. A comparison between the different geometries can be performed to obtain the effectiveness of the control parameters and decide about the most effective ones. It has been shown that while the thickness of the crushable structure is an important factor, an increase in the radius of curvature at the end of the presumed geometry is the most effective parameter in absorber efficiency. A study also is performed to validate the numerical simulation process with conical absorber geometry under axial quasi-static loading. The comparison exhibited a very good agreement between the numerical finite element results and the data acquired from the experimental test that showed the validity of the simulation procedure.