بررسی ضربه پذیری جاذب مخروط چند جزئی با درپوش کروی تحت فرآیند وارونگی آزاد: مطالعه تجربی و شبیه سازی عددی

نوع مقاله : مقاله مکانیک

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران

2 دانشیار، مرکز تحقیقات انرژی و توسعه پایدار، واحد سمنان، دانشگاه آزاد اسلامی، سمنان، ایران

3 گروه مهندسی مکانیک، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله، به منظور فراهم نمودن جذب انرژی در لوله های مخروط جدارنازک تحت فرآیند وارونگی، مدل جدیدی از جاذب مخروط چند جزئی با درپوش‌ کروی ارائه شده است. برای این منظور، با ایجاد پله هایی در طول لوله، یک مخروط با طول زیاد به جزءهای کوچکتر با طول‌ها و قطرهای مختلف تقسیم می شود. هنگامی که لوله تحت بارگذاری محوری قرار می گیرد، فرآیند تغییر شکل و اتلاف انرژی در این جاذب انرژی به دو مرحله تقسیم می شود. مرحله اول تغییر شکل درپوش کروی و مرحله دوم وارونگی آزاد هر جزء مخروط در داخل جزء بعدی می باشد. به عبارتی با پیچ خوردن لبه جزءها و سپس کشیده شدن دیواره لوله به سمت داخل، وارونگی آزاد شکل می گیرد. بنابراین اتلاف انرژی با خمیدگی درپوش کروی، پیچ خوردن لبه جزءها و انقباض محیطی در دیواره لوله هر جزء بوجود می‌آید. در این مطالعه، با استفاده از شبیه سازی عددی توسط نرم افزار آباکوس، اثر پارامترهای هندسی شامل نوع درپوش، تعداد جزءهای مخروط و زاویه نیم‌رأس بر روی مشخصات ضربه پذیری لوله‌های مخروط چندجزئی بررسی می شود. همچنین، به منظور بررسی صحت شبیه‌سازی عددی، تعدادی تست تجربی انجام گردید که نتایج قابل قبولی حاصل شده است. نتایج نشان می دهد، که مدل جاذب پیشنهادی می تواند جایگزین مناسبی برای جاذب های انرژی تحت فرآیند کمانش پیش رونده باشد

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Crashworthiness investigation of multi-component conical absorber with spherical cap under free inversion process: experimental study and numerical simulation

نویسندگان [English]

  • Sajad Azarakhsh 1
  • Mohammad Javad Rezvani 2
  • Adel Maghsoudpour 3
1 Department of Mechanical Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran
2 Department of Mechanical Engineering, Semnan Branch, Islamic Azad University
3 Department of mechanical engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this article, in order to provide energy absorption in thin-walled conical tubes under the inversion process, a new model of a multi-component conical absorber with a spherical cap is presented. For this purpose, by creating edges, a conical tube with a long length is divided into smaller components with different lengths and diameters. When the tube is subjected to axial loading, the process of deformation and dissipate of energy in this energy absorber is divided into two stages. The first stage is deformation of the spherical cap and the second stage is free inversion of each part of the conical inside next part. In other words, free inversion is formed by curling the edge of the components and then moving the tube wall downward. Therefore, the loss of energy absorption occurs with the bending of the spherical cap, the curling of the components edge and the circumferential contraction in the tube wall of each component. In this study, by using numerical simulation ABAQUS software, the effect of geometrical parameters, including cap type, number of conical components and semi-apical angle, on crashworthiness characteristics of the multi-component conical tubes are investigated. Also, in order to investigate the accuracy of the numerical simulation, some experimental tests were performed, which have obtained acceptable results. The results show that the proposed absorber model can be a suitable alternative for energy absorbers under the progressive buckling process.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Multi-component
  • Conical
  • Spherical cap
  • Free inversion
  • Initial peak load

مراجع

[1] S. Azarakhsh, A. Ghamarian, and M. J. Rezvani, "Effect of hole, angle and direction of applied oblique load on crashworthiness parameters of end capped circular tubes: A numerical simulation and experimental study," Journal of Modeling in Engineering2, vol. 20, no. 68, 2022.
[2] M. J. Rezvani and H. Souzangarzadeh, "Effects of triggering and polyurethane foam on energy absorption of thin-walled circular tubes under the inversion process," Journal of Energy Storage, vol. 27, 2020, p. 101071.
[3] Z. Ahmad and D. Thambiratnam, "Crushing response of foam-filled conical tubes under quasi-static axial loading," Materials & design, vol. 30, no. 7, 2009, pp. 2393-2403.
[4] A. Alavi Nia and S. Chahardoli, "Experimental and numerical investigation of hole and edge radius effect on collapse properties of cylindrical absorbers under axial impact loading," Journal of Modeling in Engineering, vol. 16, no. 53, 2018, pp. 53-65.
[5] S. Al-Hassani, W. Johnson, and W. Lowe, "Characteristics of inversion tubes under axial loading," Journal of Mechanical Engineering Science, vol. 14, no. 6, 1972, pp. 370-381.
[6] N. Jafarian and M. J. Rezvani, "Crushing behavior of multi-component conical tubes as energy absorber: a comparative analysis between end-capped and non-capped conical tubes," Engineering Structures, vol. 178, 2019, pp. 128-135.
[7] G. Sekhon, N. Gupta, and P. Gupta, "An analysis of external inversion of round tubes," Journal of Materials Processing Technology, vol. 133, no. 3, 2003, pp. 243-256.
[8] A. Niknejad and M. Moeinifard, "Theoretical and experimental studies of the external inversion process in the circular metal tubes," Materials & Design, vol. 40, 2012, pp. 324-330.
[9] X. M. Qiu, L. H. He, J. Gu, and X. H. Yu, "An improved theoretical model of a metal tube under free external inversion," Thin-Walled Structures, vol. 80, 2014, pp. 32-37.
[10] Y. Liu, X. Qiu, and T. Yu, "A theoretical model of the inversion tube over a conical die," Thin-Walled Structures, vol. 127, 2018, pp. 31-39.
[11] R. Rajabiehfard, A. Darvizeh, M. Alitavoli, R. Ansari, and E. Maghdouri, "Experimental, numerical and analytical investigations into the internal inversion of mild steel tubes under high velocity axial impact using a die," Thin-Walled Structures, vol. 125, 2018, pp. 21-37.
[12] Y. Li and Z. You, "External inversion of thin-walled corrugated tubes," International Journal of Mechanical Sciences, vol. 144, 2018, pp. 54-66.
[13] S. Chahardoli, M. Shabanzadeh, and S. M. Marashi, "Introducing a new mechanism for energy absorption through simultaneous inversion-folding process," International journal of crashworthiness, vol. 27, no. 1, 2022, pp. 92-106.
مدل سازی در مهندسی
دوره 21، شماره 73
تیر 1402
صفحه 241-253

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار