بررسي تجربي و عددي رفتار لهيدگي لوله هاي دو جداره تقويت شده با ورقه هاي داخلي تحت بارگذاري ديناميكي محوري

Experimental and numerical study on the collapse behavior of double walled tubes reinforced with inside ribs under dynamic axial loading

سازه‌هاي جدار نازك به عنوان جاذب‌هاي انرژي بطور گسترده در صنايع خودروسازي، ريلي و هوايي به كار گرفته مي‌شوند. در اين مقاله به بررسي رفتار لهيدگي لوله‌هاي ‌جدار نازك تحت بارگذاري ديناميكي محوري پرداخته شده است. مدلسازي‌هاي عددي با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود ال اس-داينا انجام شده و براي اعتبارسنجي نتايج تحليل‌ها، ابتدا لوله مربعي با به‌كارگيري دستگاه تست يونيورسال مورد آزمايش لهيدگي قرار گرفته و سپس اين لوله در ال اس-داينا شبيه‌سازي شده و نتايج آن با نتايج حاصل از آزمايش مقايسه شده است. پس از حصول اطمينان از تطابق مناسب نتايج شبيه‌سازي عددي و تجربي، در مرحله بعد شبيه‌سازي‌هاي عددي بر روي لوله‌هاي دو جداره با مقاطع مختلف ‌مربعي، شش‌ضلعي و هشت‌ضلعي تقويت شده با ورقه‌هاي داخلي و با مقياس‌هاي (نسبت اندازه ضلع مقطع لوله داخلي به اندازه ضلع مقطع لوله خارجي) متفاوت 0، 0.25، 0.5، 0.75 و 1 تحت بارگذاري ديناميكي محوري انجام شده است. جهت تعيين بهترين لوله از نظر جذب انرژي، از روش تصميم‌گيري چند معياره تاپسيس استفاده شده است. نتايج نشان داد كه لوله دو جداره با مقطع هشت‌ضلعي و با مقياس‌هاي 0.25 و 0.5 داراي رفتار لهيدگي بهتري است. براي تعيين مقادير بهينه مقياس‌ و ضخامت اين لوله از روش‌ رويه پاسخ و معيار D- بهين توسط طراحي آزمايش‌ها استفاده شده است. در نهايت ميزان جذب انرژي لوله دو جداره هشت‌ضلعي با تعداد چهار و هشت تقويتي مقايسه شده و لوله دو جداره هشت‌ضلعي با چهار تقويتي به عنوان لوله بهينه با نيروي بيشينه برخورد كمتر انتخاب شده است.

ABSTRACT Original Research Paper Received 11 June 2016 Accepted 03 August 2016 Available Online 24 September 2016 Thin-walled structures are frequently used as energy absorbers in automotive, railway and aviation industries. This paper deals with the collapse and energy absorption behavior of thin-walled structures under dynamic axial loading Numerical modeling was performed using finite element code LS-DYNA. In order to validate the results of finite element analyses, a square tube was collapsed using universal test machine. This tube was then simulated in LS-DYNA, and the results were compared with those of experiments. There was good agreement between the numerical and experimental results. The tubes with different cross-sections namely square, hexagonal and octagonal shapes reinforced with inside ribs as well as with different scales (ratio of sectional side length of the inner tube to that of outer tube) 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1 were simulated in LS-DYNA. To determine the suitable cross-section in terms of crashworthiness, multi-criteria decision making method known as Technique of Order Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) was employed. The results demonstrated that the double walled tube with octagonal cross-section possessing the scale between 0.25 and 0.5 had the best crashworthiness behavior. To find the optimum values of scale and wall-thickness, response surface method (RSM) and D-optimal criterion using design of experiments (DOE) were utilized Moreover, the effect of number of inside ribs (4 and 8) on the capability of absorbing energy was also investigated. The results showed that the octagonal tube with 4 inside ribs was able to absorb more collision energy