بررسي تجربي و عددي تأثير سوراخ و انحناي لبه بر ويژگي هاي فروپاشي جاذب هاي استوانه اي تحت بار محوري ضربه اي

Experimental and numerical investigation of hole and edge radius effect on collapse properties of cylindrical absorbers under axial impact loading

در اين پژوهش، ويژگي‌هاي جذب انرژي لوله‌هاي استوانه‌اي آلومينيومي كه در لبه و ميانه‌ي آن‌ها سوراخ و يا انحنا وجود دارد به صورت تجربي و عددي بررسي شده است. لوله‌ها تحت بارگذاري محوري و ضربه‌اي يك جسم صلب 30 كيلويي با سرعت‌هاي 6 يا 7 متر بر ثانيه قرار گرفتند. در آزمايش‌هاي تجربي ابتدا نوع آلياژ و خواص مكانيكي لوله‌هاي آلومينيومي استخراج شدند، سپس چهار نمونه‌ي آزمايشگاهي به منظور تأييد صحت نتايج شبيه‌سازي تحت بارگذاري ضربه‌اي قرار گرفتند. بررسي‌هاي عددي با استفاده از نرم‌افزار المان محدود LS-Dyna انجام شد كه در مجموع 13 حالت مختلف تحت بررسي قرار گرفت. در بحث و بررسي نتايج مشخص شد كه ايجاد سوراخ در لبه و ميانه‌ي پوسته‌هاي استوانه‌اي‌ ضمن ثابت نگه داشتن انرژي جذب شده منجر به كاهش چشمگير نيروي بيشينه و افزايش كارايي نيروي له‌شدگي در بارگذاري ضربه‌اي مي‌شود. در حالت كلي با افزايش تعداد سوراخ‌ها، نيروي بيشينه كمتر و كارايي بيشتر مي‌شود. مشاهده شد كه در بارگذاري ضربه‌اي ايجاد انحنا در لبه منجر به كاهش نيروي بيشينه، كاهش انرژي جذب شده و افزايش كارايي مي‌گردد به گونه‌اي كه با افزايش شعاع انحناي لبه نيروي بيشينه و انرژي جذب شده كمتر و كارايي بيشتر مي‌شود. در پايان براي هركدام از دو نوع جاذب سوراخ‌دار و لبه‌ خميده، نمونه‌‌هايي معرفي شد. اين جاذب‌ها مي‌توانند جايگزين‌هاي مناسبي براي جاذب‌هاي استوانه‌اي معمولي اين پژوهش باشند.

In this paper, the collapse properties of aluminum cylindrical tubes that hole or curvature is created on their edges or their mid is studied in experimental and numerical methods. The tubes were put under axial impact of a rigid mass-block of 30.405 kg by an initial velocity of 6 or 7 m/s. In experimental exams, first the type of aluminum alloy and mechanical properties of tubes were determined, and then four samples in order to validating the numerical results were analyzed under Impact collapse. An explicit FE code, LS-Dyna, was used to implement numerical investigation and a total of 13 specimens were examined. In results and discussion it was found that in impact loading, creating hole and curvature in edge and mid of cylindrical shells while keeping energy, decreases maximum force significantly and increasing crush force efficiency. In general, by increasing the number of holes, the less maximum force and more crush force efficiency. It was observed that in impact loading, establishment of curvature at the edges, reduces the maximum force and absorption energy and raises the crush force efficiency so that by raising edge curvature radius, maximum force and absorption energy decrease but crush force efficiency increase. Finally samples with optimal performance for each type of perforated and curved edge energy absorbers were introduced. These absorbers can be an appropriate alternative for usually types.