تحليل آزمايشگاهي و عددي فروريزش محوري سازه‌هاي جدارنازك تركيبي

Experimental and Numerical Analysis of Collapse Behavior of Combined Thin Walled Structures under Axial Loading

ضربه گيرها و جاذب هاي انرژي از جمله اجزايي هستند كه در برخي سامانه ها براي جذب انرژي جنبشي و تبديل آن به صورت ديگري از انرژي استفاده مي شوند. هدف از تحقيق حاضر مطالعه آزمايشگاهي و شبيه‌سازي فروريزش سازه‌هاي جدار نازك استوانه‌اي با درپوش كروي (سازه‌هاي جدار نازك تركيبي) تحت اثر بارگذاري شبه‌استاتيك محوري و بررسي عوامل موثر بر نحوه فروريزش است. در مطالعه آزمايشگاهي نمونه‌هاي استوانه‌اي با درپوش كروي آلومينيمي به روش چرخ‌كاري ساخته شده و بين دو صفحه صلب تحت اثر بارگذاري شبه‌استاتيك قرار گرفته و سپس نحوه فروريزش نمونه، تغييرات نيرو و مقدار انرژي لازم تعيين شده اند. مدلي براي شبيه‌سازي فرآيند فروريزش با استفاده از تحليل اجزاي محدود ارايه و اثر رفتار غيرخطي مواد، تماس و تغيير شكل بزرگ در اين شبيه‌سازي در نظر گرفته شده است. مقايسه نتايج آزمايشگاهي و شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه مدل ارايه ‌شده براي تعيين پاسخ فروريزش و تعيين نمودار نيرو- جابه‌جايي و ميزان انرژي جذب‌شده مناسب است. با استفاده از مدل عددي، اثر پارامترهاي مختلف نظير زاويه نيم‌راس، ارتفاع بخش استوانه‌اي و ارتفاع بخش كروي بر متوسط نيروي فروريزش، ميزان انرژي جذب‌شده و نحوه فروريزش پوسته‌هاي استوانه‌اي با درپوش كروي بررسي شده است. به عنوان مثال، نتايج اين مطالعه در صنايع هوافضا مي‌تواند براي بازيابي راكت كاوش بر پايه سازه‌هاي تركيبي استفاده ‌شود.

Crashworthiness and energy absorbers are including components used in some systems for energy absorbing and convert it into another energy. The purpose of this study is experimental and numerical investigation of collapse behavior of thin walled structure cylindrical tube with shallow spherical caps (combined thin walled structures) under quasi-static axial loading and studied effective factors on a collapse mechanism. In experimental approach, aluminum cylindrical with shallow spherical cap samples was made by the process of spinning. These samples are compressed between two rigid platens under quasi-static loading conditions and the collapse mechanism, the variations of crushing load and absorbed energy are determined. A numerical model is presented based on finite element analysis to simulate the collapse process considering the non-linear responses due to material behavior, contact and large deformation. The comparison of numerical and experimental results showed that the present model provides an appropriate procedure to determine the collapse mechanism, crushing load and the amount of energy absorption. The model is used to evaluate the effects of important parameters such as semi apical angle; height of the cylindrical region, and height of the spherical cap region on the mean crush load, energy absorption capacity, and collapse mechanism of cylindrical shells with shallow spherical caps. For example, results of this study can assist aerospace industry to reentry sounding rocket carrier payload based on combined structures.