بهينه‌سازي جاذب انرژي لانه‌زنبوري با استفاده از الگوريتم ژنتيك بر اساس سطوح پاسخ و طراحي آزمايش‌ها؛ بخش نخست: بررسي مشخصات ضربه‌پذيري

Optimization of honeycomb impact attenuator using genetic algorithm based on response surface method and design of experiment; Part I: crashworthiness

در اين مقاله، جاذب انرژي از نوع لانه‌زنبوري طراحي و با پياده‌سازي الگوريتم ژنتيك بهينه‌سازي شده است. هدف، جذب تمام يا بخش عمده انرژي جنبشي در برخورد است. هم‌زمان كاهش سطح شوك وارده نيز به عنوان يك هدف طراحي اعمال شده است. در بخش نخست، مشخصه‌هاي ضربه‌پذيري و رفتار ساختار لانه‌زنبوري دربرابر ضربه استخراج و بررسي پارامتري انجام شده است. در بخش دوم از نتايج براي بهينه‌سازي جاذب ضربه استفاده شده ‌است. در اين بخش بارگذاري ديناميكي ساختار لانه زنبوري در نرم‌افزار المان محدود داينا شبيه‌سازي شده است. جهت بررسي اثر و اهميت فاكتورهاي موثر در عملكرد جذب انرژي، مطالعه پارامتري انجام شده است. براي كاهش حجم محاسباتي، ساختار لانه‌زنبوري به‌صورت هندسه‌ تكرارشونده Y مدل شده است. به روش طراحي آزمايش‌ها اثر مشخصات ماده مانند مدول يانگ، تنش تسليم، مدول مماسي و مشخصات هندسه ماده مانند اندازه سلول، ضخامت فويل و همچنين اثر سرعت برخورد بررسي شده است. تعداد 25 هندسه با ارتفاع يكسان و اندازه سلول و ضخامت مختلف شبيه‌سازي و تغييرات تنش ميانگين و بيشينه و انرژي‌هاي ويژه با ضخامت و اندازه سلول مطالعه شده است. نتايج نشان داد كه خصوصيات ضربه‌پذيري ساختار شامل تنش ميانگين و بيشينه، به ضخامت و اندازه سلول وابستگي زياد دارد در حالي كه اين مقادير به مدول يانگ ماده و ضريب اصطكاك و ارتفاع سلول وابستگي كمتري دارد. تغيير در هندسه سلول لانه‌زنبوري تنش ميانگين فروريزش را بيش از تنش بيشينه متاثر مي‌كند. در اين ميان اثر تغيير ضخامت نسبت به تغيير ابعاد سلول اهميت بيشتري دارد.

In this study, the design and optimization of a honeycomb energy absorber is performed using genetic algorithm. The main design goal is to absorb almost all the impact energy. Simultaneously, reduction of the shock force level is also considered as a main objective. In the first part, the crashworthiness behavior of honeycomb structure is parametrically studied. The results are utilized in the second part to optimize shock absorber design. In this part, aluminum honeycomb structure under dynamic loading is investigated using simulation in LS-dyna finite element code. Parametric studies are invoked to identify the influence of different model parameters on crashworthiness characteristics of honeycomb structure. Reducing the computational cost, a repeatable model of ʹYʹ cross section column is numerically simulated. The effects of changes in material properties including Youngʹs modulus, yield stress, tangent modulus, geometrical properties such as cell size, foil thickness, as well as the effects of impact velocity on the deformation behavior of the structure were investigated. A number of 25 different geometries with same height and various cell sizes and thicknesses are studied and effects of thickness and cell size on the energy absorption properties are investigated. Results showed that crashworthiness parameters such as mean and peak stress depend mainly on cell size and thickness values, while the friction coefficient and youngʹs modulus are of less importance. Any change in absorber’s geometry affects the mean collapse stress more severely than the peak stress. In the meantime, thickness change is more effective in comparison with cell size change.