ساخت و مجهزسازي ماشين ضربه‌سقوطي كم‌سرعت جهت تعيين ظرفيت جذب انرژي در فوم كامپوزيتي با زمينه آلومينيوم

Design and instrumentation of low velocity dropweight impact testing machine for estimation of energy absorption capacity in aluminum based composite foam

در مقاله حاضر، ظرفيت جذب‌انرژي فوم‌ آلومينيوم A356 تقويت‌شده با ذرات SiC تحت بار ضربه‌اي مورد مطالعه قرار گرفته و نتايج جديدي حاصل گرديد. ماده فومي با استفاده از روش ذوبي به‌كمك عامل فوم‌ساز CaCO3، ساخته شد. دستگاه آزمون ضربه‌سقوطي در مقياس آزمايشگاهي طراحي و ساخته شد. مدار كامل نيروسنج ديناميكي (لودسل) طراحي و روي آن نصب گرديد. آزمايش ضربه با استفاده از يك ضارب نيم‌كروي و با سرعت 6.70 m/s، بر روي نمونه‌هاي فوم انجام شد. نمودار تغييرات نيرو بر حسب زمان به‌دست آمد و نتايج حاصله، با نتايج به‌دست آمده از سنسور پيزوالكتريك مقايسه شد كه مطابقت خوبي بين آن‌ها وجود دارد. پاسخ ضربه به‌دست آمده براي فومكامپوزيتي A356/SiCp، يك پاسخ كم‌نوسان (حداكثر با 5.8% نوسان) و پايدار است كه بيانگر طراحي مناسب ماشين و خروجي قابل‌اعتماد آن مي‌باشد. هم‌خواني رفتار ماده با نتايج محققين ديگر نيز، بر اين امر صحه مي‌گذارد. پاسخ مذكور شامل سه ناحيه الاستيك، بار پلاتو و شكست مي‌باشد؛ در ناحيه پلاتو، فوم مي‌تواند تغييرشكل‌هاي پلاستيك را در يك بار تقريباً ثابت تحمل نمايد. پايان ناحيه پلاتو و شروع ناحيه شكست ماده، در لحظه‌اي اتفاق مي‌افتد كه نرخ انرژي‌ جذب‌شده توسط فوم كاهش ‌مي‌يابد. مقدار بار پلاتو و انرژي جذب‌شده كه توسط لودسل برآورد شده است، بترتيب برابر با 1.62 kN و 22.04 J بوده كه در مقايسه با سنسور پيزوالكتريك، داراي خطاي نسبي 1.8 و 7.7 درصد مي‌باشد. مقدار (و درصد) انرژي جذب‌شده در نواحي الاستيك، پلاتو و شكست بترتيب برابر با 6.07 J (27.5%)، 6.58 J (29.9%) و 9.39 J (42.6%) مي‌باشد.

In this paper, the energy absorption capacity of A356 aluminum foam reinforced by SiC particles under impact loading was studied. The foam was manufactured by direct foaming of melts with blowing agent CaCO3. The dropweight impact testing machine was designed and fabricated. The dynamic loadcell circuit was designed and mounted on the impactor. The impact test was carried out using a hemispherical indenter with a velocity of 6.70 m/s on the foam specimens, and the loadtime history data was obtained. The results were compared with the results reported by a piezoelectric force sensor and validated. The obtained impact response of A356/SiCp composite foam is stable, which represents a suitable design of the machine and its reliable output. This is emphasized by comparison of material behavior with the results of other researchers. The response includes three stages: an initial linear behavior, a plateau of load and failure of the foam. In plateau region, the plastic deformations can be tolerated by the foam at nearly constant load. The end of plateau region and beginning of the failure region occur at the moment when the rate of energy absorbed by the foam is decreasing. The values of plateau load and absorbed energy estimated from loadcell are 1.62 kN and 22.04 J respectively, which has a relative error of 1.8% and 7.7% in comparison with piezoelectric sensor. The value and percent of absorbed energy were obtained as 6.07 J, 6.58 J, 9.39 J and 27.5%, 29.9%, 42.6% for elastic, plateau and failure regions respectively.