تحليل تجربي و عددي رفتار فروريزش محوري و مايل لوله‌هاي دوجدارة مخروطي تحت شرايط مرزي دوسر گيردار

Numerical and experimental investigations of axial and oblique crushing of bitubular conical tubes under clamped boundary condition

لوله­ هاي جدارنازك به­ دليل ارزاني و وزن اندك طي ساليان متمادي به­ عنوان جاذب انرژي وسائل نقليه همچون قطار، خودرو، كشتي و جز اين‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند. در اين مقاله پاسخ انرژي جذب‌ شده لوله­ هاي مخروطي دوجداره تحت بارگذاري محوري و مايل بررسي شده است. در مطالعة آزمايشگاهي لوله‌هاي دوجدارة مخروطي آلومينيمي به‌روش چرخ‌كاري ساخته شده‌اند. لوله‌هاي دوجداره از هر دو انتها ثابت شده‌ و بين دو صفحة صلب تحت اثر بارگذاري شبه‌استاتيك قرار گرفته‌اند و بار محوري و مايل با اعمال نيرو به انتهاي بخش فوقاني نمونه‌ها اعمال مي‌شود. سپس نحوة فروريزش نمونه، تغييرات نيرو و مقدار انرژي لازم تعيين مي‌شود. مدلي براي شبيه‌سازي فرايند فروريزش با استفاده از تحليل اجزاي محدود ارائه و اثر رفتار غيرخطي مواد، تماس و تغيير شكل بزرگ در اين شبيه‌سازي در نظر گرفته شده است. مقايسة نتايج آزمايشگاهي و شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه مدل ارائه‌شده براي تعيين پاسخ فروريزش و تعيين نمودار نيرو - جابه‌جايي و ميزان انرژي جذب‌­شده مناسب است. از مدل صحه‌گذاري­ شده براي بررسي پارامتري چون شرايط تكيه­ گاهي و زاوية بارگذاري استفاده شده است. نتايج اين مطالعه به‌وضوح مزيت استفاده از لوله‌هاي مخروطي دوجداره را به‌عنوان جاذب نشان مي‌دهد.

Thin-walled tubes have been widely used as energy absorbing devices for decades in trains, passenger cars, ships and other high-volume industrial products since they are relatively cheap and weight efficient. This paper investigates the energy absorption responses of bitubular conical tubes under quasi-static axial and oblique loading. In experimental approach, aluminum bitubular conical tubes were made by the process of spinning. The bitubular conical tubes were fixed at both ends. These samples are compressed between two rigid platens under quasi-static loading conditions and axial and oblique load was realized by applying a load at the upper end of specimens 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 validated finite element model was then used for the parametric studies, in order to determine the effect of bitubular conical tube loading parameters i.e. effect of boundary condition and crush angle. The results of this paper highlight the advantages of using bitubular conical tubes as energy absorber.