بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، آزمایشات تجربی و شبیه سازي اجزاي محدود لهیدگی لولههاي جدارنازك شیاردار تحت بارگذاريهاي محوري دو بعدي در نرمافزار آباکوس انجام شده است. به این منظور، تاثیر نوع شیارها، شکلهاي هندسی مختلف آنها بر نحوه جذب انرژي بررسی شده است. با مقایسه نتایج حاصل از شبیهسازي و آزمایشات تجربی نشان داده شده است که جذب انرژي در لولههاي شیاردار لبه تیز به علت تمرکز تنش در عمق شیار از لولههاي شیاردار که داراي شعاع هستند کمتر است و همچنین جذب انرژي در لولههاي شیاردار داخلی و خارجی بیشتر از لولههاي شیاردار داخلی و لولههاي خام بدون شیار می باشد.
-1 مقدمه
لوله هاي جدار نازك به دلیل سبکی، ظرفیت انرژي بالا، طول لهیدگی زیاد و نسبت انرژي به وزن بالا به عنوان یکی از کارآمدترین سیستمهاي جذب انرژي کاربرد دارند. این نوع سیستم نه تنها در پشت سپر، ستون و فرمان بلکه خودروها استفاده میشود بلکه در قسمتهاي در معرض ضربه کشتیها و قطارها و همچنین کف آسانسورها، هلیکوپترها و فضاپیماها جهت توقف آرام، حفاظت از مواد بسته بندي شده و تجهیزات و همچنین مخازن سوخت مورد استفاده قرار می گیرد
ریس و همکارانش [3] جذب انرژي در لوله هاي جدار نازك آلومینیومی با مقطع مربعی تحت بارگذاري مورب را بررسی کردند. نتایج آنها نشان میدهد که شبیهسازي نیروي آغاز لهیدگی را به خوبی پیشبینی میکند، در حالیکه نیروي متوسط لهیدگی حاصل از شبیهسازي تا حد زیادي با نتایج تجربی مطابقت میکند. الابی[4] جذب انرژي را با استفاده از لولههاي جدارنازك تحت فشار جانبی مورد مطالعه قرار داد.
آنها به این نتیجه رسیدند که قرارگیري چند لوله به طور موازي داخل یکدیگر سیستم کارایی در جذب انرژي حین لهیدگی را افزایش میدهد. تامبیرانام و همکارانش [5] با بررسی لهیدگی محوري لولههاي جدار نازك مربعی باریک شونده به این نتیجه رسیدند که نیروي آغاز لهیدگی براي لولههاي باریک شونده بیشتر میباشد. همچنین آنها دریافتند که تاثیر ضخامت دیواره بر مقدار انرژي جذب شده لوله و نیروي متوسط لهیدگی، نسبت به زاویه باریک شدن لوله، بیشتر است.
در این پژوهش اثر شیارداخلی و خارجی در سیستم جذب انرژي خودروها مورد بررسی قرار گرفته است. براي تحلیل این پارامترها از نرمافزار اجزاي محدود آباکوس استفاده شده است. همچنین به منظور تایید نتایج حاصل از شبیهسازي، آزمایشات تجربی انجام شده است. نتایج به دست آمده نشان داده است که جذب انرژي در لولههاي شیاردار لبه تیز به علت تمرکز تنش در عمق شیار از لولههاي شیاردار که داراي شعاع هستند کمتر است و همچنین جذب انرژي در لولههاي شیاردار داخلی و خارجی بیشتر از لولههاي شیاردار داخلی و لولههاي خام بدون شیار میباشد. همچنین جذب انرژي در لولههاي بدون شیار به علت بزرگی نیروي آغاز لهیدگی سطح بالایی از نیرو را منتقل میکند.
-2 خواص ماده
نمونههایی که در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفتهاند لولههاي آلومینیومی بدون درز AL8112 به قطر خارجی 54 میلیمتر و ضخامت 2 میلیمتر است. آنالیز شیمیایی لوله آلومینیومی در جدول - 1 - آورده شده است و خواص مکانیکی آن در جدول - 2 - آمده است.
جدول - - 1آنالیز شیمیایی لوله آلومینیومی بدون درزAL8112
جدول - - 2خواص مکانیکی لولههاي مورد آزمایش
-3 معرفی پارامترهاي هندسی قطعه
در شکل - 1 - مشخصات هندسی لوله جدار نازك شیاردار مورد مطالعه در این پژوهش نشان داده شده است. D قطر خارجی لوله، t ضخامت لوله، فاصله شیارها، w عرض شیار، d عمق شیار، s نوع شیار و N تعداد شیارهاي هر نمونه است.
به منظور مقایسه، نمونهها در سه گروه با پارامترهاي متفاوت همانگونه که در جدول - 3 - نشان داده شده است تهیه و ماشینکاري شدند. شیارهایی به صورت حلقوي و یک در میان - متناوب - در سطح داخلی و خارجی لولهها ماشینکاري شدند.
عمق شیارها در همه نمونهها نصف ضخامت دیواره لوله است و عرض شیارها 2/5 میلیمتر است. براي دستیابی به تقارن شکل دهی، تعداد شیار فرد انتخاب شده و اولین شیار در داخل دیواره لوله ایجاد گردید.
جدول - - 3 پارامترهاي هندسی و ابعادي نمونهها
-4 مشخصات دستگاه آزمایش و شبیه سازي اجزاي محدود
براي انجام آزمایشها از یک دستگاه پرس هیدرولیکی کامپیوتري DENISON MYES،60 تنی استفاده شده است. نمونهها بین دو صفحه موازي قالب تحت بار محوري قرار گرفتند. فک پایینی پرس با سرعت 10 میلیمتر بر دقیقه حرکت کرده است . اطلاعات مربوط به منحنی نیرو- جابجایی دستگاه براي هر یک از نمونه هاي آزمایش شده توسط یارانه متصل به دستگاه ثبت گردیده است.
براي انجام شبیه سازي از نرم افزار اجزاي محدود ABAQUS 6.10 استفاده شده است. به منظور مقایسه چگونگی شکلگیري لولههاي شیاردار و نحوه جذب انرژي در آنها، قطعات با پارامترهاي مختلف شبیهسازي شده است. همچنین از اثر ناهمسانگردي ماده صرفنظر شده است. دیگر مشخصات شبیهسازي در جدول - 2 - نشان داده شده است. لوله ها بصورت دو بعدي شکل پذیر - Axisymmetric Deformable - و با المان CAX4R و اندازه مش 0/005 مدل شدند. قالبها نیز به صورت صلب دو بعدي - Axisymmetric Analytical Rigid - مدل گردید که به دلیل انتخاب نوع المان، مش بندي نشده و تحلیل نیز نگردیدند. در شبیه سازي، حرکت فک پایینی پرس ثابت و برابر 10 میلیمتر بر دقیقه در نظر گرفته شده است. مقدار ضریب اصطکاك مناسب بین فک هاي پرس و نمونه برابر 1 و براي اصطکاك نمونه با خود حین لهیدگی ضریب اصطکاك 0/2 درنظر گرفته شده است.
-5 بحث و نتیجه گیري
شکل - 2 - نتایج حاصل از شبیه سازي و تجربی چهار نمونه را پس از شکلدهی آنها نشان میدهد. همانطور که از این شکل مشخص است نحوه لهیدگی در حالتهاي تجربی و شبیهسازي مطابقت خوبی را نشان میدهد.
