بخشی از مقاله
چکیده
ضربه گیرسیستمی است که درآن انرژی جنبشی ضربه زننده در لحظه برخورد را جذب و به دیگر انرژی ها تبدیل می نماید. این انرژی می تواند برگشت پذیربوده و به طریقی از آن استفاده نمود ویا برگشت ناپذیر باشد و به صورت حرارت یا طریق دیگر مستهلک شود. ضربه گیرها کاربرد بسیار متنوعی دارند و یکی از انواع رایج آن ها، ضربه گیرهای مکانیکی از نوع لوله های فلزی استوانه ای هستند.
از سوی دیگر فرایندی را که طی آن یک فلز تحت تاثیر فشار از داخل قالبی با شکل خاص عبور داده و سطح مقطع آن را کاهش می دهند، اکستروژن است. فرایند اکستروژن در مقایسه با دیگر روش های شکل دادن، روشی نسبتا جدید است
در این مقاله نحوه استفاده از فرآیند اکستروژن برای جذب حداکثری انرژی هنگام برخورد در ضربه گیرهای مکانیکی از نوع لوله های فلزی استوانه ای با استفاده از آزمایشگاهی مورد بررسی قرار می گیرد. ضربه گیرهای مکانیکی مذکور با جدار نازک تحت اعمال بارهای محوری قرار خواهند گرفت. نتایج تحقیق نشان داد که با افزایش ضخامت لوله سطح نیرو جذب شده یا به عبارت دیگر جذب انرژی افزایش مییابدوبا کاهش قطر خروجی قالب سطح نیرو جذب شده یا به عبارت دیگر جذب انرژی افزایش مییابد .مقدار انرژی جذب شده در حالت ترکیبی نسبت به حالت اکستروژن و جذب انرژی لوله به تنهایی بیشتر است.
-1 مقدمه
امروزه به علت افزایش روز افزون سرعت وسایل حمل ونقل، تصادفات ومرگ و میرهای ناشی از آن نیز افزایش یافته است. در دهه های اخیرجهت کاهش این حوادث وتلفات انسانی ناشی ازآن ها، محققان توجه ویژه ای به طراحی و بهینه سازی سازه های حمل و نقل داشته اند. مطالعات تئوری، تجربی وشبیه سازی های عددی بسیاری در زمینه طراحی وسایل جاذب انرژی جنبشی در تصادفات صورت گرفته است. این وسایل با نام جاذب های مکانیکی انرژی شناخته می شوند. با کاربرد ضربه گیرهای مکانیکی به عنوان جاذب انرژی تا حدود زیادی می توان این آسیب ها را کاهش داد.
در نیم قرن گذشته رفتار لوله های فلزی تحت نیروی محوری، تحت مطالعه ی تحلیلی، تجربی و عددی قرار گرفته است تا میزان اتلاف انرژی به صورت تغییرشکل بررسی شود. کارهای اولیه انجام شده در این زمینه اغلب تجربی بوده و از سوی شرکت های خودروسازی صورت گرفته است. در این تحقیق، از لوله های استوانه ای فلزی با وجود وزن کم از مقاومت نسبتا بالایی در برابر بارهای محوری برخوردارند. در واقع ظرفیت جذب انرژی این لوله ها هنگامی بسیار بالا است که در برابر بارهای محوری قرار می گیرند. از طرفی ساخت آن ها آسان و به لحاظ قیمت ارزان هستند، همچنین در هنگام فروریزش پایدارند. به همین دلیل از این لوله ها به عنوان جاذب انرژی در سازه ها در سطح وسیعی استفاده می شود تا صدمات و خرابی سازه ها در برابر بارهای محوری احتمالی تا حد ممکن کاهش یابد.
از طرفی با توسعه ی علم و نیاز روز افزون به محصولاتی با کیفیت بالاتر منجر به پیشرفت در روش های ساخت و تولید از جمله روش های شکل دادن مواد شده است. بشر از آن زمان که روش استخراج و شکل دهی فلزات را آموخت تاکنون همواره در پی یافتن روش هایی تازه برای شکل دهی فلزات و بهبود روش های موجود بوده است. تعداد روش هایی که هم اکنون برای شکل دهی فلزات مرسوم هستند دلیلی بر این تلاش خستگی ناپذیر است. یکی از این روش های مترقی در صنعت شکل دهی فلزات و آلیاژها اکستروژن است. در واقع نوع دیگری ازجاذب انرژی یا ضربه گیرها که در آن انرژی قابل ملاحظه ای مستهلک می شود، در واقع ضربه گیرها، ویژگی ها و مشخصاتی دارند که جهت پی بردند به مکانیزم عملکرد آنها لازم است با پاسخ سازه های تحت نیروی ضربه آشنایی کامل وجود داشته باشد. به علت پیچیدگی زیاد مکانیزم فروریزش، بعضی از مشخصات فقط با روش های تجربی قابل مطالعه و بررسی می باشد.
با بهینه سازی و افزایش میزان جذب انرژی و پایین آوردن نیروی حداکثر وارده، می توان این تلفات را به حداقل رساند از آنجایی که فروریزش در حالت متقارن محوری شرایط بسیار مطلوبی را در ضربه گیرها به لحاظ ویژگیهای جذب انرژی فراهم می آورد تا فروریزش لوله های استوانه ای صورت گیرد در روش جذب انرژی، حلقه ها به صورت سخت و سفت فشرده می شود و در بالای لوله استوانه ای نصب می شود.
بسیاری از مطالعات تجربی و نظری با هدف طراحی دستگاه های پتانسیل بالا به پراکندگی انرژی ضربه را به شکل دیگری از انرژی انجام شده است. این دستگاه ها تبدیل شده اند معروف به عنوان جذب کننده انرژی است. در واقع، دو نوع مختلف از جذب انرژی وجود دارد: آنهایی که برگشت پذیر، که ممکن است تبدیل جنبشی انرژی را به انرژی فشار در مایعات قابل فهم و یا به انرژی کرنش الاستیک در مواد جامد، و آنهایی که غیر قابل برگشت، بیشتر اتلاف انرژی جنبشی را به تغییر شکل پلاستیک ،کاربرد دارند
اکستروژن فلزات نرم، عمل اکستروژن عبارت از عبور دادن فلز از داخل یک سورخ تحت فشار زیاد می باشد. به طور کلی در ارتباط با این نوع ضربه گیرها اطلاعات کمی در دسترس است.
.2پیشینه تحقیق
ریز و هوپرستاد - 2002 - رفتار بارگذاری لوله های جدار نازک آلومینیومی اکستروژن شده مربعی بوسیله روش های آزمایشی و شبیه سازی مورد برسی قرار گرفت. این آزمایشات یک طرف لوله جدار نازک گیردار در نظر گرفته شده و از طرف دیگر لوله،بار اعمال گردید. شرایط بارگذاری مایل با اعمال بار شبه استاتیکی در زوایای مختلف نسبت به محور مرکزی لوله جدار نازک صورت گرفته است. مطالعات نشان می دهد که بار لهیدگی متوسط با افزایش زاویه بارگذاری نسبت به تغییر فرم محوری لوله کاهش می یابد زیرا افزایش زاویه بارگذاری موجب خمش لوله جدار نازک می شود.
دادرسی و شریعتی - 2011 - تغییر شکل و رفتار آلیاژ آلومینیوم تحت بارگذاری لهیدگی را بررسی کردند. در این تحقیق تجزیه و تحلیل عددی توسط نرم افزار ABAQUS انجام گرفت. رفتار فروریزش اکستروژن آلومینیوم از طریق تجربی مشخص نمودند. برای بهینه سازی لوله های آلومینیومی اکستروژن شده مربع شکل و همچنین دست یابی به حداقل درجه نیروی لهیدگی از روش واکنش سطح - RSM - استفاده کردند.
بین و همکاران - - 2013 خواص مکانیکی و جذب انرژی آلیاژ اکسترود شده Mg-2.0Zn-0.3Zr با Y را مورد بررسی قرار دادند. با افزایش انرژی جذب شده مقدار Y افزایش می یابد، حداکثر مقادیر رسیده و با مقدار، وجذب انرژی از آلیاژ Mg-2.0Zn-0.3Zr-0.9Y در دمای330 C0 و 0.75MJ.m-3 اکستروژن بهینه سازی شده است.
رابینسون و گرین بینک - - 1975 ویژگی های اکستروژن در جاذب انرژی را بررسی کردند. اکستروژن یک فرایند تغییرشکل پلاستیک می باشد. آن ها جاذب انرژی را یک راه مناسب برای جذب انرژی معرفی نمودند و راه های تغییر شکل پلاستیک از یک فلز به سایر مواد را بیان کردند. جاذب انرژی با استفاده اکستروژن به عنوان ماده اکسترود یک دستگاه که مانند - میرایی کولمب - می باشد عمل نموده ومنحنی نیرو – جابجایی آن تقربیا مستطیلی شکل خواهد شد.
مرزبان راد وهمکاران - - 2014، تاثیرالاستیک و پلاستیک در جذب انرژی از لوله الومینیوم اکسترود شده با استفاده از معیار شکست چکش خوار بررسی کردند. جذب انرژی و بیشینه نیروی ضربه به پارامترهای زیادی مانند شرایط مرزی، تاریخ تغییردر طول شکل پلاستیک ، فلزکاری، شرایط مرزی ، درجه حرارت در طول یک ضربه، هندسه مواد و انرژی ضربه - جرم و سرعت - بستگی دارد. آن ها رفتار ضربه یک لوله دایره ای ساخته شده از آلیاژ آلومینیوم اکسترود شده T6 EN AW-7108را مطالعه نمودند.
در این مطالعه، با ایجاد شرایط الاستیک و پلاستیک به جای شرایط مرزی صلب در پایین جعبه ، تاثیر تنش –کرنش بر رفتار جعبه در طی یک ضربه در نظر گرفته شده است. تاثیر شرایط مرزی الاستیک و پلاستیک در جذب انرژی لوله دایره ای تحت نیروی ضربه به صورت عددی بررسی شده است. با بکار گیری معیار شکست و بدست آوردن نتایج شبیه سازی ضربه پذیری، نتایج نشان می دهد که استفاده از مرز الاستیک می تواند در تغییر حالت تغییر شکل و کاهش بیشینه نیروموثر باشد.
علوی نیا و همکاران - - 1393 توسط قابلیت جذب انرژی و نحوه فروپاشی مقاطع جدارنازک آلومینیومی با مقطع دایره و مربع را، که دارای یک آغازگر فروریزش به شکل ترک بودند، مورد مطالعه قرار داده و نشان دادند که ترک می تواند بر فرایند فروریزش و حالت تغییرشکل تاثیر گذاشته و راندمان نیروی لهیدگی و جذب انرژی در ضربه گیرها را افزایش دهد.
توکسوی - - 2010در زمینه جذب انرژی مقاطعی که با آلومینیم پرشده اندتحقیق نمود وتأثیرضخامت و چگالی نسبی ماده پرشونده را در جذب انرژی بررسی کرد و نشان دادکه حالت پرشده نسبت به توخالی درمتوسط نیرو مؤثرتراست.
.3 مواد و روش ها
در این بخش پیرامون آزمایشهای انجام شده بحث میشود. ابتدا نوع ماده بر اساس نتایج حاصل از تست کوانتومتری تعیین میگردد. سپس، با استفاده از آزمایش کشش خواص مکانیکی ماده تعیین میشود. سپس شرح فرایند ساخت قطعات و قالب توضیح داده خواهد شد. از مقایسه ترکیب شیمیایی نمونه با مقادیر استاندارد - جدول - 1 مشخص شد این ماده با آلومینیوم 1200 مطابقت کامل دارد.
جدول :1 مقایسه ترکیب شیمیایی نمونه با استاندارد برحسب درصد وزنی عناصر
