بخشی از مقاله
چکیده
تصادفات جاده ای یکی از مرگبارترین اتفاقهای سالهای اخیر در تمام جهان شده است. با افزایش جمعیت، تردد در جادهها افزایش یافته است که به طبع آن تصادفات بیشتر و مرگبارتری هم اتفاق میافتد. در سالهای اخیر ایمنی خودروها توجه عموم را بخود جلب کرده و تحقیقات دانشگاهی و صنعتی بیشماری را به خود اختصاص داده که نتیجه آن بهبود خواص جذب انرژی قطعات در هنگام تصادف است. علاوه بر آن، لازم است به این نکته نیز توجه شود که آیا سرنشین میتواند نیروی ضربه را تحمل کند؛ به بیان دیگر بزرگی قله یا بیشترین نیروی ضربه در برخورد بر حسب تغییر شکل محوری که میزان کاهش سرعت را تعیین میکند و مقدار معیار بحرانی ضربه به سر، باید برای سرنشین قابل تحمل باشد.
در این تحقیق نیز سعی بر طراحی و همچنین بهینهسازی یک جعبه تصادف بمنظور کم شدن نیروی ضربه ناشی از تصادف شده است. بدین منظور پس از انجام تست در دو حالت طولی و عرضی، شبیهسازی المان محدود انجام شده و نتایج آن با نتایج تست تجربی صحهگذاری میشود. پس از این مرحله، بهینهسازی با درنظر گرفتن فاکتورها و سطوح متغیر انجام شده تا بهترین طرح انتخاب شود.
-1 مقدمه
عمل تصادف یا ضربه یک رخداد بسیار کوتاهی بوده که در این مدت کوتاه، نیروی تصادف به سرنشین وارد میشود. لذا در طراحی سازه و بدنه خودرو سعی بر این است که زمان تصادف تا جای ممکن افزایش داده شود. منظور از طراحی سازه و بدنه، بمنظور کسب بیشترین ضربهپذیری، و توانایی سیستمهای حفاظتی - کمربند، کیسه هوا و غیره - در فراهم کردن حفاظت کافی برای سرنشینان خودرو در یک تصادف میباشد. تصادفات ماشینی، با اشیای بسیار، در تنوع وسیعی از سرعتها و در راستای مسیرهای ضربهی متعددی رخ میدهند.
در سال 1994، شورای ایمنی ملی برآورد کرد که 20 میلیون تصادفات وسیله نقلیه در جادههای ایالات متحده رخ داده که منتج به 43000 تلفات و 2,1 میلیون زخمی نیازمند بستری شدن، شده است. در شکل 1-1 نشان داده شده که در سال 2013 از 763 میلیون دلار ارزش مالی، مبلغ 263,8 میلیون دلار ضرر مالی بدلیل مشکلات وسایل نقلیه میباشد .[1] طبق آمار منتشر شده در مجله واقعیات در صدمات در سال 2015، میزان مرگ و میر ناشی از تصادفات در ایالات متحده به میزان 11,3 در 100000 نفر بوده که این آمار فوت بیشتر در گروه سنی بین 18 تا 20 سال بوده است
در این زمینه در سال 2017 تحقیقی با عنوان رفتار تخریب و جذب انرژی در لولههای بیضوی با موج درجهبندی شده، توسط شاراد راوات انجام شده است. در این تحقیق عنوان شده است که سازههای جدار نازک قسمتی جدایی ناپذیر از سازههای جذب انرژی میباشند. اینطور مطرح شده است که وجود خطوط راه راه در امتداد طول LS-ساختارهای نازک، تغییر شکلی کنترل شده، طی تخریب ایجاد میکنند. در این تخقیق، کد غیر خطی برای بررسی اثر راه راه در سازه، در ویژگی جذب انرژی لولههای بیضوی مورد استفاده قرار گرفته است.
DYNA بمنظور بدست آمدن همگرایی در حل المان محدود، از لوله با استفاده از المان پوسته و مش دارای تراکم بالا استفاده شده است. همچنین تأثیر نسبت ابعاد و زاویه 0 - ، 5، 10 درجه - در جذب انرژی ویژه، بررسی شده است. نتایج، کاهش 72 درصدی بیشینه نیرو در لولههای موجدار ساده نسبت به لوله ساده بیضوی را نشان میدهد. نشان داده شده است که در اثر ضربه مایل، در لولههای دارای راه راه، جذب انرژی بالاتر و نوسانات نیروی کمتر نسبت به لولههای لوله معمولی بدون راه راه دارند
عملکرد جذب انرژی در لولههای فلزی چند لایه تحت تاثیر نیروی محوری عنوان تحقیقی است که توسط جهرمی در سال 2017 انجام شده است. در این تحقیق عملکرد لولههای فلزی خاصی تحت بارگذاری محوری بررسی شد. با وجود وزن کم، ورقهای فلزی مورد بررسی، دارای ظرفیت جذب انرژی بالا هستند. به منظور ارزیابی مقاومت ضربه ای لوله و دستیابی به حداکثر جذب انرژی، آزمایش ضربه بر روی لوله به صورت تجربی انجام شده است. اثر اندازه سلول ورق فلزی، ضخامت لوله و جذب چند لایه بر جذب انرژی به صورت عددی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. زوایای مختلف ورقها مورد بررسی قرار گرفته که نتایج نشان داد، لولههایی با سلولهای زاویه 0 درجه، دارای تخریب متقارن میباشند. ضمناً نشان داده شد که افزایش اندازه سلولها، موجب افزایش ظرفیت جذب انرژی میشود
تحقیقی با عنوان بهینهسازی چند هدفه جعبه تصادف با لولههای مربعی جدار نازک مخروطی با دندانه در سال 2017 توسط آسنجرانی انجام شده است. در این تحقیق بهینهسازی چند هدفه جعبه تصادف لوله مربعی با دیواره نازک با دندانه ارائه شده است. تأثیر مقطع عرضی، ضخامت، زاویه مخروط، تعداد و شعاع دندانهها - به عنوان متغیرهای طراحی - بر قابلیت جذب انرژی در هنگام برخورد بررسی شده است. همچنین قابلیت مدلهای جعبه تصادف با استفاده از دو معیار سنجش میشود: جذب انرژی خاص در واحد جرم و نسبت نیروهای برخورد. مقادیر بهینه ای از تعداد و شعاع دندانهها، زاویه مخروط، ضخامت لوله و مقطع با استفاده از ترکیبی از روشهای پاسخ سطح، الگوریتم ژنتیک و بهینهسازی عملکرد مطلوب به دست آمده استضمناً. تجزیه و تحلیلهای انجام شده در این تحقیق با استفاده از مدلهای المان محدود نرم افزار آباکوس انجام شده است
در سال 2016 شنگیان وو از دانشگاه هونان چین به تجزیه و تحلیل جعبه تصادف و بهینهسازی لولههای موجدار سینوسی پرداخته است. ساختارهای دیواره نازک، به طور گسترده به عنوان وسایل جذب انرژی و برای مزایای اثبات شده آنها بر روی مواد سبک وزن و ضربه زدایی به کار میروند. در این تحقیق یک هندسه لوله ای که لوله موج دار سینوسی 1 - SCT - نام دارد، را توصیف میکند که حالت تخریب و فروپاشی را کنترل کرده و نیروی ضربه ی اولیه حداکثری 2IPCF و نوسانات را به حداقل میرساند.
با صحهگذاری مدل المان محدود مدلهایی ایجاد شدند که تاثیر طول موج، دامنه نوسان، ضخامت و قطر SCT ها را بر روی حالت تخریب و جذب انرژی، مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان میدهند که SCT، حالت تغییر شکل پذیری و جذب انرژی بالاتری دارد. IPCF در این لولهها در مقایسه با لوله ی دایره ای مستقیم و قدیمی، به نحو قابل توجهی کاهش یافته است. علاوه بر این،SCTها دارای نوسانات کمتری در نمودار جابجایی نیرو نسبت به لولههای دایره ای مستقیم و قدیمی هستند. در نهایت، یک بهینهسازی چند هدفی، برای دستیابی به پیکربندیSCT بهینهسازی شده، در جهت به حداکثر رساندن جذب خاص انرژی 1 - SEA - ، و به حداقل رساندن IPCF اجرا شد
در سال 2016 تحقیقی توسط هو ژانگ با عنوان عملکرد جعبه تصادف دارای لولههای مخروطی با توزیع ضخامت غیر خطی انجام شده است. در این تحقیق عملکرد جعبه تصادف با لولههای مخروطی با توزیع ضخامتهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. نمونهها با فرایند کوچک شدن2 لوله ساخته میشوند و آزمایشهای برخورد محوری به منظور بررسی ویژگیهای جذب انرژی آنها انجام میشود. بمنظور بهبود عملکرد جعبه تصادف، مزایای عملیات کوچک شدن لوله کاهش مییابد. در هنگام عملیات کوچک کردن لوله، با افزایش همزمان ضخامت و سختی مواد موجب افزایش جذب انرژی تا 1,2 برابر میشویم. ضمناً اگر چه بعد از انقباض، نیروی بیشینه لولهها افزایش مییابد اما یکنواختی بار با توجه به افزایش بیشتر نیروی شکست، بهبود مییابد
اندرو پاریش از دانشگاه میسی سیپی در سال 2011 مقاله ای با عنوان بهینهسازی جعبه تصادف در سازههای وسیله نقلیه که از آلیاژ منیزیوم ساخته شده اند، پرداخته است. این مطالعه از جایگزینی مواد منیزیوم برای فولاد و بهینهسازی برای کاهش جرم یک مدل عددی محدود داج نئون3 در مقیاس کامل استفاده میکند، در حالیکه جذب ضربه وسیله نقلیه را حفظ مینماید.
شبیهسازیهای تصادف در نرم افزار LS-DYNA اجرا شده اند تا پاسخهای وسیله نقلیه را، که به عنوان مقیاسهایی برای جذب ضربه بوده و در غیاب مدل تصادف مصنوعی بودند، حاصل کنند. این موارد شامل فاصله برخورد، شتاب، و انرژی داخلی میباشند . در این تحقیق یک آلیاژ ZA31 منیزیوم، برای فولاد پایه در 22 بخش از مدل وسیله نقلیه جایگزین شده است. نتایج بهینهسازی نشان دادند که آلیاژ سبک وزن منیزیوم جذب ضربه وسیله نقلیه را با کاهش تقریبی 50 درصدی در جرم انتخاب شده، بهبود میبخشند
علوی نیا در سال 2010 تحقیقی با عنوان تحلیل مقایسه ای انرژی جذب شده وتغییر شکل لولههای جدار نازک با سطح مقطعهای متفاوت انجام داده است. در این تحقیق تغییر شکل و قابلیت جذب انرژی لولههای جدار نازک با شکل سطح مقطعهای مختلف - دایره، مربع، مستطیل، شش گوشه، مثلثی، هرمی و مخروطی - بصورت عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفته است.
لولهها دارای حجم، ارتفاع، سطح مقطع میانگین، ضخامت و مواد یکسان هستند که تحت بارگذاری مشابه شبه استاتیکی محوری قرار میگیرند. نتایج شبیهسازیهای عددی و آزمونهای تجربی دارای هم پوشانی خوبی هستند و تأثیر سطح مقطع در قابلیت جذب انرژی را به درستی نشان میدهد. این نتایج نشان میدهد که لوله با سطح مقطع دایره ای دارای بیشترین انرژی جذب شده بوده است. ضمناً نتایج باقی سطح مقطعها نیز در این تحقیق ارائه شده است. [9] الان کلاتاک در سال 2009 از هلسینکی فنلاند تحقیقی بر روی بهینهسازی جعبه تصادف در سازههای دریایی انجام داده است.
در این تحقیق طبق سناریو مشخص به افزایش منطقی ایمنی سازههای دریایی در برابر برخورد پرداخته شده است. از طریق بهینهسازی چند هدفه و تجزیه و تحلیل جعبه تصادف، یک ساختار برای تحمل برخورد بالاتر بهینه شده است. در این تحقیق از طریق بهینهسازیهای چند هدفی و تحلیل جذب ضربه، به طرحی دست یافته که به ایمنی بالای وسیله نقلیه رسیده است. بدین منظور از روش بهینهسازی خاص برای کاهش تعداد تحلیلهای صورت گرفته در FE استفاده شده است
