مدلسازی و مقایسه رفتار مکانیکی سازه های جدار نازک آلومینیومی با و بدون فوم پلی یورتان در نرم افزار LS-DYNA و ارائه یک مدل شبکه عصبی مصنوعی

Subject Areas : Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering

میثم رستمی ¹ , مجتبی حسنلو ² , مصطفی سیاوشی ³

1 - مربی، دانشکده فنی، دانشگاه پیام‌نور قزوین، قزوین
2 - کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت
3 - کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت.

Received: 2016-04-04 Accepted : 2016-04-04 Published : 2015-11-01

Keywords: شبکه عصبی, جذب انرژی, فوم پلی یورتان, سازه جدارنازک, رفتار مکانیکی, LS–DYNA,

Abstract :

قابلیت جذب انرژی سازه­های جدار نازک با مقاطع مختلف همواره مورد توجه محققان بوده است. این سازه­ها بعنوان جاذب­های انرژی در صنایع مختلف از جمله اتومبیل­سازی و هوافضا مورد استفاده وسیعی قرار می­گیرند و سبب حفاظت از سرنشینان و محوله­ها در حین برخورد می­شوند. در این مقاله رفتار مکانیکی سازه­های جدار نازک از جنس آلومینیوم با فوم پرکننده پلی یورتان و بدون فوم تحت بارگذاری محوری ضربه­ای بررسی شده است. سازه­ها از نوع خیلی نازک می­باشند بطوریکه برای نمونه استوانه­ای رابطه (D/t) ≈ 550 برقرار است. تحلیل اجزا محدود و شبیه­سازی توسط نرم افزار LS-DYNA انجام شده است. سازه­های جدار نازک دارای مقاطع دایروی، شش ضلعی و چهار ضلعی با طول، ضخامت و اندازه محیط مقطع یکسان می­باشند. نتایج حاصل از پژوهش بیانگر آن است که سازه با مقطع دایروی از مقاطع چهار گوش و شش گوش انرژی بیشتری جذب می­نماید در حالیکه تغییر طول کمتری را تجربه می­کند. بعلاوه می­توان اثرات تمرکز تنش را در کنج­های مقاطع مربع و شش ضلعی بر روی جداره سازه­ها مشاهده کرد. همچنین سازه با مقطع دایروی به صورت متقارن­تر تحت بارگذاری دینامیکی فشرده می­گردد درحالیکه سازه­های جدار نازک با مقاطع شش و چهار ضلعی تمایل به کمانش دارند. در پایان نیز معماری از یک شبکه عصبی مصنوعی ارائه شده است تا با کمک آن و بهره­گیری از داده­های LS-DYNA  بتوان رفتار جذب انرژی و نیروی این سازه­ها را در قالب مدلی در شبکه عصبی بیان نمود. نتایج مدل پیشنهادی در مقایسه با نتایج تحلیلی نرم­افزار LS-DYNA دقت قابل قبولی داشتند

References:

[1] Hanssen A.G.,  Lorenzi L., Berger K.K., Hopperstad, O.S., Langseth, M. A demonstrator bumper system based on aluminium foam filled crash boxes, International Journal of Crashworthiness, vol. 5, No. 4, 2000, pp. 381–392.

[2] Wang Z., Tian H., Lu Z., Zhou W., “High-Speed Axial Impact of Aluminum Honeycomb – Experiments and Simulations, Composites Part B: Engineering, vol. 56, 2014, pp. 1–8.

[3] Algalib D., Limam A., Experimental and Numerical Investigation of Static and Dynamic Axial Crushing of Circular Aluminum Tubes, Thin-Walled Structures, vol. 42, 2004, pp. 1103–1137.

[4] Seitzberger M., Rammerstorfer F.G., Degischer, H.P., Gradinger, R., Crushing of Axially Compressed Steel Tubes Filled with Aluminium Foam, Acta Mechanica, vol. 125, No. (1–4), 1997, pp. 93–105.

[5] Nariman-Zadeh N., Darvizeh A., Jamali A., Pareto Optimization of Energy Absorption of Square Aluminium Columns Using Multi-Objective Genetic Algorithms, Proc. IME BJ Engineering Manufacturing, vol. 220, Issue 2, 2006, pp. 213–224.

[6] Zarei H.R., Kroger M., Optimization of the Foam-Filled Aluminum Tubes for Crush Box Application, Thin-Walled Structures, vol. 46, No. 2, 2008, pp. 214–221.

[7] Zarei H.R., Kroger M., Crashworthiness Optimization of Empty and Filled Aluminum Crash Boxes, International Journal of Crashworthiness, vol. 12, No. 3, 2007, pp. 255–264.

[8] Zarei H.R., Ghamarian A., Experimental and Numerical Crashworthiness Investigation of Empty and Foam-Filled Thin-Walled Tubes with Shallow Spherical Caps, Experimental Mechanics, vol. 54, 2014, pp. 115–126.

[9] Ghamarian A., Zarei H.R., Abadi M.T., Experimental and Numerical Crashworthiness Investigation of Empty and Foam-Filled End-Capped Conical Tubes, Thin-Walled Structures, vol. 49, 2011, pp. 1312–1319.

[10] Gupta N.K., Velmurugan R., Axial Compression of Empty and Foam Filled Composite Conical Shells, Journal of Composite Material, vol. 33, No. 6, 1999, pp. 567–591.

[11] Fan Z., Lu G., Liu K., Quasi-Static Axial Compression of Thin-Walled Tubes with Different Cross-Sectional Shapes, Engineering Structures, vol. 55, 2013, pp. 80–89.

[12] Reddy T.Y., Wall R.J., Axial Compression of Foam-Filled Thin-Walled Circular Tubes, International Journal of Impact Engineering, Vol. 7, No. 2, 1988, pp. 151–166.

[13] Reid S.R., Reddy T.Y., Gray M.D., Static and Dynamic Axial Crushing of Foam-Filled Sheet Metal Tubes, International Journal of Mechanical Sciences, vol. 28, 1986, pp. 295–322.

[14] Gameiro C.P., Cirne J., Dynamic Axial Crushing of Short to Long Circular Aluminium Tubes with Agglomerate Cork Filler, International Journal of Mechanical Sciences, vol. 49, 2007, pp. 1029–1037.

 

 

[15] Yamashita M.,  Gotoh M., Sawairi Y., Axial Crush of Hollow Cylindrical Structures with Various Polygonal Cross-Sections Numerical Simulation and Experiment, Journal of Materials Processing Technology, vol. 140, 2003, pp. 59–64.

[16]. LS-DYNA 971 Keyword User’s Manual.

[17] Pugsley  A., Macaulay M.A.,  The large scale  crumpling of  thin cylindrical  columns, Quarterly Journal of Mechanics & Applied Mathematics, vol. 13, 1960, pp. 1-9.