Volume 23, Issue 1 (January 2022)
Modares Mechanical Engineering 2022, 23(1): 45-55 |
Back to browse issues page
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Behravan A, Seyedkashi S, Sheikhi Azqandi M. Optimum design and construction of cylindrical energy absorber under internal pressure using time evolutionary optimization algorithm. Modares Mechanical Engineering 2022; 23 (1) :45-55
URL: http://mme.modares.ac.ir/article-15-63134-en.html
URL: http://mme.modares.ac.ir/article-15-63134-en.html
1- Department of Mechanical Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran
2- Department of Mechanical Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran ,mojtabasheikhi@birjand.ac.ir
2- Department of Mechanical Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran ,
Abstract: (2232 Views)
Energy absorbers are used to absorb the kinetic energy of objects and convert it into another form, the most important of which are cylinder thin-walled tubes. In a thin-walled cylindrical absorber, the three parameters of diameter, thickness, and length affect the amount of energy absorption. In this research, to obtain the necessary information for designing an inexpensive energy absorber with high absorption capability, thin-walled cylinders with air pressure inside which the air inside condenses when collapsing have been investigated. In the current study, dynamic and axial loadings were chosen to have a higher match with reality. The simulation and analysis of the problem have been done by the finite element method and by applying Johnson-Cook coefficients to model the material's behavior. In the following, the graph of the total work done with time is extracted as the output of the problem, and its correctness has been proved by experimental tests. Then, different samples were modeled and based on them, the method of design of the experiment was applied. Using the results of the variance analysis, the absorber's optimal parameters have been designed by using the time evolutionary optimization algorithm. The results show that it is possible to reduce the weight of the absorber by creating internal density without lowering the absorbency.
Keywords: Energy Absorber, Optimization, Cylindrical Shells, Collapsing Behavior, Time Evolutionary Algorithm.
Article Type: Original Research |
Subject:
Impact Mechanics
Received: 2022/07/25 | Accepted: 2022/08/31 | Published: 2022/12/31
Received: 2022/07/25 | Accepted: 2022/08/31 | Published: 2022/12/31
References
1. [1] Alexander J. M. An approximate analysis of collapse of thin-walled cylindrical shells under axial loading, Mechanical and Applied Mathematics 1960; 13: 10-15. [DOI:10.1093/qjmam/13.1.10]
2. [2] Abramowicz W., Jones N. Dynamic axial crushing of square tubes. International Journal of Impact Engineering 1984; 2(2):179-208. [DOI:10.1016/0734-743X(84)90005-8]
3. [3] Chirwa E. C. Theoretical analysis of tapered thin-walled metal inverbucktube. International Journal of Mechanical Sciences 1993; 35(3/4): 325-51. [DOI:10.1016/0020-7403(93)90085-9]
4. [4] Alghamdi A. Collapsible impact energy absorber: an overview. Thin-Walled Structures 2001; 39:189-213. [DOI:10.1016/S0263-8231(00)00048-3]
5. [5] Tarigopula V., Langseth M., Hopperstad O. S., Clusen A. H. Axial crushing of thin- walled high-strength steel sections. International Journal of Impact Engineering 2006; 32:847-82. [DOI:10.1016/j.ijimpeng.2005.07.010]
6. [6] Song J., Chen Y., Lu G. Light-weight thin-walled structures with patterned windows under axial crushing. International journal of mechanical sciences 2013; 66: 239-248. [DOI:10.1016/j.ijmecsci.2012.11.014]
7. [7] Graciano C., Martínez G., Gutiérrez A. Failure mechanism of expanded metal tubes under axial crushing. Thin-Walled Structures 2012; 51: 20-24. [DOI:10.1016/j.tws.2011.11.001]
8. [8] Singace A. A., El-Sobky H. Behaviour of axially crushed corrugated tubes. International journal of mechanical sciences 1997; 39(3): 249-2687. [DOI:10.1016/S0020-7403(96)00022-7]
9. [9] Alavi Nia A., Parsapour M. Comparative analysis of energy absorption capacity of simple and multi-cell thin-walled tubes with triangular, square, hexagonal and octagonal sections. Thin-Walled Structures 2014; 74:155-165. [DOI:10.1016/j.tws.2013.10.005]
10. [10] Supian A. B. M., Sapuan S. M., Zuhri M. Y. M., Zainudin E. S., Ya H. H. Hybrid reinforced thermoset polymer composite in energy absorption tube application: A review. Defence Technology 2018; 14(4): 291-305. [DOI:10.1016/j.dt.2018.04.004]
11. [11] Yang Z. et al. Experimental and numerical study of circular, stainless thin tube energy absorber under axial impact by a control rod. Thin-Walled Structures 2014; 82: 24-32. [DOI:10.1016/j.tws.2014.03.020]
12. [12] Yob M. N., Ismail K. A., Rojan M. A., Othman M. Z., A. M. Ahmad Zaidi Quasi static axial compression of thin-walled aluminum tubes: analysis of flow stress in the analytical models. Modern Applied Science 2015; 10(1):30-34. [DOI:10.5539/mas.v10n1p34]
13. [13] نداف اسکویی، علیرضا؛ خدارحمی، حسین؛ سهرابی، مسلم. مطالعه تجربی و عددی فروریزش پوسته های مخروطی جدار نازک تحت بار دینامیکی محوری. مهندسی مکانیک مدرس. دوره 15، شماره 7 ، ص 392 - 402، 1394.
14. [14] نداف اسکویی، علیرضا؛ خدارحمی، حسین؛ پاکیان مجتبی. مطالعه عددی و تجربی فروریزش الماسی جاذب انرژی جدار نازک لوله‌ای دارای سرپوش تحت بار دینامیکی. مهندسی مکانیک مدرس، دوره 15، شماره 2 ، ص 169 - 178 ، 1394.
15. [15] پیرمحمد، سجاد؛ اسماعیلی مرزدشتی، سبحان. مطالعه رفتار فروریزش سازه های مخروطی چند سلولی و بهینه سازی آن ها با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی. مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها، دوره 7 ، شماره 2 ، ص 111 - 127 ، 1396.
16. [16] Alavi Nia A., Parsapour M. Comparative analysis of energy absorption capacity of simple and multi-cell thin-walled tubes with triangular, square, hexagonal and octagonal sections. Thin-Walled Structures 2014; 74: 155-165. [DOI:10.1016/j.tws.2013.10.005]
17. [17] رضوانی، محمدجواد. بررسی تجربی و شبیه‌سازی عددی جذب انرژی در لوله‌های مخروط ناقص شیاردار تحت نیروی محوری شعاعی. رساله دکترا. دانشگاه سمنان. 1392.
18. [18] نوری‌دامغانی،محمد؛عقیلی، مائده. بررسی جذب انرژی در لوله آلومینیومی تقویت شده با الیاف شیشه تحت نیروی محوری. دهمین کنفرانس انجمن هوا فضای ایران. دانشگاه تربیت مدرس. 1389.
19. [19] دهقانیان،محمدعلی؛ عسگری،مسعود؛"بررسی و بهینه‌سازی رفتار جاذب‌های انرژی چند جداره و چند سلولی با مقاطع مختلف"، مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، دوره 48، شماره 2، ص 143-152، 1397.
20. [20] Yamasaki K, Han J., Maximization of crushing energy absorption of cylindrical shells, Advanced Engineering Software, 2000; 31(6):425-34. [DOI:10.1016/S0965-9978(00)00004-1]
21. [21] قدس‌بین‌جهرمی،علی؛ حاتمی،حسین؛"مطالعه عددی رفتار لوله های فلزی مشبک و تأثیر اندازۀ سطح مقطع و چند لایه کردن لوله‌ها تحت بارگذاری ضرب های محوری با سرعت کم"، مهندسی مکانیک امیرکبیر، دوره 49، شماره 4، ص 685-696، 1396.
22. [22] آذرخش،سجاد؛ رهی، عباس؛تحلیل لهیدگی محوری لوله‌های جدارنازک ساندویچی به کمک آزمایشهای تجربی و شبیه‌سازی اجزاء محدود، مهندسی مکانیک جامدات، دوره6، شماره2، ص 183-206، 1392.
23. [23] Zhu H., Qin C., Wang J. Q., Qi F. J. Characterization and simulation of mechanical behavior of 6063 aluminum alloy thin-walled tubes. Journal of Advanced Materials Reacearch. 2011;197-198:1500-1508. [DOI:10.4028/www.scientific.net/AMR.197-198.1500]
24. [24] Amarskaja I. B., Belousov V. S., Filippov P. S. Analytical calculation of adiabatic processes in real gases. Journal of Physics: Conference Series 2016, vol 754. [DOI:10.1088/1742-6596/754/11/112003]
25. [25] مارک زیمانسکی، ریچارد دیتمن. حرارت و ترمودینامیک. ترجمه حسین توتونچی، حسن شریفیان عطار و محمد هادی هادی زاده، چاپ چهارم ۱۳۷۶، مرکز نشر دانشگاهی.
26. [26] Sheikhi Azqandi M., Delavar M., Arjmand M. An enhanced time evolutionary optimization for solving engineering design problems. Engineering with computers 2020; 36: 761-781. [DOI:10.1007/s00366-019-00729-w]
27. [27] شیخی ازغندی، مجتبی؛ دلاور، مهدی؛ ارجمند، محمد. حل مسائل مهندسی با استفاده از الگوریتم تکامل زمانی. چهارمین کنگره بین‌المللی عمران معماری و توسعه شهری، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، 1396.
28. [28] Bijari Sh., Sheikhi Azqandi, M., Optimal Design of Reinforced Concrete One-Way Ribbed Slab using Improved Time Evolutionary optimization, International journal of optimization in civil engineering, 2022, 2022; 12(2):201-214.
Send email to the article author
| Rights and permissions | |
 |
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License. |