مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بهبود قابلیت جذب انرژی لوله های جدارنازک سوراخ دار استوانه ای از جنس آلیاژ آلومینیوم 6061

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
مجید الیاسی 1
مقداد روح الامینی آهنگر 1
وحید مدانلو 2
1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران
2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سیرجان، سیرجان، ایران
10.22034/mme.23.11.587
چکیده
لوله­ های جدارنازک نقش بسزایی در افزایش قابلیت جذب انرژی در سیستم­های جاذب انرژی دارند. لوله­ های جدارنازک سوراخ­دار به دلیل سهولت تولید و عدم پیچیدگی هندسه گزینه مناسبی برای استفاده در این سیستم­ها می­باشند. در این مقاله، یک الگوی هندسی جدید برای لوله ­های جدارنازک سوراخ­دار استوانه­ای از جنس آلیاژ آلومینیوم 6061 جهت بهبود ویژگی­های جذب انرژی ارائه شده است. به این منظور، از روش­ طراحی آزمایش تاگوچی برای یافتن سطوح بهینه پارامترهای هندسی لوله جهت دستیابی به بیشینه نسبت انرژی به وزن و کمینه کرنش معادل موثر استفاده شده است. تعداد ردیف سوراخ­ها، تعداد سوراخ در هر ردیف، قطر سوراخ کوچک و ضریب قطر سوراخ کوچک به عنوان پارامترهای هندسی (ورودی) لوله ­ها در نظر گرفته شدند. نیروی اولیه لهیدگی، انرژی جذب­ شده کل، نسبت انرژی به وزن و نسبت نیروی بیشینه اولیه به نیروی متوسط برای چیدمان­های بهینه با هم مقایسه شدند. بررسی نتایج نشان داد که چیدمان سوراخ­ها به صورت یکی­درمیان با 3 ردیف سوراخ، 8 سوراخ در هر ردیف، قطر سوراخ کوچک 5 میلی­متر و ضریب قطر 2/1 (قطر بزرگ 6 میلی­متر) منجر به بهترین نتیجه جذب انرژی خواهد شد.
کلیدواژه‌ها
جذب انرژی
لوله‌های جدار نازک سوراخ‌دار
پارامترهای هندسی
بارگذاری محوری

موضوعات

عنوان مقاله English

Improving energy absorption of AA6061 holed thin-walled cylindrical tubes

نویسندگان English

Majid Elyasi 1
Meghdad Rooholamini Ahangar 1
Vahid Modanloo 2
1 Associate Professor, Mechanical Engineering Department, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
2 Mechanical Engineering Department, Sirjan University of Technology, Sirjan, Iran
چکیده English

Thin-walled tubes play a significant role in increasing the energy absorption in energy absorbing systems. Holed thin-walled tubes are a suitable option for use in these systems due to the ease of production and the lack of geometry complexity. In this paper, a new geometric pattern for holed thin-walled cylindrical tubes made of aluminum alloy 6061 is presented, to improve the energy absorption characteristics. To this aim, the Taguchi design of experiment method has been used to find the optimal levels of the geometrical parameters of the tube to achieve the maximum energy-to-weight ratio and the minimum effective equivalent strain. The number of rows of holes, the number of holes in each row, the diameter of the small hole and the diameter coefficient of the small hole were considered as the geometric (input) parameters of the tubes. The initial crushing force, the total absorbed energy, the ratio of energy to weight and the ratio of the maximum initial force to the average force were compared for the optimal layouts. Examining the results showed that the arrangement of the holes in the middle with 3 rows of holes, 8 holes in each row, diameter of the small hole of 5 mm and the diameter coefficient of 1.2 (the large diameter is 6 mm) will lead to the best energy absorption result.

کلیدواژه‌ها English

energy absorption
Holed thin-walled tubes
Geometrical Parameters
Axial Loading
[1] Sadighi A, Eyvazian A, Asgari M, Hamouda AM. A novel axially half corrugated thin-walled tube for energy absorption under axial loading. Thin-Walled Structures. 2019 Dec 1;145:106418.
[2] Aghamirzaie M, Najibi A, Ghasemi-Ghalebahman A. Energy absorption investigation of octagonal multi-layered origami thin-walled tubes under quasi-static axial loading. International Journal of Crashworthiness. 2022 Aug 4:1-2.
[3] Xing J, Xu P, Yao S, Zhao H, Zhao Z, Wang Z. Study on the layout strategy of diaphragms to enhance the energy absorption of thin-walled square tubes. InStructures 2021 Feb 1 (Vol. 29, pp. 294-304). Elsevier.
[4] Moradpour A, Elyasi M, Montazeri S. Developing a new thin-walled tube structure and analyzing its crushing performance for aa 60601 and mild steel under axial loading. Transactions of the Indian Institute of Metals. 2016;69:1107-1117.
[5] Yao S, Yan K, Lu S, Xu P. Prediction and application of energy absorption characteristics of thin-walled circular tubes based on dimensional analysis. Thin-Walled Structures. 2018 Sep 1;130:505-19.
[6] Graciano C, Martínez GA, Smith D. Experimental investigation on the axial collapse of expanded metal tubes. Thin-Walled Structures. 2009 Aug 1;47(8-9):953-61.
[7] Ma J, Le Y, You Z. Axial crushing tests of thin-walled steel square tubes with pyramid patterns. AIAA. 2010, 51st AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, Orlando, Florida, USA.
[8] Nia AA, Badnava H, Nejad KF. An experimental investigation on crack effect on the mechanical behavior and energy absorption of thin-walled tubes. Materials & Design. 2011 Jun 1;32(6):3594-607.
[9] Salehghaffari S, Rais-Rohani M, Najafi A. Analysis and optimization of externally stiffened crush tubes. Thin-walled structures. 2011 Mar 1;49(3):397-408.
[10] Tai YS, Huang MY, Hu HT. Axial compression and energy absorption characteristics of high-strength thin-walled cylinders under impact load. Theoretical and applied fracture mechanics. 2010 Feb 1;53(1):1-8.
[11] Song J, Chen Y, Lu G. Light-weight thin-walled structures with patterned windows under axial crushing. International journal of mechanical sciences. 2013 Jan 1;66:239-48.
[12] Tang Z, Liu S, Zhang Z. Analysis of energy absorption characteristics of cylindrical multi-cell columns. Thin-Walled Structures. 2013 Jan 1;62:75-84.
[13] Simhachalam B, Rao CL, Srinivas K. Compression behavior and energy absorption of aluminum alloy AA6061 tubes with multiple holes. International Journal for Computational Methods in Engineering Science and Mechanics. 2014 May 4;15(3):232-41.
[14] Mirmohammadsadeghi SE, Khalili KH, Ahmadi SY, Hosseinipour SJ. Experimental and finite element simulation investigation of axial crushing of grooved thin-walled tubes. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2015 Apr;77:1627-43..
[15] Elyasi M, Moradpour A, Montazeri S. Axial crushing in a novel technique of thin-walled tube. Key Engineering Materials. 2014 Oct 15; 622: 709-716.
[16] Montazeri S, Elyasi M, Moradpour A. Investigating the energy absorption, SEA and crushing performance of holed and grooved thin-walled tubes under axial loading with different materials. Thin-Walled Structures. 2019 Jan 10;131:646-653.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 23، شماره 11
آبان 1402
صفحه 587-595