مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تجربی و عددی اثر تعداد خطوط جوش طولی و شکل مقطع بر رفتار مچالگی و شاخص‌های جذب انرژی مقاطع آلومینیومی جدارنازک تحت بارگذاری فشاری محوری شبه‌استاتیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه مهندسی عمران، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه، ایران.
10.48311/mme.2026.122297.83067
چکیده
مقاطع آلومینیومی جدارنازک به دلیل وزن کم و توانایی مناسب در جذب انرژی، در سامانه‌های ایمنی و جاذب‌های ضربه کاربرد گسترده‌ای دارند. در این پژوهش، اثر شکل مقطع و تعداد خطوط جوش طولی بر رفتار مچالگی این مقاطع به‌صورت تجربی و عددی بررسی شد. نمونه‌های مربعی با ابعاد ۳۵ در ۳۵ میلی‌متر و نمونه‌های مستطیلی با ابعاد ۵۵ در ۳۵ میلی‌متر، با ضخامت ۲ میلی‌متر و ارتفاع ۱۰۰ میلی‌متر، در سه وضعیت بدون جوش، دوطرف جوش و چهارطرف جوش تحت فشار محوری شبه‌استاتیکی با سرعت ۴۰۰ میلی‌متر بر دقیقه آزمایش شدند. در بخش عددی، ابتدا فرآیند حرارتی جوشکاری و تنش‌های پسماند در نرم‌افزار ABAQUS شبیه‌سازی و سپس میدان تنش حاصل به مدل مچالگی منتقل شد. نتایج نشان داد که افزایش تعداد خطوط جوش موجب تغییر محل آغاز و نحوه گسترش چین‌خوردگی‌ها و کاهش نیروی بیشینه اولیه می‌شود. نیروی بیشینه اولیه عددی در نمونه‌های مربعی و مستطیلی بدون جوش به‌ترتیب ۴۵ و ۴۳ کیلونیوتن بود و در حالت دوطرف جوش به ۳۷ و ۴۰ کیلونیوتن و در حالت چهارطرف جوش به ۳۶ و ۳۸ کیلونیوتن کاهش یافت. همچنین، نمونه مستطیلی چهارطرف جوش تنش پسماند بیشتری نشان داد. تطابق مناسب روند منحنی‌های نیرو–جابه‌جایی و مودهای مچالگی تجربی و عددی نیز بیانگر توانایی مدل در پیش‌بینی رفتار کلی نمونه‌ها بود. در مجموع، شکل مقطع و تعداد خطوط جوش از عوامل مؤثر بر کنترل نیروی اولیه و رفتار مچالگی مقاطع آلومینیومی جدارنازک هستند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental and Numerical Investigation of the Effects of the Number of Longitudinal Weld Lines and Cross-Sectional Shape on the Crushing Behavior and Energy-Absorption Indices of Thin-Walled Aluminum Sections under Quasi-Static Axial Compression

نویسندگان English

Shobeir Zangeneh
Mohammad Reza Habibi
Department of Civil Engineering, Ker.C., Islamic Azad University, Kermanshah, Iran
چکیده English

Thin-walled aluminum sections are widely used as energy absorbers because of their low weight and ability to dissipate energy through plastic deformation. This study experimentally and numerically investigated the effects of cross-sectional shape and the number of longitudinal weld lines on the axial crushing behavior of thin-walled aluminum sections. Square specimens measuring 35 × 35 mm and rectangular specimens measuring 55 × 35 mm, all with a wall thickness of 2 mm and a height of 100 mm, were tested in unwelded, two-line welded, and four-line welded configurations. Quasi-static axial compression tests were performed at a loading rate of 400 mm/min. In the numerical analysis, the welding-induced temperature field and residual stresses were simulated in ABAQUS and then transferred to the crushing model. The results showed that longitudinal weld lines changed the initiation and propagation of folds and reduced the initial peak force. The numerical initial peak forces of the unwelded square and rectangular specimens were 45 and 43 kN, respectively. These values decreased to 37 and 40 kN for the two-line welded specimens and to 36 and 38 kN for the four-line welded specimens. The four-line welded rectangular specimen also exhibited the highest residual-stress level. The agreement between the experimental and numerical force–displacement responses and crushing modes confirmed the capability of the model to predict the overall behavior of the specimens. Overall, cross-sectional geometry and weld-line number influenced the initial peak force and axial crushing response.

کلیدواژه‌ها English

Thin-walled aluminum sections
Axial crushing
Energy absorption
Longitudinal welding
Residual stress
[1] W. Abramowicz, "Thin-walled structures as impact energy absorbers," Thin-Walled Struct., vol. 41, no. 2–3, pp. 91–107, 2003, doi: 10.1016/S0263-8231(02)00082-4.
[2] A. A. A. Alghamdi, "Collapsible impact energy absorbers: An overview," Thin-Walled Struct., vol. 39, no. 2, pp. 189–213, 2001, doi: 10.1016/S0263-8231(00)00048-3.
[3] G. Lu and T. X. Yu, Energy Absorption of Structures and Materials, 1st ed. Cambridge, U.K.: Woodhead Publishing, 2003, doi: 10.1533/9781855738584.
[4] A. G. Olabi, E. Morris, and M. S. J. Hashmi, "Metallic tube type energy absorbers: A synopsis," Thin-Walled Struct., vol. 45, no. 7–8, pp. 706–726, 2007, doi: 10.1016/j.tws.2007.05.003.
[5] K. Yamazaki and J. Han, "Maximization of the crushing energy absorption of tubes," Struct. Optim., vol. 16, no. 1, pp. 37–46, 1998, doi: 10.1007/BF01213998.
[6] E. A. Starke, Jr., "Aluminum alloys: Properties and applications," in Encyclopedia of Materials: Science and Technology. Oxford, U.K.: Elsevier, 2001, pp. 114–116, doi: 10.1016/B0-08-043152-6/00024-3.
[7] A. Alavi Nia, H. Badnava, and Kh. Fallah Nejad, "An experimental investigation on crack effect on the mechanical behavior and energy absorption of thin-walled tubes," Mater. Des., vol. 32, no. 6, pp. 3594–3607, 2011, doi: 10.1016/j.matdes.2011.02.029.
[8] J. Ma, Y. Le, and Z. You, "Axial crushing tests of steel thin-walled square tubes with pyramid pattern," in Proc. 51st AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conf., Orlando, FL, USA, 2010, paper AIAA 2010-2615, doi: 10.2514/6.2010-2615.
[9] S. Salehghaffari, M. Rais-Rohani, and A. Najafi, "Analysis and optimization of externally stiffened crush tubes," Thin-Walled Struct., vol. 49, no. 3, pp. 397–408, 2011, doi: 10.1016/j.tws.2010.11.010.
[10] S. E. Mirmohammadsadeghi, Kh. Khalili, S. Y. Ahmadi, and S. J. Hosseinipour, "Experimental and finite element simulation investigation of axial crushing of grooved thin-walled tubes," Int. J. Adv. Manuf. Technol., vol. 77, no. 9–12, pp. 1627–1643, 2015, doi: 10.1007/s00170-014-6502-3.
[11] M. Elyasi, A. Moradpour, and S. Montazeri, "Axial crushing in a novel technique of thin-walled tube," Key Eng. Mater., vols. 622–623, pp. 709–716, 2014, doi: 10.4028/www.scientific.net/KEM.622-623.709.
[12] M. Elyasi, S. Montazeri, and A. Moradpour, "Investigating the effect of material type in the new design of thin-walled tubes under axial loading," Adv. Mater. Process. Technol., vol. 1, no. 3–4, pp. 375–383, 2015, doi: 10.1080/2374068X.2015.1133759.
[13] O. P. Khanna, A Textbook of Welding Technology. New Delhi, India: Dhanpat Rai Publications, 2005.
[14] G. Mathers, The Welding of Aluminium and Its Alloys, 1st ed. Cambridge, U.K.: Woodhead Publishing, 2002.
[15] A. Kumar and S. Sundarrajan, "Optimization of pulsed TIG welding process parameters on mechanical properties of AA 5456 aluminum alloy weldments," Mater. Des., vol. 30, no. 4, pp. 1288–1297, 2009, doi: 10.1016/j.matdes.2008.06.055.
[16] Y. Xu, H. Liu, R. Bao, and X. Zhang, “Residual stress evaluation in welded large thin-walled structures based on eigenstrain analysis and small sample residual stress measurement,” Thin-Walled Structures, vol. 131, pp. 782–791, 2018. doi: 10.1016/j.tws.2018.07.049.
[17] Y. Ghaderi Dehkordi, A. Pourkamali Anaraki, and A. R. Shahani, “Study of the effective parameters on welding residual stress relaxation in aluminum cylindrical shells under cyclic pressure,” Thin-Walled Structures, vol. 143, 2019. doi: 10.1016/j.tws.2019.106235.
[18] Y. Lu, S. Zhu, Z. Zhao, T. Chen, and J. Zeng, “Numerical simulation of residual stresses in aluminum alloy welded joints,” Journal of Manufacturing Processes, vol. 50, 2020. doi: 10.1016/j.jmapro.2019.12.056.
[19] A. Khoshroyan and A. R. Darvazi, “Effects of welding parameters and welding sequence on residual stress and distortion in Al6061-T6 aluminum alloy for T-shaped welded joint,” Transactions of Nonferrous Metals Society of China, vol. 30, no. 1, pp. 76–89, 2020. doi: 10.1016/S1003-6326(19)65181-2.