مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی ساختار میکروسکوپی و رفتار مکانیکی پوسته خرخاکی با استفاده از مشاهدات تجربی و شبیه سازی عددی

نویسندگان
1 عضو هیئت علمی/دانشگاه گیلان
2 دانشگاه گیلان
3 معاون گروه مکانیک-موسسه آموزش عالی احرار
چکیده
در این مقاله ساختار میکروسکوپی پوسته خرخاکی با استفاده از تصاویر به دست‌ آمده از دستگاه میکروسکوپ الکترونی مورد بررسی قرار گرفته و پاسخ دینامیکی پوسته این جانور، تحت ضربه یک پرتابه مخروطی به روش اجزای محدود مطالعه شده است. شکل خاص پوسته جانور که یک کامپوزیت می‌‌باشد، باعث شده که علیرغم ضخامت ناچیز، در برابر بارهای خارجی، مقاومت مطلوبی از خود نشان دهد. همچنین جانور قادر است در صورت احساس خطر خود را جمع کرده و بدن خود را به شکل یک کره درآورد. بنابراین به منظور بررسی اثرات احتمالی این قابلیت تغییر شکل در بدن حشره بارگذاری بر روی پوسته در هر دو وضعیت صاف و کروی، با زوایای برخورد مختلف و سرعت های متفاوت انجام شد. با مقایسه بین دو وضعیت صاف و کروی این نتیجه حاصل گردید که میزان تمرکز تنش ایجاد شده در پوسته در حالتی که جانور خود را به شکل کره جمع می‌کند، کمتر از حالت نرمال است که این امر بیانگر تاًثیر مثبت مکانیزم حفاظتی جانور می‌باشد. نتایج حاصل از این تحقیق می تواند در راستای طراحی و ساخت ساختارهای نوین مهندسی داری نسبت استحکام به وزن بالا مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Investigation of microstructure and mechanical behavior of Woodlouse shells using experimental methods and numerical simulation

نویسندگان English

Abolfazl Darvizeh 1
Sara Anami Rad 2
Mansoor Darvizeh 2
Reza Ansari 2
Hamed Rajabi 3
چکیده English

In this paper, a scanning electron microscope (SEM) is used for microstructural investigations of a woodlouse shell. Finite element (FE) method is employed to study the dynamic behavior of the shell subjected to the impact of a cone-shaped projectile. Despite of small thickness, the shell, as a composite material, enables the insect to bear large external forces. The woodlouse is also able to roll up into a complete sphere to protect itself from danger. In order to study this defense mechanism, the external loads are applied to the shell in different configurations: when the shell is in (1) normal and (2) rolled-up forms. The simulations are performed at different velocities and at different impact angles. Comparisons of the results obtained from different simulations indicate that the defense mechanism of the woodlouse has an important role in decreasing the stress concentrations. Indeed, it is a defense mechanism which effectively increases the load-bearing capacity of the insect shell. The results of the present research may be useful in the design and manufacture of modern engineering structures with a high strength to weight ratio.

کلیدواژه‌ها English

finite element method
Woodlouse shell
Microscopic structure
Mechanical properties
stress distribution