مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند
فصلنامه

بررسی عددی و تجربی تخریب سازه های چهارگوش چند سلولی جدار نازک ساخته شده توسط پرینتر سه بعدی در اثر ضربه جانبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

پویا پیرعلی 1
محسن حیدری بنی 2
بهنام حاجی‌موسائی 3
جعفر اسکندری جم 4

1 استادیار، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

2 دانشجوی دکتری، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت ، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

3 دانش آموخته کارشناسی ارشد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران.

4 استاد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

https://doi.org/10.61186/masm.4.1.158
چکیده
سازه‌های جدار نازک به خاطر سبکی، ظرفیت جذب انرژی مناسب و نسبت جذب انرژی به وزن بالا به عنوان یکی از کارآمدترین سیستم های جذب انرژی در صنایع مختلف از جمله خودرو‌سازی، ریلی و نظامی به منظور حفاظت از جان سرنشینان و همچنین عابران پیاده در هنگام تصادفات و یا حفاظت از وسائل و دستگاه‌ها، به حساب می‌آیند. هدف از این پژوهش، بررسی نحوه پاسخ سازه‌های چهارگوش جدارنازک چند سلولی که از جنس پلیمر ABS هستند و توسط پرینتر سه‌بعدی ساخته شده‌اند، نسبت به ضربه جانبی می‌ باشد. نخست به ارائه نمونه‌های مختلف در دسته‌بندی‌های جداگانه پرداخته شده‌ است. سپس با توجه به چند سلولی بودن نمونه‌ها، در شبیه‌سازی‌ها به بررسی تاثیر پارامترهایی مانند شکل خانه‌ها، تعداد خانه‌ها، ضخامت دیواره‌ها و ... پرداخته شده و بهترین نمونه‌ها برای انجام تست تجربی ساخته شده‌اند. در ادامه به منظور صحت‌سنجی نمونه‌ها، پس از ساخت آن‌ها توسط پرینتر سه‌بعدی، توسط دستگاه تست سقوط وزنه تحت ضربه جانبی قرار گرفته‌ و نتایج بدست آمده با نتایج شبیه سازی مورد مقایسه و بررسی قرار گرفته‌اند. پس از استخراج نتایج، مشاهده شده‌ است که میزان جذب انرژی، میانگین نیروی لهیدگی و بازده نیروی لهیدگی برای نمونه 1HR16 در بهترین حالت ممکن است. همچنین با افزایش تعداد خانه‌های هر نمونه نیز همه‌ی پارامتر‌های جذب انرژی بهبود می‌یابند. در حالت کلی نیز نمونه‌های خانه‌مستطیلی دارای مقاومت بهتری در برابر ضربه می‌باشند.

کلیدواژه‌ها

سازه‌های جدارنازک چند سلولی
پلیمر ABS
پرینتر سه بعدی
ضربه جانبی
جذب انرژی

عنوان مقاله English

investigate the response of hierarchical square thin-walled structures that made of ABS polymer and made by a 3D printer under lateral impact

نویسندگان English

Pooya Pirali 1
Mohsen Heydari Beni 2
Behnam Hajimousaei 3
Jafar Eskandari Jam 4
1 Assistant Professor, Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran.
2 Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran.
3 Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran.
4 Faculty of Materials and Manufacturing Processes, Malek Ashtar University of Technology, Iran
چکیده English

Thin-walled structures due to their lightness, good energy absorption capacity and high energy to weight absorption ratio are one of the most efficient energy absorption systems in various industries such as automotive, rail and military industries to protect the lives of passengers and pedestrians. Also they are considered in case of accidents or when protecting devices. The purpose of this project is to investigate the response of hierarchical square thin-walled structures that made of ABS polymer and made by a 3D printer under lateral impact. At first, different models are presented in separate categories. Then, due to the hierarchically of the samples, in the simulations, the effect of parameters such as the shape of the houses, the number of houses, the thickness of the walls and etc. are examined and the best samples are made for experimental tests. Then, in order to validate the samples, after making them by a 3D printer, they were subjected to lateral impact by a drop-weight impact test machine and the obtained results were compared with the simulation results. According to the results, it has been observed that 1HR16 is the best sample in energy absorption rate, mean crushing force and crush force efficiency. Also, by increasing the number of houses in each sample, all energy absorption parameters are improved. generally, rectangular-house specimens have better impact resistance.

کلیدواژه‌ها English

hierarchical thin-walled structures
ABS polymer
3D printer
lateral impact
energy absorption
[1] Nia AA, Hamedani JH. Comparative analysis of energy absorption and deformations of thin walled tubes with various section geometries. Thin-Walled Structures. 2010;48(12):946-54.
[2] Graciano C, Martínez Ga, Smith D. Experimental investigation on the axial collapse of expanded metal tubes. Thin-Walled Structures. 2009;47(8-9):953-61.
[3] Kadkhodayan M, Galehdari A, Hadidi Moud S. Analytical and numerical study of energy absorption of graded honeycomb structure under in-plane impact. Modares Mechanical Engineering. 2015;14(16):261-71.
[4] Ebrahimkhani M, Liaghat G, Ahmadi H. Simulation of crushing performance of Composite Energy Absorber under impact loading using Continuum Damage Mechanics approach. Modares Mechanical Engineering. 2018;17(12):505-13.
[5] Banhart J. Manufacture, characterisation and application of cellular metals and metal foams. Progress in materials science. 2001;46(6):559-632.
[6] Zhang D, Lu G, Ruan D, Fei Q. Energy absorption in the axial crushing of hierarchical circular tubes. International Journal of Mechanical Sciences. 2020;171:105403.
[7] Li J, Zhang Y, Kang Y, Zhang F. Characterization of energy absorption for side hierarchical structures under axial and oblique loading conditions. Thin-Walled Structures. 2021;165:107999.
[8] San Ha N, Pham TM, Hao H, Lu G. Energy absorption characteristics of bio-inspired hierarchical multi-cell square tubes under axial crushing. International Journal of Mechanical Sciences. 2021;201:106464.
[9] Tabacu S, Ducu C. Experimental testing and numerical analysis of FDM multi-cell inserts and hybrid structures. Thin-Walled Structures. 2018;129:197-212.
[10] Luo Y, Fan H. Investigation of lateral crushing behaviors of hierarchical quadrangular thin-walled tubular structures. Thin-Walled Structures. 2018;125:100-106.
[11] Zhang X, Cheng G, Zhang H. Numerical investigations on a new type of energy-absorbing structure based on free inversion of tubes. International Journal of Mechanical Sciences. 2009;51(1):64-76.
مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند
دوره 4، شماره 1
بهار 1403
صفحه 158-188

  • تاریخ دریافت 22 خرداد 1403
  • تاریخ بازنگری 27 خرداد 1403
  • تاریخ پذیرش 29 خرداد 1403

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

تماس با ما