Skip to main content
SUPERVISOR
Mostafa Jamshidian,Mohammad Silani
مصطفی جمشیدیان (استاد راهنما) محمد سیلانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Farshad Cheraghi
فرشاد چراغی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Simulation of Energy Absorption in Aluminum Foams
Metal foams are a family of cellular materials with unique physical and mechanical properties. The high strength-to-weight ratio in these materials has made them an excellent candidate for many industrial applications. In addition, metal foams have a high energy absorption capacity. When these materials are subjected to pressure loading, they can absorb the input energy by the plastic deformation of the internal foam cells almost uniformly. Therefore, they are used for industrial applications where energy absorption and impact protection are required. In this thesis, the structure and mechanical properties of metal foams were investigated, and then, the behavior of these materials under different loads was studied using two dimensional finite element modeling in Abaqus software. In this modeling, to obtain the behavioral sensitivity of metal foams to density changes and loading rates, several aluminum foam samples of different densities were subjected to static and dynamic compressive loading with different strain rates. The modeling results show that the low density aluminum foam has little sensitivity to the loading rate. As the relative density of the foam increases, the sensitivity to the loading rate also increases and the energy absorbed by the aluminum foam increases. Furthermore, by examining the mechanism of foam cell collapse under different loading rates, a large difference was observed in the static and dynamic behavior of foam cell collapse. On the other hand, The equations governing the foam cell collapse were obtained using a simplified model of the foam cell. Finally, the effect of changes in the thickness of the foam cell wall and the strength of the foam constituent on its energy absorption behavior was investigated. Comparing the numerical results with available experimental results, a good agreement was observed. Keywords: Metal foam, Aluminum foam, Energy absorption
فوم های فلزی خانواده ای از مواد سلولی با ویژگی های فیزیکی و مکانیکی منحصر به فرد به شمار می روند. نسبت استحکام به وزن بالا در این مواد آن ها را به یک کاندیدای عالی برای بسیاری از کابردهای صنعتی تبدیل کرده است. علاوه بر این فوم های فلزی دارای ظرفیت جذب انرژی بالایی نیز هستند. وقتی این مواد تحت بارگذاری فشاری به صورت ضربه قرار گیرند، می توانند انرژی وارد شده را از طریق تغییرشکل پلاستیک سلول های داخلی فوم به صورت تقریبا یکنواخت جذب می کنند به همین دلیل از آن ها برای کاربردهای صنعتی که در آن نیاز به جذب انرژی و حفاظت سازی در برابر ضربه وجود دارد، استفاده می کنند. در این پایان نامه ابتدا ساختار و خواص مکانیکی فوم های فلزی مورد مطالعه قرار گرفته و سپس با استفاده از مدل سازی دوبعدی اجزاء محدود در نرم افزار آباکوس، رفتار این مواد تحت بارگذاری های مختلف مطالعه و بررسی گردید. در این مدل سازی برای به‌دست آوردن حساسیت رفتاری فوم های فلزی به تغییرات چگالی و نرخ بارگذاری، چند نمونه فوم آلومینیومی با چگالی های مختلف تحت بارگذاری فشاری استاتیکی و دینامیکی با نرخ کرنش های مختلف قرار گرفت. نتایج مدل سازی انجام شده نشان می دهد که فوم آلومینیومی با چگالی نسبی پایین حساسیت کمی به نرخ بارگذاری از خود نشان می دهد در حالی که هرچه چگالی نسبی فوم افزایش یابد، حساسیت آن به نرخ بارگذاری نیز افزایش یافته و انرژی جذب شده توسط فوم آلومینیومی افزایش می یابد. همچنین با بررسی مکانیزم فروپاشی سلول های فوم تحت بارگذاری با سرعت های مختلف، تفاوت زیادی در رفتار فروپاشی سلول های فوم در حالت استاتیکی و دینامیکی مشاهده گردید. از طرفی معادلات حاکم بر فروپاشی سلول های فوم با استفاده از یک مدل ساده سازی شده از سلول فوم و نتایج به‌دست آمده از مدل سازی انجام شده به صورت نظری نیز مورد مطالعه قرار گرفته و معادلات مورد نیاز استخراج شد. در نهایت اثر تغییرات ضخامت دیواره ی سلول های فوم و استحکام ماده سازنده فوم بر رفتار جذب انرژی آن بررسی شد. نتایج به‌دست آمده از شبیه سازی حاضر نیز با نتایج گزارش شده در مقالات تجربی مقایسه و صحت سنجی شد که مطابقت قابل قبولی میان نتایج شبیه سازی حاضر با نتایج آزمون های تجربی به‌دست آمد. کلمات کلیدی: فوم فلزی، فوم آلومینیومی، جذب انرژی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی