Skip to main content
SUPERVISOR
MohammadReza Forouzan,Mahdi Javanbakht
محمدرضا فروزان (استاد راهنما) مهدی جوان بخت (استاد مشاور)
 
STUDENT
Seyyed alireza Allame
سیدعلیرضا علامه

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Design of Energy Absorber for Rescuing Including of a High Altitude Drop Self-safe Capsule
Large Forces due to impact such as vehicle crash and dropbox could be reduced by energy absorbers. The design of an energy absorber that is consistent with the physical conditions of the problem, is capable of absorbing high energy and economically feasible is a big challenge for the researchers. The purpose of this project is to design an energy absorber for the fall of a simple example of a human-containing capsule. This design includes type, material, geometric dimensions and absorbent layout. To this end, the use of elastomeric cables to absorb energy has been studied as a new idea. Among the studied elastomers, thermoplastic polyurethane was more suitable for energy absorption than other elastomers. In the following, a linear visco-hyperelastic model was selected to express the behavior of material with strain rate dependency at the high strain rate conditions. The tensile test was used to obtain material behavior at low strain rates and at high strain rates tensile weight drop test was used. The data of tensile weight drop test was extracted with image processing method. There was no possibility to directly extract the coefficients of the material model from experimental data. For this reason, tensile test and weight drop test were simulated by finite element method in Abaqus software, and the coefficients of the material model were optimized so that the simulation results match the experiment data of the test. The optimization was performed using Isight and Hooke-Jeeves optimization method. To simplify the optimization process, hyperelastic coefficients were first optimized using the tensile test, and at the next step, taking into account the tensile test and tensile weight drop test data, simultaneously, the linear viscoelastic coefficients were optimized. The verification of the model was carried out using the weight weight drop test data at a lower elevation. the maximum displacement was estimated with error of about 11%. Finally, the drop of the simplified human-capsule model was simulated in three main directions by the finite element method in Abaqus software. The inner box with human was simulated as a rigid body weighing 100 kilograms. The constraints that limit the problem are the maximum permitted acceleration for humans in each direction and the maximum possible displacement with respect to the distance between the outer box and the inner box. The geometric dimensions and layout of the cables were optimized so that the safe height of the critical state reached its highest level. The results showed that if the capsule falls from a height of 3.14 m in any directions, the human in the capsule will remain safe. Keywords: Human-capsule drop, Impact energy absorber, Elastomer, Linear visco-hyperelastic model, High strain rate behavior, Optimization
در مسائلی مانند ارسال تجهیزات و تصادف خودرو نیروی شدید ناشی از ضربه توسط جاذب‌های انرژی کاهش‌یافته و انرژی جنبشی جسم اتلاف می‌شود. همواره طراحی مناسب یک جاذب انرژی به‌گونه‌ای که با شرایط فیزیکی مسئله سازگار باشد، توانایی جذب انرژی بالایی داشته باشد و از نظر اقتصادی به‌صرفه باشد یکی از چالش‌های محققان بوده است. هدف از این پروژه طراحی جاذب انرژی برای سقوط یک نمونه ساده از کپسول محتوی انسان است. این طراحی شامل نوع، جنس، ابعاد هندسی و چینش جاذب است. برای این منظور استفاده از کابل‌های الاستومری برای جذب انرژی به عنوان یک ایده جدید مورد بررسی قرار گرفت. در بین الاستومر‌های مورد بررسی پلی‌یورتان ترموپلاستیک از نظر جذب انرژی مناسب‌تر از سایر الاستومرها بود. در ادامه مدل ویسکوهایپرالاستیک خطی برای بیان رفتار وابسته به نرخ کرنش ماده در کرنش‌های بالا انتخاب شد. برای به‌ دست آوردن رفتار ماده در نرخ کرنش‌های پایین از آزمایش کشش و در نرخ کرنش‌های بالا از آزمایش سقوط وزنه کششی استفاده شد. برای به‌ دست آوردن داده‌های سقوط وزنه از پردازش تصویر استفاده شد. امکان استخراج مستقیم ضرایب مدل ماده از داده‌های تجربی وجود نداشت. به همین دلیل آزمایش‌های کشش و سقوط وزنه کششی به روش اجزای محدود در نرم‌افزار اباکوس شبیه‌سازی شدند و ضرایب مدل ماده به گونه‌ای بهینه‌سازی شدند که نتایج شبیه‌سازی و داده‌های تجربی آزمایش تطابق مناسبی پیدا کنند. بهینه‌سازی انجام گرفته به کمک نرم‌افزار Isight و روش بهینه‌سازی هوکی-جیوز انجام گرفت. برای ساده‌تر شدن فرآیند بهینه‌سازی ابتدا ضرایب هایپرالاستیک با استفاده از آزمایش کشش بهینه‌سازی شدند و در مرحله بعد با در نظر گرفتن داده‌های آزمایش کشش و سقوط وزنه کششی به طور همزمان ضرایب ویسکوالاستیک خطی بهینه‌سازی شدند. همچنین صحت‌سنجی مدل به کمک داده‌های آزمایش سقوط وزنه در یک ارتفاع کمتر انجام پذیرفت و مقدار بیشترین جابجایی با حدود 11 درصد خطا بیش‌بینی شد. در نهایت سقوط مدل ساده‌شده کپسول محتوی انسان در سه جهت اصلی به روش اجزای محدود در نرم‌افزار اباکوس شبیه‌سازی شد. در این مدل از تغییرشکل و جذب انرژی توسط جعبه‌ی بیرونی صرف نظر شد و فرض شد تمام انرژی توسط جاذب‌های انرژی اتلاف خواهند شد. جعبه‌ی درونی به همراه انسان به صورت یک جسم صلب با وزن 100 کیلوگرم شبیه‌سازی شد. قیودی که مسئله را محدود می‌کند حداکثر شتاب مجاز برای انسان در هر راستا و حداکثر جابجایی امکان‌پذیر با توجه به فاصله بین جعبه‌ی بیرونی و جعبه‌ی درونی هستند. ابعاد هندسی و چینش کابل‌ها به‌گونه‌ای بهینه‌سازی شدند که ارتفاع ایمن حالت بحرانی به بیشترین مقدار خود برسد. نتایج نشان داد با طرح پیشنهادی در صورت سقوط کپسول از ارتفاع 14/3 متر از هر جهت انسان محتوی کپسول ایمن خواهد ماند. کلمات کلیدی: سقوط کپسول محتوی انسان، جاذب انرژی ضربه، الاستومر، مدل ویسکوهایپرالاستیک خطی، رفتار نرخ کرنش‌های بالا، بهینه‌سازی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی