Skip to main content
SUPERVISOR
Reza Gafari nadooshan,MohammadReza Forouzan
رضا جعفری ندوشن (استاد مشاور) محمدرضا فروزان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Fereshteh Nosouhian
فرشته نصوحیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Design of Energy Absorber for Composite Beam Under Axial Impact Loading
A composite material can be defined as a combination of a matrix and a reinforcement, which when combined gives properties superior to the properties of the individual components. Due to composite material’s potential, they can be comprehensively used as a suitable replacement for steels and aluminum with better operation. Nowadays, composites have a wide usage; hence, behavior investigation and protecting them in various situations are significant issues. Metals can absorb energy by elastic-plastic deformations in low energy impacts which cause some permanent deformations in structure. However, composites exhibit low plastic deformatio most of the absorbed energy spends to form damage zones. Therefore, strength and stiffness reduction occurs. Thus, Energy absorber utilities are great solutions for impact damage protection. In this study, number of honeycomb layers that needed to protect composite beam from defined impact energy has been investigated. In current research, glass-polyester channel section pultruded beam and nomex honeycomb are used. In order to assess impact damage effect on axial-buckling strength, axial strength of intact and impacted beam were measured. After that, effect of using honeycomb layers on damage and axial-buckling strength reduction has been investigated. Simulations were done in finite element software ABAQUS/Explicit. First, honeycomb mechanical properties were extracted from representative volume element (RVE) simulations and compared with flatwise compression test results. Then, loading rate effect on honeycomb properties was studied. At last, extracted properties were assigned to a solid part as an energy absorber. For modeling damage initiation and defining material orthotropic behavior, user subroutine VUMAT was utilized. In order to investigate damage initiation, maximum stress and Hashin failure criteria and instantaneous damage evolution law were used. Simulations verified by experimental tests. Number of honeycomb layers that prevent damage initiation in beam was investigated; simulation indicated that 3 layers of honeycomb protect the beam from impact. With the aid of this study, mechanical properties of other honeycombs can be extracted by RVE simulation without any experimental test cost. Also, another honeycomb with similar geometry and different wall thickness was modeled. Result showed that one layer of this honeycomb prevents damage in beam. Keywords : Energy absorber, Nomex honeycomb, RVE, Axial impact, FE analysis, VUMAT subroutine, Experimental test.
: ماده مرکب، مخلوط فیزیکی از دو یا چند ماده مختلف است که با توجه به برخی معیارها، حداقل در جهت‌های خاصی خواص بهتری از هریک از اجزای تشکیل دهنده خود را دارا می‌باشد. مواد مرکب این پتانسیل را دارند که به طورگسترده ای برای جایگزینی فولادها و آلومینیوم ها با عملکرد بهتر استفاده شوند ، از این رو تحقیق بر روی رفتار این مواد مختلف حائز اهمیت است. در ضربه‌های با انرژی کم و میانه، فلزات نرم با تغییرشکل‌های الاستیک و پلاستیک انرژی را جذب کرده که باعث ایجاد برخی تغییر شکل‌های دائم در جسم می‌شود. با این وجود، در مواد مرکب توانایی تغییرشکل‌های پلاستیک محدود است و عمده‌ی انرژی جذب شده، صرف به وجود آمدن نواحی آسیب شده و در نتیجه مقاومت و سختی ساختار کاهش می‌یابد. لذا از ساختارهای جاذب انرژی برای محافظت از آن‌ها استفاده می‌شود. در این تحقیق در پی آن هستیم تا با استفاده از لانه زنبوری نومکس و هم‌چنین خاصیت ضربه پذیری ماده مرکب مورد استفاده، میزان لانه‌زنبوری مورد نیاز برای جلوگیری از ایجاد آسیب در تیر در اثر ضربه با انرژی مشخص را به دست آوریم. تیر کامپوزیتی مورد استفاده در این تحقیق از جنس شیشه-پلی استر با مقطع ناودانی است که به روش پالتروژن تولید شده است. به منظور آگاهی از میزان آسیب وارده، مقاومت محوری تیر سالم و تیر ضربه خورده بدون لانه زنبوری مورد بررسی قرار گرفته است. پس از آن تاثیر استفاده از یک و دو لایه لانه زنبوری در کاهش آسیب وارد بر تیر و افزایش مقاومت محوری تیر بررسی شده است. مدل‌سازی مسئله در نرم‌افزار آباکوس و با استفاده از حلگر صریح انجام شده است. برای مدل‌سازی ابتدا خواص لانه زنبوری موردنظر توسط المان حجمی نماینده به دست آمده و با نتایج حاصل از آزمایش فشار بر لانه زنبوری مقایسه شده و المان حجمی مناسب انتخاب گردیده است. سپس اثر نرخ بارگذاری بر رفتار لانه زنبوری بررسی شده و در نهایت خواص به دست آمده به یک جسم به عنوان جاذب انرژی اعمال شده است. برای اعمال مدل آسیب و تعریف خواص اورتوتروپیک ماده مرکب از زیربرنامه VUMAT استفاده شده است. برای بررسی شروع آسیب دو معیار ماکزیمم تنش و هاشین به کار گرفته شده و رشد آسیب نیز به صورت آنی در نظر گرفته شده است. پس از اعتبارسنجی مدل‌سازی ‌ها توسط آزمایش، تعداد لایه موردنیاز از لانه زنبوری برای عدم ایجاد آسیب در تیر توسط مدل‌سازی تحقیق شده و مشخص شد سه لایه لانه زنبوری از تیر در برابر ضربه محافظت می‌کند. به کمک این تحقیق می‌توان خواص لانه‌زنبوری‌های دیگر را نیز با استفاده از مدل‌سازی و بدون انجام آزمایش به دست آورد. لانه زنبوری دیگری نیز با ابعاد مشابه و ضخامت بیشتر مدل‌سازی گردید. پاسخ این مدل نشان داد که یک لایه از لانه زنبوری مذکور مانع از بروز آسیب بر اثر ضربه در تیر می‌گردد. کلمات کلیدی : جاذب انرژی، لانه زنبوری نومکس، المان حجمی نماینده، ضربه محوری، تحلیل المان محدود،زیربرنامه VUMAT،آزمایش

ارتقاء امنیت وب با وف بومی