• شماره ركورد
    26051
  • شماره راهنما
    MEC2 309
  • عنوان

    مطالعه عددي و مقايسهي انواع مقاطع برفدانه كخ پليمري پر شده با فوم، كاربرد در تصادم

  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مكانيك - طراحي كاربردي
  • دانشكده
    فني و مهندسي
  • تاريخ دفاع
    1404/11/19
  • صفحه شمار
    100
  • استاد راهنما
    حميد بهشتي , فرهاد حاجي ابوطالبي
  • كليدواژه فارسي
    جعبه تصادم , جذب انرژي , برف‌دانه كخ , پليمر , فوم
  • چكيده فارسي
    در سامانه‌هاي جذب انرژي مورد استفاده در تصادم، هدف اصلي افزايش ميزان جذب انرژي، كنترل فرآيند خردشدگي و كاهش نيروي بيشينه منتقل‌شده به اجزاي حساس سازه است. در اين پايان‌نامه، رفتار تصادمي جعبه‌هاي تصادم با سطح مقطع برف‌دانه‌ي كخ (فراكتالي) و پوسته پليمري +PLA به‌صورت عددي مورد بررسي قرار گرفته و عملكرد آن‌ها با يكديگر مقايسه شده است. مراتب فراكتالي مورد مطالعه از مرتبه صفر تا مرتبه دوم انتخاب شده و علاوه بر نمونه‌هاي بدون تقويت محيطي، نمونه‌هاي احاطه‌شده با شش‌ضلعي محيطي نيز به‌منظور ارزيابي اثر تقويت هندسي تحليل شده‌اند. به‌منظور بهبود عملكرد جذب انرژي، نقش پركننده‌هاي فومي داخلي نيز بررسي شده و سه نوع فوم شامل فوم آلومينيوم، فوم پلي‌پروپيلن منبسط‌شده (EPP) و فوم فنوليك به‌عنوان پركننده در نظر گرفته شده‌اند. شبيه‌سازي‌هاي عددي با استفاده از نرم‌افزار آباكوس و به كمك حلگر ديناميكي صريح، كه براي مسايل برخورد، تماس‌هاي پيچيده و تغييرشكل‌هاي بزرگ مناسب است، انجام شده است. براي افزايش اعتمادپذيري نتايج عددي، فرآيند اعتبارسنجي از طريق مقايسه با داده‌ها يا مراجع تجربي، بررسي نسبت انرژي جنبشي به انرژي دروني و هم‌چنين مطالعه حساسيت المان انجام گرفته است. شاخص‌هاي ارزيابي عملكرد شامل انرژي جذب‌شده (EA)، جذب ويژه انرژي (SEA)، نيروي بيشينه خردشدگي (PCF)، نيروي ميانگين خردشدگي (MCF) و بازده خردشدگي (CFE) استخراج و تحليل شده‌اند. نتايج نشان مي‌دهد كه در مجموعه نمونه‌هاي احاطه‌شده با شش‌ضلعي محيطي و در مرتبه دوم فراكتالي، نمونه كخ فراكتالي مرتبه دوم با جداره شش ضلعي محيطي پرشده با فوم فنوليك (KF2-H-Phenolic) يك پاسخ قوي و متوازن ارايه مي‌دهد؛ به‌طوري‌كه مقدار EA برابر با 5026.8 ژول و SEA برابر با 18.97 ژول‌برگرم (بيشترين مقدار SEA در كل داده‌ها) به‌دست آمده و هم‌زمان بازده خردشدگي 72.8٪ حاصل شده است، در حالي‌كه نيروي بيشينه خردشدگي تنها تا 57.5 كيلو‌نيوتن افزايش يافته است. هم‌چنين نمونه كخ فراكتالي مرتبه دوم با جداره شش ضلعي پرشده با فوم آلومينيوم (KF2-H-Al) بيشترين مقدار جذب انرژي كل (EA برابر با 5375.1 ژول) و يكنواختي نيروي بالايي را نشان داده است، اما اين بهبود عملكرد با ثبت بيشترين نيروي بيشينه (62.1 كيلو‌نيوتن) و كاهش دامنه فشرده‌سازي همراه بوده است كه نشان‌دهنده تمركز جذب انرژي در بازه تغييرشكل كوتاه‌تر و تحت نيروهاي بزرگ‌تر است. در نمونه‌هاي فاقد شش‌ضلعي محيطي نيز، براي سري KF2، بهترين عملكرد به حالت پرشده با فوم آلومينيوم اختصاص دارد كه بهبود هم‌زمان EA، SEA و CFE را به‌همراه افزايش نيروي بيشينه نشان مي‌دهد. در مراتب فراكتالي پايين‌تر، مشاهده شد كه در برخي پيكربندي‌ها، فوم EPP مي‌تواند افزايش جذب انرژي را بدون افزايش محسوس نيروي بيشينه فراهم كند و به‌عنوان گزينه‌اي متعادل از نظر عملكرد تصادمي مطرح شود.
  • كليدواژه لاتين
    Crash box , Energy Absorption , Koch snowflake , Polymer , Foam
  • عنوان لاتين
    Numerical study an‎d comparison of the different types of foam-filled polymeric Koch fractal sections, application in collision
  • گروه آموزشي
    مهندسي مكانيك
  • چكيده لاتين
    In impact energy absorption systems, the main objectives are to maximize energy absorption, control the crushing process, an‎d minimize the peak force transmitted to critical structural components. In this thesis, the crash behavior of crash boxes with Koch snowflake (fractal) cross-sections an‎d PLA+ polymer shells was numerically investigated, an‎d their performance was compared. Fractal geometries from the zeroth to the second order were considered. In addition to specimens without external reinforcement, configurations surrounded by an external hexagonal wall were also investigated to examine the effect of geometric reinforcement. To further improve energy absorption performance, the effect of internal foam fillers was also eva‎luated using three different materials: aluminum foam, expan‎ded polypropylene (EPP) foam, an‎d phenolic foam. The numerical simulations were carried out in Abaqus using the explicit dynamic solver, which is well suited to impact problems involving complex contact interactions an‎d large deformations. To assess the reliability of the numerical results, the model was validated through comparisons with experimental data an‎d published references. The kinetic-to-internal energy ratio was also examined, an‎d a mesh sensitivity analysis was performed to ensure that the results were not significantly affected by mesh refinement. The crashworthiness performance of the investigated structures was eva‎luated based on absorbed energy (EA), specific energy absorption (SEA), peak crushing force (PCF), mean crushing force (MCF), an‎d crushing force efficiency (CFE). The results show that, among the configurations with an external hexagonal wall, the second-order Koch fractal crash box filled with phenolic foam (KF2-H-Phenolic) provides the most balanced overall crash response. This configuration achieves an absorbed energy of 5,026.8 J an‎d a specific energy absorption of 18.97 J/g, which is the highest SEA obtained among all the investigated configurations. At the same time, it maintains a crushing force efficiency of 72.8%, while the peak crushing force reaches only 57.5 kN. The second-order Koch fractal configuration with an external hexagonal wall an‎d aluminum foam filling (KF2-H-Al) achieves the highest total energy absorption, with an EA of 5,375.1 J, an‎d exhibits a highly stable crushing-force response. However, this improvement comes at the cost of the highest peak crushing force, 62.1 kN, an‎d a shorter crushing stroke. This behavior suggests that a greater portion of the impact energy is absorbed over a shorter deformation range an‎d under higher crushing forces. For the configurations without an external hexagonal wall, the aluminum foam-filled specimen in the KF2 series shows the best overall performance. It provides simultaneous improvements in EA, SEA, an‎d CFE, although these improvements are accompanied by an increase in the peak crushing force. At lower fractal orders, the results indicate that EPP foam can improve energy absorption in some configurations without causing a noticeable increase in the peak crushing force. Therefore, EPP foam can be considered a promising option when a balance between energy absorption an‎d peak-force control is desired.
  • تعداد فصل ها
    5
  • فهرست مطالب pdf
    165300
  • نويسنده

    هاشمي، سيدامين