بررسی اثر بهینه سازی ساختاری در قابلیت جذب انرژی تیرهای ساندویچی با هسته مشبک فلزی تحت بارگذاری خمش سه نقطه

در این پژوهش تاثیر بهینهسازی ساختاری هسته های مشبک در تیرهای ساندویچی به عنوان جاذب انرژی با نرمافزار اباکوس ، مورد مطالعه قرار گرفته است. ارتباط بین نیرو و جابهجایی در مرکز تیر با استفاده از نتایج آزمایشگاهی بدست آمده است. دو نوع هسته مشبک از جنس فولاد با سه جهت گیری متفاوت در سلولهای هسته، تحت بارگذاری ضربه ای سرعت پایین به صورت خمش سه نقطه، مورد بررسی قرار گرفته است. هسته تیر ساندویچی از صفحات فلزی گسترش یافته ساخته شده که برای بهینهسازی ساختاری و حذف سلول های ناکارآمد از روش ریزسازه های ایزوتروپیک جامد با تابع جریمه (SIMP) استفاده شده است. در ادامه با انجام بهینهسازی ساختاری، به بررسی پارامترهای ضربه پذیری، از جمله جذب انرژی ویژه، بعنوان اهداف آزمایش پرداخته شده است. این نوع سیستم جاذب انرژی، میتواند در صنایع هوایی، کشتی سازی، خودروسازی، صنایع ریلی و آسانسورها جهت جذب انرژی ضربه مورد استفاده قرار گیرد. نتایج تحلیل آزمایشگاهی و بررسی عددی در بارگذاری خمشی نشان داد، که به کارگیری روش بهینهسازی ساختاری، میتواند ظرفیت جذب انرژی را به صورت قابل ملاحظه ای افزایش دهد. نتایج آزمایشهای خمشی نشان داد که ظرفیت جذب انرژی ویژه در تیر ساندویچی با ساختاربهینه، بین ۴۵ تا ۹۴%افزایش یافته است. همچنین، جهتگیری مناسب هسته مشبک در تیر ساندویچی با ساختاری بهینه موجب افزایش جذب انرژی ویژه تا بیش از ۹۰% میشود. در انتها ساختارهای هندسی بهینه برای سه درصد مختلف کاهش حجمی، و بهترین نمونه ها از لحاظ معیارهای در نظر گرفته شده با توجه به اهداف طراحی، معرفی میشوند.

کلیدواژه ها:

Topology optimization ، energy absorption ، expanded metal sheet ، sandwich beam ، transverse bending ، بهینه سازی ساختاری ، جذب انرژی ، هسته مشبک فلزی ، تیر ساندویچی ، بارگذاری عرضی