Rostami, M., Hasanlou, M., Siavashi, M. (2016). Modeling & Comparison of Mechanical Behavior of Foam Filled & Hollow Aluminum Tubes by LS-DYNA & Introducing a Neural Network Model. Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering, 8(4), 275-293.
M. Rostami; M. Hasanlou; M. Siavashi. "Modeling & Comparison of Mechanical Behavior of Foam Filled & Hollow Aluminum Tubes by LS-DYNA & Introducing a Neural Network Model". Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering, 8, 4, 2016, 275-293.
Rostami, M., Hasanlou, M., Siavashi, M. (2016). 'Modeling & Comparison of Mechanical Behavior of Foam Filled & Hollow Aluminum Tubes by LS-DYNA & Introducing a Neural Network Model', Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering, 8(4), pp. 275-293.
Rostami, M., Hasanlou, M., Siavashi, M. Modeling & Comparison of Mechanical Behavior of Foam Filled & Hollow Aluminum Tubes by LS-DYNA & Introducing a Neural Network Model. Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering, 2016; 8(4): 275-293.
Modeling & Comparison of Mechanical Behavior of Foam Filled & Hollow Aluminum Tubes by LS-DYNA & Introducing a Neural Network Model
1Lecturer, Mechanical Engineering, Payame Noor University of Qazvin, Qazvin, Iran.
2M.Sc., Mechanical Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran
Abstract
Energy absorption capability of thin-walled structures with various cross sections has been considered by researchers up to now. These structures as energy absorbers are used widely in different industries such as automotive and aerospace and protect passengers and goods against impact. In this paper, mechanical behavior of thin-walled aluminum tubes with and without polyurethane foam filler subjected to axial impact has been investigated. The tubes are very thin so that (D/t) ≈ 550 governs for cylindrical specimen. Structure behavior was analyzed through finite element analysis by LS-DYNA. Circular, hexagonal, and square cross sections with the same length, thickness, and circumference of sections were studied. The results show that circular cross section has the highest energy absorption while experiences the lowest change in length compared to hexagonal and square cross sections. Besides, the effects of stress concentration in hexagonal and square sections can be observed on the corners of walls. Also under the dynamic loading circular structure was crushed more symmetric, while hexagonal and square structures tended to the buckling. Also an Artificial Neural Network is introduced to predict load & energy Absorption behavior. The Neural Network's data obtained from LS-DYNA. The introduced model could present acceptable results in comparison with analysis of LS-DYNA
مدلسازی و مقایسه رفتار مکانیکی سازه های جدار نازک آلومینیومی با و بدون فوم پلی یورتان در نرم افزار LS-DYNA و ارائه یک مدل شبکه عصبی مصنوعی
Authors [Persian]
میثم رستمی1; مجتبی حسنلو2; مصطفی سیاوشی2
1مربی، دانشکده فنی، دانشگاه پیام‌نور قزوین، قزوین
2کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت
Abstract [Persian]
قابلیت جذب انرژی سازههای جدار نازک با مقاطع مختلف همواره مورد توجه محققان بوده است. این سازهها بعنوان جاذبهای انرژی در صنایع مختلف از جمله اتومبیلسازی و هوافضا مورد استفاده وسیعی قرار میگیرند و سبب حفاظت از سرنشینان و محولهها در حین برخورد میشوند. در این مقاله رفتار مکانیکی سازههای جدار نازک از جنس آلومینیوم با فوم پرکننده پلی یورتان و بدون فوم تحت بارگذاری محوری ضربهای بررسی شده است. سازهها از نوع خیلی نازک میباشند بطوریکه برای نمونه استوانهای رابطه (D/t) ≈ 550 برقرار است. تحلیل اجزا محدود و شبیهسازی توسط نرم افزار LS-DYNA انجام شده است. سازههای جدار نازک دارای مقاطع دایروی، شش ضلعی و چهار ضلعی با طول، ضخامت و اندازه محیط مقطع یکسان میباشند. نتایج حاصل از پژوهش بیانگر آن است که سازه با مقطع دایروی از مقاطع چهار گوش و شش گوش انرژی بیشتری جذب مینماید در حالیکه تغییر طول کمتری را تجربه میکند. بعلاوه میتوان اثرات تمرکز تنش را در کنجهای مقاطع مربع و شش ضلعی بر روی جداره سازهها مشاهده کرد. همچنین سازه با مقطع دایروی به صورت متقارنتر تحت بارگذاری دینامیکی فشرده میگردد درحالیکه سازههای جدار نازک با مقاطع شش و چهار ضلعی تمایل به کمانش دارند. در پایان نیز معماری از یک شبکه عصبی مصنوعی ارائه شده است تا با کمک آن و بهرهگیری از دادههای LS-DYNA بتوان رفتار جذب انرژی و نیروی این سازهها را در قالب مدلی در شبکه عصبی بیان نمود. نتایج مدل پیشنهادی در مقایسه با نتایج تحلیلی نرمافزار LS-DYNA دقت قابل قبولی داشتند
[1] Hanssen A.G., Lorenzi L., Berger K.K., Hopperstad, O.S., Langseth, M. A demonstrator bumper system based on aluminium foam filled crash boxes, International Journal of Crashworthiness, vol. 5, No. 4, 2000, pp. 381–392.
[2] Wang Z., Tian H., Lu Z., Zhou W., “High-Speed Axial Impact of Aluminum Honeycomb – Experiments and Simulations, Composites Part B: Engineering, vol. 56, 2014, pp. 1–8.
[3] Algalib D., Limam A., Experimental and Numerical Investigation of Static and Dynamic Axial Crushing of Circular Aluminum Tubes, Thin-Walled Structures, vol. 42, 2004, pp. 1103–1137.
[4] Seitzberger M., Rammerstorfer F.G., Degischer, H.P., Gradinger, R., Crushing of Axially Compressed Steel Tubes Filled with Aluminium Foam, Acta Mechanica, vol. 125, No. (1–4), 1997, pp. 93–105.
[5] Nariman-Zadeh N., Darvizeh A., Jamali A., Pareto Optimization of Energy Absorption of Square Aluminium Columns Using Multi-Objective Genetic Algorithms, Proc. IME BJ Engineering Manufacturing, vol. 220, Issue 2, 2006, pp. 213–224.
[6] Zarei H.R., Kroger M., Optimization of the Foam-Filled Aluminum Tubes for Crush Box Application, Thin-Walled Structures, vol. 46, No. 2, 2008, pp. 214–221.
[7] Zarei H.R., Kroger M., Crashworthiness Optimization of Empty and Filled Aluminum Crash Boxes, International Journal of Crashworthiness, vol. 12, No. 3, 2007, pp. 255–264.
[8] Zarei H.R., Ghamarian A., Experimental and Numerical Crashworthiness Investigation of Empty and Foam-Filled Thin-Walled Tubes with Shallow Spherical Caps, Experimental Mechanics, vol. 54, 2014, pp. 115–126.
[9] Ghamarian A., Zarei H.R., Abadi M.T., Experimental and Numerical Crashworthiness Investigation of Empty and Foam-Filled End-Capped Conical Tubes, Thin-Walled Structures, vol. 49, 2011, pp. 1312–1319.
[10] Gupta N.K., Velmurugan R., Axial Compression of Empty and Foam Filled Composite Conical Shells, Journal of Composite Material, vol. 33, No. 6, 1999, pp. 567–591.
[11] Fan Z., Lu G., Liu K., Quasi-Static Axial Compression of Thin-Walled Tubes with Different Cross-Sectional Shapes, Engineering Structures, vol. 55, 2013, pp. 80–89.
[12] Reddy T.Y., Wall R.J., Axial Compression of Foam-Filled Thin-Walled Circular Tubes, International Journal of Impact Engineering, Vol. 7, No. 2, 1988, pp. 151–166.
[13] Reid S.R., Reddy T.Y., Gray M.D., Static and Dynamic Axial Crushing of Foam-Filled Sheet Metal Tubes, International Journal of Mechanical Sciences, vol. 28, 1986, pp. 295–322.
[14] Gameiro C.P., Cirne J., Dynamic Axial Crushing of Short to Long Circular Aluminium Tubes with Agglomerate Cork Filler, International Journal of Mechanical Sciences, vol. 49, 2007, pp. 1029–1037.
[15] Yamashita M., Gotoh M., Sawairi Y., Axial Crush of Hollow Cylindrical Structures with Various Polygonal Cross-Sections Numerical Simulation and Experiment, Journal of Materials Processing Technology, vol. 140, 2003, pp. 59–64.
Top