جلسه دفاع رساله دکترای مهندسی مکانیک- طراحی کاربردی (آقای مهرداد کلوشانی)
چکيده
استفاده از سازه‌های جدارنازک فلزی از جمله روش‌های متعارف برای جذب انرژی حاصل از ضربه و نیروی فشاری به ويژه در وسایل نقلیه زمینی، دریایی و هوایی است. به همین دلیل تا به امروز مطالعات گسترده و متنوعی در رابطه با این دسته از جاذب‌های انرژی انجام شده است. در این تحقیقات، به طورگسترده هندسه‌های مختلفی برای بهبود عملکرد سازه‌های جدارنازک پیشنهاد شده‌اند و تحت آزمون‌های تجربی فشار تک محوره و ضربه و بررسی‌های تحلیلی و عددی قرار گرفته‌اند. از جمله جاذب‌های جدارنازک، لوله‌های چیندار طولی هستند. از مهم‌ترین ویژگی‌های لوله جدارنازک چیندار که مورد توجه طراحان ضربه‌گیرها قرار گرفته است، قابل پیش‌بینی و کنترل‌پذیر بودن منحنی نیرو- جابجایی این لوله‌ها در بارگذاری‌های فشاری محوری است. در این سازه‌ها رفتار نیرویی به حالت یکنواخت و نسبتا ثابت نزدیک است و دارای پیک نیرویی نیست. از نقاط ضعف لوله‌های چیندار که در مقالات و کتاب‌های مختلفی به آن اشاره شده است، کاهش کل انرژی جذب شده و انرژی جذب شده بر واحد جرم ضربه‌گیر نسبت به لوله ساده مستقیم است.
هدف از این پژوهش بهبود عملکرد لوله چیندار طولی با کاهش نیروی بیشینه و افزایش همزمان انرژی جذب شده بر واحد جرم نسبت به لوله ساده و تعیین مشخصات هندسی لوله چیندار بهینه است. پس از بررسی تعدادی از لوله‌های بدون درز، لوله آلومینومی Al 6063-T5 جهت نمونه‌سازی و آزمون‌های تجربی انتخاب شد. با استخراج خواص مکانیکی Al 6063-T5 توسط آزمون کشش ساده، نتایج یک آزمون فشاری محوری، یک آزمون فشاری جانبی روی لوله‌های ساده و دو آزمون فشاری محوری روی دو لوله چیندار، با نتایج عددی این تحقیق جهت اعتبارسنجی مقایسه و تایید شد. سپس مطالعه روی لوله ساده مستقیم انجام شد و حالت بهینه برای لوله ساده با قطر و ضخامت‌های مختلف بدست آمد. در ادامه با انتخاب مقادیر مختلف پارامترهای هندسی لوله چیندار شامل دامنه و تعداد چین به عنوان متغیرهای طراحی، امکان‌سنجی بهینهسازی شکل لوله چیندار طولی با ضخامت، قطر و طول معین بررسی شد. مشخص شد در دامنه‌های کوچک و تعداد چین‌های بیشتر از چین‌خوردگی لوله ساده تحت آزمون تجربی، هندسه‌هایی از لوله‌های چیندار با عملکرد بهبود یافته نسبت به لوله ساده وجود دارند. با استفاده از یک الگوریتم بهینهسازی چندهدفه و ایجاد ارتباط بین الگوریتم بهینهسازی و نرم‌افزار تحلیلی آباکوس، هندسه‌هایی بدست آمد که در آنها علاوه بر حذف پیک نیرویی لوله چیندار نسبت به لوله ساده، انرژی جذب شده بر واحد وزن آنها نیز افزایش پیدا کرده بود. لوله چیندار بهینه با نتایج بیش از 450 جاذب انرژی جدار نازک به صورت کیفی مقایسه شد و عملکردِ مناسبِ نتیجه‌ی بهینه‌ی حاصل از این پژوهش نمایش داده شد. در آخر با استفاده از روش بهینهسازی این پژوهش، اثر تعداد چین و دامنه لوله‌های چیندار بهینه در قطرها و ضخامت‌های مختلف بررسی شد و ارتباطی ساده بین پارامترهای هندسی لوله چیندار بهینه با ابعاد کلی آن با عنوان ضرایب طلایی بدست آمد. با استفاده از این ضرایب مقادیر دامنه و تعداد چین لوله چیندار طولی به گونه‌ای تعیین می‌شوند که به طور همزمان جذب انرژی بالاتر و نیروی بیشینه کمتری نسبت به لوله ساده دارند. صحت‌سنجی عملکرد ضرایب طلایی به وسیله چهار حل عددی و یک تست تجربی انجام گرفت.
کلمات کلیدی: جاذب انرژی جدارنازک، لوله ساده، لوله چیندار طولی، انرژی جذب شده، بیشینه نیرویی، بهینهسازی شکل، پارامترهای هندسی لوله چیندار، ضرایب طلایی لوله چیندار