جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای دانیال رحیمی)

موضوع:  بررسی حل عددی و آزمایشگاهی آگزتیک با ساختار درون‌رو ترکیبی تحت بارگذاری استاتیکی 

ارائه دهنده: دانیال رحیمی

استادان راهنما: دکتر علیرضا شهیدی

استادان مشاور: -

استادان داور: دکتر مهدی جوانبخت، دکتر حسین جعفرزاده

چکیده:

چکيده

ساختار های آگزتیک گونه­ای از فرامواد با ضریب پواسون منفی و هندسه های خاص است. نسبت پواسون منفی این دسته از ساختار ها  دلیل ایجاد ویژگی و خواص مکانیکی مانند وزن پایین، مقاومت برشی زیاد و جذب انرژی بالا که در پژوهش حاضر مورد مطالعه قرار می­گیرد. در این پایان‌نامه، رفتار مکانیکی و ظرفیت جذب انرژی سازه‌های آگزتیک مبتنی بر یک سلول واحد ترکیبی در مقایسه با لانه زنبوری و درون­رو که با فیلامنت TPU چاپ سه‌بعدی شده و با فوم پلی‎اورتان پر شده‌، تحت بارگذاری شبه‌استاتیک با استفاده از آزمایش‌های فشاری و شبیه‌سازی اجزاء محدود بررسی و مقایسه شده است. هدف اصلی بررسی نقش هندسه آگزتیک و اثر پر شدن هسته با فوم در افزایش سفتی، استحکام فشاری و جذب انرژی ویژه و ارائه راهکارهای طراحی برای کاربردهای جاذب انرژی و سازه‌های سبک‌وزن بود. روش کار شامل طراحی هندسی سلول‌ها، ساخت نمونه‌های آزمایشگاهی با چاپ  FDM، تهیه و تزریق فوم پلی‌اورتان در داخل سلول‌ها، آزمایش فشاری شبه‌استاتیک (جابجایی تا 30 میلی‌متر با سرعت 0/167 میلی­متر بر ثانیه) و مدل‌سازی سه‌بعدی با تحلیل حساسیت مش و اعتبارسنجی انرژی بود. یافته‌های عددی و تجربی نشان می‌دهد که پر کردن هسته با فوم تاثیر قابل‌توجهی بر خواص سازه دارد. 

استحکام فشاری برای نمونه ترکیبی پرشده با فوم برابر با 2/327 مگاپاسکال گزارش شد؛ در حالیکه نمونه ترکیبی بدون فوم 1/521 مگاپاسکال، ساختار درون­رو  0/198 مگاپاسکال و ساختار لانه‌زنبوری 0/089 مگاپاسکال بود. یعنی نمونه پرشده با فوم تقریباً 2 تا 25 برابر نمونه‌های دیگر مقاومت فشاری بالاتری نشان داد. در بحث سفتی، نمونه ترکیبی پرشده تحت بار 300 نیوتن و جابجایی 2 میلی‌متر، نسبت به ساختار لانه‌زنبوری و درون­رو به‌ترتیب 13 و 11 برابر سفتی بیشتری نشان داد و نسبت به نمونه ترکیبی بدون فوم 4 برابر سفتی بالاتری داشت این افزایش سفتی نشان‌دهنده نقش بارز فوم در توزیع تنش و جلوگیری از کمانش موضعی دیواره‌ها است. یکی از مهم‌ترین نتایج، افزایش محسوس جذب انرژی در حالت پرشده بود. جذب انرژی سازه ترکیبی همراه با فوم به‌طور میانگین 57% بیشتر از حالت بدون فوم گزارش شد که هم در نتایج عددی و هم در آزمایش‌‌ها تکرارپذیری مناسبی داشت. این افزایش نشان می‌دهد که ترکیب هندسه آگزتیک با فوم پلی‌اورتان می‌تواند کارایی جذب انرژی را به‌طور چشمگیری بالا ببرد و به‌عنوان راهبردی موثر در طراحی جاذب‌ها مطرح شود.

در بخش عددی، برای اعتبارسنجی شبه‌استاتیک بودن حل، نسبت انرژی جنبشی به انرژی درونی زیر آستانه‌های مرسوم (کمتر از 5-10%) قرار داشت و روند انرژی جنبشی نیز نوسانات شدید نشان نداد؛ این امر نشان‌دهنده کفایت تنظیمات تحلیل و قابلیت اعتماد نتایج شبه‌استاتیک در آباکوس است. همچنین تحلیل حساسیت مش نشان داد که استفاده از اندازه مش‌های 0/8 و 1 میلی‌متر نتایج جذب انرژی تقریباً یکسان تولید می‌کند؛ بنابراین مش انتخابی 1میلی­متر در محدوده گفته‌شده برای کاهش زمان محاسبه به‌کار گرفته شد. نتایج پژوهش حاضر همچنین در راستای مطالعات پیشین قرار دارد: پژوهش‌های مروری نشان می‌دهند پر کردن هسته با فوم می‌تواند جذب انرژی ویژه را تا حدود 24–50% افزایش دهد و یافته‌های این پایان‌نامه سازگاری کیفی و کمی با این روند کلی نشان می‌دهد و نشان می‌دهد که انتخاب هوشمند توزیع فوم و هندسه سلول می‌تواند بهینه‌سازی قابل‌توجهی ایجاد کند.

در پایان، دستاوردهای کلیدی این تحقیق عبارتند از: (1) اثبات موثر بودن پر کردن هسته آگزتیک با فوم پلی‌اورتان برای افزایش همزمان سفتی، استحکام و جذب انرژی، (2) ارائه روندی برای اعتبارسنجی عددی شبه‌استاتیک و تعیین محدوده مناسب اندازه مش، و (3) شناسایی پارامترهای طراحی (هندسه سلولی و استفاده فوم) که می‌توانند در کاربردهای صنعتی سبک‌وزن و سیستم‌های محافظتی سودمند باشند. نتایج این پایان‌نامه پیشنهاد می‌کند که ساختار آگزتیک ترکیبی پرشده با فوم گزینه‌ای عملی و قابل‌اعتماد برای طراحی جاذب‌های انرژی در صنایع هوافضا، خودروسازی و تجهیزات حفاظتی هستند و مسیر روشنی برای تحقیقات بعدی از جمله بهینه‌سازی توزیع فوم، تست‌های ضربه‌ای دینامیک و مطالعه رفتار در نرخ‌های بارگذاری بالا پیش‌روی پژوهشگران می‌گذارد.

کلمات کلیدی: فرامواد آگزتیک، پواسون منفی، فوم پلی‌اورتان، جذب انرژی، تحلیل اجزا محدود، آزمایش فشار شبه‌استاتیک.