جلسه پژوهشی سمینار 2 دکتری (آقای کمالی)
موضوع: بررسی تجربی و مقایسه جذب انرژی در لوله‌های فلزی جدارنازک پرشده با ساختار آگزتیک، ساخته شده بهروش ساخت افزودنی
ارائه دهنده: محمد کمالی
استادان راهنما: دکتر محسن بدرسمای، دکتر محمود کدخدایی الیادرانی
استادان داور: دکتر امیرحسین بهروش، دکتر محمدرضا فروزان، دکتر احسان فروزمهر
چکيده
در دهه‌های اخیر، استفاده از لوله‌های جدارنازک به‌عنوان جاذب انرژی به دلایلی از جمله فضای مورد نیاز کم، نسبت جذب انرژی به وزن بالا و دسترسی راحت و ارزان در کاربردهای متفاوتی ازجمله در صنایع فضایی، تجهیزات ایمنی جاده‌ها و پل‌ها، تجهیزات ایمنی زیر آسانسورها، راکتورهای هسته‌ای، صنایع نظامی و سازه‌های دریایی، ساحلی و فراساحلی مورد توجه قرار گرفته است. با هدف بهبود خواص له‌شوندگی و جذب انرژی بیشتر این لوله‌ها، پژوهش‌هایی به پرکردن این سازه با مواد سلولی مختلف پرداخته‌اند. پرکردن لوله‌های جدار نازک با ساختارهای مشبک، موضوع مورد توجه و جدیدی است که در چند سال اخیر، مورد بررسی پژوهشگران مختلف قرار گرفته است. تمامی پژوهش‌های انجام شده به این نکته اشاره دارند که خواص له‌شوندگی لوله‌ی پرشده با ساختار مشبک، از خواص لوله توخالی، ساختار مشبک هسته، جمع خواص این دو جزء و نیز از خواص لوله‌های پرشده با فوم بالاتر است. اما هیچ یک از مطالعات اشاره‌ای به دلیل انتخاب ساختار مورد استفاده نداشته است. علاوه‌براین، تقریبا هیچ مطالعه مدونی از تاثیر ضریب پواسون منفی ساختارهای آگزتیک بر کنترل مدل تغییر شکل لوله‌ی جدارنازک با هدف بهبود خواص له‌شوندگی استفاده نکرده است. براین اساس، پژوهش حاضر با هدف تولید لوله استوانه‌ای جدارنازک پرشده با ساختار آگزتیک به روش ساخت افزودنی پلیمری تعریف شد. نوآوری مشخص این پژوهش، بررسی تاثیر پرکردن لوله جدارنازک با استفاده از ساختار آگزتیک بر کنترل تاخوردگی لوله جدارنازک و خواص له شوندگی آن بود. علاوه‌برآن، مدل ساختار پیشنهاد شده این پژوهش نیز در پژوهش‌های پیشین مرور شده مورد استفاده قرار نگرفته بود. این ساختار، بر اساس هندسه دوبعدی و مدل توسعه آن در بعد سوم به‌منظور استفاده در دستگاه مختصات استوانه‌ای، در چهار شکل تیغه‌ای، تیغه‌ای اصلاح شده، دورانی و دورانی اصلاح شده طراحی شد. نتایج حاصل شده از این پژوهش نشان داد که دو ماده اولیه پلی‌آمید تقویت شده با فیبر کربن و رزین شبه نایلون، مواد مناسبی برای تولید این محصولات بودند. از میان ساختارهای طراحی شده، ساختار تیغه‌ای تولید شده در مقیاس 5/0، ساختاری تقریبا ناکارآمد ارزیابی شد. ساختار تیغه‌ای اصلاح شده از دیدگاه خواص له‌شوندگی مرتبط با نیرو، ساختار پیشتاز در اغلب موارد تلقی شد. ساختارهای دورانی نیز از دیدگاه میزان انرژی جذب شده توانمندتر از سایرین بودند. اختلاف میان ساختارهای دورانی چندان چشمگیر گزارش نشد. بررسی‌ها نشان داد که متغیرهای سلول واحد نه تنها بر خواص له‌شوندگی که حتی بر مدل فروپاشی نیز اثرگذارند. به‌عنوان مثال، ساختارهای دورانی که دچار کمانش کلی شده بودند، با افزایش ابعاد سلول واحد، کاهش پهنای قطاع‌های سلولی یا کاهش تعداد سلول در راستای شعاع به فروپاشی تدریجی تغییر رفتار دادند. نتایج نشان داد که ماده سازنده بر خواص و رفتار محصول اثرگذار بوده است؛ اما بر روند مقایسه‌ای نتایج تقریبا تاثیری نگذاشته است. همچنین، ماده سازنده بر رفتار محصول در مقابل افزایش نرخ کرنش بسیار اثرگذار بود. نتایج نشان داد که تمامی متغیرهای ساختار بررسی شده بر رفتار محصول نهایی اثرگذارهستند؛ اما شدت تاثیر ضخامت دیواره لوله بیشتر از سایر متغیرها ارزیابی شد. همچنین، نتایج نشان داد که کاهش تعداد اتصال بین هسته و دیواره می‌تواند جایگزین مناسبی برای کاهش تعداد سلول در راستای ارتفاع ضمن حفظ خواص له‌شوندگی در مقادیر بالاتر باشد؛ به‌شرط آن‌که از کمانش کلی محصول جلوگیری شود.
کلمات کليدی: جاذب انرژی، لوله جدارنازک، ساختار مشبک آگزتیک، FDM، MSLA