تحلیل رفتار مچالگی محوری تیوب پرشده با فوم فلزی سلول بسته با رویکرد ورونویی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید رجایی، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

3 دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

4 دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه تهران شمال، تهران، ایران

چکیده

مواد متخلخل به ویژه فوم‌های فلزی از جمله مواد نوین با کاربرد جذب انرژی و نسبت استحکام به وزن بالا اند. در مقاله حاضر رفتار شبه استاتیکی فشار محوری نمونه‌های فوم آلومینیومی تابعی سلول بسته و تیوب‌های پرشده از فوم به صورت عددی و تجربی مورد تحلیل قرار می‌گیرد. برای ایجاد مدل عددی نمونه‌های تابعی، لایه‌های مختلف مکعبی فوم آلومینیومی با چگالی‌ها و تنش‌های تسلیم متفاوت روی یکدیگر جانمایی شده است. انواع نمونه‌ها عبارتند از تابعی دو و سه لایه و نیز فوم غیر تابعی تک لایه به صورت درون تیوب و بدون آن. برای صحه‌گذاری و کالیبراسیون مدل عددی و نیز تخمین خواص غیرخطی و سخت شوندگی فوم از تست‌های استاندارد فشار محوری با نمونه‌های مکعبی استفاده شده است. به منظور ارتقای استحکام و جذب انرژی از یک طرف و قابلیت ساخت سفارشی سازه از طرف دیگر، نمونه‌های فوم آلپوراس داخل تیوب‌های آلومینیومی با مقطع مربعی جانمایی شده‌اند. در مدلسازی هندسی ریزساختار تصادفی فوم فلزی از دیاگرام ورونویی سه‌بعدی استفاده شده است. به علاوه در مدلسازی هندسی، سلول واحدی مبتنی بر سلول کلوین ارائه گردیده است. برای افزایش کارایی حل و ایجاد سهولت در مدلسازی و اصلاح آن، رویکرد ترکیبی اجزای محدود و دیاگرام ورونویی به کمک قابلیت ماکرونویسی پایتون، در نرم‌افزار آباکوس 2017 پیاده‌سازی شده است. نهایتاً با کالیبراسیون مدل عددی، تطابق مناسبی میان نتایج تحلیل عددی و تست‌های تجربی مشاهده شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Metallic closed-cell FFT uniaxial crushing behavior analysis using Voronoi approach

نویسندگان [English]

  • Youssef Taraz Jamshidi 1
  • Ali Pourkamali Anaraki 1
  • Mojtaba Sadighi 2
  • Javad Kadkhodapour 1
  • Seyed Mohammad Hossein Mirbagheri 3
  • Behnaz Akhavan 4
1 Mechanical Engineering Department, SRTTU, Tehran, Iran
2 Mechanical Engineering Department, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
3 Department of Mining & Metallurgical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
4 Industrial Engineering Department, Tehran North Branch, Islamic Azad Universitty, Tehran, Iran
چکیده [English]

Porous materials especially metallic foams are novel materials with high energy absorption and strength to weight ratio capability. In the present paper we investigate quasi-static uniaxial compression and crushing behavior of closed-cell graded aluminum foams and foam-filled tubes, both numerically and experimentally. To model the mentioned specimens, we place cubes with several densities and strengths to generate functionally graded specimens. Specimens are considered as to be graded with two and three layers and non-graded single layer, with and without tubes. Various standard uniaxial compression experiences are conducted for numerical model calibration and validation and also for non-linear mechanical properties and hardening characterization. To enhance strength and energy absorption capability and also tailoring purpose, we layout the cubic foams in tubes with square profile. The 3D Voronoi diagrams approach is manipulated to model stochastic foam microstructure. Also Novel unit cell is proposed based upon Kelvin cell. We implement the hybrid finite element analysis and Voronoi diagram using Python script and Abaqus 2017 commercial FEM-based code for more convenient modeling and efficient analysis. Finally, and after numerical model calibrations, numerical and experimental results showed good agreement.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Foam-Filled tube (FFT)
  • Alporas closed-cell foam
  • Voronoi Diagram
  • Micro-structure
  • FEM