Method Article

コルゲートテーパーチューブの準静的圧縮のシミュレーションのための有限要素モデリング

DOI:

10.3791/64708

⸱

January 6th, 2023

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1School of Civil Engineering, Guangzhou University, 2Guangdong Provincial Key Laboratory of Earthquake Engineering and Applied Technology, Guangzhou University, 3Department of Mechanics and Aerospace Engineering, Southern University of Science and Technology, 4School of Physics and Materials Science, Guangzhou University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

このプロトコルは、有限要素シミュレーションを使用したコルゲートテーパーチューブの準静的圧縮性能の研究を説明しています。厚さ勾配が圧縮性能に及ぼす影響を調査しました。結果は、適切な厚さ勾配設計により、変形モードを変更し、チューブのエネルギー吸収性能を大幅に改善できることを示しています。

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本研究では、テーパー管の準静的圧縮性能を有限要素法シミュレーションを用いて検討した。これまでの研究では、厚さ勾配によって初期ピーク力が減少し、横方向の波形によってエネルギー吸収性能が向上することが示されています。そこで、2種類の横型コルゲートテーパーチューブを太さの異なる2種類を設計し、その変形パターン、荷重変位曲線、エネルギー吸収性能を解析した。その結果、厚さ変動係数(k)が0.9、1.2、1.5の場合、1本のコルゲートテーパーチューブ(ST)の変形モードは横方向の伸縮から軸方向の順方向折り畳みに変化することがわかった。さらに、厚さ勾配設計により、STのエネルギー吸収性能が向上しました。k = 1.5のモデルのエネルギー吸収(EA)と比エネルギー吸収(SEA)は、k = 0のSTモデルと比較して、それぞれ53.6%と52.4%増加しました。ダブルコルゲートテーパーチューブ(DT)のEAとSEAは、コニカルチューブと比較してそれぞれ373%と95.7%増加しました。k値の増加により、チューブのピーク破砕力が大幅に減少し、破砕力効率が増加しました。

Introduction

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軽量自動車にとって衝突安全性は必須の課題であり、耐衝撃性を向上させるためには薄肉構造が広く用いられています。丸いチューブなどの一般的な薄肉構造は、優れたエネルギー吸収能力を持っていますが、通常、破砕プロセス中のピーク力と負荷変動が大きくなります。この問題は、軸方向の波形1,2,3を導入することで解決できます。波形の存在により、チューブは事前に設計された波形パターンに従って塑性変形および折り畳みが可能になり、ピーク力と負荷変動4,5を減らすことができます。しかし、この安定して制御された変形パターンには、エネルギー吸収性能が低下するという欠点があります。軸方向コルゲートチューブのエネルギー吸収を改善するために、研究者は、波長6,7および振幅8の機能的勾配設計の使用、充填フォーム9,10の使用、マルチチャンバーおよびマルチウォール構造

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Protocol

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1. CADソフトウェアでサーフェスを作成する

  1. CADソフトウェアを開き(「材料の表」を参照)、「ファイル」を左クリックし、「新規」を左クリックして、「パーツ」を選択します。
  2. Part1 で、Top を右クリックし、Show を選択します。
  3. 新しい平面を作成する: Ctrl キーを押しながら左クリックし、 上 面を選択して上にドラッグします。 [オフセット距離]に 30 mm と入力し、平面の名前を「下」に変更します。
  4. 「上面」の平面上にスケッチを作成します。
    1. 「Top」を右クリックし、「Sketch」を選択して「Sketch 1」を作成します。スケッチのスプラインで方程式駆動曲....

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Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

構造物の耐衝撃性を決定するために、総エネルギー吸収(EA)、比エネルギー吸収(SEA)、ピーク破砕力(PCF)、平均破砕力(MCF)、破砕力効率(CFE)42など、一般的に使用されるいくつかの指標が使用されます。

全エネルギー吸収(EA)43 は、次のように表すことができます。

figure-results-1(1)

ここで、 l は破砕距離、 F(x) は破砕力です。本研究で検討した各構造物のエネルギー吸収性能を比較するため、破砕距離を20mmとした。

SEA16 は、構造の単位質量当たりに吸収さ.......

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Discussion

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テーパー管の準静的圧縮性能を有限要素解析により検討した。2種類の新しいタイプのコルゲートテーパーチューブを厚み可変で設計し、その準静的圧縮性能を検討した。準静的圧縮シミュレーションでは、いくつかの重要な手順と設定を確認する必要があります。

材料パラメータは、有限要素計算(プロトコルのステップ2.2.1)の基本要件です。この研究では、材料パラメータは文献41から求められました。316 Lステンレス鋼の標準引張試験を実施し、材料の公称応力-ひずみ曲線を取得しました。次に、式5と式6を使用して、公称応力-ひずみ曲線を真の応力-ひずみ曲線(図2)に変換しました。最後に、ヤング率、降伏応力、塑性ひずみなどのパラメータを真応力-ひずみ曲線から取得しました。

figure-discussion-1(.......

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

著者は何も開示していません。

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

筆頭著者は、中国国家自然科学基金会(第52078152号、第12002095号)、広州科学技術計画一般プログラム(第202102021113号)、広州政府大学連合基金(第202201020532号)、広州市科学技術プロジェクト(助成金第202102020606号)からの助成金に感謝します。

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
ABAQUSDassault SIMULIA有限要素解析ソフト
CTBotong 3Dプリンティング実験
SOLIDWORKSDassault SystemesCADソフトウェア
万能試験機SUNSUTM5205, 200kN
用円錐管

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Wu, S., Li, G., Sun, G., Wu, X., Li, Q. Crashworthiness analysis and optimization of sinusoidal corrugation tube. Thin-Walled Structures. 105, 121-134 (2016).
  2. Hao, W., Xie, J., Wang, F., Liu, Z., Wang, Z. Ana....

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