Method Article

Corrugated Tapered Tubes의 준정적 압축 시뮬레이션을 위한 유한 요소 모델링

DOI:

10.3791/64708

⸱

January 6th, 2023

 ,  ,  ,  , 
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

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

이 프로토콜은 유한 요소 시뮬레이션을 사용하여 주름진 테이퍼 튜브의 준정적 압축 성능에 대한 연구를 설명합니다. 압축 성능에 대한 두께 구배의 영향을 조사했습니다. 결과는 적절한 두께 구배 설계가 변형 모드를 변경하고 튜브의 에너지 흡수 성능을 크게 향상시킬 수 있음을 보여줍니다.

Abstract

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이 연구에서는 유한 요소 시뮬레이션을 사용하여 테이퍼 튜브의 준정적 압축 성능을 조사했습니다. 이전 연구에서는 두께 구배가 초기 피크 힘을 감소시킬 수 있고 측면 주름이 에너지 흡수 성능을 높일 수 있음을 보여주었습니다. 따라서 두께가 다양한 두 종류의 측면 골판지 테이퍼 튜브를 설계하고 변형 패턴, 하중 변위 곡선 및 에너지 흡수 성능을 분석했습니다. 그 결과, 두께 변동 계수(k)가 0.9, 1.2, 1.5일 때 단일 골판지 테이퍼 튜브(ST)의 변형 모드가 횡축 팽창 및 수축에서 축 방향 점진적 접힘으로 변경되는 것으로 나타났습니다. 또한 두께 구배 설계로 ST의 에너지 흡수 성능을 향상시켰습니다. k = 1.5인 모델의 에너지 흡수(EA) 및 특정 에너지 흡수(SEA)는 k = 0인 ST 모델에 비해 각각 53.6% 및 52.4% 증가했습니다. 이중 골판지 테이퍼 튜브(DT)의 EA와 SEA는 원뿔형 튜브에 비해 각각 373%와 95.7% 증가했습니다. k 값의 증가는 튜브의 최대 파쇄력의 현저한 감소와 파쇄력 효율의 증가를 초래했습니다.

Introduction

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충돌 내구성은 경량 자동차의 필수 문제이며, 충돌 내구성을 향상시키기 위해 얇은 벽 구조가 널리 사용됩니다. 원형 튜브와 같은 일반적인 얇은 벽 구조는 에너지 흡수 용량이 우수하지만 일반적으로 파쇄 과정에서 피크 힘과 하중 변동이 큽니다. 이 문제는 축 방향 주름 1,2,3을 도입하여 해결할 수 있습니다. 주름이 있으면 튜브가 미리 설계된 주름 패턴에 따라 소성 변형 및 접을 수 있으며, 이는 피크 힘과 하중 변동을 줄일 수 있습니다 4,5. 그러나 이러한 안정적이고 제어된 변형 패턴에는 에너지 흡수 성능이 저하된다는 단점이 있습니다. 축 방향 주름진 튜브의 에너지 흡수를 개선하기 위해 연구자들은 파장 6,7 및 진폭8의 기능적 구배 설계를 사용하고, 충전 폼 9,10

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Protocol

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1. CAD 소프트웨어에서 표면 생성

  1. CAD 소프트웨어(재료 표 참조)를 열고 파일, 새로 만들기를 차례로 클릭한 다음 Part를 선택합니다.
  2. Part1에서 Top을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 Show를 선택합니다.
  3. 새 평면 만들기: Ctrl 키를 누르고 마우스 왼쪽 버튼을 클릭하여 맨 위 평면을 선택하고 위로 드래그합니다. 간격띄우기 거리로 30mm를 입력하고 평면의 이름을 "Bottom"으로 바꿉니다.
  4. "맨 위" 평면에 스케치를 만듭니다.
    1. Top을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 Sketch를 선택하여 Sketch 1을 만듭니다. 스케치의 ....

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Results

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총 에너지 흡수(EA), 특정 에너지 흡수(SEA), 최대 파쇄력(PCF), 평균 파쇄력(MCF) 및 파쇄력 효율(CFE)42를 포함하여 구조물의 충돌 내구성을 결정하기 위해 일반적으로 사용되는 몇 가지 지표가 사용됩니다.

총 에너지 흡수(EA)43 는 다음과 같이 표현될 수 있습니다.

figure-results-1(1)

여기서 l 은 파쇄 거리이고 F(x) 는 파쇄력입니다. 본 연구에서 조사된 각 구조물의 에너지 흡수 성능을 비교하기 위해 파쇄 거리를 20mm로 설정하였다.

SEA

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Discussion

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테이퍼 튜브의 준정적 압축 성능은 유한 요소 해석에 의해 연구되었습니다. 다양한 두께를 가진 두 가지 새로운 유형의 주름진 테이퍼 튜브를 설계하고 준 정적 압축 성능을 조사했습니다. 준정적 압축 시뮬레이션에서는 몇 가지 중요한 단계와 설정을 확인해야 합니다.

재료 매개변수는 유한 요소 계산을 위한 기본 요구 사항입니다(프로토콜의 2.2.1단계). 이 연구에서 재료 매개변수는 문헌41에서 얻었습니다. 316L 스테인리스강에 대한 표준 인장 시험을 실시하고 재료의 공칭 응력-변형률 곡선을 얻었습니다. 그런 다음, 방정식 5와 방정식 6을 사용하여 공칭 응력-변형률 곡선을 실제 응력-변형률 곡선(그림 2)으로 변환했습니다. 마지막으로, Young의 계수, 항복 응력 및 소성 변형률과 같은 매개변수는 실제 응력-변형률 곡선에서 얻어졌습니다.

.......

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Disclosures

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

저자는 공개할 내용이 없습니다.

Acknowledgements

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

제1저자는 중국국가자연과학재단(National Natural Science Foundation of China, 52078152번과 제12002095번), 광저우 과학기술계획(Guangzhou Science and Technology Plan) 일반프로그램(제202102021113호), 광저우 정부-대학연합기금(Guangzhou Government-University Union Fund, 제202201020532호), 광저우시 과학기술사업(Guangzhou Municipal Science and Technology Project, 제202102020606호)의 지원금에 감사를 표한다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
ABAQUS다쏘 SIMULIA유한 요소 소프트웨어
CTBotong 3D 프린팅실험
SOLIDWORKS다쏘시스템CAD 소프트웨어
만능 시험기SUNSUTM5205, 200kN
용 원뿔형 튜브, ,

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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Finite Element ModelingQuasi Static CompressionCorrugated Tapered TubesEnergy AbsorptionThickness GradientDeformation ModeLoad Displacement CurveCrushing Force EfficiencySpecific Energy AbsorptionProgressive Folding

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