Легкая стоимость

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 21101 (2022) Цитировать эту статью

1062 доступа

3 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В настоящей статье экспериментально исследуется влияние гибридизации волокон и последовательности наслоения на устойчивость к ударам и историю деформации полимерно-металлических тонкостенных труб. Трубы из алюминия (Al), армированные джутом (J)/стеклом (G), были покрыты эпоксидной смолой, обернутой ручным способом, а затем подвергались осевым квазистатическим сжимающим нагрузкам. Графики зависимости нагрузки от смещения и индикаторы разрушения, т. е. пиковая разрушающая нагрузка (\({\mathrm{F}}_{\mathrm{ip}}\)), средняя разрушающая нагрузка (\({\mathrm{F}}_{ \mathrm{m}}\)), полное поглощение энергии (\(\mathrm{U})\), удельное поглощение энергии \(\left(\mathrm{SEA}\right)\) и эффективность силы раздавливания \( \left(\mathrm{CFE}\right)\) были определены. Результаты экспериментов показали, что максимум \(\left(\mathrm{SEA}\right)\) был зафиксирован для трубы Al/2J/4G/2J со значением около 42,92 кДж/г, с увеличением на 20,56% в \ (\left(\mathrm{SEA}\right)\) по сравнению с чистыми алюминиевыми трубками. Образцы Al/2J/4G/2J демонстрируют максимум (\(\mathrm{U})\), \(\left(\mathrm{SEA}\right)\) и \(\left(\mathrm{CFE} \справа)\) и могут использоваться в качестве энергопоглощающих элементов в автомобилях.

В последнее время тонкостенные профили широко используются в качестве ударостойких компонентов в автомобильной и железнодорожной промышленности из-за их многочисленных преимуществ, включая высокую способность поглощать энергию, высокую жесткость, высокую прочность, высокую коррозионную стойкость, малый вес, низкую стоимость и простоту. изготовления1,2. «Удароустойчивость» можно определить как способность транспортного средства противостоять авариям с минимальными травмами или повреждением человеческих тел или товаров3,4. Тип материала является важным фактором, влияющим на производительность отказоустойчивых устройств5. Традиционные металлические материалы могут быть использованы благодаря контролируемой пластической деформации6. Напротив, полимерные композиты широко используются благодаря приличной удельной жесткости и/или прочности, а также выдающейся способности поглощать энергию. Композиты не проявляют пластической деформации из-за хрупкости. Композиционные материалы поглощают энергию за счет дробления и расслоения7,8.

Гибриды были адаптированы в качестве поглотителей энергии, поскольку они сочетают в себе пластическую деформацию металлических материалов и большую удельную жесткость и/или прочность композитов9,10. Многие ученые исследовали характеристики разрушения гибридных труб. Бэббидж и Маллик11 экспериментально исследовали характеристики осевого разрушения алюминиевых труб (\(\mathrm{Al}\)) со стекло-эпоксидной оберткой. Угол ориентации Е-стекла составлял ±45° или ±75° к оси трубы. Были адаптированы круглые и квадратные (\(\mathrm{Al}\)) трубы. Некоторые трубы были залиты эпоксидной пеной. Результаты показали, что по мере увеличения количества слоев E-стекла параметры ударостойкости будут улучшаться. Параметры разрушения круглых гибридных труб лучше, чем у квадратных. Угол ориентации ± 45° дает лучшие параметры разрушения, чем угол ориентации ± 75°. Калхор и Кейс12 обнаружили, что наложение слоев эпоксидной смолы, армированной стекловолокном S2, на квадратные цилиндры из нержавеющей стали (St) может изменить режим коллапса с расщепления с низкой общей поглощенной энергией (\(\mathrm{U})\) на симметричный или смешанный режим с высокой (\(\mathrm{U})\) и низкие колебания на этапе после аварии. Количество слоев стекла/эпоксидной смолы в гибридных цилиндрах оказывает большое влияние на (\(\mathrm{U})\). Был адаптирован новый спусковой механизм, который изменяет реакцию на отказ на режим симметричного разрушения и, как следствие, повышает эффективность силы разрушения \(\left(\mathrm{CFE}\right)\) предлагаемых гибридов.

Лю и др.13,14 исследовали поведение сотовых конструкций из армированного углеродным волокном пластика (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) при осевой нагрузке. Результаты показали, что максимальная сила дробления (\({\mathrm{F}}_{\mathrm{ip}}\)) и (\(\mathrm{U}\)) из (\(\mathrm{CFRP}\) ) заполненные конструкции улучшаются на 10% по сравнению с незаполненными. При уменьшении длины сотового деления \((\mathrm{Al})\) \((\mathrm{U})\) постепенно увеличивается, а \(\left(\mathrm{SEA}\right)\) уменьшается. В литературе изучалась ударопрочность гибридных материалов. Чжу и др.15 изучили индикаторы сбоя, включая \((\mathrm{U})\) и реакцию на отказ трёх (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\) ) конфигурации, подвергающиеся квазистатическим осевым нагрузкам. Для сравнения были протестированы пустые (\(\mathrm{Al}\)) и (\(\mathrm{CFRP}\)) цилиндры. Экспериментальные результаты показали, что Hi, т.е. (\(\mathrm{Al}\)) цилиндр с внутренним (\(\mathrm{CFRP}\)) цилиндром, дает наилучшие результаты. Hi был аналитически изучен с точки зрения стоимости и легкости. Сообщалось, что для того же \((\mathrm{U})\ Hi снижает стоимость на 32,1% по сравнению с (\(\mathrm{CFRP}\)) цилиндром и снижает вес на 33,6% по сравнению с (\ (\mathrm{Al}\)) цилиндр. Привет может быть адаптирован для поглощения энергии. Сан и др.16 исследовали характеристики квазистатического разрушения гибридных труб (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) изготовленных с помощью накальной намотки. Сообщалось, что угол намотки и толщина стенки образца оказывают важное влияние на механизм разрушения и параметры разрушения. Увеличение угла намотки уменьшает \(\left(\mathrm{SEA}\right)\), \((\mathrm{U})\), и \(({\mathrm{F}}_{\mathrm{ip }})\) из (\(\mathrm{CFRP}\)) и (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) гибридных труб. Увеличение толщины трубы (\(\mathrm{CFRP}\)) улучшает \(\left(\mathrm{SEA}\right)\), \((\mathrm{U})\) и \(({\mathrm {F}}_{\mathrm{ip}})\) из (\(\mathrm{CFRP}\)) и (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\) ) гибриды. При угле намотки 25° и 9 слоях из (\(\mathrm{CFRP}\)), \(\left(\mathrm{SEA}\right)\) из (\(\mathrm{CFRP}\)) и (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) были лучшими (48,74 и 79,05 Дж/г). Более того, \((\mathrm{U})\) гибридной трубы (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) превышает сумму ее компонентов.