軽量コスト

Apr 24, 2024

Scientific Reports volume 12、記事番号: 21101 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

本論文では、ポリマー/金属薄肉パイプの耐衝撃性挙動と変形履歴に対する繊維のハイブリダイゼーションと積層順序の影響を実験的に調査しています。 ラップされたアルミニウム (Al) パイプ上にジュート (J)/ガラス (G) で強化されたエポキシを手作業で湿式ラッピングして準備し、軸方向の準静的圧縮荷重をかけました。 荷重対変位のプロットと破砕指標、つまりピーク破砕荷重 (\({\mathrm{F}}_{\mathrm{ip}}\))、平均破砕荷重 (\({\mathrm{F}}_{ \mathrm{m}}\))、全エネルギー吸収 (\(\mathrm{U})\)、比エネルギー吸収 \(\left(\mathrm{SEA}\right)\)、および破砕力効率 \( \left(\mathrm{CFE}\right)\) が決定されました。 実験結果によると、Al/2J/4G/2J パイプでは最大 \(\left(\mathrm{SEA}\right)\) の値が約 42.92 kJ/g で記録され、\ では 20.56% の増強が見られました。 (\left(\mathrm{SEA}\right)\) 純正のAlパイプとの比較。 Al/2J/4G/2J 標本には最大値 (\(\mathrm{U})\)、\(\left(\mathrm{SEA}\right)\)、および \(\left(\mathrm{CFE}) が表示されます。 \右)\) 自動車のエネルギー吸収部材として使用できる可能性があります。

近年、薄肉セクションは、高いエネルギー吸収能力、高剛性、高強度、高耐食性、軽量、低コスト、容易性などの多くの利点により、車両および鉄道産業で衝突に耐えるコンポーネントとして広く使用されています。製造1、2。 「耐衝突性」は、人体や物品への傷害や損傷を最小限に抑えながら衝突に耐える車両の能力と定義できます3、4。 材料の種類は、耐衝突性のあるデバイスのパフォーマンスに影響を与える重要な要素です5。 塑性変形を制御できるため、従来の金属材料も使用できます6。 それとは対照的に、ポリマー複合材料は、優れた比剛性および/または強度、および優れたエネルギー吸収能力により広く利用されています。 複合材料は脆弱であるため、塑性変形を示しません。 複合材料は、粉砕と層間剥離によってエネルギーを吸収します7、8。

ハイブリッドは、金属材料の塑性変形と複合材料のより大きな比剛性および/または強度を組み合わせるため、エネルギー吸収体に採用されています9、10。 多くの学者がハイブリッドパイプの崩壊性能を調査しました。 Babbage と Mallick11 は、ガラス エポキシで被覆されたアルミニウム (\(\mathrm{Al}\)) パイプの軸方向の破砕性能を実験的に研究しました。 Eガラスの配向角はパイプ軸に対して±45°または±75°でした。 円形および角形 (\(\mathrm{Al}\)) パイプが採用されました。 一部のパイプにはエポキシフォームが充填されていました。 結果は、E ガラス層の数が増加すると衝突安全性パラメータが向上することを示しました。 丸いハイブリッド パイプの衝突パラメータは、四角いハイブリッド パイプよりも優れています。 ± 45° の配向角では、± 75° の場合よりも優れた衝突パラメータが得られます。 Kalhor と Case12 は、ステンレス鋼 (St) の角柱上に S2 ガラス強化エポキシ層を重ね合わせると、崩壊モードが低い総吸収エネルギー (\(\mathrm{U})\) による分割から、高い総吸収エネルギーによる対称モードまたは混合モードに変化する可能性があることを発見しました。 (\(\mathrm{U})\) と衝突後の段階での低振動。 ハイブリッド シリンダー内のガラス/エポキシ層の数は、(\(\mathrm{U})\) に大きな影響を与えます。 対称崩壊モードに対する破損応答を変更する新しいトリガー機構が採用され、その結果、提案されたハイブリッドの破砕力効率 \(\left(\mathrm{CFE}\right)\) が向上しました。

Liu ら 13,14 は、軸方向荷重下での炭素繊維強化プラスチック (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) ハニカム構造の衝突挙動を研究しました。 結果は、(\(\mathrm{CFRP}\) のピーク破砕力 (\({\mathrm{F}}_{\mathrm{ip}}\)) および (\(\mathrm{U}\)) であることを示しました。 ) 充填された構造は、充填されていない構造と比較して 10% 改善されます。 \((\mathrm{Al})\) のハニカム分割長が減少すると、\((\mathrm{U})\) は徐々に増加し、\(\left(\mathrm{SEA}\right)\) は減少します。 ハイブリッド材料の衝突安全性は文献で研究されています。 Zhu ら 15 は、\((\mathrm{U})\) を含むクラッシュ指標と 3 つの障害応答 (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\) を研究しました。 ) 準静的なアキシアル荷重を受ける構成。 比較のために、空の (\(\mathrm{Al}\)) シリンダーと (\(\mathrm{CFRP}\)) シリンダーがテストされました。 実験結果は、つまり、(\(\mathrm{Al}\)) シリンダーと内側 (\(\mathrm{CFRP}\)) シリンダーが最良の結果を達成することを示しました。 Hiはコストと軽量化の観点から解析的に検討されました。 同じ \((\mathrm{U})\) の場合、Hi は (\(\mathrm{CFRP}\)) シリンダーと比較してコストを 32.1% 削減し、重量は (\ と比較して 33.6% 削減することが報告されています) (\mathrm{Al}\)) シリンダー。 Hi はエネルギー吸収に適応できる可能性があります。 Sun ら 16 は、フィラメントワインディングによって製造された (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) ハイブリッド パイプの準静的破砕性能を研究しました。 巻き付け角度と試験片の壁厚が破壊メカニズムと破砕パラメータに重要な影響を与えることが報告されています。 巻き角を増やすと、\(\left(\mathrm{SEA}\right)\)、\((\mathrm{U})\)、\(({\mathrm{F}}_{\mathrm{ip) が減少します}})\) (\(\mathrm{CFRP}\)) および (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) ハイブリッド パイプ。 (\(\mathrm{CFRP}\)) パイプの厚さを増やすと、\(\left(\mathrm{SEA}\right)\)、\((\mathrm{U})\)、\(({\mathrm {F}}_{\mathrm{ip}})\) of (\(\mathrm{CFRP}\)) および (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\) ）ハイブリッド。 巻き角度 25°、(\(\mathrm{CFRP}\))、\(\left(\mathrm{SEA}\right)\)、(\(\mathrm{CFRP}\)) の 9 層の場合(\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) パイプが最高でした (48.74 および 79.05 J/g)。 さらに、(\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) ハイブリッド パイプの \((\mathrm{U})\) は、そのコンポーネントの合計を超えています。