अवलोकन

इस परियोजना में, हम अक्षीय संपीड़न के तहत पतली दीवार वाले एल्यूमीनियम ऊर्जा अवशोषक के टूटने के व्यवहार का मॉडल तैयार करते हैं और उसका विश्लेषण करते हैं। इसका उद्देश्य इसकी विरूपण प्रतिक्रिया और ऊर्जा अवशोषण क्षमता का मूल्यांकन करना है, जो दुर्घटना-योग्यता डिजाइन में महत्वपूर्ण कारक हैं।.

ऊर्जा अवशोषक, जिन्हें क्रैश बॉक्स भी कहा जाता है, वाहनों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। दुर्घटना के दौरान, ये अधिकांश प्रभाव ऊर्जा को अवशोषित करते हैं, चेसिस को क्षति से बचाते हैं और सबसे महत्वपूर्ण बात, यात्रियों की सुरक्षा सुनिश्चित करते हैं। नीचे दिए गए चित्र में, हम वाहन चेसिस में क्रैश बॉक्स का एक उदाहरण देख सकते हैं।.

Abaqus में मॉडलिंग

पुर्जे और संयोजन

हम ऊर्जा अवशोषक को 80 × 80 मिमी वर्गाकार अनुप्रस्थ काट और 400 मिमी ऊंचाई वाले पतली दीवार वाले बॉक्स के रूप में मॉडल करते हैं। हम शेल एक्सट्रूज़न का उपयोग करके संरचना को शेल पार्ट के रूप में दर्शाते हैं।.

दो अलग-अलग कठोर समतल खोल, जिनमें से प्रत्येक का माप 160 × 160 मिमी है, कठोर प्लेटों का प्रतिनिधित्व करते हैं। सिमुलेशन बॉक्स को इन प्लेटों के बीच रखता है और ऊपरी प्लेट को नीचे की ओर संरचना पर खिसकाकर कुचलने का बल लगाता है।.

नोट: Abaqus में , कठोर भागों के लिए प्रतिक्रिया बलों की गणना हेतु एक संदर्भ बिंदु की आवश्यकता होती है। यह संदर्भ बिंदु असेंबली मॉड्यूल में नहीं, बल्कि पार्ट मॉड्यूल में परिभाषित होना चाहिए। चूंकि हम यहां स्पष्ट सॉल्वर का उपयोग कर रहे हैं (नीचे समझाया गया है), इसलिए संदर्भ बिंदुओं को जड़त्व मान दिया जाना चाहिए। जड़त्व का सटीक मान प्रतिक्रिया बलों को प्रभावित नहीं करता है।

सामग्री और अनुभाग

हम ऊर्जा अवशोषक के लिए 2011 के एल्युमीनियम का उपयोग करते हैं, जिसमें निम्नलिखित प्रमुख गुण हैं:

• यंग मापांक: 71.7 जीपीए

• पॉइसन अनुपात: 0.333

• उपज तनाव: 169 एमपीए

• घनत्व: 2700 किलोग्राम/मी³

प्लास्टिक व्यवहार को रैखिक रूप में प्रतिरूपित किया गया है।.

मध्य सतह पर ऑफसेट के साथ खोल की मोटाई 2 मिमी निर्धारित की गई है।.

डायनामिक एक्सप्लिसिट स्टेप

इस विश्लेषण के लिए, हमने डायनेमिक एक्सप्लिसिट सॉल्वर का चयन किया है। इम्प्लिसिट सॉल्वर के विपरीत, एक्सप्लिसिट सॉल्वर जड़त्व बलों को ध्यान में रखता है और मैट्रिक्स समीकरणों को हल करने के लिए एक अलग विधि का उपयोग करता है। एक्सप्लिसिट सॉल्वर कई छोटे, असतत समय अंतरालों का उपयोग करके प्रतिक्रिया की गणना करता है और सिमुलेशन समाप्त होने तक चरण दर चरण आगे बढ़ता है। इंजीनियर आमतौर पर बड़े विरूपण, जटिल संपर्क अंतःक्रियाओं, उच्च लोडिंग दरों या सामग्री विफलता का अनुकरण करने के लिए एक्सप्लिसिट सॉल्वर का उपयोग करते हैं।.

जड़त्व बलों की उपस्थिति के कारण, सामग्री मॉडल में घनत्व को परिभाषित करना और साथ ही कठोर भागों को जड़त्व प्रदान करना महत्वपूर्ण है।.

यह भी ध्यान देने योग्य है कि Abaqus स्थिर समय वृद्धि की गणना सबसे छोटे तत्व के आकार और तरंग गति (जो पदार्थ के गुणों पर निर्भर करती है) के आधार पर करता है। समय वृद्धि जितनी कम होगी, सिमुलेशन पूरा होने में उतना ही अधिक समय लगेगा।.

हम तत्व के द्रव्यमान को कृत्रिम रूप से बढ़ाकर द्रव्यमान स्केलिंग लागू करते हैं, या तो प्रत्यक्ष द्रव्यमान स्केल कारक के माध्यम से या लक्षित समय वृद्धि को परिभाषित करके। यहाँ, हम 1E-6s की लक्षित समय वृद्धि का उपयोग करते हैं।

सीमा शर्तें और अंतःक्रिया

हमने बॉक्स को नीचे से स्थिर कर दिया। हमने अन्य सभी स्वतंत्रता की डिग्री को स्थिर रखते हुए, ऊपरी प्लेट पर y- दिशा में -300 मिमी का विस्थापन (संरचना का 75% संपीड़न) लागू किया, और हमने निचली प्लेट को पूरी तरह से स्थिर कर दिया।

ध्यान दें: जब आप किसी स्पष्ट सिमुलेशन में विस्थापन निर्दिष्ट करते हैं, तो आपको यह परिभाषित करना चाहिए कि विस्थापन में कितनी वृद्धि होती है। इस प्रोजेक्ट में, हमें विस्थापन में रैखिक वृद्धि का उपयोग करना चाहिए, इसलिए हम सारणीबद्ध डेटा का उपयोग करते हैं।.

इस संवाद के लिए जनरल कॉन्टैक्ट का उपयोग किया गया था।.

गुणों के संबंध में, 0.4 के घर्षण गुणांक के साथ स्पर्शरेखीय व्यवहार और कठोर संपर्क के साथ सामान्य व्यवहार पर विचार किया गया।.

जाल

5 के सीड साइज पर विचार किया गया और S4R तत्वों का उपयोग किया गया।.

S4R तत्व कम एकीकरण वाले 4 नोड शेल तत्व हैं।.

परिणाम और व्याख्या

नीचे दी गई आकृति विरूपण के बाद कुचले हुए बॉक्स को दर्शाती है।

निम्नलिखित एनिमेशन में, हम देख सकते हैं कि कैसे ऊपरी प्लेट के दबने से डिब्बा मुड़ जाता है।.

फील्ड आउटपुट से हम बल और विस्थापन निकाल सकते हैं। बल-विस्थापन वक्र को एक्सेल में प्लॉट किया गया था।.

कुचलने की प्रक्रिया के दौरान, ऊर्जा अवशोषक शुरू में टूटने से पहले अधिकतम बल तक पहुँच जाता है। फिर बल थोड़ा कम हो जाता है और औसत मान के आसपास उतार-चढ़ाव करता है, जो बल-विस्थापन वक्र के पठार क्षेत्र

पठारी क्षेत्र में बल की प्रत्येक गिरावट, कुचलने के दौरान स्तंभ में होने वाले झुकाव के अनुरूप होती है (जैसा कि एनीमेशन में देखा गया है)।.

प्रदर्शन मूल्यांकन

ऊर्जा अवशोषकों के प्रदर्शन के संबंध में, कई मापदंडों का उपयोग किया जाता है। दो महत्वपूर्ण मापदंड हैं कुचलने की बल दक्षता और विशिष्ट ऊर्जा अवशोषण ।

कुचलने की बल दक्षता

क्रशिंग के दौरान, ऊर्जा अवशोषक को प्रारंभिक चरम बल को सीमित करना चाहिए ताकि केबिन और यात्रियों पर अत्यधिक भार का स्थानांतरण न हो। उच्च प्रारंभिक चरम बल से संचरणित प्रभाव बढ़ जाता है। एक कुशल ऊर्जा अवशोषक पठार क्षेत्र में क्रशिंग बलों को प्रारंभिक चरम बल के तुलनीय स्तर पर बनाए रखता है, जिससे प्रगतिशील ऊर्जा अवशोषण और बेहतर यात्री सुरक्षा सुनिश्चित होती है। क्रशिंग बल दक्षता (CFE) को निम्नानुसार परिभाषित किया गया है:

Fmax प्रारंभिक चरम बल है, EA कुल अवशोषित ऊर्जा है और d-total कुचलने के दौरान कुल विस्थापन है।.

CFE का मान 0 से 1 तक होता है। 0 का CFE मान सबसे खराब प्रदर्शन दर्शाता है और 1 का CFE मान सबसे अच्छा प्रदर्शन दर्शाता है।.

विशिष्ट ऊर्जा अवशोषण

विशिष्ट ऊर्जा अवशोषण यह निर्धारित करता है कि संरचना हल्की है या नहीं, और इसे निम्नलिखित रूप में परिभाषित किया गया है:

ईए कुल ऊर्जा अवशोषण है, और द्रव्यमान संरचना का कुल द्रव्यमान है।.

20 से अधिक का SEA मान स्वीकार्य है और यह दर्शाता है कि संरचना हल्की है।.

हम बल-विस्थापन वक्र से इन मानों को कैसे ज्ञात कर सकते हैं?

Abaqusसे प्राप्त डेटा से हमें अधिकतम बल पहले ही मिल चुका है। हमें केवल अवशोषित ऊर्जा की गणना करनी है। अवशोषित ऊर्जा मूलतः बल-विस्थापन वक्र के नीचे का क्षेत्रफल है। Abaqus समान अंतराल पर आउटपुट देता है। कार्य सबमिट करने से पहले आउटपुट विकल्पों में समय अंतराल निर्दिष्ट किया जा सकता है। बल-विस्थापन वक्र वास्तव में निम्नलिखित चित्र में दिखाए गए वक्र जैसा दिखेगा।.

वक्र को समलंब चतुर्भुजों में विभाजित करना संभव है। एक समलंब चतुर्भुज नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है:

समलम्ब समाकलन का उपयोग करके अवशोषित ऊर्जा की गणना

फिर हम प्रत्येक समलंब चतुर्भुज का क्षेत्रफल ज्ञात कर सकते हैं और उन्हें जोड़कर कुल अवशोषित ऊर्जा ज्ञात कर सकते हैं। सूत्र को संक्षेप में इस प्रकार लिखा जा सकता है:

जहां Fi अंतराल i पर बल है, d प्रत्येक अंतराल में विस्थापन है जिसे विस्थापन डेटा से ही ज्ञात किया जा सकता है, या कुल विस्थापन को अंतरालों की संख्या से विभाजित करके भी ज्ञात किया जा सकता है (ध्यान दें कि उपरोक्त सूत्र में, F0 शून्य है)। हमारे मामले में, कुल विस्थापन 300 मिमी और 20 समय अंतराल हैं, जिसके परिणामस्वरूप:

इसलिए, हम कुल अवशोषित ऊर्जा की गणना इस प्रकार कर सकते हैं:

परिणाम: अवशोषित ऊर्जा और समुद्र-क्षेत्रीय ऊर्जा (SEA) की गणना

हमारे ऊर्जा अवशोषक के लिए, EA 9.8 kJ आता है, जो एक हल्के क्रैश के लिए एक अच्छा मान है।.

346 ग्राम द्रव्यमान के साथ, हमारे पास है:

जिससे पता चलता है कि संरचना हल्की है।.

हम Favg की गणना इस प्रकार भी कर सकते हैं:

कुचलने की बल दक्षता (CFE) की गणना करना

हम क्रशिंग फोर्स एफिशिएंसी (CFE) की गणना करके यह भी मूल्यांकन कर सकते हैं कि अवशोषक प्रभाव ऊर्जा को कितनी सुचारू रूप से प्रबंधित करता है।.

44.7 N के प्रारंभिक अधिकतम बल के साथ, हम CFE की गणना कर सकते हैं:

0.73 का CFE स्वीकार्य है और यह दर्शाता है कि संरचना अधिकांश प्रभाव को अवशोषित कर लेती है, जिससे यात्रियों की सुरक्षा सुनिश्चित होती है।.

निष्कर्ष

हमने Abaqusके एक्सप्लिसिट सॉल्वर का उपयोग करके पतली दीवार वाले एल्यूमीनियम ऊर्जा अवशोषक के कुचलने के व्यवहार का सफलतापूर्वक मॉडल तैयार किया और विश्लेषण किया। परिणामों से कुचलने की बल दक्षता और विशिष्ट ऊर्जा अवशोषण दोनों के लिए स्वीकार्य प्रदर्शन मान प्राप्त हुए, जो अच्छे ऊर्जा अवशोषण और यात्री सुरक्षा का संकेत देते हैं।.

वास्तविक ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में, ऊर्जा अवशोषक ज्यामिति और सामग्री दोनों ही दृष्टि से कहीं अधिक जटिल हो सकते हैं। मिश्रित सामग्रियों या विशेष मिश्र धातुओं का उपयोग करने के साथ-साथ मधुकोश, जालीदार या ऑक्सेटिक संरचनाओं, या ऊर्जा अवशोषण के लिए विशेष रूप से अनुकूलित किसी भी अन्य जटिल ज्यामिति का उपयोग करने से ऊर्जा अवशोषकों के प्रदर्शन में उल्लेखनीय सुधार हो सकता है।.

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खलेघ कौही-लेकेह

केएन टूसी प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय में अनुसंधान सहायक

खलेघ कौही-लेकेह केएन टूसी प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय में अनुसंधान सहायक हैं और संख्यात्मक मॉडलिंग और इंजीनियरिंग विश्लेषण में व्यापक अनुभव रखने वाले सिमुलेशन विशेषज्ञ हैं। उनके शोध के मुख्य विषय हैं कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन, संरचनात्मक व्यवहार विश्लेषण और इंजीनियरिंग अनुसंधान में उन्नत सिमुलेशन उपकरणों का अनुप्रयोग।.

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