Biyo ilhamlı hibrit bir enerji sönümleyici profilin enerji sönümleme performansının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi

Abstract

Biyo ilhamlı yapılar sahip oldukları yüksek mukavemet ve hafiflikten dolayı otomotiv, savunma, uzay ve havacılık ve biyomedikal gibi birçok endüstriyel sektörde kullanılmaktadır. Son yıllarda üç boyutlu baskı ile üretim ve simülasyon teknolojilerinin gelişmesiyle birlikte biyo ilhamlı yapılar enerji sönümleyici profiller olarak kullanılmaya başlanmıştır. Hurma ağacının (Lat. Phoenix dactylifera) gövdesinin kesitinden esinlenilerek elde edilen spiral parça, içi boş aluminyum tüpün içerisine eklenerek biyo ilhamlı hibrit bir enerji sönümleyici profil elde edilmiştir. Bu biyo ilhamlı hibrit enerji sönümleyici profilin enerji sönümleme performansı deneysel ve nümerik olarak incelenmiştir. ANSYS LS-DYNA kullanılarak oluşturulan benzetim modelleri, eksenel ezilme testleriyle doğrulanmıştır. Üç farklı tasarım değişkenine (spiral devri, et kalınlığı ve hücre sayısı) sahip biyo ilhamlı hibrit enerji sönümleyici profilin enerji sönümleme performansını arttırmak için Yanıt Yüzey Metodu ve Kriging vekil modelleri oluşturularak tasarım eniyilemesi çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Başlangıç tasarımındaki biyo ilhamlı hibrit enerji sönümleyici profilin, içi boş aluminyum profile göre özgül enerji sönümleme kapasitesinin (SEA) ve ezilme kuvveti verimliliğinin (CFE) sırasıyla %17,2 ve %4,6 daha yüksek çıktığı saptanmıştır. Eniyileştirilmiş biyo ilhamlı hibrit enerji sönümleyici profilin, başlangıç tasarımına göre SEA ve tepe kuvvetinin sırasıyla %32,9 ve %47,6 oranında düştüğü fakat CFE'nin %37 oranında arttığı saptanmıştır. Ek olarak, eniyileştirilmiş biyo ilhamlı hibrit enerji sönümleyici profilin SEA'sı, içi boş aluminyum tüpe göre %21,3 oranında düşüş yaşarken, CFE'nin ise %43,3 oranında artış yaşadığı saptanmıştır.

Bio-inspired structures are used in many industrial sectors such as automotive, defense, aerospace and biomedical due to their high strength and lightweight. In recent years, bio-inspired structures have been used as an energy-absorbing profile with the developement of three-dimensional printing and simulation technologies. The spiral piece inspired by the trunk cross-section of the date palm tree (Lat. Phoenix dactylifera) was added to the hollow aluminum tube to create a bio-inspired hybrid energy-absorbing profile. The energy absorption performance of this bio-inspired hybrid energy-absorbing profile was investigated experimentally and numerically. Simulation models created by using ANSYS LS-DYNA were validated by axial crushing tests. Design optimization studies were carried out by using Response Surface Method and Kriging surrogate models in order to increase the energy absorption performance of the bio-inspired hybrid energy-absorbing profile with three different design variables (spiral revolution, wall thickness and cell number). It was obtained that the specific energy absorption capacity (SEA) and crash force efficiency (CFE) of the bio-inspired hybrid energy-absorbing profile in the initial design were %17,2 and %4,6 higher, respectively, compared to the hollow aluminum profile. It was obtained that the SEA capacity and peak force of the optimized bio-inspired hybrid energy-absorbing profile decreased by %32,9 and %47,6, respectively, but the CFE increased by %37 compared to the initial design. In addition, the SEA capacity of the optimized bio-inspired hybrid energy-absorbing profile decreased by %21,3 compared to the hollow aluminum tube, while CFE increased by %43,3.