Καταστροφική καταπόνηση μεταλλικών κελυφών διαμόρφωσης Double Hat ενισχυμένα εσωτερικά με αφρό: πειραματική προσομοίωση

Abstract

Στη διπλωματική αυτή εργασία μελετάται η πειραματική προσομοίωση καταστροφικής καταπόνησης κελυφών από χάλυβα διαμόρφωσης Double Hat, ενισχυμένα εσωτερικά με πολυμερή αφρό. Τα κελύφη διαφέρουν ως προς τη μορφολογία της διατομής τους. Συγκεκριμένα μελετώνται τετραγωνικά, εξαγωνικά και οκταγωνικά κελύφη. Για την κατασκευή τους, ελάσματα από χάλυβα ψαλιδίστικαν, στραντζαρίστηκαν και συγκολλήθηκαν κατάλληλα. Ένα κέλυφος από κάθε μορφολογία παραμένει κενό ενώ τα υπόλοιπα ενισχύονται με πυρήνα αφρού πολυουρεθάνης διαφόρων πυκνοτήτων.Οι αφροί δημιουργήθηκαν στα εργαστήρια του τομέα Κατεργασιών των Υλικών της σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών του Ε.Μ.Π. με χρήση των προβλεπόμενων μονομερών τα οποία χορηγήθηκαν από την εταιρεία Bayer Hellas. Μετά το πέρας των κατεργασιών διαμόρφωσης τους τα δοκίμια συνθλίφθηκαν στη μηχανή δοκιμών Instron του εργαστηρίου σε σύνολο διαδρομής 80 mm έκαστο. Η σύνδεση της με ηλεκτρονικό υπολογιστή μας επέτρεψε να λάβουμε τις ακριβείς μετρήσεις κάθε κατάρρευσης, στην προσπάθεια μας για υπολογισμό των απαιτούμενων δεδομένων. Τα μεγέθη στα οποία εστιάστικε η προσοχή μας ήταν το καθαρό ποσό απορροφούμενης ενέργειας, η ειδική ενέργεια απορρόφησης, η πυκνότητα διάχυσης της ενέργειας καθώς και η ομοιομορφία φορτίου. Όπως γίνεται αντιληπτό από τα παραπάνω, το περιεχόμενο της εργασίας αυτής εντάσσεται στην ευρύτερη κατηγορία θεμάτων σχετικά με την αντοχή σε συγκρούσεις και ειδικότερα στα στοιχεία απορρόφησης ενέργειας που φέρει ένα όχημα ή γενικότερα μια κατασκευή.

This diploma thesis is an experimental study into the energy absorbing characteristics of steel double-hat sections, which are reinforced with polymer foam, subjected to dynamic axial crushing. The shells vary in the morphology of the intersection. We studied square, hexagonal and octagonal shells. For the construction, steel sheets cut, bended and welded properly. A shell from each category remained empty while the others supported by polyurethane (PU) foam core. The foams created in the laboratories of the Manufacturing Technology Department, Mechanical Engineering School of NTUA, using the projected monomers that are granted by Bayer Hellas. After the manufacturing processes, the specimens crushed in the Instron testing machine of the laboratory. Connection with a personal computer allowed us to take precise measurements of each collapse, in our attempt to calculate the required data. We were focus in the mean characteristics such as absorbed energy, specific energy, energy dissipation density and the uniform load. The presentation of results accompanied by photographs from each test expressing the progressive collapse of the samples and in order to derive any correlation with the recorded data. In addition, for each type for shell and core material are presented aggregate results for easier supervision. As it can be seen from the above, the subject of this study is related to crashworthiness and energy absorbing elements issues.