Crashworthiness behaviour of thin-walled bi-tubes under axial collapse

Karantza, Konstantina; Καραντζά, Κωνσταντίνα

dc.contributor.author	Karantza, Konstantina	en
dc.contributor.author	Καραντζά, Κωνσταντίνα	el
dc.date.accessioned	2020-11-23T21:42:57Z
dc.date.available	2020-11-23T21:42:57Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52022
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.19720
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Crashworthiness	en
dc.subject	Axial collapse	en
dc.subject	Thin-walled tubes	en
dc.subject	Bi-tubes	en
dc.subject	LS-DYNA	en
dc.subject	Κρουστική καταπόνηση	el
dc.subject	Αξονική κατάρρευση	el
dc.subject	Λεπτότοιχοι σωλήνες	el
dc.subject	Διπλοκέλυφοι σωλήνες	el
dc.title	Crashworthiness behaviour of thin-walled bi-tubes under axial collapse	en
dc.title	Συμπεριφορά έναντι αξονικής κρουστικής καταπόνησης διπλοκέλυφων σωλήνων (bi-tubes) λεπτού πάχους	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Mechanical engineering	en
heal.classification	Crashworthiness	en
heal.classification	Crushing mechanics	en
heal.classification	Μηχανολογία	el
heal.classification	Κρουστική καταπόνηση	el
heal.classification	Μηχανική των κρούσεων	el
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-04-09
heal.abstract	The aim of current diploma thesis study is to investigate the crashworthiness behavior of circular thin-walled bi-material tubes, oftenly called as bi-tubes, by both conducting experimental tests and carrying out numerical simulations. For the needs of this study, four bi-tube specimens 100 mm long are initially constructed by combining steel and ertalon tubes of different thickness. The four examined bi-tube specimens consist of different thickness and combination of steel/ertalon as internal/external tubes. The variety of combination of examined specimens is selected in order to capture both the effects of single tube components thickness ratio and combination of hard (steel) and soft (ertalon) tubes as internal or external tubes. The bi-tube specimens are then examined by conducting experimental tests in quasi-static and dry conditions. During each test, the examined specimens are compressed with loading rate of 10mm/min until their final length of 40mm, causing thus a shortening of 60 mm. For each crushed bi-tube specimen, the processing of the recorded data allows the calculation of the crashworthiness response characteristics, such as load-deflection curve, peak crushing force, mean sustained load, amount of absorbed energy and specific energy absorption. Also, the occurred collapse mechanism is observed too by capturing different states of each deformed specimen during its collapse. Next, numerical simulation are carried out in LS-DYNA software after the development of the examined bi-tube models. The developed models are simulated by adjusting a crushing speed of 0.5 mm/msec. The provided results are both load-deflection curve, followed by the calculation of the appropriate crashworthiness response characteristics, and the occurred collapse mechanism. Following, the results from the experimental tests and the numerical simulations are compared to each other. It is concluded that increasing bi-tube external diameter results in greater sustained load and energy absorption capability, while greater bi-tube thickness also reacts on higher amounts of absorbed energy. Further, the bi-tube which combines a hard (steel) tube and a softer (ertalon) tube as external and internal ones, is proved to be the more crashworthy structure revealing greater energy absorption capability. Also, in this occasion, the adhesion between the two tubes seems to be almost fully maintained, while in the case of ertalon external tube and steel internal one, the adhesion is lost by keeping the two tubes partially in contact only in the area where convolution have been formulated. Both experimental tests and numerical simulations revealed a mixed collapse mechanism for all four examined bi-tubes, while the matching between experimental and simulation results was more sufficient in the bi-tube specimens which combine steel external tube and ertalon internal one. Finally, peak crushing force proved to be more complicate to be predicted compared to mean sustained load, which revealed lower relative errors between experimental data and numerical simulation results.	en
heal.abstract	Σκοπός της μελέτης της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η διερεύνηση της συμπεριφοράς έναντι αξονικής κρουστικής καταπόνησης των κυκλικών λεπτότοιχων διπλοκέλυφων σωλήνων μέσω διεξαγωγής τόσο πειραματικών δοκιμών, όσο και αριθμητικών προσομοιώσεων. Στα πλαίσια της μελέτης αυτής, αρχικά κατασκευάστηκαν τέσσερα δοκίμια λεπτότοιχων διπλοκέλυφων σωλήνων μήκους 100 mm, συνδυάζοντας σωλήνες από χάλυβα και πολυαμίδιο (ερταλόν) διαφορετικών παχών. Τα τέσσερα εξετασθέντα δοκίμια αποτελούνται από διαφορετικά πάχη και διαφορετικούς συνδυασμούς εσωτερικού/εξωτερικού κελύφους από χάλυβα και πολυαμίδιο. Η ποικιλία των ανωτέρω συνδυασμών στα εξετασθέντα δοκίμια επιλέχθηκε ώστε να μελετηθεί η επίδραση του πάχους των τοιχωμάτων των σωλήνων, αλλά και ο συνδυασμός τους ως εσωτερικό ή εξωτερικό κέλυφος αντίστοιχα. Τα δοκίμια διπλοκέλυφων σωλήνων εξετάσθηκαν στην πορεία σε πειραματικές δοκιμές συμπίεσης υπό ημι-στατικές και ξηρές συνθήκες. Σε κάθε πειραματική δοκιμή, τα δοκίμια συμπιέστηκαν με ταχύτητα 10mm/min μέχρι το τελικό τους μήκος των 40mm, επιβάλλοντας έτσι μια συνολική βράχυνση 60mm. Για κάθε συμπιεσμένο δοκίμιο, η καταγραφή και η επεξεργασία των στιγμιοτύπων και των δεδομένων του πειράματος επέτρεψε τον υπολογισμό των χαρακτηριστικών της απόκρισης των δοκιμίων, όπως η εξαγωγή του διαγράμματος δύναμης-βράχυνσης, το μέγιστο φορτίο κατάρρευσης, το μέσο παραμένων φορτίο κατάρρευσης, η απορροφώμενη ενέργεια της κρούσης και η ειδική ενέργεια απορρόφησης. Ακόμη, ο εμφανιζόμενος μηχανισμός κατάρρευσης εντοπίστηκε σε κάθε περίπτωση παρατηρώντας τα στιγμιότυπα της κατάρρευσης όπως καταγράφηκαν κατά την αξονική κατάρρευση. Στη συνέχεια, αριθμητικές προσομοιώσεις διεξήχθησαν στο λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων LS-DYNA, εφόσον τα αντίστοιχα μοντέλα των διπλοκέλυφων σωλήνων δημιουργήθηκαν αρχικά. Τα αναπτυχθέντα μοντέλα προσομοιώθηκαν σε αξονική κρουστική θλιπτική καταπόνηση υπό ταχύτητα 0,5 mm/ms. Τα σχετικά αποτελέσματα που προέκυψαν αφορούσαν τόσο το διάγραμμα δύναμης-βράχυνσης από το οποίο εξήχθησαν και τα ανάλογα χαρακτηριστικά της απόκρισης των μοντέλων, όσο και τον παρατηρούμενο μηχανισμό κατάρρευσης. Ακολούθως, τα αποτελέσματα των πειραματικών δοκιμών και οι αριθμητικές προσομοιώσεις συγκρίνονται μεταξύ τους. Συμπερασματικά, τα αποτελέσματα φανέρωσαν ότι η εξωτερική διάμετρος του διπλοκέλυφου σωλήνα επιδρά αναλογικά στο φορτίο κατάρρευσης και την ικανότητα απορρόφησης ενέργειας, ενώ μεγαλύτερο πάχος διπλοκέλυφου σωλήνα, επίσης, οδηγεί σε μεγαλύτερες ποσότητες απορροφούμενης ενέργειας. Επιπλέον, το δοκίμιο που αποτελείται από σκληρό (χαλύβδινο) σωλήνα εξωτερικά και μαλακό (ερταλόν) σωλήνα εσωτερικά, φαίνεται να είναι πιο ανθεκτικό σε κρουστική καταπόνηση ως κατασκευή, έχοντας υψηλότερη ικανότητα απορρόφησης ενέργειας. Επίσης, σε αυτή την περίπτωση, η επαφή μεταξύ των δύο σωλήνων διατηρείται πλήρως, ενώ στην περίπτωση του δοκιμίου με ερταλόν εξωτερικό και χάλυβα εσωτερικό σωλήνα, η επαφή διατηρείται μερικώς μόνο σε σημεία όπου έχει δημιουργηθεί περιέλιξη. Οι πειραματικές δοκιμές και οι αριθμητικές προσομοιώσεις παρουσιάζουν έναν μικτό μηχανισμό κατάρρευσης και για τα τέσσερα δοκίμια, ενώ η επαλήθευση των πειραμάτων από τις προσομοιώσεις ήταν πιο ικανοποιητική στη περίπτωση που ο διπλοκέλυφος σωλήνας εξωτερικά ήταν χαλύβδινος και εσωτερικά πλαστικός. Τέλος, το μέγιστο φορτίο κατάρρευσης ήταν δυσκολότερο να προβλεφθεί σε σχέση με το μέσο φορτίο κατάρρευσης, το οποίο παρουσίασε και μικρότερα σχετικά σφάλματα μεταξύ πειραματικών και αριθμητικών αποτελεσμάτων.	el
heal.advisorName	Manolakos, Dimitrios	en
heal.advisorName	Μανωλάκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Markopoulos, Angelos	en
heal.committeeMemberName	Benardos, Panorios	en
heal.committeeMemberName	Μαρκόπουλος, Άγγελος	el
heal.committeeMemberName	Μπενάρδος, Πανώριος	el
heal.committeeMemberName	Manolakos, Dimitrios	en
heal.committeeMemberName	Μανωλάκος, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Τεχνολογίας των Κατεργασιών. Εργαστήριο Κατεργασιών των Υλικών (Μηχανουργικό και Μηχανολογικό Εργοστάσιο)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	131 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false