경량 비용

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 21101(2022) 이 기사 인용

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본 논문은 폴리머/금속 얇은 벽 파이프의 내충격성 거동 및 변형 이력에 대한 섬유 혼성화 및 적층 순서의 영향을 실험적으로 탐구합니다. 포장된 알루미늄(Al) 파이프 위에 황마(J)/유리(G) 강화 에폭시를 손으로 습식 포장한 후 축 준정적 압축 하중을 가하여 준비했습니다. 하중 대 변위 플롯 및 충돌 표시기, 즉 최대 파쇄 하중(\({\mathrm{F}}_{\mathrm{ip}}\)), 평균 파쇄 하중(\({\mathrm{F}}_{ \mathrm{m}}\)), 총 에너지 흡수(\(\mathrm{U})\), 비에너지 흡수 \(\left(\mathrm{SEA}\right)\) 및 압착력 효율 \( \left(\mathrm{CFE}\right)\)가 결정되었습니다. 실험 결과에 따르면 Al/2J/4G/2J 파이프에 대해 최대 \(\left(\mathrm{SEA}\right)\)가 약 42.92 kJ/g의 값으로 기록되었으며 \(\left(\mathrm{SEA}\right)\)에서 20.56% 향상되었습니다. (\left(\mathrm{SEA}\right)\)를 순수 Al 파이프와 비교했습니다. Al/2J/4G/2J 표본은 최대값 (\(\mathrm{U})\), \(\left(\mathrm{SEA}\right)\) 및 \(\left(\mathrm{CFE} \오른쪽)\) 자동차의 에너지 흡수 부재로 사용될 수 있습니다.

최근 얇은 벽의 형강은 높은 에너지 흡수 능력, 높은 강성, 높은 강도, 높은 내식성, 낮은 중량, 낮은 비용, 용이성 등 많은 이점으로 인해 자동차 및 철도 산업에서 내충격 부품으로 널리 사용되고 있습니다. 제작1,2. "충돌 내구성"은 부상이나 인체 또는 물품의 손상을 최소화하면서 충돌을 견딜 수 있는 차량의 능력으로 정의할 수 있습니다3,4. 재료 유형은 충돌에 견딜 수 있는 장치 성능에 영향을 미치는 중요한 요소입니다5. 제어 가능한 소성 변형으로 인해 기존의 금속 재료를 사용할 수 있습니다6. 이에 반해, 고분자 복합재는 상당한 비강성 및/또는 강도와 뛰어난 에너지 흡수 능력으로 인해 널리 활용되고 있습니다. 복합재는 취약성으로 인해 소성 변형을 나타내지 않습니다. 복합 재료는 분쇄 및 박리7,8를 통해 에너지를 흡수합니다.

하이브리드는 금속 재료의 소성 변형과 복합재의 더 큰 특정 강성 및/또는 강도를 결합하므로 에너지 흡수 장치에 적용되었습니다9,10. 많은 학자들이 하이브리드 파이프의 붕괴 성능을 조사했습니다. Babbage와 Mallick11은 유리-에폭시로 포장된 알루미늄(\(\mathrm{Al}\)) 파이프의 축 방향 파쇄 성능을 실험적으로 연구했습니다. E-glass의 방향 각도는 파이프 축에 대해 ± 45° 또는 ± 75°였습니다. 원형 및 사각형(\(\mathrm{Al}\)) 파이프가 적용되었습니다. 일부 파이프는 에폭시 폼으로 채워졌습니다. 결과는 E-유리 플라이의 수가 증가함에 따라 충돌 내구성 매개변수가 향상된다는 것을 나타냅니다. 원형 하이브리드 파이프의 충돌 매개변수는 사각형 하이브리드 파이프의 충돌 매개변수보다 우수합니다. ± 45° 방향 각도는 ± 75°보다 더 나은 충돌 매개변수를 제공합니다. Kalhor와 Case12는 스테인리스 스틸(St) 정사각형 실린더에 S2 유리 강화 에폭시 층을 겹쳐서 붕괴 모드를 낮은 총 흡수 에너지(\(\mathrm{U})\)로 분할하는 방식에서 높은 에너지로 대칭 또는 혼합 모드로 변경할 수 있음을 발견했습니다. (\(\mathrm{U})\) 및 충돌 후 단계에서 진동이 낮습니다. 하이브리드 실린더의 유리/에폭시 층 수는 (\(\mathrm{U})\)에 큰 영향을 미칩니다. 실패 반응을 대칭 붕괴 모드로 변경하고 결과적으로 제안된 하이브리드의 압착력 효율 \(\left(\mathrm{CFE}\right)\)을 향상시키는 새로운 트리거 메커니즘이 적용되었습니다.

Liu 등13,14은 축 하중 하에서 탄소 섬유 강화 플라스틱(\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) 벌집 구조의 충돌 거동을 조사했습니다. 결과는 (\(\mathrm{CFRP}\)의 최대 파쇄력(\({\mathrm{F}}_{\mathrm{ip}}\)) 및 (\(\mathrm{U}\))을 나타냅니다. ) 채워진 구조는 채워지지 않은 구조에 비해 10% 향상되었습니다. \((\mathrm{Al})\) 벌집 분할 길이를 줄이면 \((\mathrm{U})\)는 점차 증가하고 \(\left(\mathrm{SEA}\right)\)는 감소합니다. 하이브리드 재료의 내충격성은 문헌에서 연구되었습니다. Zhu et al.15은 \((\mathrm{U})\)를 포함한 충돌 표시기와 3개의 오류 응답(\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)을 연구했습니다. ) 준정적 축 하중을 받는 구성. 비교를 위해 빈 (\(\mathrm{Al}\)) 및 (\(\mathrm{CFRP}\)) 실린더를 테스트했습니다. 실험 결과는 내부 (\(\mathrm{CFRP}\)) 실린더가 있는 (\(\mathrm{Al}\)) 실린더가 최상의 결과를 얻는다는 것을 나타냅니다. Hi는 비용과 경량의 관점에서 분석적으로 연구되었습니다. 동일한 \((\mathrm{U})\)에 대해 Hi는 (\(\mathrm{CFRP}\)) 실린더에 비해 원가를 32.1% 절감하고, (\(\mathrm{CFRP}\)) 실린더에 비해 무게를 33.6% 줄이는 것으로 보고되었습니다. (\mathrm{Al}\)) 실린더. 안녕하세요는 에너지 흡수에 적합할 수 있습니다. Sun et al.16은 필라멘트 와인딩으로 제조된 (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) 하이브리드 파이프의 준정적 파쇄 성능을 연구했습니다. 감기 각도와 시편 벽 두께는 파손 메커니즘과 파쇄 매개변수에 중요한 영향을 미치는 것으로 보고되었습니다. 감기 각도를 늘리면 \(\left(\mathrm{SEA}\right)\), \((\mathrm{U})\) 및 \(({\mathrm{F}}_{\mathrm{ip가 감소합니다. }})\) (\(\mathrm{CFRP}\)) 및 (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) 하이브리드 파이프. (\(\mathrm{CFRP}\)) 파이프의 두께가 증가하면 \(\left(\mathrm{SEA}\right)\), \((\mathrm{U})\) 및 \(({\mathrm이 향상됩니다. (\(\mathrm{CFRP}\)) 및 (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)의 {F}}_{\mathrm{ip}})\) ) 하이브리드. 25° 권선 각도 및 (\(\mathrm{CFRP}\)), \(\left(\mathrm{SEA}\right)\)(\(\mathrm{CFRP}\)) 및 9겹 (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) 파이프가 가장 좋았습니다(48.74 및 79.05 J/g). 또한 (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) 하이브리드 파이프의 \((\mathrm{U})\)는 해당 구성 요소의 합을 초과합니다.