Coût léger

Apr 24, 2024

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 21101 (2022) Citer cet article

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Le présent article explore expérimentalement l'influence de l'hybridation des fibres et de la séquence de stratification sur le comportement en matière de résistance aux chocs et l'historique de déformation des tuyaux à paroi mince polymère/métal. Des tuyaux en époxy renforcé de jute (J)/verre (G) sur aluminium (Al) enveloppés ont été préparés via un emballage humide à la main, puis soumis à des charges de compression axiales quasi-statiques. Les tracés de charge en fonction du déplacement et les indicateurs d'écrasement, c'est-à-dire la charge d'écrasement maximale (\({\mathrm{F}}_{\mathrm{ip}}\)), la charge d'écrasement moyenne (\({\mathrm{F}}_{ \mathrm{m}}\)), l'absorption d'énergie totale (\(\mathrm{U})\), l'absorption d'énergie spécifique \(\left(\mathrm{SEA}\right)\) et l'efficacité de la force d'écrasement \( \left(\mathrm{CFE}\right)\) ont été déterminés. Les résultats expérimentaux ont révélé que le maximum \(\left(\mathrm{SEA}\right)\) a été enregistré pour le tuyau Al/2J/4G/2J avec une valeur d'environ 42,92 kJ/g, avec une amélioration de 20,56 % en \ (\left(\mathrm{SEA}\right)\) par rapport aux tuyaux Al purs. Les spécimens Al/2J/4G/2J affichent le maximum (\(\mathrm{U})\), \(\left(\mathrm{SEA}\right)\) et \(\left(\mathrm{CFE} \right)\) et pourraient être utilisés comme éléments absorbant l’énergie dans les automobiles.

Récemment, les sections à parois minces ont été largement utilisées comme composants résistants aux chocs dans les industries automobile et ferroviaire en raison de leurs nombreux avantages, notamment une capacité d'absorption d'énergie élevée, une rigidité élevée, une résistance élevée, une résistance élevée à la corrosion, un faible poids, un faible coût et une facilité d'utilisation. de fabrication1,2. La « résistance aux chocs » peut être définie comme la capacité d'un véhicule à résister à des accidents avec un minimum de blessures ou de dommages aux personnes ou aux biens3,4. Le type de matériau est un facteur important qui affecte les performances des appareils résistants aux chocs5. Des matériaux métalliques conventionnels peuvent être utilisés en raison de la déformation plastique contrôlable6. Au contraire, les composites polymères sont largement utilisés en raison de leur rigidité et/ou résistance spécifique respectable et de leur capacité exceptionnelle d’absorption d’énergie. Les composites ne présentent pas de déformation plastique en raison de leur fragilité. Les matériaux composites absorbent de l’énergie par écrasement et délaminage7,8.

Les hybrides ont été adaptés aux absorbeurs d’énergie car ils combinent la déformation plastique des matériaux métalliques et une plus grande rigidité spécifique et/ou résistance des composites9,10. De nombreux chercheurs ont examiné les performances d’effondrement des canalisations hybrides. Babbage et Mallick11 ont étudié expérimentalement les performances d'écrasement axial de tuyaux en aluminium (\(\mathrm{Al}\)) suremballés verre-époxy. L'angle d'orientation du verre E était de ± 45° ou ± 75° par rapport à l'axe du tuyau. Des tuyaux circulaires et carrés (\(\mathrm{Al}\)) ont été adaptés. Certains tuyaux étaient remplis de mousse époxy. Les résultats ont indiqué qu'à mesure que le nombre de couches de verre E augmente, les paramètres de résistance aux chocs seront améliorés. Les paramètres de collision des tuyaux hybrides ronds sont meilleurs que ceux des tuyaux carrés. L'angle d'orientation de ± 45° donne de meilleurs paramètres d'écrasement que ceux de ± 75°. Kalhor et Case12 ont découvert que le suremballage de couches d'époxy renforcées de verre S2 sur des cylindres carrés en acier inoxydable (St) pouvait modifier le mode d'effondrement, passant de la division avec une faible énergie totale absorbée (\(\mathrm{U})\) au mode symétrique ou mixte avec une énergie élevée. (\(\mathrm{U})\) et faible oscillation dans la phase post-accident. Le nombre de couches de verre/époxy dans les cylindres hybrides a un effet majeur sur (\(\mathrm{U})\). Un nouveau mécanisme de déclenchement a été adapté pour modifier la réponse à la défaillance en un mode d'effondrement symétrique et, par conséquent, améliorer l'efficacité de la force d'écrasement \(\left(\mathrm{CFE}\right)\) des hybrides proposés.

Liu et al.13,14 ont étudié le comportement à l'écrasement de structures en nid d'abeilles en plastique renforcé de fibres de carbone (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) sous charge axiale. Les résultats ont indiqué que la force d'écrasement maximale (\({\mathrm{F}}_{\mathrm{ip}}\)) et (\(\mathrm{U}\)) de (\(\mathrm{CFRP}\) ) les structures remplies sont améliorées de 10 % par rapport aux structures non remplies. En réduisant la longueur de division en nid d'abeille de \((\mathrm{Al})\), \((\mathrm{U})\) augmente progressivement tandis que \(\left(\mathrm{SEA}\right)\) diminue. La résistance aux chocs des matériaux hybrides a été étudiée dans la littérature. Zhu et al.15 ont étudié les indicateurs de crash, notamment \((\mathrm{U})\) et la réponse à l'échec de trois (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\) ) configurations soumises à des charges axiales quasi-statiques. À titre de comparaison, des cylindres vides (\(\mathrm{Al}\)) et (\(\mathrm{CFRP}\)) ont été testés. Les résultats expérimentaux ont indiqué que Hi, c'est-à-dire un cylindre (\(\mathrm{Al}\)) avec un cylindre intérieur (\(\mathrm{CFRP}\)) obtient les meilleurs résultats. Hi a été étudié analytiquement du point de vue du coût et de la légèreté. Il a été rapporté que pour le même \((\mathrm{U})\), Hi réduit le coût de 32,1 % par rapport à (\(\mathrm{CFRP}\)) cylindre et réduit le poids de 33,6 % par rapport à (\ (\mathrm{Al}\)) cylindre. Hi pourrait être adapté pour l’absorption d’énergie. Sun et al.16 ont étudié les performances d'écrasement quasi-statique de (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) tuyaux hybrides préparés par enroulement filamentaire. Il a été rapporté que l'angle d'enroulement et l'épaisseur de la paroi de l'éprouvette ont un effet important sur le mécanisme de rupture et les paramètres d'écrasement. L'augmentation de l'angle d'enroulement diminue \(\left(\mathrm{SEA}\right)\), \((\mathrm{U})\) et \(({\mathrm{F}}_{\mathrm{ip }})\) de (\(\mathrm{CFRP}\)) et (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) tuyaux hybrides. L'augmentation de l'épaisseur du tuyau (\(\mathrm{CFRP}\)) améliore \(\left(\mathrm{SEA}\right)\), \((\mathrm{U})\) et \(({\mathrm {F}}_{\mathrm{ip}})\) de (\(\mathrm{CFRP}\)) et (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\) ) hybrides. À un angle d'enroulement de 25° et 9 plis de (\(\mathrm{CFRP}\)), \(\left(\mathrm{SEA}\right)\) de (\(\mathrm{CFRP}\)) et Les tuyaux (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) étaient les meilleurs (48,74 et 79,05 J/g). De plus, \((\mathrm{U})\) du tuyau hybride (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) dépasse la somme de ses composants.