Custo leve

Apr 24, 2024

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 21101 (2022) Citar este artigo

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O presente artigo explora experimentalmente a influência da hibridização de fibras e da sequência de estratificação no comportamento de resistência ao choque e no histórico de deformação de tubos de paredes finas de polímero/metal. Epóxi reforçado com juta (J)/vidro (G) sobre tubos de alumínio (Al) envoltos foram preparados por meio de envoltório úmido manual e depois submetidos a cargas compressivas axiais quase estáticas. Os gráficos de carga versus deslocamento e indicadores de colisão, ou seja, pico de carga de britagem (\({\mathrm{F}}_{\mathrm{ip}}\)), carga média de britagem (\({\mathrm{F}}_{ \mathrm{m}}\)), absorção total de energia (\(\mathrm{U})\), absorção de energia específica \(\left(\mathrm{SEA}\right)\) e eficiência da força de esmagamento \( \left(\mathrm{CFE}\right)\) foram determinados. Resultados experimentais revelaram que o máximo \(\left(\mathrm{SEA}\right)\) foi registrado para tubo Al/2J/4G/2J com um valor de cerca de 42,92 kJ/g, com um aumento de 20,56% em \ (\left(\mathrm{SEA}\right)\) comparado com tubos Al puros. As amostras Al/2J/4G/2J exibem o máximo (\(\mathrm{U})\), \(\left(\mathrm{SEA}\right)\), e \(\left(\mathrm{CFE} \right)\) e poderiam ser empregados como membros absorvedores de energia em automóveis.

Recentemente, seções de paredes finas têm sido amplamente utilizadas como componentes resistentes a colisões nas indústrias de veículos e ferrovias devido aos seus numerosos lucros, incluindo alta capacidade de absorção de energia, alta rigidez, alta resistência, alta resistência à corrosão, baixo peso, baixo custo e facilidade. de fabricação1,2. “Crashworthiness” pode ser definida como a capacidade de um veículo resistir a colisões com o mínimo de ferimentos ou danos a corpos humanos ou bens3,4. O tipo de material é um fator importante que afeta o desempenho dos dispositivos resistentes a colisões5. Materiais convencionalmente metálicos podem ser utilizados devido à deformação plástica controlável6. Pelo contrário, os compósitos poliméricos são amplamente utilizados devido à respeitável rigidez e/ou resistência específica e excelente capacidade de absorção de energia. Os compósitos não apresentam deformação plástica devido à fragilidade. Os materiais compósitos absorvem energia por esmagamento e delaminação7,8.

Os híbridos foram adaptados em absorvedores de energia, pois combinam deformação plástica de materiais metálicos e maior rigidez específica e/ou resistência de compósitos9,10. Muitos estudiosos examinaram o desempenho de colapso de tubos híbridos. Babbage e Mallick estudaram experimentalmente o desempenho de britagem axial de tubos de alumínio revestidos com vidro e epóxi (\(\mathrm{Al}\)). O ângulo de orientação do vidro E foi de ± 45° ou ± 75° em relação ao eixo do tubo. Tubos circulares e quadrados (\(\mathrm{Al}\)) foram adaptados. Alguns tubos foram preenchidos com espuma epóxi. Os resultados indicaram que à medida que o número de camadas de vidro E aumenta, os parâmetros de resistência ao choque serão melhorados. Os parâmetros de colisão dos tubos híbridos redondos são melhores do que os dos tubos quadrados. O ângulo de orientação de ± 45° oferece melhores parâmetros de colisão do que aqueles de ± 75°. Kalhor e Case12 descobriram que o envolvimento excessivo de camadas de epóxi reforçado com vidro S2 em cilindros quadrados de aço inoxidável (St) poderia alterar o modo de colapso de divisão com baixa energia total absorvida (\(\mathrm{U})\) para modo simétrico ou misto com alta (\(\mathrm{U})\) e baixa oscilação na fase pós-colisão. O número de camadas de vidro/epóxi em cilindros híbridos tem um efeito importante em (\(\mathrm{U})\). Um novo mecanismo de gatilho foi adaptado que altera a resposta à falha para um modo de colapso simétrico e como consequência aumenta a eficiência da força de esmagamento \(\left(\mathrm{CFE}\right)\) dos híbridos propostos.

Liu et al.13,14 investigaram o comportamento de colisão de estruturas em favo de mel de plástico reforçado com fibra de carbono (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) sob carga axial. Os resultados indicaram que o pico de força de esmagamento (\({\mathrm{F}}_{\mathrm{ip}}\)) e (\(\mathrm{U}\)) de (\(\mathrm{CFRP}\) ) as estruturas preenchidas são melhoradas em 10% em comparação com as não preenchidas. Com a redução do comprimento da divisão do favo de mel \((\mathrm{Al})\), \((\mathrm{U})\) aumenta gradualmente enquanto \(\left(\mathrm{SEA}\right)\) diminui. A resistência à colisão de materiais híbridos tem sido estudada na literatura. Zhu et al.15 estudaram os indicadores de travamento, incluindo \((\mathrm{U})\), e a resposta de falha de três (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\) ) configurações sujeitas a cargas axiais quase estáticas. Para comparação, cilindros vazios (\(\mathrm{Al}\)) e (\(\mathrm{CFRP}\)) foram testados. Os resultados experimentais indicaram que Hi, isto é, (\(\mathrm{Al}\)) cilindro com cilindro interno (\(\mathrm{CFRP}\)) atinge os melhores resultados. Hi foi estudado analiticamente do ponto de vista de custo e leveza. Foi relatado que para o mesmo \((\mathrm{U})\), Hi reduz o custo em 32,1% em comparação com (\(\mathrm{CFRP}\)) cilindro e reduz o peso em 33,6% em comparação com (\ (\matrm{Al}\)) cilindro. Olá, poderia ser adaptado para absorção de energia. Sun et al.16 estudaram o desempenho de britagem quase estática de tubos híbridos (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) preparados pelo enrolamento filamentar. Foi relatado que o ângulo de enrolamento e a espessura da parede da amostra têm um efeito importante no mecanismo de falha e nos parâmetros de esmagamento. Aumentar o ângulo de enrolamento diminui \(\left(\mathrm{SEA}\right)\), \((\mathrm{U})\), e \(({\mathrm{F}}_{\mathrm{ip }})\) de (\(\mathrm{CFRP}\)) e (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) tubos híbridos. Aumentar (\(\mathrm{CFRP}\)) a espessura do tubo melhora \(\left(\mathrm{SEA}\right)\), \((\mathrm{U})\), e \(({\mathrm {F}}_{\mathrm{ip}})\) de (\(\mathrm{CFRP}\)) e (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\) ) híbridos. No ângulo de enrolamento de 25° e 9 camadas de (\(\mathrm{CFRP}\)), \(\left(\mathrm{SEA}\right)\) de (\(\mathrm{CFRP}\)) e (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) tubos foram os melhores (48,74 e 79,05 J/g). Além disso, \((\mathrm{U})\) de (\(\mathrm{CFRP}\))/(\(\mathrm{Al}\)) tubo híbrido excede a soma de seus componentes.