تحلیل رفتار مچالگی محوری تیوب پرشده با فوم فلزی سلول بسته با رویکرد ورونویی

مواد متخلخل به ویژه فوم‌های فلزی از جمله مواد با کاربرد جذب انرژی و نسبت استحکام به وزن بالا‌‌اند. در مقاله حاضر رفتار شبه استاتیکی فشار محوری نمونه‌های فوم آلومینیومی تابعی و تیوب‌های پرشده از فوم به صورت عددی و تجربی مورد تحلیل قرار می‌گیرد. برای ایجاد مدل عددی نمونه‌های تابعی، لایه‌های مختلف مکعبی فوم با چگالی‌ها و تنش‌های تسلیم متفاوت روی یکدیگر جانمایی شده است. نمونه‌ها عبارتند از تابعی دو و سه لایه و نیز فوم غیر تابعی تک لایه به صورت درون تیوب و بدون آن. برای صحه‌گذاری مدل عددی و نیز تخمین خواص غیرخطی فوم از تست‌های استاندارد فشار محوری استفاده شده است. به منظور ارتقای استحکام و جذب انرژی از یک طرف و قابلیت ساخت سفارشی از طرف دیگر، نمونه‌های فوم داخل تیوب‌های آلومینیومی با مقطع مربعی جانمایی شده‌اند. در مدل‌سازی ریزساختار تصادفی از دیاگرام ورونویی استفاده شده است. به علاوه در مدل‌سازی، سلول واحدی مبتنی بر سلول کلوین ارائه گردیده است. برای افزایش کارایی و سهولت در مدل‌سازی، رویکرد ترکیبی اجزای محدود و دیاگرام ورونویی به کمک قابلیت ماکرونویسی پایتون، در نرم‌افزار آباکوس پیاده‌سازی شده است. نهایتا با کالیبراسیون مدل عددی، تطابق مناسبی میان نتایج تحلیل عددی و تست‌های تجربی مشاهده شده است.

Metallic Closed-Cell Foam Filled Tube Uniaxial Crushing Behavior Analysis Using Voronoi Approach

Porous materials especially metallic foams are novel materials with high energy absorption and strength to weight ratio capability. In the present paper, we investigate quasistatic uniaxial compression and crushing behavior of closedcell graded aluminum foams and foamfilled tubes, both numerically and experimentally. To model the mentioned specimens, we place cubes with several densities and strengths to generate functionally graded specimens. Specimens are considered to be graded with two and three layers and nongraded single layer, with and without tubes. Various standard uniaxial compression experiences are conducted for numerical model calibration and validation and also for nonlinear mechanical properties and hardening characterization. To enhance strength and energy absorption capability and also tailoring purpose, we layout the cubic foams in tubes with square profile. The 3D Voronoi diagrams approach is manipulated to model stochastic foam microstructure. Also Novel unit cell is proposed based upon Kelvin cell. We implement the hybrid finite element analysis and Voronoi diagram using Python script and Abaqus 2017 commercial finite element method based code for more convenient modeling and efficient analysis. Finally, and after numerical model calibrations, numerical and experimental results showed good agreement.