Effect of quadrilateral discontinuity size on the energy absorption of structural steel profiles

• Autorzy: Estrada Q. , Szwedowicz D. , Majewski T. , Martinez E. , Rodriguez-Mendez A.

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2016.2.5

Warianty tytułu

PL

Wpływ wielkości czworobocznych nieciągłości na pochłanianie energii w stalowych profilach strukturalnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper the effect of discontinuity size on energy absorption performance of steel square profiles is reported. The analysis consists of finite element simulations and experimental results of the compression strength of steel profiles with discontinuities. The discontinuities were placed at the mid span of the profiles in two walls opposite to each other. Square, rectangular and diamond initiators were evaluated at different scales. The numerical results determined the size intervals that present a good energy absorption performance in each case. Energy absorption capabilities were increased up to 12.54% with respect to a structure without discontinuities. Additionally, the peak load value (Pmax) was decreased 25.97% with the implementation of a diamond initiator. For structures with discontinuities with major axis close to the profile width, a buckling effect was observed. Finally, it was observed that the size of the initiators contributes to reduce the peak load (Pmax) value.

PL

W pracy przedstawiono analizę wpływu rozmiaru nieciągłości na pochłanianie energii przez stalowe profile o przekroju kwadratowym. Analiza przedstawia wyniki symulacji elementami skończonymi próby ściskania profili stalowych z nieciągłościami oraz porównanie z danymi eksperymentalnymi. Nieciągłości zostały usytuowane w środku profilu w dwóch przeciwległych ścianach. W pracy zostały przebadane nieciągłości o formach kwadratowych, prostokątnych i rombowych dla różnych wymiarów. Stwierdzono wzrost o 12,54% możliwości pochłaniania energii w porównaniu dla struktur bez nieciągłości. Dodatkowo, w przypadku nieciągłości rombowych stwierdzono spadek wartości siły maksymalnej (Pmax) o 25,97%. Zaobserwowano występowanie efektu wyboczenia dla nieciągłości rombowej gdy wymiar jej osi zbliża się do szerokości profilu. Zaobserwowano, ze rozmiar nieciągłości wpływa na redukcje wartości maksymalnego obciążenia oraz w tym samym czasie na obniżenie pochłanianej energii.

Słowa kluczowe

EN

thin-walled structure; geometrical discontinuities; finite element method; energy performance

PL

struktury cienkościenne; nieciągłości geometryczne; metoda elementów skończonych; pochłanianie energii

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 18, no. 2
• Strony: 186--193
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Estrada Q.

• Institute of Technology and Engineering Autonomous University of Juarez City Av. Plutarco Elías Calles 1210 C.P 32310, Ciudad Juarez, Chihuahua, Mexico

autor

Szwedowicz D.

• Mechanical Engineering Department National Center for Research and Technological Development Internado Palmira S/N C.P 62490, Cuernavaca, Mor., Mexico

autor

Majewski T.

• Mechanical and Industrial Engineering Department Universidad de las Americas Cholula S/N C.P. 72810, Puebla, Mexico

autor

Martinez E.

• Mechanical Engineering Department National Center for Research and Technological Development Internado Palmira S/N C.P 62490, Cuernavaca, Mor., Mexico

autor

Rodriguez-Mendez A.

• Department of Mechanical Engineering University of California Berkeley, CA 94720, USA

Bibliografia

• 1. ABAQUS/Explicit User's Manual, Theory and examples manual and post manual. Version 5.8, Explicit, HKS, Inc., 1998.
• 2. Abramowicz W, Jones N. Dynamic axial crushing of circular tubes. International Journal of Impact Engineering 1984; 2(3): 263-281, http://dx.doi.org/10.1016/0734-743X(84)90010-1.
• 3. Aljawi A A N. Axial crushing of square steel tubes. The 6th Saudi Engineering Conference, KFUPM, Dhahran 2002; 3: 3-18.
• 4. Arnold B, Altenhof W. Experimental observations on the crush characteristics of AA6061 T4 and T6 structural square tubes with and without circular discontinuities. International Journal of Crashworthiness 2004; 9(1): 73-87, http://dx.doi.org/10.1533/ijcr.2004.0273.
• 5. Chenga Q, Altenhof W, Li L. Experimental investigations on the crush behaviour of AA6061-T6 aluminium square tubes with different types of through-hole discontinuities. Thin-Walled Structures 2006; 44(4): 441-454, http://dx.doi.org/10.1016/j.tws.2006.03.017.
• 6. Chiu Y S, Jenq S T. Crushing behaviour of metallic thin-wall tubes with triggering mechanisms due to quasi-static axial compression, Journal of the Chinese Institute of Engineers 2014; 37:4, 469:478.
• 7. Chung Kim Yuen S., Nurick G. N. The energy-absorbing characteristics of tubular structures with geometric and material modifications: An overview. ASME Applied Mechanics Reviews 2008; 61:020802, 1-15.
• 8. Ferdynus M. An energy absorber in the form of a thin-walled column with square cross-section and dimples. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2013; 15 (3): 253-258.
• 9. Huang M Y, Tai Y S. Dynamic crushing characteristics of high strength steel cylinders with elliptical geometric discontinuities. Theoretical and Applied Fracture Mechanics 2010; 54(1): 44-53, http://dx.doi.org/10.1016/j.tafmec.2010.06.014.
• 10. Jensen O, Langseth M, Hopperstad O S. Experimental investigations on the behaviour of short to long square aluminium tubes subjected to axial loading. International Journal of Impact Engineering 2004; 30(8-9): 973-1003, http://dx.doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2004.05.002.
• 11. Kim D K, Lee S. Impact energy absorption of 6061 aluminium extruded tubes with different cross-sectional shapes. Materials and Design 1999; 20(1): 41-49, http://dx.doi.org/10.1016/S0261-3069(98)00042-9.
• 12. Krauss C A, Lananen D H. A parametric study of crush initiators for a thin-walled tube. International Journal of Vehicle Design 1994; 15(3/4/5): 385-401.
• 13. Lee, S, Hahn C, Rhee M, Oh J E. Effect of triggering on the energy absorption capacity of axially compressed aluminum tubes. Mechanics and Design 1999; 20(1): 31-40, http://dx.doi.org/10.1016/s0261-3069(98)00043-0.
• 14. Mamalis A G, Manolakos D E, Spentzas K N, Ioannidis M B, Koutroubakis S, Kostazos P K. The effect of the implementation of circular holes as crush initiators to the crushing characteristics of mild steel square tubes: experimental and numerical simulation. International Journal of Crashworthiness 2009; 14(5): 489-50, http://dx.doi.org/10.1080/13588260902826547.
• 15. Matweb, http://www.matweb.com, 2014.
• 16. Peden M., Scurfield R., Sleet D., Mohan D., Adnan A. Hyder A. A., Eva Jarawan E. Mathers C., World report on road traffic injury prevention. Geneva, World Health Organization, 2004.
• 17. Simhachalam B, Krishna Srinivas K, Lakshmana Rao C. Energy absorption characteristics of aluminium alloy AA7XXX and AA6061 tubes subjected to static and dynamic axial load. International Journal of Crashworthiness 2014; 19(2): 139-152, http://dx.doi.org/10.1080/13588265.2013.878974.
• 18. Szwedowicz D, Estrada Q, Cortes C, Bedolla J, Alvarez G, Castro F. Evaluation of energy absorption performance of steel square profiles with circular discontinuities. Latin American Journal of Solids and Structures 2014; 11: 1744-1760, http://dx.doi.org/10.1590/S1679-78252014001000003.
• 19. Thornton, P. H., Mahmood, H. F., and Magee, C. L. Energy absorption by structural collapse. Structural Crashworthiness 1983, 96-117.
• 20. Wierzbicki T, Abramowicz W. On the crushing mechanics of thin-walled structures J. Appl. Mech 1983; 50(4a), 727-734, http://dx.doi.org/10.1115/1.3167137.
• 21. Zhang X, Huh H. Crushing analysis of polygonal columns and angle elements. International Journal of Impact Engineering. 2010; 37(4): 441-451, http://dx.doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2009.06.009.