Crushing behavior of aluminum foam-filled composite tubes

Abstract

Alüminyum (Al) köpük dolgunun, kompozit tüp ve AlÂkompozit ikili tüplerindüşük  deformasyon  hızlarındaki  ezilme  davranışlarına  ve  soğurdukları  enerjimiktarlarına  etkilerini  belirlemek  amaçlı  deneysel  bir  çalışma  yapılmıştır.  Dolguamaçlı  kullanılan  kapalı  hücreli  Al köpükler  patentlenmiş  bir  proses  kullanılaraküretilmiştir.  Kompozit  tüpler  ise  sonsuz  fiberlerle  filament  sarma  ve  cam  fiberkumaşlarla  tüp  sarma  yöntemleriyle  üretilmiştir.  Düşük  deformasyon  hızlı(25mm/dak) deformasyon testleri değişik geometrik özelliklerde üretilmiş, boşÂ ve Alköpük  dolu  tekli  ve AlÂkompozit  ikili  tüplere  uygulanmıştır.  Yapılan  bu  testlerinbazıları  tüplerin  deformasyon  mekanizmalarının  saptanabilmesi  amacıyla  testsürecinde  kamerayla  kaydedilmiştir.  Benzeri  malzemelerde  başka  çalışmalarda  dakarşılaşılmışÂ olan ilerleyen ezilme ve tüp yapısında yırtılmalar  şeklinde deformasyonmekanizmaları  gözlemlenmiştir.  İlerleyen  ezilme  şeklinde  deforme  olan  tüplerdeezilme yük değerleri ve dolayısıyla da soğurulan enerji ve birim kütlenin soğurduğuenerji  (SAE)  değerleri  daha  yüksek  olmuştur.  İlerleyen  ezilme  modu  tüp  sarmasonrasında  test  numunesi  buyutuna  kesilirken  tüp  sonlarında  oluşan  hatalardandolayı ince duvar kalınlığı olan tüplerde daha baskın oluşmuştur. İkili tüplerde, Altüp daha karmaşık bir elmas modunda deforme olmuşÂ ve bu değiklik tek başına Al vekompozit  tüplerin  ezilmesinin  SAE  değerleri  toplamından  daha  büyük  bir  SAEdeğeri oluşmasına neden olmuştur. Bunun nedeni ezilme sırasında kompozit tüpün Altüpün  ezilme  sırasındaki  katlanmalarına  etkisi  olmasıdır.  Bu  karşılıklı  etkileşimetkisi olarak adlandırılmaktadır. Kompozit tüplerde köpük dolgu kullanmanın ayrıayrı  ezilme  yük  değerleri  toplamının  üstünde  değerlere  ulaşması  ve ezilmeninbaşlangıç aşamalarında kararlılık etkisi olmasına rağmen, aynı etki ilerleyen ezilmebölgesinde gözlemlenmemiştir. Bunun nedeni olabilecek olası etkileşimlerin üstündedurulmuştur.  Köpük  dolgulu  ikili  tüplerde  de,  dolgunun  Al  tüpün  iç  yöndekikatlanlarına gösterdiği dirençten dolayı oluşan kuvvetten eksenel yırtılmayla deformeolan kompozit tüpten dolayı, dolgunun  ezilme yük  ve SAE değerlerinde kararlılıksağlayıcı etkisi gözlemlenememiştir.

An experimental study has been conducted in order to determine the effect of AlÂfoam  filling  on  the  composite  and  hybrid  (Al  metal  and  composite)  compositetubes. Tubes and fillers used in the experiments were prepared using the tube rollingand  foaming  from  powder  compacts  methods,  respectively.  The  composite  wasprepared using EÂglass fiber fabric (2x2 twill fiber construction of 165 g/m  2  arealdensity) and polyester matrix with a 45/45 fiber angle to the tube axis. The quasiÂstatic crush tests were conducted axially on the empty, hybrid and foam filled tubes at25Âmm/min crosshead speed. The deformation sequences of the tubes were furtherrecorded during the tests in order to identify the crushing modes of the tubes. Twofailure mechanism literally known as progressive crushing and catastrophic failure(compression shear) were observed during the crushing of empty composite tubes.The  progressive  crushing  mode  leaded  to  higher  crushing  loads  hence  SpecificAbsorbed  Energies  (SAE).  The  predominant  progressive  crushing  mode  of  emptytubes of thinner wall section  was attributed  to the surface end defects introducedduring sectioning of the tubes. In hybrid tubes, the deformation mode of Al tube wasfound to be a more complex form of the diamond mode of deformation, leading tohigher SAE values than the sum of the SAEs of empty composite and empty metaltube.  The  increased  load  and  SAE  values  of  hybrid  tubes  were  attributed  to  theconstraining effect of the composite to the metal tube folding. Results further showedthat when the progressive crushing mode was taken into account hybrid tubes hadlower  SAE  values  than  those  of  empty  composite  tubes.  The  foam  filling  of  thecomposite tubes however showed two different results. It increased the foam filledtube crush loads over the sum of the crush loads of empty composite tube and foam.In the latter case it was not effective in increasing crush loads over the sum of thecrush loads of empty composite tube and foam in the progressive crushing region.These two effects were discussed in terms of possible interactions between compositetube and foam.