Influence of a shape of energy-absorbing element on energy absorption capacity

W pracy opisano badania dotyczące określenia zdolności pochłaniania energii podczas uderzenia, przez elementy energochłonne wybranych kształtów. Badano wpływ kształtu elementów energochłonnych takich jak: cienkie płaskie o przekroju prostokątnym, rurki o przekroju pierścieniowym, ścięte stożki o różnych kątach wierzchołkowych, powłoki faliste i w kształcie sfer na wielkość energii absorbowanej (EA). Natomiast, na podstawie prac opublikowanych w literaturze przedstawiono wpływ kształtu słupków o przekroju ceowym i kątowym, rurek o przekroju kwadratowym, eliptycznym oraz rurek z pofalowaną ścianką na EA. Przedmiotem badań były próbki wykonane z kompozytów epoksydowych (żywica E-53) wzmocnionych włóknami szklanymi w postaci: tkaniny rowingowej marki STR-012-350-110, pasmami rowingu marki ES-10-400-0-60 i matą szklaną oraz włóknami węglowymi w postaci: tkaniny rowingowej marki TENAX HTA 5131. Badania doświadczalne prowadzono na standardowej maszynie wytrzymałościowej INSTRON 8802, przy prędkości obciążenia (prędkości trawersy maszyny) równej 40 mm/min. Wyniki badań przedstawiono w tabelach jako zależność siły niszczącej od odkształcenia (skrócenia próbki). Podano podstawowe właściwości próbek takie jak: wymiary geometryczne, masową zawartość włókien, masę, maksymalną i średnią siłę niszczącą, zaabsorbowaną energię oraz względną energię absorbowaną WEA, tj. energię odniesioną do masy. Zależności WEA od kształtu elementu, dla elementów wykonanych z tych samych kompozytów o jednakowej strukturze zestawiono na wykresach. Liczne fotografie próbek o różnych kształtach przed, w trakcie i po procesie niszczenia ilustrują różne mechanizmy niszczenia.Research on determining an energy absorption capacity of energy-absorbing elements of selected shapes during the impact is described in this paper. The influence of a shape of energyabsorbing elements of such shapes as thin plates of rectangular cross-section, cylindrical tubes, conical tubes with different apex angles, wavy plates, and semi-spheres on a value of the absorbed energy was examined. Additionally, on the basis of on the information available in literature, influence of other elements such as U-channel and angle bars, square and elliptical tubes, and wavy-walled tubes was described. The specimens made from epoxy composites (E-53 resin) were tested. A structure of the composites was reinforced with glass fibers in the form of STR-012-350-110 rowing fabric, ES-10-400-0-60 rowing wisps and glass mat, as well as carbon fibers in the form of TENAX HTA 5131 rowing fabric. Experimental tests were conducted on universal testing machine INSTRON 8802 at a constant crosshead displacement rate of 40 mm per minute. The test results were presented as compressive force vs. displacement (specimen shortening). The basic properties of the specimens, including their geometrical dimensions, mass fiber contents, weights, maximum and average values of compression force, absorbed energy, and relative absorbing energy related to specimen weight, were provided in tables. The relations between relative absorbing energy and composite structures for the specimens made from composites of the same structure were compared in the form of graphs. Numerous photographs, taken during the compression test, as well as before and after it, indicate different failure mechanisms for each of the specimens