آزمون ضربه تیلور

آزمون ضربه تیلور (Taylor Test) یکی از آزمایش‌های پایه‌ای در مکانیک مواد و مهندسی است که میان کاربران حلگر صریح در زمینه استحکام بسیار شناخته شده است. این آزمون برای ارزیابی دقت الگوریتم‌های تماس، مدل‌های جریان پلاستیک، و بررسی عدم قفل شدگی حجمی (Volume locking) استفاده می‌شود.

اساس این آزمون بررسی تغییر شکل پلاستیک یک سیلندر فلزی است که با سرعت بالا به یک هدف صاف، ثابت و غیرقابل تغییر شکل صلب برخورد می‌کند.

پیشینه تاریخی آزمون تیلور

این آزمایش نخستین بار به صورت تئوری توسط سِر جفری تیلور (Sir Geoffrey Taylor) توصیف شد. او مدلی تحلیلی تقریبی برای این فرآیند توسعه داد. اما جالب است بدانید که آزمایش‌های واقعی توسط جان ویفین (John Whiphin) انجام شدند. همچنین ویلیام کارینگتون و ماری ال. دبلیو. گیلر در بخش سوم این مطالعه، تغییرات ریزساختاری فلزاتی مانند فولاد نرم، دورالومین (آلیاژ آلومینیوم) و نقره استاندارد (92.5٪ نقره و 7.5٪ مس) را که تحت تغییر شکل ضربه‌ای با سرعت بالا قرار گرفته‌اند، اندازه‌گیری کردند.

این سه مقاله در سال 1948 به‌صورت مشترک منتشر شدند و اطلاعات پایه‌ای درباره تغییر شکل پلاستیک تحت بارگذاری دینامیکی ارائه کردند.

واقعیتی جالب درباره نام آزمون تیلور

گاهی این آزمایش با نام آزمون تیلور-آنویل (Taylor-Anvil Test) نیز شناخته می‌شود. با این حال، “Anvil” (به معنی سندان) نام یک نویسنده یا همکار نیست؛ بلکه به کلمه انگلیسی “سندان” اشاره دارد. سندان به هدفی سفت و سخت اطلاق می‌شود که شرایط برخورد را بدون تغییر شکل خودش فراهم می‌کند.

اهمیت آزمون تیلور

در آزمایش تیلور یک استوانه از جنس مورد نظر که توسط یک تفنگ مخصوص (Gas Gun) سرعت گرفته است، به یک سطح نسبتا صلب برخورد می کند و تغییر شکل می دهد. عموما تغییر شکل میله در ناحیه برخورد به دیوار متمرکز است.

آزمون تیلور به دلایل زیر در میان مهندسان شبیه سازی المان محدود اهمیت زیادی دارد:

1. ارزیابی مدل‌های پلاستیک: این آزمایش به‌طور ویژه برای بررسی دقت مدل‌های جریان پلاستیک در شبیه‌سازی‌های عددی استفاده می‌شود.
2. دقت الگوریتم‌های تماس: از آن برای سنجش نحوه شبیه‌سازی برخورد بین دو جسم استفاده می‌شود.
3. شناخت رفتار مواد: تغییرات ریزساختاری ناشی از برخورد اطلاعات ارزشمندی درباره رفتار دینامیکی مواد در شرایط بارگذاری شدید فراهم می‌کند. در واقع پس از این آزمایش می توان گفت که خواص تسلیم دینامیکی ماده به دست می آید.

منابع اصلی این پژوهش

سه مقاله اصلی که اساس آزمون تیلور را توضیح می‌دهند عبارتند از:

1. جفری تیلور:
   • “استفاده از پرتابه‌های تخت برای تعیین تنش تسلیم دینامیکی: ملاحظات تئوری”
   • Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences
   • DOI: 10.1098/rspa.1948.0081
2. جان ویفین:
   • “استفاده از پرتابه‌های تخت برای تعیین تنش تسلیم دینامیکی – قسمت دوم: آزمایش روی مواد فلزی مختلف”
   • Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences
   • DOI: 10.1098/rspa.1948.0082
3. کارینگتون و گیلر:
   • “استفاده از پرتابه‌های تخت برای تعیین تنش تسلیم دینامیکی – قسمت سوم: تغییرات ریزساختاری ناشی از تغییر شکل تحت برخورد با سرعت بالا”
   • Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences
   • DOI: 10.1098/rspa.1948.0083

شبیه سازی آزمایش برخورد میله به دیوار تیلور در آباکوس

یک مثال در راهنمای آباکوس وجود دارد که برخورد پرسرعت یک میله‌ی مسی به یک دیواره‌ی صلب را شبیه‌سازی می‌کند (برای مشاهده مثال اینجا کلیک کنید). در زیر نکات مهم این مثال آورده شده است.

در این نوع مسائل، به دلیل برخورد پرسرعت، المان‌ها نزدیک به انتهای جلویی میله دچار اعوجاج شدید شبکه یا همان مش می‌شوند که به شدت گام زمانی پایدار (Stable Time Increment) را در طول حل عددی کاهش می‌دهد. بنابراین از روش تغییر مقیاس جرم (Variable Mass Scaling) استفاده می شود تا جرم المانی که بسیار کوچک می‌شوند، مقیاس شود. این تغییر جرم طوری اعمال می‌شود که بازه زمانی پایدار از حداقل مشخصی کمتر نشود.

در برخوردهای با اعوجاج شدید مش، المان‌های اویلری (Eulerian) نسبت به المان‌های لاگرانژی (Lagrangian) مزیت دارند. ناحیه‌ی مهم در برخورد میله، نزدیکی انتهای جلویی آن است؛ جایی که تغییر شکل پلاستیک شدید رخ می‌دهد. در بقیه‌ی دامنه‌ی اویلری، نیاز به وضوح شبکه (Mesh Resolution) بالا نیست. برای کارایی بهتر محاسبات، از روش Adaptive Mesh Refinement در تحلیل اویلری استفاده می‌شود.

در صورت نیاز به مشاوره و منتورینگ آباکوس تماس بگیرید یا بر روی دکمه رزرو منتورینگ بالا کلیک کنید.

برای اطلاع از آخرین اخبار فناوری های CAD/CAM/CAE کانال تلگرام بنوموسی را دنبال کنید.

نتیجه‌گیری

آزمون تیلور یکی از ابزارهای کلیدی برای مطالعه تغییر شکل پلاستیک تحت شرایط دینامیکی است که نه تنها تاریخچه‌ای علمی جالب دارد، بلکه در کاربردهای مدرن مانند شبیه‌سازی‌های عددی نقش حیاتی ایفا می‌کند. این آزمون به مهندسان این امکان را می‌دهد تا دقت و عملکرد مدل‌ها و الگوریتم‌های شبیه‌سازی خود را بهبود بخشند.

اگر به دنیای شبیه‌ سازی و مهندسی مکانیک مواد علاقه دارید، مطالعه این آزمایش می‌تواند نقطه شروعی عالی برای درک رفتار دینامیکی مواد باشد.

اگر برای انجام پروژه خود نیاز به منتورینگ آباکوس دارید می توانید از طریق این لینک برای رزرو تایم اقدام نمایید. نیم ساعت اول منتورینگ رایگان است.