การศึกษาตัวแปรและการดูดซับพลังงานของท่อทรงเรียวผนังบางโดยใช้วัสดุประกอบเสริมแรงภายใต้แรงกระทำตามแนวแกน

ปัจจุบันการพัฒนาวัสดุได้เป็นไปอย่างต่อเนื่องซึ่งวัสดุประกอบเป็นอีกหนึ่งทางเลือกที่สามารถนำไปใช้งานได้หลากหลายทั้งในอุตสาหกรรมการบิน อวกาศ และรถยนต์ เนื่องจากคุณสมบัติทางกลของวัสดุประกอบมีค่าอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง (high strength weight ratio) สามารถปรับความแข็งแรงตามทิศทางที่รับภาระได้ จึงทำให้วัสดุประกอบถูกนำมาประยุกต์เป็นโครงสร้างร่วมส่วนหน้าของรถยนต์ งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาตัวแปรและการดูดซับพลังงานของท่อหน้าตัดสี่เหลี่ยมทรงเรียวและท่อทรงกระบอก ที่ทำด้วยวัสดุประกอบเสริมแรง โดยชิ้นงานทดลองคือท่อทรงกรวยหน้าตัดสี่เหลี่ยม ทำด้วยวัสดุประกอบเสริมแรง FRP ประเภท เส้นใยแก้ว (Fiber glass) ผสมเรซินโพลีเอสเตอร์ ซึ่งเป็นวัสดุประกอบที่นิยมใช้ในทางวิศวกรรมการขึ้นรูปของท่อที่ทำด้วยวัสดุประกอบเสริมแรง จะทำโดยใช้มือ (Hand lay-up technique) ท่อหน้าตัดสี่เหลี่ยมมีขนาดความกว้าง คือ 50 มิลลิเมตร ความยาว คือ 100 มิลลิเมตร ความสูง คือ 300 มิลลิเมตร ความหนา คือ 1.5, 2.0 และ 2.5 มิลลิเมตร และมุมเอียงของชิ้นงาน คือ 5, 10 และ 15 องศา
ชิ้นงานท่อทรงกระบอกมีการเรียงทับซ้อนและมุมไขว้ที่แตกต่างกัน 3 ชิ้น คือ ชิ้นงาน A มีมุมไขว้ [(0/90)/(0/90)/(0/90)] ชิ้นงาน B มีมุมไขว้ [(45/-45)/(45/-45)/(45/-45)] และชิ้นงาน C มีมุมไขว้ [((45/-45)/(0/90)/(45/-45)] ขึ้นรูปจาก E-glass/polyester ขนาดของท่อมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกคือ 50 มิลลิเมตร ความหนา คือ 2 มิลลิเมตร และความยาว คือ 100 มิลลิเมตร
ผลจากการศึกษาตัวแปรและการดูดซับพลังงานของท่อทรงเรียวผนังบางโดยใช้วัสดุเสริมแรงภายใต้แรงกระทำตามแนวแกน กรณีทดสอบชิ้นงานภายใต้แรงกดแบบกึ่งคงที่ พบว่ามีลักษณะการเสียหายอยู่ 3 แบบ คือ (1) การเสียหายแบบแตกและบานออก ซึ่งเกิดจากอิทธิพลของความหนา 1.5 มิลลิเมตร (2) การเสียหายแบบแตกเปราะ ซึ่งเกิดจากอิทธิพลของความหนา 2.0 มิลลิเมตร และ (3) การเสียหายแบบแตกเป็นชิ้นเล็กตลอดแนวแกนของชิ้นงาน ซึ่งเกิดจากอิทธิพลของความหนา 2.5 มิลลิเมตร สำหรับความสามารถในการดูดซับพลังงานจำเพาะ พบว่า ชิ้นงาน A5 และมุมเอียง 5 องศา สามารถดูดซับพลังงานจำเพาะได้มากกว่าชิ้นงานอื่น ๆ ในทุกกรณี ซึ่งเกิดจากอิทธิพลของมุมเอียงของชิ้นงานที่สามารถรับภาระในแนวแกนได้ดีกว่ามุมเอียงอื่น ๆ กรณีแรงกระแทก พบว่า ลักษณะการเสียหายของชิ้นงานมี 1 แบบ คือ การเสียหายแบบยุบตัวแตกเป็นชิ้นเล็กตลอดแนวแกนของชิ้นงาน ในด้านความสามารถในการดูดซับพลังงานจำเพาะ พบว่าชิ้นงานที่มีมุมเอียง 5 องศา หรือ A5 สามารถในการดูดซับพลังงานจำเพาะได้มากกว่าชิ้นงานอื่น ๆ ในทุกกรณี
ผลทดลองและแบบจำลองทางไฟไนต์เอลิเมนต์ของชิ้นงานท่อทรงกระบอก ภายใต้ภาระกระทำแบบกึ่งคงที่ พบว่า งานมีลักษณะการเสียหายอยู่สามรูปแบบ คือ (1) การเสียหายแบบแตกและบานแยกออกเป็นแฉก ซึ่งเกิดจากอิทธิพลของเส้นใยในแนวตั้งที่สามารถรับภาระในแนวแกนโดยตรง และอิทธิพลเส้นใยในแนวขวางทำหน้าที่ประคองให้เส้นใยในแนวตั้งให้รับภาระแนวแกน (2) การเสียหายแบบยุบตัวตามแนวเฉียงของเส้นใย ซึ่งเกิดจากการเรียงตัวของเส้นใยในแนวเฉียงเมื่อรับภาระในแนวแกนทำให้เส้นใยเกิดการแตกหักตลอก จนสิ้นสุดการยุบตัว และ (3) การเสียหายแบบแตกและบานออกเป็นพุ่ม ซึ่งเกิดจากอิทธิพลของเส้นในในแนวตั้ง 0 องศา ทำให้รับภาระในแนวแกน สำหรับผลทดลองและแบบจำลองทางไฟไนต์เอลิเมนต์ ภายใต้แรงกระแทกพบว่าชิ้นงานมีลักษณะการเสียหายอยู่สามรูปแบบ คือ การเสียหายแบบแตกและบานแยกออกเป็นแฉก การเสียหายแบบยุบตัวตามแนวเฉียงของเส้นใย และ การเสียหายแบบแตกและบานเช่นกัน
ในด้านความสามารถในการดูดซับพลังงานภายใต้ภาระกระทำแบบกึ่งคงและภายใต้แรงกระแทก พบว่า ชิ้นงาน A ที่มีมุมของเส้นใย คือ [(0/90)/(0/90)/(0/90)] สามารถดูดซับพลังงานจำเพาะได้มากกว่าชิ้นงานอื่น ๆ ซึ่งเป็นผลมาจากการเรียงเส้นใยของมุม 0 องศา มีทิศทางในการรับแรงในแนวแกนโดยตรง และมุม 90 องศา ทำหน้าที่ประคองให้เส้นใยมุม 0 องศา ไม่ให้แยกออกจากกันกรณีรับแรงในแนวแกน