Publication: Compression and indentation behavior of lightweight foam-filled kraft paper honeycomb structure
dc.contributor.affiliation | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | en_US |
dc.contributor.author | Nurdina Abd Kadir | en_US |
dc.contributor.supervisor | Mohd Sultan Ibrahim, Ph.D | en_US |
dc.contributor.supervisor | Hanan Mokhtar, Ph.D | en_US |
dc.contributor.supervisor | Yulfian Aminanda, Ph.D | en_US |
dc.date.accessioned | 2024-10-07T03:01:38Z | |
dc.date.available | 2024-10-07T03:01:38Z | |
dc.date.issued | 2021 | |
dc.description.abstract | Honeycomb sandwich structure has been used extensively in engineering industries as an energy absorber to resist external loads due to its lightweight and high energy absorbing capability. However, the honeycomb core is the weakest part of the sandwich structure and they may fail or collapse through cell fracture or cell wall buckling depending on the loading regime and the core configuration. A foam-filled honeycomb structure has been proposed to provide an enhancement in the properties of the honeycomb core. The filler existence within honeycomb cells improves the honeycomb structure systems by strengthening the honeycomb cell wall and changes the structure's behavior. Therefore, statistical, experimental, and simulation works were carried out in this research work to investigate the effects of filling Kraft paper honeycomb with polyurethane foam. For the simulation, a three-dimensional finite element model for foam-filled Kraft paper honeycomb was developed. Statistical analysis was performed at the initial stage of this study to determine the optimum configuration of the Kraft paper honeycomb. Then, the optimized unfilled kraft paper honeycomb, polyurethane foam, and foam-filled Kraft paper honeycomb were subjected to quasi-static compression loading. The maximum force and energy absorption of foam-filled Kraft paper honeycomb were computed to study the improvements compared to the summation of unfilled kraft paper honeycomb and foam alone. The three-dimensional finite element analysis was performed using Ls-Dyna software to investigate the interaction between polyurethane foam and cell walls. Force-displacement behaviors obtained from numerical simulations were validated by experimental findings, and the distribution of energy absorption between cell walls and polyurethane foam in the foam-filled honeycomb was analyzed. In order to study the localized effect of foam-filled kraft paper honeycomb, experimental analyses and finite element analyses subjected to indentation loading were performed. As a result, the Kraft paper honeycomb with density 175gsm, 3 ply thickness of paper, and 10 mm cell size of honeycomb exhibit the optimum configuration with 724.80 J/kg of specific energy absorption (SEA) and 9.35 MPa/kg of specific compression strength (SCS). Moreover, the experimental results show that the peak force and energy absorption of the foam-filled honeycomb were increased up to 30% compared to the individual component. Meanwhile, the indentation at the vertical edge shows the higher peak force and energy absorbed which proves that the vertical edge of the cell wall behaves as a strong point to endure the indentation force. In conclusion, polyurethane foam filler has strengthened the honeycomb cell wall and improved the energy absorption capability of the Kraft paper honeycomb structure. The FEA results confirmed that the cell walls strengthened by the foam filler and the confinement of foam by cell walls increased the energy capability of the foam-filled honeycomb structure. | en_US |
dc.description.abstractarabic | إن بنية خلية النحل قد استخدمت على نطاق واسع في مجال الهندسة، بوصفها امتصاص الطاقة لمقاومة حمولة خارجية بسبب وزنها الخفيف واستطاعتها في امتصاص الطاقة العالية. ولكن، إن قلب خلية النحل هو الجزء الأضعف لهذه البنية، ويستطيع القلب أن يفشل أو يسقط عبر انكسار الخلية أو تحنيب جدار الخلية، الذي يعتمد على نظام التحميل وتكوين القلب. إن بنية خلية النحل معبأ بالرغوة مقترحة لتجهيز التحسين على قلب خلية النحل. إن وجود التعبئة داخل خلية النحل يتحسن نظام هيكل خلية النحل بتقوية جدار الخلية وتغيير سلوك الهيكل. لذلك، قد نفّذت عملية الإحصاء والتجريب والمحاكاة في هذا البحث ليستكشف تأثير تعبئة ورقة خلية النحل Kraft برغوة بوليوريتان. إن للمحاكاة، فتقدم نظام نموذج عنصر محدود بثلاثية الأبعاد لورقة خلية النحل Kraft معبأ بالرغوة. وقد أقيم التحليل الإحصائي في المرحلة الأولى بهذا البحث لتعيين التكوين الأمثل لورقة خلية النحل Kraft. ثم، تعتمد الورقة الفارغة الأنسب ورغوة بوليوريتان والورقة معبأ بالرغوة على حمل الضغط شبه ساكن. إن القوة العظمى وامتصاص الطاقة للورقة معبأ بالرغوة محسوبان للبحث عن التحسينات مقارنة بمجموع الورقة الفارغة والرغوة وحدها. وقد قيّم نظام نموذج عنصر محدود بثلاثية الأبعاد باستخدام برمجية Ls-Dyna لاكتشاف عن التفاعلات بين رغوة بوليوريتان وجدار الخلية. إن سلوكيات النزوح القسري المحصول من المحاكاة العددية قد اعتمدت بالاستنتاجات الاختبارية، كما قد تم تحليل توزيع امتصاص الطاقة بين جدار الخلية ورغوة بوليوريتان في خلية النحل معبأ بالرغوة. وللبحث عن التأثير الموضعي للورقة معبأ بالرغوة، قد أقيمت التحليلات الاختبارية والتحليلات المحدودة مُعَرّضٌ لِتحميل الفجوة. والنتيجة هي إن ورقة خلية النحل Kraft مع الكثافة 175غرام وسُمك ثلاث طيات وحجم خلية النحل 10 ميلي متر تشير أن التشكيل الأمثل هو مع معدل امتصاص الطاقة المحدد 724.80 J/kg ومُقَاوَمة الضغط النوعية 9.35 MPa/kg. إضافة إلى ذلك، إن النتيجة التجريبية أشارت أن ذروة امتصاص القوّة والطاقة للورقة معبأ بالرغوة قد ارتفعت إلى% 30 مقارنة بالمكونات الفردية. أما من جهة أخرى، الفجوة في الحافة العمودية أشارت إلى أعلى امتصاص الطاقة والضغط الذي يبرهن بأن الحافة العمودية للخلية تصرّفت كنقطة حصينة لتتحمل قوة الفجوة. وختاما، إن رغوة بوليوريتان قد تقوي جدار خلية النحل وتحسن مستوى امتصاص الطاقة لهيكل ورقة خلية النحل Kraft. إن نتيجة تحليل العناصر المنتهية أشارت إلى أن تقوية جدار الخلية بالرغوة، وتطويق الرغوة لجدار الخلية، قد ارتفعتا استطاعة الطاقة في خلية النحل. | en_US |
dc.description.callnumber | t TA 407 N974C 2021 | en_US |
dc.description.identifier | Thesis : Compression and indentation behavior of lightweight foam-filled kraft paper honeycomb structure / by Nurdina Binti Abd Kadir | en_US |
dc.description.identity | t11100454088NurdinaBintiAbdKadir | en_US |
dc.description.kulliyah | Kulliyyah of Engineering | en_US |
dc.description.nationality | Malaysian | en_US |
dc.description.notes | Thesis (Ph.D)--International Islamic University Malaysia, 2021. | en_US |
dc.description.physicaldescription | xx,159 leaves : color illustration. ; 30cm. | en_US |
dc.description.programme | Doctor of Philosophy (Engineering) | en_US |
dc.identifier.uri | https://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/2912 | |
dc.language.iso | en | en_US |
dc.publisher | Kuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2021 | en_US |
dc.subject.lcsh | Strength of materials | en_US |
dc.subject.lcsh | Materials -- Compression testing | en_US |
dc.subject.lcsh | Honeycomb structures | en_US |
dc.subject.lcsh | Structural dynamics | en_US |
dc.title | Compression and indentation behavior of lightweight foam-filled kraft paper honeycomb structure | en_US |
dc.type | Doctoral Thesis | en_US |
dspace.entity.type | Publication |
Files
Original bundle
License bundle
1 - 1 of 1