Enerji absorbe edici metalik ve kompozit çarpışma kutusunun tasarımı ve imal edilmesi
Design and manufacturing of energy absorbing metallic and composite crash-box
Yazar: MUHAMMET MUAZ YALÇIN
Danışman: PROF. DR. KENAN GENEL
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Tasarım ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışma kapsamında, içeriden ve dışarıdan takviye edilmiş ve çevresel cidar ezme işlemi uygulanmış dairesel alüminyum tüplerin (6063-T5), eksenel yük altındaki deformasyon davranışları ve enerji absorbe etme kabiliyetleri deneysel olarak incelenmiştir. Tüplerin içeriden takviye edilmesinde farklı yoğunluklara sahip kapalı gözenekli PVC köpükler, dışarıdan takviye edilmesinde ise twill dokuma cam ve plain dokuma karbon elyaf kumaşlar kullanılmıştır. Cidar ezme işleminde ise takviye elemanı yerine, tüp cidarı bölgesel olarak deforme edilmiştir.
Yapılan çalışmalarda, öncelikle takviyesiz tüpün eksenel yük altında sergilediği deformasyon davranışı detaylı olarak incelenmiş ve tüp yapının mekanik özelliklerden bağımsız olarak sadece geometrik ölçülere göre farklı katlanma modlarında deformasyona uğradığı anlaşılmıştır. Ayrıca cidar kalınlığındaki artışın absorbe edilen enerji üzerinde çaptaki artışa oranla daha baskın bir etkiye sahip olduğu görülmüştür. 
İçeriden takviyede, farklı yoğunluklara sahip PVC köpükler, tüp uzunluğu doğrultusunda farklı dizilim kombinasyonlarında kullanılmışlardır. Sağlanan enerji artışının, köpüğün eksenel direnincen ve tüp cidarı ile köpük arasında meydana gelen etkileşimden kaynaklandığı tespit edilmiş ve bu etkileşimin daha net ortaya konulabilmesi için düşük ve yüksek yoğunluklu köpükler radyal yönde değişen şekilde kullanılmışlardır. Deneyler neticesinde, radyal köpük takviyesinin enerji değerini yaklaşık %48 artırdığı, takviyeli numunelerin SEM görüntüleri incelendiğinde bu enerji artışında köpüğün katlanan tüp cidarları arasında sıkışma durumunun etkili olduğu tespit edilmiştir. Dışarıdan takviye durumunda elyaf türünden bağımsız olarak ilk pik kuvvetin yüksek oranda arttığı, elyafların özellikle tüpün cidar stabilitesine katkı sundkları görülmüştür.  Ayrıca karbon elyaf takviyesinin cam elyafa göre daha az gevrek olduğu ve katlanan tüp cidarıyla daha uyumlu hareket ettiği anlaşılmıştır.  Çevresel cidar ezme işlemi uygulanan numunelerde, normalde tüpün üst veya alt uçlarına yakın kısımlarda başlayan katlanmanın, tüpün orta kısımlarına yönlendirilebildiği görülmüş ve absorbe edilen enerji değeri %26 artırılmıştır. Herhangi bir takviye elemanı kullanılmadığından bu değer tüpün özgül enerji absorbe etme değerine de eşit olması açsından önemlidir. Herbir takviye yöntemindeki en verimli durumun birlikte kullanılması durumunda ise absorbe edilen enerji değeri takviyesiz tüpe oranla 2,4 kat artarak 4381 J seviyesine ulaşmış, özgül enerji değerinde ise %37 oranında artış elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, the deformation behavior and energy absorption capability of the circular aluminum tubes (6063-T5) reinforced internally and externally and annular-rolled were investigated experimentally. PVC foams with different densities were used for inner reinforcements and glass and carbon fiber were used for reinforcing the tubes from the outside. In the annular-rolling process, instead of the reinforcing element, the tube wall is locally deformed. In the experiments, firstly, the deformation behavior of the base tube under axial load was examined in detail and it was found that the tube structure deformed in different folding modes according to the geometrical dimensions, regardless of the mechanical properties. In addition, the increase in wall thickness has a more dominant effect on the absorbed energy than the increase in diameter. In the internal reinforcement, PVC foams having different densities were used in different sequence combinations in the direction of the tube length. It was found that the energy increase is due to the axial resistance of the foam and the interaction between the tube wall and the foam, in order to make this interaction clearer, low and high-density foams are used in varying radial direction. As a result of the experiments, it was found that radial foam reinforcement increased the energy value by approximately 48% and when SEM images of reinforced samples were examined, it was found that the compression of the foam between the folded tube walls was effective in this energy increase. It was found that in the case of external reinforcement, the first peak force is increased independently of the fiber type, and the fibers contribute to the wall stability of the tube, in particular. It was also found that the carbon fiber reinforcement is less brittle than the glass fiber and acts more harmoniously with the folding tube wall. It was seen from the annular-rolled specimens that the folding, which starts normally near the upper or lower ends of the tube, can be directed to the middle parts of the tube and the absorbed energy value has been increased by 26%. Since no reinforcing elements are used, this value is also equal to the specific energy absorption value of the tube. When the most efficient case was used together in each reinforcement method, the absorbed energy value increased by 2,4 times compared to the base tube and reached 4381 J level and the specific energy value increased by 37%