V formlanmış ara bağlantı borusuna sahip bir otomobil arka dingilinin araç ağırlığı azaltmadaki etkileri ve sayısal analizleri
Effects of rear axle with tubular V-formed twistbeam on weight reduction and finite element analysis
Yazar: METİN ÇALLI
Danışman: PROF. DR. VEDAT KARADAĞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Dinamiği, Titreşimi ve Akustiği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Yolcu taşımacılığında kullanılan kara taşıtlarında,  taşıtın zemin üzerinde hareketi lastik tekerleklerle sağlanmaktadır ve teknolojideki büyük gelişmelere rağmen uzunca bir zaman diliminde bu durumun devam edeceği anlaşılmaktadır. Kauçuk esaslı kompozit malzemeden imal edilen havalı (pnömatik) lastikler taşıt mekaniğinde büyük önem arz ederler. Bir taşıtın performansı (ivmelenme ve frenlenme kabiliyeti, dönüş hareketi vs.) temelde iki unsura bağlıdır. Birincisi taşıtı tahrikte kullanılan motorların gücü ikincisi de lastik-zemin arasındaki tutunma durumudur. Bu nedenle taşıtın hareket limitlerinin belirlenmesinde lastiğin zeminden alabildiği kuvvet tayin edici karakterdedir.
Öte yandan her ne kadar havalı lastikler katı değiller ise de özellikle binek araçları için yoldan kaynaklanan rahatsız edici etkilerin bayağı yüksek düzeyde taşıt gövdesine iletirler. Bu nedenle taşıtta sürücü ve yolcu konforunu sağlamak için genelde yay ve amortisörlerden ibaret askı sistemleri kullanılır. Askı sisteminin katılığı tayin edilirken birbirine zıt olan iki talebe makul bir çözüm aranır. Şöyle ki, askı sisteminin katılığı azalırsa konfor artar, buna mukabil taşıtın yere tutunma kabiliyeti ve dolayısıyla taşıt hakimiyeti azalır. Askı sisteminin katı olması halinde de durum tersinedir. Genelde her iki talebi optimum düzeyde karşılayacak bir orta yol bulunur.
Otomotiv endüstrisi,  yeni yasal gerekliliklere uyum ve karbondioksit emisyonunun azaltılması amacı ile araç komponentleri üzerinde ağırlık azaltma çalışmalarına odaklanırken, aynı zamanda bileşenlerin emniyetinden ödün vermeyecek şekilde farklı geometriler, prosesler ve yeni nesil malzemeler üzerine çalışmaktadır. Ağırlık hafifletme çalışmalarında ele alınan komponentlerden bir tanesi de araç süspansiyon sistemleridir.
Yapılan bu çalışmada temel olarak bir binek araca ait V formlu ara bağlantı borusuna sahip yarı bağımsız arka aks süspansiyon sistemi için kritik tasarım parametreleri irdelenmiştir.  Öncelikle, binek araçlar için arka aks tipleri tanıtılmış ve süspansiyon sistemlerine ait elemanlar çalışmanın ilgilendiği kadarıyla anlatılmıştır. Çalışma kapsamında birçok binek araç modeline ait arka aks süspansiyon sistemi kıyaslanmıştır. Kıyaslama çalışması ışığında, burulma çubuğu teorisi göz önünde bulundurularak V formlanmış boru yapısı tasarlanmıştır. 
Binek araç için tasarlanmış V formlanmış ara bağlantı borusuna sahip yarı bağımsız arka aks süspansiyon sistemi,  Hypermesh sonlu elemanlar yazılımında modellenmiştir. Ara bağlantı borusuna ait formlama analizlerinde Hyperform, sistemin yapısal analizlerinde Optistruct, sistemin dinamik analizlerinde de Adams yazılımları kullanılmıştır. Arka aks için yapılan analizler sonucunda aks üzerinde kritiklik oluşturabilecek bölgeler ön plana çıkarılmıştır. Elde edilen sonuçlar irdelenerek çözüm önerileri getirilmiştir.
Bunun yanısıra V formlu ara bağlantı borusuna sahip arka aks sistemi, denge miline sahip formlu sacdan oluşan diğer bir arka aks tasarımı ile yapısal olarak kıyaslanarak ağırlık açısından avantaj ve dezavantajları belirtilmiştir.

Abstract:
Movement of vehicles used in passenger transportation on the ground is provided with rubber tires. However technology on cars continues to be developed, rubber tires will be used for a long time in the automotive industry.  Rubber tires play a significant role on vehicle dynamics. The performance of vehicle is dependent on two basic factors. The prior is engine force to drive and the second is handling situation of tires on the ground. This is why so tire forces from the ground is important to determine vehicle dynamics conditions.   
Although rubber tires have flexible structures, they highly transmit the disturbing effects from the road to vehicle body. For this reason, the suspension systems which consists of shock absorbers and springs are usually preferred to meet the comfort requirements of driver and passengers. If stiffness of suspension decrease, comfort increase; on the other hand handling of vehicle will decrease. Also this situation is reversible. Optimum way is founded to meet the both comfort and handling requirements.
Automotive industry focuses on the weight reduction for vehicle components in terms of the compliance with new legal requirements and reduction of greenhouse gas effect. At the same time, manufacturers study on new concept designs, processes and new generation materials without compromising the safety of the vehicle components. Suspension system is one of the most significant product on vehicles for weight reduction.
This thesis mainly concerns critical design parameters of a semi-independent rear axle suspension system with a V-formed tube for a passenger car. Firstly, it is described what types of rear axles are and which components of suspension systems.  Many types of passenger cars are benchmarked in terms of their rear axle suspension types. According to the twist beam theory, a V-formed tube structure is designed considering the benchmark study.
The rear axle with V-formed tube, designed for the passenger car, is modelled as finite elements using Hypermesh. The forming analysis of V-formed tube is performed with Hyperform, structural analysis of the system is solved via Optistruct and  Adams is used for the dynamic analysis. After correlating FEA results, critical zones on the rear axle system are pointed out. Solutions are offered for these zones investigating the results.
Additionally, the V-formed tubular rear axle is compared with a sheet-formed rear axle structure with an anti-roll bar, advantages and disadvantages of the tubular rear axle are identified for weight reduction.