Tabakalı yaprak yayların burulma davranışlarının deneysel ve sonlu elemanlar analizi ile incelenmesi
Investigation of torsional behavior of laminated leaf springs with experimental and finite element analysis
Yazar: ONUR ÖZENER
Danışman: DOÇ. DR. TUNÇ APATAY
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Yaprak yaylar bir araç için önemli bir sönümleme ve yataklama elemanıdır. Bu yayların kullanım alanları çok geniş olup birçok tasarım çözümü için tercih edilmektedir. Askeri araçlardaki kullanım amacı, personelin el kuvveti ile kaldıramayacağı ağırlıktaki personel kapakları, bakım kapakları ve acil çıkış kapıları gibi zırh çeliğinden imal edilen kapak mekanizmalarının açılış ve kapanışı sırasında tekrarlanabilir burulma momenti sağlamasıdır. Tek bir dikdörtgen kesitli yaprak yay için geçerli burulma momenti denklemi, tabakalı halde kullanılan yaprak yay sistemlerinde uygulanamamaktadır. Bu çalışmada, kapak mekanizmalarında kullanılan dikdörtgen kesitli yaprak yay geometrileri referans alınarak SAE-AISI 1065 ve SAE-AISI 1080 yay çeliklerinin katmanlı olarak kullanıldığı durumdaki burulma performansları incelenmiştir. Bu amaçla tabakalı yaprak yay setlerini 0'dan 90 dereceye burulmaya maruz bırakan test cihazı tasarlanmış ve burulma performansı deneysel olarak elde edilmiştir. Videolu ekstansometre cihazı ve RFDA cihazı ile belirlenen mekanik özellikler, OptiStruct analiz programı kullanılarak yay setlerinin kalıcı deformasyona uğramadığı limitler araştırılmıştır. Analiz verileri sonucunda deneylerde kullanılacak yay boyları ve adetleri belirlenmiştir. Çalışma kapsamında farklı uzunluk ve adetteki yaprak yaylar test cihazında 0°'den 90°'ye burulma hareketine zorlanmıştır. Çalışma sonucunda tek yayın burulma momenti hesabında kullanılan teorik formüllerin yüksek burulma açılarında zorlanan yay setleri için kullanıldığında sapmalara neden olabileceği ve yay adedinin artması sonucu burulma momentinin, adet ile birlikte doğrusal artmadığı gösterilmiştir. Çalışmadaki SAE-AISI 1065 ve SAE-AISI 1080 yay çelikleri için 90°'deki burulma momentleri karşılaştırılmış ve yüksek oranda benzerlik görülmüştür.

Abstract:
Leaf springs are important damping and bearing elements for a vehicle. The usage areas of these springs are very wide and they are preferred for many design solutions. The purpose of using in military vehicles is to provide reproducible torsional moment during the opening and closing of armor steel cover mechanisms such as personnel hatches, maintenance hatches and emergency exit doors that cannot be lifted by hand force. The torsional moment equation valid for a single rectangular leaf spring cannot be applied to leaf spring systems used in a layered state. In this study, the torsional performance of SAE-AISI 1065 and SAE-AISI 1080 spring steels in the case of multi-layered leaf spring geometries used in cover mechanisms was investigated. For this purpose, a test device that exposes the laminated leaf spring sets to torsion from 0° to 90° has been designed and its torsion performance has been obtained experimentally. The mechanical properties determined by the video extensometer device and the RFDA device, and the limits where the spring sets do not undergo permanent deformation were investigated using the OptiStruct analysis program. As a result of the analysis data, the length and number of springs to be used in the experiments were determined. Within the scope of the study, leaf springs of different lengths and numbers were forced into a torsional movement from 0° to 90° in the test device. As a result of the study, it has been shown that the theoretical formulas used in the calculation of the torsional moment of a single spring can cause deviations when used for spring sets forced at high torsion angles, and as a result of the increase in the number of springs, the torsional moment does not increase linearly with the number of springs. Torsion moments at 90° for the spring steels SAE-AISI 1065 and SAE-AISI 1080 in the study were compared and a high degree of similarity was observed.