Bir kamyon şasisinin yapısal optimizasyonu
Structural optimization of a truck chassis
Yazar: MEHMET POYRAZ
Danışman: DOÇ. DR. ATA MUĞAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2004
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Taşıtlarda şasi aracın iskeletini oluşturur. Birinci derecede yük taşıyan eleman olması yanında belli başlı komponentlerin üzerine takıldığı temel yapıdır. Bu nedenle, zor yük koşullarında maruz kalacağı gerilmeleri minimize edecek ve fonksiyonlarını yerine getirmek için yeterli rijitliğe sahip olacak şekilde tasarlanır. Ayrıca tasarım esnasmda istenilen dayanıklılığı sağlarken minimum malzeme miktarı ve maliyet gibi faktörler de göz önünde bulundurulmalıdır. Çeşitli faktörlerin dengelenmesi, ancak şasinin yapısının çok kriterli olarak optimize edilmesi ile gerçekleştirilebilir. Bu çalışmada, gelişmiş yapısal optimizasyon metotlarım kullanan Opti Struct yazılımdan faydalanıldı. Sekiz tonluk bir dağıtım kamyonu şasisinin topolojisi, aracın maruz kalabileceği farklı yükleme koşulları esas alınarak, çeşitli amaç fonksiyonları ve dizayn kısıtlan altında optimize edildi. Optimizasyon işlemi için, düşey yönde eğilme, asimetrik frenleme, boyca eksene göre burulma, çarpışma ve doğal frekans gibi çeşitli tasarım kriterleri kullanıldı. Yukarıda bahsedilen her bir durum için şasi geometrisi oluşturuldu. Optimizasyon programının ön işlemcisinde geometrik modele sonlu elemanlar (SE) ağı örüldü ve gerçekte şasinin üzerine gelen yükleri yansıtan sınır koşullan uygulandı. Ardından topoloji optimizasyonu problemi tammlandı. Optimizasyon probleminde öncelikli olarak amaç fonksiyonu ve tasanm kısıtlan belirlendi. Çözümün yakınsamasını ve son topolojiyi etkileyecek optimizasyon parametreleri girildi. Oluşan topolojiye göre tasanm kısıtlannda ve parametrelerde değişiklik yapılarak problem tekrar çözdürüldü. Bu şekilde, seçilen amaç fonksiyonlarının pratik olarak gerçeklenmesi mümkün ve global minimum çözümleri elde edildi. Anahtar Kelimeler: Yapısal Optimizasyon, Topoloji Optimizasyonu, Sonlu Elemanlar Metodu, Şasi Tasannu. xı

Abstract:
The chassis is the skeleton of a vehicle. It serves both as the primary load carrying member and as the foundation structure to which most major components are attached. For obvious reasons, it is designed in a balance between the stiffnes necessary to perform its functions and the compliance necessary to minimize stress levels over service conditions. Also, some dizayn parameters such as minimum amount of material and cost must be considered along with satisfying the required durability. In order to balance the design parameters, the chassis frame must be optimized by applying multiple critera. In this study, topology optimization problems are solved for different objective functions and design constraints using an structural optimization software based on advanced structural optimization methods and considering several load conditions for a service truck having eight tons capacity. Various finite element models are employed for optimization by using criteria such as vertical bending, asymmetric braking, torsion along the longitudinal axis and resonance frequency of the chassis. 3D geometric models of the chassis were created for each design criteria mentioned above. In the pre-precessor of optimization software, the geometric models are meshed by using first order hexagonal solid elements and the boundary conditions are applied which simulate the real load cases on the chassis. Then the optimization problem is defined. In optimization problem, first objective function and design constraints are defined. In following step other optimization parameters such as moving b ound, c onvergence tolerance, discrettness and minimum member size control are specified. According to the result topology, design constraints and parameters are changed and the problem is solved again. In this way, feasible and global minimum solutions are obtained for the associated optimization problem. Key Words: Sructural Optimization, Topological Optimization, Finite Element Methods, Chassis Design. xu