Bir taşıt çarpışma kutusunun sonlu elemanlar analizleri
Finite element analyses of the crash-box of a vehicle
Yazar: ERAY KAYAR
Danışman: DOÇ. DR. CİHAN DEMİR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Kara taşıtlarının çarpışma esnasında sürücü ve yolcu can güvenliğinin artırılması ve bu
durumu en az hasar ile atlatmaları adına şasi yapısında gelişen teknoloji ile beraber
önemli iyileştirmeler veya değişiklikler olmuştur.
Çarpışma durumunda ilk darbeyi absorbe eden çarpışma kutularının geliştirilmesiyle
taşıt içerisindeki canlıların bu durumdan olumsuz yönlü daha az etkilendikleri
saptanmıştır. Çarpışma kutusu yapısı darbe yükü ile beraber burkulmakta ve böylelikle
çarpma kinetik enerjisini bir miktar absorbe etmektedir. Farklı malzeme tipleri ve
geometrik şekilleri ile bu yapılar tasarlanabilir. Bu yapılar düz formda olabileceği gibi
ondülalı da olabilmektedir. Aluminyum ve çelik serileri ile üretilebileceği gibi bal peteği
formunda kompozit olarak da üretilebilir.
Söz edilen bu yapısal bileşenin etkilerini test ile incelemek oldukça maliyetli ve zaman
alıcı olmaktadır. Bu noktada yapılan tasarımın ortaya çıkaracağı sonuçları ivedi olarak
görmek, kıyaslamak ve buna uygun şekilde revize etmek adına bilgisayar destekli
mühendislik hesaplamaları yapan çözücülerden faydalanılmaktadır. Yapının
matematiksel modeli kütle ve rijitlik formunda kurulduktan sonra belli yükleme ve sınır
koşulları altında çözümü için çarpışma analizlerinde açık (explicit) sonlu elemanlar
analiz yöntemi kullanılır. Bu çalışma kapsamında LS-DYNA yazılımı ile açık (explicit)
sonlu elemanlar analiz yöntemi kullanarak; RCAR standartına göre, 1,6 ton kütleli,
yüksekliği ayarlanabilir binek bir kara taşıtının normal süspansiyon yüksekliğinde,
herhangi bir açısal çarpma durumu söz konusu olmaksızın dikine düz rijit duvara şehir
içi hız olarak belirtilen 50 km/saat ile çarpması durumu incelenmiştir. Lokal olarak
sadece çarpışma kutusu katı modeli, çeşitli geometrik değişiklikler ile kullanılmış olup;
en iyi durumu bulmak adına reaksiyon kuvveti ve enerji yutumu parametreleri
irdelenmiştir.

Abstract:
To overcome injuries, deadly accidents and improve the safety of the driver and the
passengers in the road vehicles, chassis designs are revised by the developing
technology.
It is found that the development of crash-box components of cars which are
decreasing the first impact energy transferred into the rest of the car body, ensures
the decrease of harmful effects on the driver and the passengers.
Crash-boxes are buckled by the impact energy and this ensures energy absorption
during crash. These components can be designed by using various materials and in
various geometric forms. Additionally, the designs can be in plain geometric form or in
beaded form by using steel, aluminum as well as manufactured by honeycomb
composites.
Performing the real crash tests to get properties of a specific crash-box is extremely
expensive and time consuming process. To investigate the outputs of the design easier
and revise it to get better results, computer aided engineering solvers are used. At
first, mathematical model of the structure including mass and rigidity matrices should
be built. Then, under specified boundary conditions and loadings explicit finite element
analysis method is used for impact case. In this study; various crash-box models of a
road vehicle that weights 1.6 tonnes and has an adjustable suspension system are
directly crash into the rigid wall without any angled contacts at normal suspension
position. The explicit finite element analyses are performed by using LS-DYNA
software. The initial velocity of the car model is set as 50 km/h according to the city
speed in the RCAR standard. The finite element model includes the shell model of the
crash-box and the half of the mass of the full car body. As a result, reaction force and
specific energy absorbtion outputs are compared in order to get an optimum scenario.