Paletli zırhlı araçlarda titreşimin sistem mühendisliği yaklaşımı ile rafine edilmesi
Vibration refinement of tracked armoured vehicles with a systems engineering approach
Yazar: UFUK AYBAR
Danışman: PROF. DR. NACİ ZAFER
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Askeri sistemler = Military systems ; Mekanik titreşim = Mechanical vibration ; Mühendislik tasarımı = Engineering design ; Paletli taşıtlar = Tracked vehicle ; Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis ; Tasarım optimizasyonu = Design optimization

Özet:
Zırhlı Paletli Araç  (ZPA)'larda karşılaşılan zemin kaynaklı titreşimler tekerlekli araçlara kıyasla daha yüksek seviyededir. ZPA'da oluşan titreşim kuvvetleri temel olarak güç grubu ve palet askı sistemi (hareketli paletler, cer dişlileri, taşıyıcı tekerleri ve istikamet makarasını içeren)  tarafından üretilir. Paletli aracın gövde yapısı bu titreşim kuvvetlerini, gövde yapısına mekanik olarak bağlanan diğer alt sistemlere iletir. Bu kuvvetler nedeni ile oluşan titreşimlerin gövde ve mekanik bileşenler üzerinden silah sistemlerine belli bir oranda aktarılması, silah sistemlerinin kontrolünü zorlaştırmakta ve hareket halinde İlk Atışta Vuruş İhtimalini (İAVİ)  düşürmektedir. Ayrıca bu titreşimler mürettebat sağlığını olumsuz yönde etkiler ve alt sitemlerde oluşan hata/arıza sayısının artışına yol açar. 
Bu çalışmada, deneysel ve nümerik (Sonlu Elemanlar Metodu: FEM) titreşim analizlerine dayalı olarak bir ZPA gövde yapısının iyileştirilmesi ele alınmıştır. Araç titreşim karakteristiğinin belirlenmesi için, prototip araç gövde yapısı üzerinde belirlenen çeşitli konumlardan üç asal eksende ivme verileri toplanmıştır. Takiben, aracın FEM ile modeli oluşturulmuş ve Frekans Cevabı Fonksiyonu hesaplanmıştır. Daha sonra, ivme değerleri ve araca ait (sonlu elemanlar modeli kullanılarak elde edilen) frekans cevabı fonksiyonu kullanılarak, cer dişlisinden gövde yapısına etki eden kuvvetler belirlenmiştir. Hesaplanan bu kuvvetlerin sonlu elemanlar modeline uygulanmasıyla da (modal analizle) elde edilen nümerik ivme değerleri ile gerçek test ivme verileri kıyaslanarak aralarında korelasyon sağlandığı gösterilmiştir. Böylece, sonlu elemanlar modelinin gerçek ZPA prototipine ait davranışı makul doğrulukta öngörebilir olduğu saptanmıştır. Çalışmanın son aşamasında, iyileştirilmiş (optimize edilmiş) gövde yapısı modeli geliştirilmesi üzerinde durulmuştur. Bunun için, gerçek prototip üzerine etki eden ve daha önce nümerik yolla hesaplanmış olan kuvvetler iyileştirilmiş ZPA gövde yapısına uygulanmış, böylece araç titreşim karakteristiğinde iyileştirilme sağlandığı gösterilmiştir.

Abstract:
Ground-based vibrations encountered in Armored Tracked Vehicles (ATV) are comparatively higher than than those in wheeled vehicles. The main sources of vibration forces in ATVs are powerpack and the running gear system (inclusive of the moving tracks, sprockets, idler wheels and the support rollers).  The hull structure of the tracked vehicle transmits theese vibration forces to the other sub-systems mechanically connected to the hull structure. The transfer of vibrations caused by these forces to the weapon systems through the body and mechanical components makes it difficult to control the weapon systems and reduce first round hit probability on the move. In addition, these vibrations adversely affect the health of crew members, and result in an increase of the number of faults/failures in sub-systems. 
This work is concerned with the design optimization of an ATV hull structure based on experimental and numerical (Finite Element Method: FEM) vibration analysis. In order to study the vehicle's vibration characteristics, three principal axial acceleration data were collected from various positions on the prototype vehicle structure. Next, the vehicle was modeled by the FEM and the frequency response function calculated. Subsequently, the forces acting on the body structure from the sprocet were determined using the acceleration data and the frequency response function (obtained using the FEM).  The numerical acceleration values obtained by applying these forces to the finite element model (thorough modal analysis) were then compared with real test acceleration data to show cross correlation. Thus, the finite element model was shown to be able to predict the behaviour of the actual ATV prototype in a reasonable accuracy. The last phase of the work presents the development of an improved (optimized) body structure model.  To this aim, forces acting on the actual prototype that were previously numerically calculated were applied to the improved ATV body structure, and imrovements in the vehicle's vibration characteristics were thus shown.