Design improvement by topology optimization of forged the suspension control arm and ball joint assembly
Dövme yöntemi ile üretilmiş rotilli salıncak kolunun topoloji optimizasyonu ile tasarım iyileştirmesi
Yazar: MUHAMMED HÜSEYİN NALBANT
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SEDAT İRİÇ
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Tasarım ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis ; Statik analiz = Static analysis ; Yorulma analizi = Fatigue analysis ; Ürün tasarımı = Product design

Özet:
Bu tez kapsamında alüminyum dövme yöntemi ile imal edilmiş rotilli salıncak kolunun, aynı yük değerleri altında oluşan gerilme değerlerinin korunarak topoloji optimizasyonu ile kütlesinin hafifletilmesi amaçlanmıştır. Elde edilen statik analiz sonuçları yorulma analizi ve test düzeneği ile doğrulanmıştır.

Analiz sonuçlarından elde edilen veriler ışığında en iyi sonucu veren iki model imal edilerek teste tabi tutulmuştur ve sonuçlar ömür açısından simülasyon sonuçları ile karşılaştırılmıştır.   

Mevcut parçaya firma tarafından kabul görülen sınır şartlarında ANSYS 18.0 programında statik analiz yapılarak, maksimum gerilme değerleri ve kritik bölgeler belirlenmiştir. Analiz sonuçları doğrultusunda parça %35 oranında kütle hafifletmesi amacıyla topoloji optimizasyonuna tabi tutulmuştur. Topoloji optimizasyonundan elde edilen veriler ANSYS SpaceClaim yazılımına aktarılarak gerekli düzenlemeler yapılmıştır.  Optimize edilmiş parça SolidWorks 2019 ortamında imal edilebilir hale getirilmesi için tekrardan tasarlanıp 2 farklı model olarak nihai test parçaları oluşturulmuştur. 2 farklı tasarım da esas parçayla aynı sınır şartlarında statik analize tabi tutulup çıkan sonuçlar karşılaştırılmıştır. Ayrıca mevcut ve topoloji optimizasyonu sonucu tasarlanan parçalara sonlu elemanlar yöntemi ile yorulma ve ömür analizleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar firmada mevcut olan parçaya uygulanan deneysel çalışmalardaki veriler ile karşılaştırılmıştır. Yapılan çalışma sonucunda aynı dayanıma sahip fakat kütlesi yaklaşık olarak %10 hafifletilmiş 2 farklı rotilli salıncak kolu tasarımı elde edilmiştir.

Abstract:
Within the scope of this thesis, it is aimed to reduce the mass of the suspension control arm and ball joint assembly manufactured by the aluminum forging method by maintaining the stress values under the same load values by topology optimization. The static analysis results obtained were verified by fatigue analysis and test setup.

In the light of the data obtained from the analysis results, two models with the best results were manufactured and tested, and the results were compared with the simulation results in terms of life.

The maximum stress values and critical regions were determined by performing a static analysis in ANSYS 18.0 program under the boundary conditions accepted by the company for the existing part. In line with the analysis results, the part was subjected to topology optimization in order to reduce the mass by 35%. The necessary arrangements were made by transferring the data obtained from topology optimization to ANSYS SpaceClaim software. The optimized part was redesigned to make it manufacturable in the Solidworks 2019 environment, and final test parts were created as 2 different models. 2 different designs were subjected to static analysis under the same boundary conditions with the main part and the results were compared. In addition, fatigue and life analyzes were performed with the finite element method on existing parts and designed as a result of topology optimization. The results obtained are compared with the data in the experimental studies applied to the part available in the company. As a result of the work carried out, 2 different suspension control arm and ball joint assembly designs with the same strength but with a weight reduction of approximately 10% were obtained.