Taşıt gövde tasarımında kompozit malzeme kullanımının sonlu eleman analizleri ile incelenmesi ve optimizasyonu
Investigation and optimization of composite material applicability for vehicle chassis by finite element analysis
Yazar: RECEP UFUK
Danışman: PROF. DR. İSMAİL MURAT EREKE
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Otomotiv Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Ulaşım = Transportation
Dizin: Bilgisayar destekli mühendislik = Computer aided engineering ; Optimum tasarım = Optimum design ; Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis ; Tabakalı kompozitler = Laminated composites ; Yorulma analizi = Fatigue analysis

Özet:
Çalışmada konvansiyonel şasi malzemelerine alternatif oluşturabilecek kompozit malzemeler üzerinde sonlu elemanlar yazılımları yardımı ile incelemeler gerçekleştirilmiştir. Burada 4 akslı bir kamyon şasisi modeli üzerinde çelik ve kompozit malzemeler ile çalışılmıştır. Şasi 3 boyutlu modeli bilgisayar destekli program vasıtası ile sonlu elemanlarla modellenmiş ve daha sonra analizler gerçekleştirilmiştir. Analizler, statik durum ve basit yükleme kollektifi ile dinamik durum olmak üzere iki grupta gerçekleştirilmiştir. Gövdenin yorulma şartları, basit yükleme kollektifi yardımı ile oluşturulmuş ve yorulma analizi bu kollektif vasıtası ile statik analiz olarak gerçekleştirilmiştir. Öncelikle çelik malzeme için analizler yapılmış daha sonrasında ise iki farklı kompozit malzeme için yazılım yardımıyla yapı içerisindeki malzeme durumu optimize edilmiştir. Kompozit malzeme optimizasyonu ile, toplam laminat kalınlığı, her bir tabakaya ait kalınlık, oryantasyon ve tabaka yerleşimi optimize edilmiştir. Analizlerde kompozit malzemeler için klasik kompozit tabakalı plak teorisi kullanılarak makromekanik özellikler ele alınmış, mikromekanik durum gözetilmemiştir. Analizler sonucunda kompozit malzemelerin yüksek mukavemet ve yüksek yorulma dayanımları ile konvansiyonel yapılarda çeliğe rakip olma potansiyeline sahip olduğu görülmüştür. Ağırlıklarda %50 ye varan iyileşmeler sağlanarak yakıt sarfiyatı, egzoz emisyonları gibi konularda ciddi düşüşler sağlanabilir. Kompozit yapıların yorulma kabiliyeti, fiber oryantasyonu, katman kalınlıkları, katman yerleşimi, fiber sünekliği, matris sünekliği, yükleme açısı gibi birçok faktörden ciddi oranda etkilenmektedir. Bu nedenle yapılan teorik hesaplamalar ve analizler mutlak surette testler yapılarak korele edilmeli ve doğrulukları sınanmalıdır.

Abstract:
In the study, investigation of composite materials that can be an alternative to conventional steel was performed by finite element analysis with the help of software. Steel and composite materials have been studied on a four axles truck chassis model. Three dimensional finite element model was created with software, and then analyzes were performed. The analyzes were performed for static and dynamic conditions. Dynamic condition is simulated by simple loading collective model which is explained in the thesis. Fatigue conditions are formed with the help of simple loading collective model and fatigue analyzes were performed as static analyzes with this load collective. First, analyzes were performed for steel and after that optimization analyzes were made for the two composite materials with the help of the software. Optimization of composite material analyzes include determining the total laminate thickness, thickness of each ply, orientation of each ply and ply stacking sequence. Analyzes were made according to macromechanical properties of composite, micromechanics case has not been considered. As seen from results, composite materials have the potential to replace steel materials with their high strength and high fatigue strength properties. Improvements in weight reduction up to %50 can be provided and decreases can be achieved in fuel consumption and exhaust emissions. Fatigue strength of the composite structure depends on various factors such as, fiber orientation, ply thickness, ply stack sequence, fiber ductility, ductility of the matrix, loading angle. Therefore, the accuracy of theoretical calculations and analyzes should be correlated by testing.