Alüminyum alaşımlı jantların çift eksen yorulma davranışının incelenmesi ve optimizasyonu
Investigation and optimization of biaxial fatigue behavior of aluminium alloy wheels
Yazar: BURHAN KIVANÇ TAR
Danışman: DOÇ. DR. OKAN ÖZDEMİR
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Aracın en önemli güvenlik parçalarından biri olan jantlar, statik ve dinamik yükler altında çalışmasından dolayı hayati öneme sahip parçalardır. Bu yüzden tasarım sürecinde, kullanılacağı araç özelliklerine, otomotiv standartlarına ve test şartnamelerine göre jant üzerinde meydana gelecek maksimum yüklere göre analiz edilir. Mekanik analizler dikkate alınarak tasarımı gerçekleştirilen jantlar numune üretiminin ardından mekanik testlere tabi tutulur. Çift eksen yorulma (Zwarp) testi, dinamik viraj yorulması testi, radyal yorulma testi, dik darbe testi, 13° darbe testi mekanik testlerden bazılarıdır. Kritik tekrar sayısına ulaşan değişken yükler jantlarda yorulma hasarı meydana getirebilir.

Bu çalışma kapsamında SAE J2562 çift eksen yorulma (Zwarp) testi standardına uygun şekilde jantların değişken yol koşullarında yorulma davranışları incelenmiştir. Yapılan incelemede Minitab istatistik programı ile deney tasarımları hazırlanarak LBF.WheelStrength mühendislik yazılımı ile analiz edilmiştir. Deney tasarımı yöntemi, birden fazla parametrenin incelenerek sonuca etkisinin belirlenmesini sağlamıştır. Jantın çift eksen yorulma dayanımına etki eden kol boşaltma ölçüleri, kol kalınlığı, bijon konumu gibi 16 geometrik parametrenin etkisi incelenmiş ve etkili olan parametreler minimum gerilme – ağırlık sağlayacak şekilde optimize edilmiştir.

Sonlu elemanlar modelinin doğrulanması amacıyla aynı sınır koşullarında, SAE J2562 standardına göre CMS Jant firmasının test tezgahında jantın deneysel çift eksen yorulma testi yapılmıştır. Yorulma çatlağı meydana gelen modelde tasarım iyileştirmesi ile maksimum gerilme değeri düşürülüp, minimum ağırlıkta testten uygun sonuç elde edilmesi sağlanmıştır.

Abstract:
Wheels, one of the most important safety parts of the vehicle, are vital parts because they operate under static and dynamic loads. Therefore, during the design process, it is analyzed according to the maximum loads that will occur on the wheel according to the vehicle characteristics, automotive standards and test specifications. Wheels, designed by taking into account the mechanical analysis, are subjected to mechanical tests after sample production. Biaxial fatigue (Zwarp) test, dynamic cornering fatigue test, radial fatigue test, vertical impact test, 13° impact test are some of the mechanical tests. Variable loads that reach the critical number of repetitions can cause fatigue damage to the wheels.

Within the scope of this study, fatigue behavior of wheels in variable road conditions was investigated in accordance with SAE J2562 biaxial fatigue (Zwarp) test standard. Experimental designs were prepared with Minitab statistical program and analyzed with LBF.WheelStrength engineering software. The effect of 16 geometric parameters such as spoke pocket dimensions, spoke thickness, wheel bolt position, which affect the biaxial fatigue strength of the wheel, were examined and the effective parameters  were optimized to provide minimum stress - weight.

In order to verify the finite element model, the experimental biaxial fatigue test of the wheel was carried out on the test bench of CMS Wheel company according to the SAE J2562 standard under the same boundary conditions. With the design improvement in the model with fatigue cracking, the maximum stress value was reduced and appropriate results were obtained from the test with minimum weight.