Ticari bir otobüs gövde yapısında gövde katılığına göre topoloji ve kalınlık optimizasyonu
Topology and thickness optimization of commercial bus body structure based on body stiffness
Yazar: SONER KARAMERT
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULLAH DEMİR
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Son yıllarda otomotiv sektöründe çevreci uygulamaları destekleyen hibrit, elektrikli ve yakıt hücreli taşıtlar eğilimi gelişirken; bu trendler ağırlık ve maliyetleri azaltma ile performans ve yakıt ekonomisini iyileştirme gibi tamamlayıcı uygulamalarla desteklenmektedir. Güvenlik zafiyeti oluşturmadan yapılacak olan optimizasyon çalışmaları, araçları en uygun tasarım aşamasına getirme gayesiyle yürütülmektedir. Bu bağlamda ticari araçlarda optimizasyon çalışmaları son dönemlerde ön plana çıkmaktadır.
Topoloji optimizasyonu, belirli bir tasarım alanı içerisindeki malzeme dağılımını belirli yük ve sınır koşulları için en uygun hale getiren ve bir dizi performans hedefini karşılayan bir yaklaşımdır. Bu çalışmada, ticari bir otobüsün gövde yapısında optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Bu bağlamda topoloji optimizasyonu tekniği kullanılarak profil örgü yapısının geometrik olarak değiştirilmesi suretiyle en uygun tasarıma ulaşılmıştır. En uygun profil örgü yapısının belirlenmesinin akabinde bu profillerin üzerinde kalınlık optimizasyonu gerçekleştirilmiştir.
Bir ticari taşıtın gövdesinin yol koşullarındaki mukavemetini değerlendirmenin birçok yöntemi bulunmaktadır. Bu çalışmada mevcut yöntemler arasında genel bir yaklaşım olduğu değerlendirilen gövde katılık değerleri ölçüt olarak kabul edilmiştir. Gövde katılığı değerlendirilirken burulma ve eğilme katılığı literatürde yer alan yöntemlerle ölçülmüştür.
Optimizasyon çalışması sonucunda elde edilen optimize edilmiş otobüs gövdesinin gövde katılık değerleri, optimizasyon öncesindeki gövdenin katılık değeri ve literatürden elde edilen ideal katılık değerleri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Optimizasyon çalışması sonucunda %11 kütle kazancına ulaşılmıştır. Optimize gövde katılık değerleri incelendiğinde farklı senaryolarda ortalama %4 azalma gözlemlense de optimize gövde katılık değerleri literatürdeki verileri sağlamaktadır. Ayrıca kilogram başına düşen katılık değerlerindeki ortalama %7`lik artış da gözlemlenmiştir.

Abstract:
In recent years, trend of hybrid, electric and fuel cell vehicles that support environmentalist practices in the automotive industry has been developing; these trends are supported by complementary applications such as reducing weight and costs, and improving performance and fuel economy. Optimization studies to be carried out without creating a security weakness are performed with the aim of bringing the vehicles to the most appropriate design stage. In this context, optimization studies in commercial vehicles have come to the fore in recent years.
Topology optimization is an approach that optimizes material distribution within a given design area for specified load and boundary conditions while meets a range of performance goals. In this study, optimization studies were performed on the commercial bus body structure. By this way, the most appropriate design was achieved by geometrically changing the profile structure using the topology optimization technique. Following the determination of the most suitable profile structure, thickness optimization was performed on these topologically optimized profiles.
Various methods exist to evaluate the strength of the body of a commercial vehicle in road conditions. In this study, body stiffness values, which are considered to be a general approach among the existing methods, were accepted as criteria. While evaluating the stiffness values of the bus body structure, torsional stiffness and bending stiffness were obtained by the methods that found in literature.
The body stiffness values of the optimized bus body which obtained after the optimization study, the stiffness value of the body before the optimization and the ideal stiffness values obtained from the literature were examined comparatively. At the end of the optimization process 11% weight reduction is achieved. Although, optimized body stiffness values decreased by 4%, those values considered adequate when compared with the data in the literature. Also, there is a significant increase of 7% in values of body stiffness per kilogram.