Hafif ticari bir araçta kullanılan ön alt askı kolunun topoloji optimizasyonu
Topology optimization of front lower control arm used on a light commercial vehicle
Yazar: SÜLEYMAN SOYDAŞ
Danışman: PROF. DR. HALİL İBRAHİM SARAÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Otomotiv = Automotive ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Süspansiyon sistemleri = Suspension systems ; Topoloji optimizasyonu = Topology optimization

Özet:
Günümüz otomotiv endüstrisi için yakıt tüketimi ve emisyonların azaltılması istenirken yeşil enerjiye ve çevreci önlemlere de gereksinim duyulmaktadır. Yakıt tüketimi ve emisyonları azaltmanın bir yolu da topoloji optimizasyonu metodolojisi uygulayarak araç ağırlığının azaltılmasıdır. Optimize edilmiş ağırlıkla, taşınacak daha az ağırlığa sahip olmak aynı zamanda yakıt tüketimini azaltmak böyle bir gereksinime ihtiyaç olduğunu göstermektedir. Araçlarda konfor ve güvenlik açısından etkin bir rolü olan süspansiyon sisteminin iyileştirilmesi araç performansı için önemli bir parametredir. Otomotiv endüstrisinde ağırlığın azaltılıp taşıt performansının artırılması gereken durumlarda genellikle statik yük koşullarında optimizasyon teknikleri kullanılmaktadır.
Bu tez çalışmasında hafif ticari bir araçta kullanılan ön alt askı kolunun topoloji optimizasyonu incelenmiştir. Çalışmada süspansiyon sisteminin matematiksel modeli geliştirilmiş ve alt askı koluna gelen yükler farklı yol koşullarında değerlendirilmiştir. Topoloji optimizasyonu için son zamanlarda sıklıkla tercih edilen sonlu elemanlar metodu kullanılarak pek çok statik analiz gerçekleştirilmiştir, ayrıca yapısal analiz için izin verilen gerilme değerlerine ve emniyet katsayısına göre topoloji optimizasyonu metodu uygulanmıştır. Optimizasyon açısından iyileştirilen geometrik 3B modeller üzerinde belirli yükler uygulanarak çeşitli malzemelerde çalışılmıştır. Topoloji optimizasyonu metodu ile nihai tasarım modeli mevcut askı kolu ağırlığına göre %7,5 oranında azaltılmıştır. Elde edilen sonuçlar bu metodun malzeme maliyetinden tasarruf sağladığı gibi gelecekte de elektrikli araçların şasi modernizasyonu için önemli bir basamak oluşturacağını göstermektedir.

Abstract:
While it is desired to reduce fuel consumption and emissions for today's automotive industry, green energy and environmental measures are also needed. One way to reduce fuel consumption and emissions is to reduce vehicle weight by applying topology optimization methodology. With optimized weight, having less weight to carry but also reducing fuel consumption demonstrates the need for such a requirement. Improving the suspension system, which has an active role in terms of comfort and safety in vehicles, is an important parameter for vehicle performance. Optimization techniques are generally used under static load conditions in the automotive industry where it is necessary to reduce weight and increase vehicle performance.
In this thesis, the topology optimization of the front lower suspension arm used in a light commercial vehicle was investigated. In this study, the mathematical model of the suspension system was developed and the loads on the lower suspension arm were evaluated in different road conditions. For topology optimization, various static analyzes have been carried out using the finite element method, which has been frequently preferred recently, and the topology optimization method has been applied according to the allowed stress values and safety factor for structural analysis. Various materials have been studied by applying certain loads on the geometric 3D models that have been improved in terms of optimization. With the topology optimization method, the final design model has been reduced by 7.5% compared to the existing suspension arm weight. The results show that this method will not only save material costs but will also constitute an important step for the chassis modernization of electric vehicles in the future.