Yeni nesil yapısal optimizasyon teknikleri ile yüksek performanslı yolcu koltuğu komponentlerinin geliştirilmesi
Development of high performance passenger seat components using new generation structural optimization techniques
Yazar: MUHAMMET ARSLAN
Danışman: PROF. DR. ALİ RIZA YILDIZ
Bursa Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis ; Yapı optimizasyonu = Structural optimization ; Şekil optimizasyonu = Shape optimization

Özet:
Hafifletme konusu, taşımacılık sektöründe özellikle dikkat edilen, verimliliği direk olarak etkileyen, dolayısı ile maliyetler üzerinde önemli etkisi bulunan bir konudur. Tüm taşımacılık kollarında ağırlık azaltmak için çeşitli çalışmalar yapılmakta, değişik malzeme kullanımları, optimizasyon, parça eksiltme vb. çalışmalarla daha fazla hafiflik amaçlanmaktadır. Kara taşımacılığında çok yoğun kullanımlara bağlı olarak hafiflik konusu çok daha fazla önem kazanmaktadır.
Ağırlık konusunun önem kazanması ile aslında ticari araçların gerek kendi ağırlığı gerekse genel taşıdığı ağırlığa bakılmaksızın sağlanan en ufak miktardaki hafiflikler bile yapılan işe yüksek miktarda değer katmaktadır. Bu nedenle otomotiv sektöründe ağırlık çalışmaları özellikle yoğun şekilde yürütülmektedir.
Günümüzde yapılan ARGE çalışmalarının çoğunun temeli Bilgisayarlı Destekli Tasarım ve Bilgisayar Destekli Sonlu Elemanlar Analizidir. Bu durum hem prototip maliyetlerinde hem de gerçek test sayısında hatırı sayılır bir azalma gerçekleştirmektedir. Bu çalışmada klasik yöntemler yerine Bilgisayar Destekli sonlu elemanlar analizi kullanılarak topoloji ve topografi yaklaşımıyla ideal geometriye ve ağırlığa ulaşılacaktır.
Yapılacak çalışmayla birlikte otomotiv sektöründe kullanılan koltukların iyileştirilmesi ve yüksek performanslı koltuk komponentlerinin geliştirilerek hafifletilmesi hedeflenmiştir. Yapısal optimizasyon teknikleri ile bilgisayar ortamında yapılacak explicit analizlerle parçalardaki stress dağılımı ve deformasyonlar gözlenecek ve tasarım doğrulaması yapılarak prototip maliyetleri en aza indirilecektir.
Mevcut durumda ürün tasarımı, klasik yöntemlerle yürütülmektedir. Yıllar içinde oluşan tecrübe ve know-how ile ürün tasarımı gerçekleştirildikten sonra prototip çalışması yapılır. Daha sonra ECE R14 ve ECE R80 gibi testler uygulanarak testen geçilip geçilmeme durumuna göre işlem yapılır. Testen geçillir ise ürün standartlaşır ve seri üretime geçer, eğer geçilmez ise testen geçilene kadar iyileştirmeler yapılır ve tekrar teste sokulur.
Bu çalışmayla birlikte prototip maliyetleri en aza indirgenerek gerçek test maliyetleri minumum seviyeye çekilecektir. Bilgisayar ortamında yapılan testler ile sonlu elemanlar metodunun uygulanmasıyla optimize edilmiş ideal komponent geometrilerine ulaşılacak ve böylelikle klasik tasarım yönteminin içerdiği tasarla-üret-test et üçlemesindeki üret aşaması ilkte üretim mükemmeliyetine ulaşılacaktır.
Yüzey , katı modelleme ve montaj uygulamaları için Catia V5 tasarım programı kullanılmıştır. Sonlu elemanlar modelinin mesh yapısı MSC Apex programında oluşturulmuştur. Mesh modellerinin optimizasyon alt yapısı, kısıtlamalar ve yüklerin tanıtımı ve iterasyonlu çözümlemeleri için HYPERWORKS paket programının OptiStruct arayüzü kullanılmıştır.
Çalışma sonucunda optimizasyon, ağırlık azaltma, güçlendirme, ürün performansı, üretim maliyeti, malzeme maliyeti gibi noktalara dikkat edilerek elde edilen çıktılar, bilgisayar destekli tasarım ortamında tekrar daha kaliteli şekilde modellenerek çıkacak olan sonuçların uygunluğu çalışma sonunda değerlendirilecektir.

Abstract:
The lightweight issue is a current matter in the transport sector which is particularly observed and has a direct impact on productivity, thereby having a significant impact on costs. Various studies have been carried out in order to reduce weight in all transportation sectors and more lightness has been aimed with the studies such as different material usage, optimization and part reduction. In addition, the lightweight gains more importance due to the heavy use in land transportation.
By the importance of the weight issue, even the smallest amounts of lightness provided regardless of their own weight or overall weight add high value to the work being done. In particular, weight reduction studies in the automotive sector are carried out intensively.
Today's R&D studies are based on Computer Aided Design and Computer Aided Finite Element Analysis. This results in a considerable reduction in both the prototype costs and the actual number of tests. Besides the classical methods, in this study ideal geometry and weight will be reached with topology and topography approach by using Computer Aided Finite Element Analysis.
In this study, it is aimed to improve the seats used in the automotive sector and to lighten the high performance seat components. With the structural optimization techniques, stress distribution and deformations in the parts will be observed wit the explicit analysis to be done in the computer environment and the prototype costs will be minimized by fulfilling design validation.
At the present time product design is carried out by classical methods. After the product design is fulfilled with experience and know-how consisted over the years, the prototype study is done. Then, the tests such as ECE R14 and ECE R80 are applied and the process is transacted according to the test results. If the test is passed, the product becomes standardized and starts mass production. If not, the improvements are made and retested until it is passed.
Along with the study, the prototype costs will be minimized and the actual test costs will be lowered to the minimum level. By applying the computerized tests and the Finite Element Method, the optimized ideal component geometries will be achieved, and thus the production stage in the Design-Build- Test process included in the classical design method will get through to the first production perfection.
Catia V5 design program was used for surface, solid modeling and assembly applications. The Mesh structure of the Finite Element Model was created in MSC Apex program. The OptiStruct interface of the HYPERWORKS package program was used for the optimization substructure of Mesh models, the introduction of constraints and loads, and iterative solutions.
As a result of the study, the outputs obtained by paying attention to the points such as optimization, weight reduction, strengthening, product performance, production cost and material cost are modeled again with higher quality in a computer aided design environment and the appropriateness of the outcomes will be assessed at the end of the study.