Ticari araç sürücü koltuğunda yapısal optimizasyon ile hafiflik
Weight reduction on the commercial vehicle driver seat with structural optimization
Yazar: AYHAN BALKAN
Danışman: PROF. DR. ALİ RIZA YILDIZ
Bursa Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Yapı optimizasyonu = Structural optimization

Özet:
Günümüzde kamyon ve otobüs tipi karayolu ticari araçlarında bulunan sürücü koltuklarının, uzun mesafeli sürüş nedeniyle sürücüye yüksek oranda konfor sağlaması beklenmektedir. Bu konfor en yaygın olarak pnömatik mekanizma aracılığı ile, yani hava tahriği ile sağlanmaktadır. Bir yandan hava girişi sayesinde konfor sunması ve süspansiyon hareketi ile yola uyum sağlaması, diğer yandan da yüksek oranda kullanıcı dostu olması gibi özellikler, koltuğun büyük miktarda donanımlı ve değerli bir ürün olmasını sağlamaktadır. Aynı zamanda direk olarak sürücüyü saran, sürücünün koşullarına etki eden ve sürücünün kendi yaşamını teslim ettiği bu koltuk, sürücü güvenliğini de en iyi şekilde sağlamak zorundadır. Bu nedenle gerekli olan tüm şartname testlerini yasal olarak, kalite testlerini de ürün güvenilirliği açısından geçmek zorundadır. Tüm bu testleri geçmek amacı ile koltukta çeşitli güçlendirmeler yapılmakta ve bu durum göz önünde bulundurulduğunda koltuk ağırlığı oldukça yükselmektedir.
Ağırlık konusu, taşımacılık sektöründe özellikle dikkat edilen, verimliliği direk olarak etkileyen, dolayısı ile maliyetler üzerinde önemli etkisi bulunan geniş bir başlıktır. 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.
Bu tez çalışmasında, otomotiv ve kara taşımacılığı sektörlerinin yoğunlukla eğildiği ağırlık azaltma ya da aynı ağırlık seviyesinde kalarak yapısal güçlendirme konuları hedeflenmiştir. Bu işlemlerin gerçekleştirilmesinde, yüksek derecede önem arz eden ve geleneksel yöntemlerden pekişerek daha da hızlı hale gelen optimizasyon konuları ele alınmaktadır. Optimizasyon çalışmaları gerçekleştirilirken, Altair/HyperWorks programının OptiStruct arayüzünden yararlanılmış ve ağırlıklı olarak topografi optimizasyonu konuları ele alınmıştır. Çalışma esnasında ağırlıklı olarak kalınlık azaltılmış, malzeme  kalitesinde değişikliğe gidilmiş ya da direk olarak yoğunluğu daha düşük olan farklı tipte malzemeler tercih edilmiştir. OptiStruct arayüzü ile yapılan çalışmaların girdileri, AEK R14 emniyet kemeri çekme testinden alınmış ve test esnasında söz konusu parçaya gelen yükler modellenerek sağlanmıştır. Bu çalışmaların çıktıları ise, sonraki adlımda AEK R14 emniyet kemeri çekme testinin girdilerini oluşturmaktadır. Optimizasyon çalışmaları öncesinde ve sonrasında yapılan, AEK R14 emniyet kemeri çekme testi sonlu elemanlar analizi ile, yapılan çalışmaların sağladığı fayda karşılaştırılmıştır. Tüm bu çalışmalar sonrasında istenilen hafiflik ve hedeflenen dayanım seviyesinin yakalanması planlanmıştır.
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, sürücü koltuğu için önemli testlerden biri olan ve zorunlu olarak gerçekleştirilen AEK R14 emniyet kemeri çekme testine ait sonlu elemanlar analizinde uygulanmıştır. Çıkacak olan sonuçların uygunluğu çalışma sonunda değerlendirilecektir.

Abstract:
Driver seats in commercial vehicles are expected to provide high comfort to the driver due to long distances. This comfort is most commonly achieved through a pneumatic mechanism - pneumatic actuation. Besides, air entrances provide comfort, suspension motion provides alignment to road, on the other hand, high user friendliness, such as a large amount of the options on the seat, makes it valuable equipment. However, this seat, which directly surrounds the driver, affects the working conditions of the driver and has an importance on the driver's own life, has to provide the driver safety in the best way. For this reason, all required specification tests must be passed due to legal requirement and quality tests must be passed in terms of product reliability. A variety of strengthening exercises are made on the seat with the aim of passing all these tests, and the seat weight is considerably increased when this is taken into consideration.
The weight is a broad title with particular attention in the transport sector, which directly influences productivity and therefore has a significant impact on costs. Various works are done in order to reduce the weight, different materials usage, optimization, more lightness are aimed in the studies. Due to the intense usage in land transportation, the lightness issue gains much more importance. For this reason, even the smallest amounts of lightness provided by commercial vehicles, irrespective of their own or overall weight, add a high amount of value to the work being done. 
In this thesis, weight reduction or structural strengthening at the same weight level are aimed, where the transport sectors are heavily interested. In the realization of these processes, optimization issues that are of high importance and become faster by consolidating from traditional methods are discussed. When optimization work was performed, the OptiStruct interface of the Altair / HyperWorks program was utilized and predominantly topography optimization issues were addressed. Different types of materials with a lower density, a different material qualities, or a reduced thicknesses are preferred during the operation. The inputs of the work done with the OptiStruct interface are provided by modeling the load on the workpiece during the ECE R14 safety belt pull test. The outputs of these studies are the inputs of the ECE R14 safety belt pull test. The ECE R14 seat belt pulling test's finite element analysis, which was carried out before and after the optimization studies, compared the benefits of the work carried out. After all these studies, it is planned to capture the desired lightness and the target strength level.
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, material cost are modeled again with better quality in the computer aided design program CATIA. Then exported to ECE R14 seat belt pulling test's finite elements analysis, which is one of the important tests for driver's seat. The appropriateness of the outcomes will be assessed at the end of the study.