Binek araçlar için salıncak kolu tasarımı ve topoloji optimizasyonu
Control arm design and topology optimization for passenger cars
Yazar: FATMA NUR BÜYÜK
Danışman: PROF. DR. FATİH KARPAT
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Topoloji optimizasyonu = Topology optimization

Özet:
Salıncak kolu tekerleklerin arabaya bağlanmasını sağlayan bir ara elemandır. Araçların ön takımlarının herhangi bir vuruntu ya da darbeye karşı korunmasını sağlar. Otomotiv sektöründe sürdürülebilirlik etkisiyle yakıt tasarrufu sağlama, ağırlık azaltma, maliyet gibi başlıklar önemini arttırmış ve bu gayelere yönelik çeşitli araç parçalarında optimizasyon çalışmaları yürütülmeye başlanmıştır. Bu amaçla, bu çalışmada çelik, alüminyum ve kompozit malzemeden oluşan iki farklı tasarıma sahip salıncak kolları için literatür araştırmaları sonucu belirlenen belirli aralıklarda uygun görülen çeşitli kalınlıklarda statik analiz analizler gerçekleştirilmiştir. Farklı kalınlıklardaki salıncak kolları yorulma analizine de tabi tutulup emniyetli bölgede olacak şekilde sonuç elde edilen kalınlıklar belirlenmiştir. Bu sonuçlara göre topoloji optimizasyonu kısmına geçilmiştir. Kompozit malzemede boşaltmalar sonucu yoğun mukavemet ve emniyet kaybı yaşandığından topoloji optimizasyonunda çelik ve alüminyum üzerinde yoğunlaşılmıştır. Topoloji sonucu modellerde belirli kısıtlara göre program bazı boşaltmalar yapmıştır. Bu boşaltmalar göz önünde bulundurulup çelik ve alüminyum malzemeden oluşan farklı tasarımlar geliştirilmiş ardından da tasarımların uygulanabilirliğini ölçmek amacıyla statik ve yorulma analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizler sonrasında olumlu sonuçlar elde edildiği görülmüş olup ağırlıkta azaltma hedefleri mümkün hale gelmiştir. Sonuç olarak üç farklı malzeme arasında gerek uygulanabilirlik gerek sürdürülebilirlik açışından hangisinin salıncak kolu için daha iyi bir çözüm olabileceği cevabı aranmıştır.

Bu tezde katı modelleme ve sonlu elemanlar metodu kullanılmıştır. Katı modelleme için Catia, statik analiz ve topoloji optimizasyonu çalışmaları için Ansys kullanılmıştır.

Abstract:
Control arm is an intermediate element that enables the wheels to be connected to the car. It ensures that the front parts of the vehicles are protected against any knock or impact. With the impact of sustainability in the automotive industry, topics such as fuel saving, weight reduction and cost have increased in importance, and optimization studies have begun to be carried out in various vehicle parts for these purposes. For this purpose, in this study, static analysis analyses were performed in various thicknesses deemed appropriate within certain intervals determined as a result of literature research for control arms with two different designs consisting of steel, aluminum and composite materials. Control arms with different thicknesses were also subjected to fatigue analysis and the resulting thicknesses were determined to be in the safe zone. According to these results, the topology optimization section was started. Since the composite material experienced intense strength and safety loss as a result of unloading, topology optimization was focused on steel and aluminum. As a result of the topology, the program made some unloading in the models according to certain constraints. Considering these unloadings, different designs consisting of steel and aluminum materials were developed and then static and fatigue analyses were performed in order to measure the applicability of the designs. It was seen that positive results were obtained after the analyses and the weight reduction targets became possible. As a result, the answer was sought as to which of the three different materials would be a better solution for the swing arm in terms of both applicability and sustainability

Solid modeling and finite element methods were used in this thesis. Catia was used for solid modeling and Ansys was used for static analysis and topology optimization studies.