Ana sayfa   Sponsorlarımız:
         
     
Rapor - Makale > CAD/CAM/CAE > Alüminyum alaşımlı otomobil jantının dinamik darbe testinin modellenmesi:


Şekil 11. Jant Üzerindeki Çökme Değişimi

Jant kesitinin en ucundaki çökme değişimi ise aşağıdaki grafiklerde gösterilmiştir.


Şekil 12. Çökmenin Zamanla Değişimi

Çökme değişimi incelendiğinde ise 10ms'ye kadar çökmenin çok az bir değişim ile arttığı gözlemlenebilir. 14ms sonra ise başlangıca göre ani bir artım göstermiş ve daha sonra vurucunun yukarı yönde hareket etmesi ile çökme değeri azalmaya başlamıştır. Dinamik darbe testlerinde elde edilen maksimum çökme değişinin temas sonuna kadar devam ettiği gözlemlenmiştir.


Şekil 13. Çökme - Plastik Zorlanma İlişkisi

Çökmeye bağlı olarak kritik bölgedeki zorlanma değişimi ise yukarıdaki grafikte görülmektedir. Özellikle çökme değerinin belirli bir bölümüne kadar plastik değişim olmamış daha sonra çökme değeri artmaya başladıkça plastik değişim başlamıştır. Plastik değişimin oluşmaya başlamadığı bu kritik zaman dilimi ise 0-13ms aralığıdır. Daha sonraki çökme değerleri için bijon bölgesinde plastik değişim oluşmaya başlamış ve çökmeye bağlı olarak doğrusal bir artış gösterme eğiliminde olmuştur. Jant ucundaki ters yöndeki hareketin başlangıcında ise plastik zorlanma miktarı biraz daha artmıştır.

Dinamik analiz sonuçları yapıldıktan sonra bu sistem için dinamik çarpan katsayısı araştırılmıştır. Dinamik çarpan katsayısı için serbest düşme de kazanılan enerjiden kuvvete geçilmiş ve kuvvet temas yüzeyine yayılı olarak aşağıdaki şekildeki gibi verilmiştir.


Şekil 14. Statik Analiz Koşulları

Analiz sonrasında elde edilen gerilme değerleri aşağıda gösterilmiştir. Statik analiz sonuçları incelendiğinde maksimum gerilme bölgesi bijon bölgesinde olduğu görülmüştür. Özellikle dinamik analiz kritik bölgeleri ile statik analiz sonuçlarındaki kritik bölgeler tam bit uyum içerisindedir. Ancak statik analiz sonucu göstermiştir ki sistem üzerindeki dinamik yüklerden oluşacak gerçek gerilmeler her zaman statik yüklerden daha büyük olacaktır. Statik analizden elde edilen maksimum gerilme değeri için dinamik gerilme değerleri kıyaslanmıştır.


Şekil 15. Statik Analiz Sonuçları

Buna göre dinamik ve statik analiz sonuçları kıyaslanmış ve statik çarpan değeri maksimum gerilme için   olarak elde edilmiştir. Sonuç olarak elde edilen gerilme değişimleri ve plastik bölgelerin kıyası bakımından daha önce yapılmış gerçek jant darbe test numuneleri incelenmiş ve çatlak bölgeleri belirlenmiştir. Aşağıda bunun bir örneği yer almaktadır.


Şekil 16. Darbe Testi Numunesi

Numune dikkatli bir şekilde incelendiğinde özellikle bijon bölgesinde çatlak oluşumunun olduğu görülmüştür.

7. Sonuç ve Öneriler

Bu çalışma sonrasında elde edilen sonuçlar, darbe gibi dinamik kuvvetlerin etkisi altında kalan mühendislik problemlerinin hesaplama metotlarına bir bakış açısı getirmiştir.

A360 alüminyum alaşımlı jant modeli için yapılan darbe simülasyonu sonrasında akma sınırının geçildiği görülmüştür. Dolayısı ile plastik zorlanma etkileri tartışılmıştır. Darbe testi analizleri sonrasında maksimum gerilmenin ve 26ms sonra oluştuğu gözlemlenmiştir. Ayrıca jant flanşına ait maksimum deplasman miktarının 16,42mm olduğu görülmüştür. Jant darbe testinde flanştaki çökme miktarının 8 ile 10 mm den sonra jant üzerinde çatlak oluştuğu gözlemlenmiştir.

Dinamik analiz sonucunda elde edilen maksimum gerilme değerinin 208MPa olduğu görülmüştür. Bu gerilme değeri jant malzemesinin akma gerilmesinin üstündedir. Bu çalışmada değinilen dinamik kuvvetler ile statik kuvvetler arasındaki ilişkiye ait teorileri desteklemek bakımından statik analizler yapılmıştır. Statik analiz sonucunda elde edilen maksimum gerilme değeri ile dinamik gerilme bölgelerinin birbirine çok yakın olduğu görülmüştür. Statik analiz sonrasında elde edilen maksimum gerilme değeri 36,9 MPa dır. Modelin dinamik çarpan katsayısı farklı zaman dilimlerinde elde edilmiştir. 10ms sonra dinamik çarpan 2 iken maksimum dinamik gerilme zamanında dinamik çarpan 5,63 mertebelerine ulaşmıştır. Dinamik analizlerin yapılamadığı noktalarda alüminyum alaşımlı jantlar için bu katsayılar kullanılabilir.

Bu bilgiler ışığında dinamik yüke maruz sistemlerde dinamik kuvvetlerin doğuracağı etkinin statik kuvvetlerden oldukça yüksek olduğu görülmüştür. Tasarım süresince bu bilgiler dikkate alınmalıdır. Jant üretiminde kullanılan malzemenin akma özellikleri 208 MPa' dan daha yüksek tutulmalıdır. Tasarımın sonunda elde edilen ürünler darbe testi ekipmanına da ihtiyaç duymadan bu çalışmada anlatılan yöntemler ile bilgisayar ortamında benzetimi ve mühendislik analizleri yapılarak darbe testi sonuçları elde edilebilir ve gerektiği takdirde tasarım değişikliğine gidilebilir.

Bu çalışmanın ardından jantlar üzerine diğer çalışmalar yapılabilir. Bu analiz sonrasında darbe etkisinin gözlemlenebilinmesi ve ölçülmesi için zamanın çok küçük birimlerinde çalışan yüksek hızlı kameralı sistemler ile yapının davranışı gözlemlenebilir ve straingageler vasıtası ile de gerilme miktarları ölçülebilir. Bu çalışma da değinilmeyen jantların yorulma etkileri üzerinde durulabilir. Yorulma etkileri çalışmaları deneysel sonuçlar ile desteklenmeli ve ürünün tasarımına katkıda bulunmalıdır.

Kaynaklar

[1]

JOHN C. STEARNS, An Investigation Of Stress And Displacement Distribution In A Aluminum Alloy Automobile Rim. In Partial Fulfillment
of the Requirements for the Degree Doctor of Philosoph, The Graduate Faculty of The University of Akron, May 2000; pp. 1-43.

[2]

ROBERT S., NAIYI LI, WILLIAM AL., HENRY HU, Dynamic Side Impact Simulation Of Aluminum Wheels Incorporating Material Property Variations. InAluminum 2004 Edited by Subodh K. Das TMS (The Minerals, Metals & Materials Society), U.S.A. 2004.

[3]

GORDON XU, Aluminium Wheel Design to Meet Impact Requirement, 2000 iSIGHT Conference, Optimal CAE Inc., pp.1-13.

[4]

K.S. TAN, S.V. WONG, R.S. RADİN UMAR, A.M.S. HAMOUDA, N.K. GUPTA, An Experimental Study of Deformation Behaviour of Motorcycle Front Wheel- Tyre Assembly Under Frontal Impact Loading, International Journal of Impact Engineering, Received 20 January 2005.

[5]

MSC.Dytran® Theory Manual Version 2005.

[6]

LS-DYNA® User's Guide.

[7]

J. STEARNS, T.S. SRIVATSAN, A. PRAKASH, P.C. LAMModeling the Mechanical Response of an Aluminum Alloy Automotive Rim, Materials Science and Engineering A366 (2004) 262-268 , Department of Mechanical Engineering, The University of Akron, Akron, OH 44325-3903, U.S.A

[8]

BEER, F., P. Ve JOHNSTON, E., R., Jr., Mechanics of Materials, Second
Edition in SI unit, Mc. Graw Hill Book Company.

[9]

SAYMAN,O. Ve KARAKUZU R. Mukavemet II, D.E.Ü Makine
Mühendisliği Bölümü, 1994.

[10]

CERİT MUHAMMET, Mukavemet Ders Notları, S.A.Ü Makine
Mühendisliği Bölümü, SAKARYA, 2003.

[11]

LS-DYNA® Theoritical Manual May 1998. LSTC

[12]

TAWFİK K., HALİL, PAUL DU BOIS, Finite Element Analytical Techniques and Applications to Structural Design, Vehicle Crashworthiness and Occupant Protection, pp. 111-158.

[13]

GEORGE E. MASE, G. THOMAS MASE, Continuum Mechanics for Engineers, Second Edition, 1999 by CRC Press LLC.

[14]

GEORGE Z. VOYIADJIS, PETER I. KATTAN, Damage Mechanics, 2005 by Taylor & Francis Group, LLC

[15]

KEVIN MENARD, Dynamic Mechanical Analysis: A Practical Introduction, 1999 CRC Press LLC

[16]

MATTHEW HUANG, Vehicle Crash Mechanics, CRC PRESS Boca Raton London New York Washington, D.C.

[17]

Nas 101 Seminar Notes, Basic MSC.Nastran Linear Static and Normal Modes Analysis, November 2000 U.S.A. M.S.C Corp.


         
     
TurkCADCAM.net > Türkiye'nin yeni ürün tasarım, geliştirme, CAD/CAM/CAE, CNC, kalıp ve imalat teknolojileri portalı
***** Sektörün profesyonel bilgi ve işbirliği platformu *****
© 2002-2017  Sinerji Yayıncılık, Tanıtım ve Danışmanlık Hizmetleri
Bu portaldaki içerik, ancak kaynak belirtilmesi ve izin alınması şartıyla yayınlanabilir.