T.C. SELÇUK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ

Transkript

1 T.C. SELÇUK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ DAYANIKLILIK VE ÖMÜR KRĠTERLERĠNE GÖRE OPTĠMUM TASARIMA SAHĠP SÜSPANSĠYON VE DĠREKSĠYON SĠSTEMĠ BĠLEġENLERĠ GELĠġTĠRĠLMESĠ Mehmet Ali GÜVENÇ YÜKSEK LĠSANS Makine Mühendisliği Anabilim Dalı Temmuz-2015 KONYA Her Hakkı Saklıdır

2

3 TEZ BĠLDĠRĠMĠ Bu tezdeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edildiğini ve tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. DECLARATION PAGE I hereby declare that all information in this document has been obtained and presented in accordance with academic rules and ethical conduct. I also declare that, as required by these rules and conduct, I have fully cited and referenced all material and results that are not original to this work. Mehmet Ali GÜVENÇ Tarih:

4 1 ÖZET YÜKSEK LĠSANS DAYANIKLILIK VE ÖMÜR KRĠTERLERĠNE GÖRE OPTĠMUM TASARIMA SAHĠP SÜSPANSĠYON VE DĠREKSĠYON SĠSTEMĠ BĠLEġENLERĠ GELĠġTĠRĠLMESĠ Mehmet Ali GÜVENÇ Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı DanıĢman: Prof. Dr. Fatih Mehmet BOTSALI 2015, 84 Sayfa Jüri Prof. Dr. Fatih Mehmet BOTSALI Doç. Dr. Mete KALYONCU Yrd. Doç. Dr. Ümit ÖNEN Araç süspansiyon ve direksiyon sistemi bileşenleri maruz kaldıkları yüklemeler ve sürüş güvenliğine etkileri nedeniyle kritik öneme sahiptir. Bu nedenle, süspansiyon ve direksiyon sistemi bileşenlerinin tasarımında yorulma dayanımı önemli bir kriterdir. Süspansiyon ve direksiyon sistemi bileşenleri doğrudan yoldan gelen yüklemelere maruz kaldıkları için bu bileşenlerin yorulma ömrü büyük ölçüde sürüş yapılan yolun kalitesine bağlı olmaktadır. Bu nedenle, süspansiyon ve direksiyon sistemi elemanlarının tasarımı yapılırken yoldan gelen kuvvetlerin bilinmesi gerekli olmaktadır. Bu çalışmada; seçilen bir binek araca ait direksiyon sistemi bileşenlerinden rot başının yorulma ömrü, Bilgisayar destekli Mühendislik (BDM/CAE) araçları kullanılarak tahmin edilmiştir. Tasarım sürecinde kullanılmak üzere aracın ekonomik ömrü boyunca maruz kalacağı yol şartlarını temsil edecek bir yol profili belirlenmiş, belirlenen yol profili üzerinde bir test aracı ile yapılan sürüşler sırasında bileşenler üzerinde oluşan gerilmeler ile ön tekerlek ve şasiye ait ivmeler kaydedilmiştir. Yoldan toplanan veriler, seçilen araç için Altair Motionview ortamında oluşturulan yarım araç modeli ile yapılan simülasyon (benzetim) sonuçları ile mukayese edilerek toplanan verilerin doğruluğu irdelenmiştir. Gerçek yol şartlarında toplanan ham veriler LMS/Tecware ortamında ön işlemeye alınmıştır. Ön işlemeden çıkan yol verilerindeki hasar potansiyeli olmayan yüklemeler Rainflow Sayma Tekniği ile yok edilerek zaman sıkıştırması yapılmış daha sonra aracın ekonomik ömrü olarak kabul edilen km lik yolu temsil eden yük kollektifi oluşturulmuştur. Elde edilen yük kolektifi kullanılarak rotbaşının yorulma ömrü tayini yapılmıştır. Tahmin edilen ömür, elde edilen yük kollektifi kullanılarak yapılan ömür testi sonucu ile mukayese edilerek kullanılan yöntemin geçerliliği irdelenmiştir. Rotbaşının ağırlığı ve maliyetini düşürmek üzere rotbaşı tasarımında optimizasyon yapılmıştır. Anahtar Kelimeler: Yol verisi, yorulma, çok kütleli dinamik model, ömür tahmini, hızlandırılmış ömür testleri.

5 2 ABSTRACT MS THESIS DEVELOPMENT OF SUSPENSION AND STEERING SYSTEM COMPONENTS WHICH HAS OPTIMIZED DESIGN ACCORDING TO STRENGTH AND FATIGUE CRITERIA S Mehmet Ali GÜVENÇ THE GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCE OF SELÇUK UNIVERSITY THE DEGREE OF MASTER OF SCIENCE IN MECHANICAL ENGINEERING Advisor: Prof. Dr. Fatih Mehmet BOTSALI 2015, 84 Pages Jury Prof. Dr. Fatih Mehmet BOTSALI Assoc. Prof. Dr. Mete KALYONCU Asst. Prof. Dr. Ümit ÖNEN Suspension and steering system components of roadway vehicles have a critical importance because of their task and effect on vehicle safety. Therefore, fatigue life is an important criterion in designing of suspension and steering parts. The fatigue life of the suspension and steering parts depend on the characteristics of the road because these parts are generally exposed to loads caused by road quality. Therefore, the loading acting on suspension and steering parts must be known during the design process. In this study, fatigue life of the tie rod end that is part of the steering parts is estimated by using Computer Aided Engineering (CAE) tools. The mission profile that will represent the service life of the vehicle is determined and necessary acceleration and strain data belonging to selected suspension and steering parts are recorded during a test drive on the chosen road mission profile. Collected road data is compared with the results simulations carried on a half car model that is created via Altair/Motion View and the accuracy and reliability of collected data was discussed. The raw data that is collected on the real road conditions were preprocessed. After the preprocessing, the loads that do not cause the fatigue damage are eliminated by using Rainflow Counting Method. Resulting data is extrapolated in order to obtain the loading collective that represents km driving conditions which is assumed as economic life of the vehicle. The fatigue life of tie rod end was predicted by using loading collective. The predicted life was compared with result of the life test which is performed with loading collective and argue that the validity of this method. Optimization is performed on tie rod end design that will decrease weight and cost of tie rod end. Keywords: Road data, fatigue, multi body dynamic model, life prediction, life test.

6 3 ÖNSÖZ Tüm lisans eğitimimde olduğu gibi SAN-TEZ projesi kapsamında desteklenen bu tez çalışmasında da değerli fikirlerini ve yardımlarını hiçbir zaman esirgemeyen çok kıymetli hocam Sayın Prof. Dr. Fatih Mehmet BOTSALI ya ve 0546.STZ nolu ve Dayanıklılık Ve Ömür Kriterlerine Göre Optimum Tasarıma Sahip Süspansiyon Ve Direksiyon Sistemi Bileşenleri Geliştirilmesi isimli projeyi destek kapsamına alan Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığına teşekkürlerimi sunarım STZ nolu ve Dayanıklılık Ve Ömür Kriterlerine Göre Optimum Tasarıma Sahip Süspansiyon Ve Direksiyon Sistemi Bileşenleri Geliştirilmesi isimli SANTEZ projesinin ortağı olan ve tez çalışmalarım için maddi manevi desteklerini eksik etmeyen Aydınlar Yedek Parça A.Ş. ye ve değerli yöneticilerim Sayın Seracettin AKDI, Sayın Ahmet ÇAKAL ve Sayın Erdem ÜNÜVAR a teşekkürü borç bilirim. Tüm eğitim hayatım boyunca olduğu gibi tez çalışmamda da her zaman yanımda olan, maddi ve manevi desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen aileme en içten duygularımla teşekkür ederim. Mehmet Ali GÜVENÇ KONYA-2015

7 4 ĠÇĠNDEKĠLER ÖZET... 1 ABSTRACT... 2 ÖNSÖZ... 3 ĠÇĠNDEKĠLER... 4 SĠMGELER VE KISALTMALAR GĠRĠġ Genel Süspansiyon ve Direksiyon Sistemleri Süspansiyon Sistemleri Direksiyon Sistemleri Sanal Prototipleme Çok Kütleli Dinamik Modelleme Yorulma Ömrü Tahmini KAYNAK ARAġTIRMASI MATERYAL VE YÖNTEM KATI MODELLEME VE GERĠLME ANALĠZĠ Katı Modelin Oluşturulması Gerilme Analizi YOL VERĠLERĠNĠN ELDE EDĠLMESĠ Yol Güzergâhının Belirlenmesi Kritik Noktaların Tayini ve Sensör Yerleşimi Çalışmaları Yol Verilerinin Toplanması Verilerin İşlenmesi ve Hızlandırılmış Yük Kolektifinin Oluşturulması Yol Verilerinin Filtrelenmesi Hızlandırılmış Ömür Yük Kolektifinin Elde Edilmesi ÇOK KÜTLELĠ DĠNAMĠK MODELĠN OLUġTURULMASI ÖMÜR TAHMĠNĠ VE DOĞRULAMA ÇALIġMALARI OPTĠMĠZASYON VE SAYISAL SONUÇLAR SONUÇLAR VE ÖNERĠLER Sonuçlar Öneriler... 76

8 5 KAYNAKLAR SĠMGELER VE KISALTMALAR Simgeler N(g2) N(g1) g1 g2 β ni Nf E[D] i : Elde edilen çevrim : İlk çevrim : İlk gerilme değeri : Son gerilme değeri : S-N eğrisindeki eğim : Toplam çevrim sayısı : Hasara kadar olan çevrim sayısı : Toplam Hasar : Aralık değişkeni Kısaltmalar CAE BDM/CAE OEM : Computer Aided Engineering : Bilgisayar Destekli Mühendislik : Original Equipment Manufacturer

9 6 1. GĠRĠġ 1.1. Genel Otomotiv sanayi, tedarik zinciri içinde doğrudan veya dolaylı olarak çok geniş istihdam olanakları sağlayan bir sanayi dalıdır. Otomotiv sektörü, bu özelliği sayesinde birçok ülke sanayisinin lokomotiflik görevini üstlenmekte olup, üretim hacmi ve teknolojisi her geçen gün katlanarak artmaktadır. Artan hacim ve teknoloji; otomotiv üreticileri arasında sıkı rekabete sebep olmuştur. Bu rekabet ise yeni modellerin en kısa zamanda ve minimum maliyetle piyasaya sürme zorunluluğunu ön plana getirmiştir. Son yıllarda, otomotiv sektöründe CAE(Bilgisayar Destekli Mühendislik) araçları kullanılarak yapılan analiz çalışmaları ile tasarım süresi önemli ölçüde kısaltılmaktadır. CAE çalışmalarının doğruluk oranının yükselmesi ile gerçek prototiplerin yerini bilgisayar ortamında oluşturulan araç modelleri almakta, bu modeller kullanılarak aracı oluşturan alt sistemlerin ve bileşenlerin kinematik ve dinamik analizi hızlı ve etkin biçimde gerçekleştirilebilmekte, yapılan analizlerle performans, ağırlık, maliyet, ömür yönünden optimize edilmiş tasarımlar elde edilebilmektedir. Yoldan gelen titreşimler hem aracın hem de aracı oluşturan bileşenlerin kullanım ömrünü doğrudan etkilerken, araç konforunun da düşmesine neden olabilmektedir. Süspansiyon sisteminin en önemli fonksiyonu; tekerlekten şasiye dolayısıyla da sürücüye ve yolcuya gelen titreşimleri izole etmek ve sönümlemektir. Dolayısı ile hem konfor hem de güvenlik kriterlerini sağlayan süspansiyon sistemleri tasarımı otomotiv üreticilerinin üzerinde yoğunlaştıkları konular arasındadır Süspansiyon ve Direksiyon Sistemleri Karayolu araçlarında kullanılan direksiyon ve süspansiyon sistemleri genel manada, sürüş konforu ve güvenliğini sağlamada önemli role sahiptir. Süspansiyon ve direksiyon sistemleri direk yoldan gelen yüklemelere maruz kaldıkları için tasarımları esnasında yorulmaları üzerine durulması gereken bileşenlere sahiptir.

10 Süspansiyon Sistemleri Aracın tekerleklerini bağlantı elemanları, yaylar ve şok emiciler yardımıyla araç gövdesine bağlayan sistemlerdir. Temel olarak süspansiyon sistemleri araç gövdesini yoldan ayırarak, yoldan kaynaklanan düzensizliklerin araca ve sürücüye aktarılmasını engeller. Süspansiyon sistemleri; görevleri gereği otomobiller için en kritik güvenlik parçalarını barındırmaktadır. Süspansiyon sistemlerinin bazı görevleri aşağıdaki gibidir: - Sürüş esnasında lastikler ile birlikte çalışarak yolcuları veya taşınan yükü korumak ve sürüş konforunu iyileştirmek amacıyla yol yüzeyinin yapısından kaynaklanan titreşimleri, salınımları ve ani şokları sönümleyerek yumuşatır. Böylece şasi ve kaportayı da korumuş olur. - Yol yüzeyi ile tekerlekler arasındaki sürtünmeye bağlı olarak ortaya çıkan sürüş ve fren kuvvetlerini gövdeye aktarır. - Akslar üzerinde gövdeyi taşır ve gövde ile tekerlekler arasındaki uygun geometrik ilişkiyi sağlar. - Yol ile tekerlekler arasında teması kaybettirmeden güvenli dönüş yapmayı sağlar. Süspansiyon sistemleri; bağımlı süspansiyon ve bağımsız süspansiyon olmak üzere iki çeşittir: Bağımlı(Sabit Aks) Süspansiyon Sistemleri: Bağımlı süspansiyon sistemlerinde tekerlekler katı bir aks ile birbirine bağlıdır. Tek tekerleğin yükselmesi (süspansiyon hareket mesafesi) her iki tekerlekte de kamber değişimine yol açar. Buna bağlı olarak Şekil 1.1 de görüldüğü gibi iz genişliği değişimi de olur. Bağımlı süspansiyonlar tekerleklerin doğrultusunun ayarlanamaması, ağır olmaları ve titreşimlerden dolayı aracı yönlendirme sorunlarına sebep olmalarından dolayı ön süspansiyonlarda tercih edilmemektedir.

11 8 ġekil 1.1 Bağımlı süspansiyon sistemi Bağımsız Süspansiyon Sistemleri: Bağımsız süspansiyon sisteminde tekerlekler birbirinden bağımsız akslara bağlanarak, her bir tekerlek diğerinden bağımsız olarak yol tepkilerine cevap verebilmektedir. Tek taraflı olarak bir engelin aşılması durumunda diğer tekerlek bundan etkilenmez. Yük taşıma kapasitesi olarak bağımlı süspansiyon sistemlerinin gerisinde kalsalar da, konfor ve sürüş özellikleri açısından oldukça iyidir. Bağımsız süspansiyon sistemlerinin düşük yer gereksinimi, düşük ağırlık, tekerlek hareketlerinden ötürü direksiyona daha az titreşim iletimi, kolay yönlendirilebilme ve tekerleklerin birbirinden bağımsız hareket edebilmesi gibi avantajları vardır. Günümüzde daha çok kullanılan 3 tip süspansiyon sistemi vardır: - Mc-Pherson Süspansiyon sistemi: Günümüzde, genellikle binek araçlarda en çok kullanılan sistemdir. Bu sistemde amortisör ve helezon yay iç içe geçmiş şekildedir ve birlikte hareket ederler. Amortisör ve helezon yay ikilisi direk taşıyıcı üzerine bağlanır. Alt salıncağın burçlu bağlantı kısımları şasiye bağlanmıştır. Mc-Pherson tipi süspansiyon sistemleri yerden gelen titreşimleri sönümlemede etkilidir ancak viraj esnasında aracı kontrol altına almak güçleşebilir. Mc-Pherson süspansiyon tipi Şekil 1.2 de gösterilmiştir.

12 9 ġekil 1.2. Mac-Pherson Süspansiyon Sistemi - Double wishbone(çift Salıncak) Sistemi: Bu tür süspansiyon sisteminde iki adet iz kontrol kolu ve bu kollardan birine veya şasiye bağlanan amortisör mevcuttur. (Şekil 1.3.). İz kontrol kolları şasiye iki noktadan bağlıdır. Bu iki nokta arasındaki mesafe arttıkça fren ve tahrik kuvvetleri yere daha iyi aktarılmaktadır fakat bu durumda daha fazla yer kaplamaktadır. Bu mesafenin kısa olmak zorunda olduğu durumda kontrol çubuğu kullanılır. Üstte de salıncak bulunması aracın yer tutuşunu ve viraj alma yeteneğini artırır.

13 10 ġekil 1.3. Double Wishbone Süspansiyon Sistemi - Five link süspansiyon sistemi: Beş koldan oluşan bağımsız süspansiyon türüdür(şekil 1.4). Kullanılan kolların uzunluğu birbirine eşit olmak zorunda değildir. Çok sayıda değişik yapılandırmayla tasarım yapmak mümkündür. Bu sistemin avantajları arasında yol tutuş ve konfor özelliklerinin aynı anda iyileştirilmesi, sistem içerisinde herhangi bir konumun diğer parametreleri etkilemeden değiştirilebilmesidir. Ancak çok sayıda parça kullanılması sistem tasarımın karmaşıklığını ve sistemin maliyetini arttırmaktadır.

14 11 ġekil 1.4. Five link süspansiyon sistemi Aracın sistematik davranışları ve cevabı araştırılırken üzerinde en çok durulan konu süspansiyon sistemlerinin cevabıdır. Süspansiyon sisteminin devamında gövde ve aksın cevabı gelmektedir. Süspansiyon sisteminin cevabını etkileyen etmenler arasında ise süspansiyon yalıtımı(absorbe etme yeteneği) ve süspansiyon stiffnes(esneme) değeri gelmektedir(gillespie 1992). Süspansiyon sisteminin Şekil 1.5 de gösterimi yapılmıştır. ġekil 1.5. Çeyrek araç modeli

15 Direksiyon Sistemleri Tekerleklerin istenilen gidiş istikametine yönlendirilmesi fonksiyonunu icra eden direksiyon sistemi, süspansiyon sistemi ile birlikte karayolu taşıtlarının stabilitesi, güvenliği ve konforunu sağlamada önemli role sahiptir(şekil 1.6.). Bu yüzden, süspansiyon ve direksiyon sistemini oluşturan bileşenler konfor, güvenlik ve araç ömrü açısından kritik öneme sahiptir. ġekil 1.6. Direksiyon Sistemi Rot başları, direksiyon kramiyerlerini tekerlek taşıcılarına bağlayarak, böylece sürücü tarafından verilen komut tekerleklere aktarılır. Kinematik yönden ise kramiyer ve rotbaşı uzayabilen(kayan) krank sistemini oluşturuyor, burada kramiyer kayan kısım ve tekerlekleri taşıyan kısımda döndürme elemanı gibidir. Direksiyon sisteminin kinematiği Şekil 1.7 de verilmiştir.

16 13 ġekil 1.7. Direksiyon Sistemi Kinematiği Rot başının kramiyere bağlanan uç kısmı her zaman mafsaldan oluşmaktadır. Rot başının herhangi bir nedenden dolayı eğilmesinden kaçınmak için bu mafsal olabildiğince düz olmalıdır. Rot başının boyunun ±15 mm arasında ayarlanabilir olması her iki teker üzerindeki toe açısın ayarlanabilir olması için önemlidir Sanal Prototipleme Simülasyon, bir ürünü daha üretmeden, gerçek koşullardaki davranışını bildirir, yani ürünün geleceği önceden kestirilir. Sanal Prototipleme olarak tanımlanan ürünün dijital ortamda birleştirilmesi, üzerinde çalışma koşullarının tatbik edilmesi, üstelik hareket kazandırılması, fiziksel olarak ürünün üretilip test edilmesinden daha az zaman alır. Bu durumda en iyi ürünü çıkarmak için sürekli fiziksel ürün üretip test etmeye gerek kalmaz, bu iş sanal olarak yapılabilir. Üstelik fiziksel ürünü bir teste tabi tuttuğunuzda, ürününüz bu testten ya geçer ya da geçmez. Ürünü geliştiren mühendis neden geçmediğini veya geçtiyse bunun gerçek koşullarda ne kadar dayanabileceğini kestirmesi mümkün değildir. Önemli olan ürünün bu testen geçip geçmediğidir. Ancak

17 14 simülasyon ile bu ürünün ne kadar sınırda olduğu veya iyileştirmek için ne yapılması gerektiği hususunda net bilgiler alınır(uysal 2005) Çok Kütleli Dinamik Modelleme CAE programları günümüz tasarım ve optimizasyon (en uygun şekle sokma) çalışmaları için olmazsa olmaz bir yöntem haline gelmiştir. Bu programlar sayesinde tasarım çalışmaları kısalmış olup test çalışmaları asgari boyutlara indirilmiştir. Özellikle çok kütleli dinamik analiz programları otomotiv sektörünün çok yoğun bir şekilde kullandığı ve olumlu sonuçlar alınan programlardır. Bu programları kullanmaktaki amaç optimizasyon çalışmalarına yön vermek, tasarım çalışmalarını hızlandırıp maliyeti azaltmak, titreşim çalışmalarını etkin bir şekilde yapabilmek ve yorulma analizlerinin daha doğru bir şekilde yapılabilmesini sağlamaktır. Günümüzde MBD çalışmaları ile çok çeşitli çalışmalar yapılabilmektedir. Bunlardan bazıları: - Araç sürüş konfor analizi - Araç yol tutuş analiz - Frekans cevabı çalışmaları (Şekil 1.8) ġekil 1.8. MBD modelden alınan frekans cevap örneği

18 15 - Süspansiyon sistemlerinin kinematik analizi - Süspansiyon parçalarına gelen dinamik yüklerin belirlenmesi - Yorulma çalışmaları - Optimizasyon çalışmalarıdır (Şekil 1.9.). ġekil 1.9. MBD ile Optimizasyon Çalışması Örneği MBD Sayesinde; Tasarım süresi kısaltılmış, Gerçek test ihtiyacı azaltılmış MBD modelinden parçamızı çıkartıp gerekli modifikasyonu yapıp tekrar modele gömebilme olanağı ile tasarım oldukça kolaylaşmıştır Yorulma Ömrü Tahmini Yorulma, bir makine veya sistem parçasının, tekrarlı dinamik yüklerin etkisiyle statik dayanım sınırlarının çok altındaki zorlama koşullarında hasarlanmasıdır. Yorulma ömrü ise belirli şiddetteki dinamik yük genliklerinin tekrar sayısıdır.

19 16 Yorulma ömrünün sona ermesi sonucu yorulma kırılması meydana gelir. Yorulma kırılması; işletme koşullarındaki zorlamalar sonucu ortaya çıkan gerilmeler mukavemet bilgisinin temel denklemlerine her zaman uymaz; dolayısıyla çekme veya basma gerilmeleri parça kesitinde eşit olarak dağılma, eğme ve burma gerilmeleri de yüzeyden ortaya doğru doğrusal bir azalma göstermeyebilirler. Uygulamada bu kuramsal gerilme dağılımlarında az veya çok sapmalar görülür. Parçanın şekli, yüzey kalitesi, ortamın korozif etkisi, kuvvet iletiminin türü, ön gerilme, malzeme hatası, mikro yapının büyük ölçüde heterojen olması gibi nedenler ile yerel gerilme yığılmaları oluşur. Yorulma çatlağı gerilme yığılmalarının olduğu bölgelerde başlar devamında yorulma kırılması meydana gelir. Bu etkenlerin hepsi yorulma kırılmasına sebep olan etkenler arasında bulunmaktadır. Bunların yanında yorulma kırılmasının diğer bir nedeni de montaj hatası olabilmektedir(herbert 1983). Yorulmaya etki eden bazı faktörler aşağıda verilmiştir: ( 2013) - Gerilme hali: gerilme genliği, ortalama gerilme, iki eksenli gerilme halinin varlığı, kayma gerilmeleri vb. - Geometri: Yorulma çatlağını başlatabilecek ve gerilme yığılmalarına neden olan süreksizlerin varlığı - Yüzey kalitesi: Yüzey kalitesindeki bozukluklar düşük gerilmelerde yorulmaya sebep olabilmektedir. Yorulma ömrünün artırılması için yüzey kalitesinin iyileştirilmesi gerekmektedir. - Malzeme türü: Yorulma ömrü malzeme türüne göre büyük değişiklikler gösterebilir. - Artık gerilmeler: Kaynak, döküm vb. işlemler sonunda oluşan artık gerilmeler yorulma ömrünü azaltır. - İç kusurların boyutları ve dağılımı: Örneğin döküm sonrası oluşan boşluklar yorulma ömrünü çok azaltır. - Yükleme doğrultusu: İzotrop olmayan malzemeler için önemlidir. - Tane büyüklüğü: Pek çok metal için küçük tane büyüklüğü uzun yorulma ömrü anlamına gelir. - Çevre: Gaz ortamı, korozyon, erozyon vb. gibi çevre şartları yorulma ömrünü çok etkiler - Sıcaklık: Çok yüksek veya çok düşük sıcaklıklar yorulma ömrünü azaltır.

20 17 Yorulma hasarı sonucu meydana gelen bilinen ilk kaza 1843 yılında Fransız demir yollarında görülmüştür. Ön aksta meydana gelen metal yorulmasından dolayı yolcu ünitesinde meydana gelen yıkım ve yangın sonucu can kayıpları yaşanmıştır. Tren raylarında meydana gelen bu tarz kazalar sonucunda bilim adamları daha detaylı olarak metal yorulması hakkında bilgi edinmeye çalışmışlardır(bishop 2000). Süspansiyon ve direksiyon sistemi bileşenleri, yola bağlı olarak tekerleğe gelen yüklemelerin tamamını taşıyan sistemlerdir. Yoldan gelen yüklemeler sürekli değişkenlik gösterdiği için süspansiyon ve direksiyon sistemi tasarımlarında konforun yanı sıra yorulma ömrü çalışmaları da büyük önem taşımaktadır. Süspansiyon ve direksiyon sistemi elemanlarından bazılarının yorulmaya bağlı olarak kırılma resimleri Şekil 1.10 de verilmiştir. ġekil Süspansiyon Sistemlerinde Görülen Yorulma Kırılmaları Yorulma çalışmaları genel olarak iki başlık altında incelenmektedir. Zaman Bazında Yorulma: Sisteme etkiyen tüm yükler zaman bağlı birer fonksiyon olarak tanımlanır. Bu yaklaşımda tüm servis yükleri (gerilme ve birim uzama da dahil olmak üzere) zaman bazında tanımlanır(lee 2005). Bu yaklaşımda sıklıkla kullanılan yöntemler Rainflow Counting ve Palmgren- Miner lineer hasar birikim yöntemidir. (Akarsu 2012). Otomotiv süspansiyon ve direksiyon sistemleri elamanları, yoldan düzensizliklerinden dolayı rastlantısal yüklemelere maruz kalmaktadır. Bu karışık yüklemeleri gidermek adına kullanılan çevrim sayma yöntemleri elimizdeki karışık veriyi sabit genlikli yükleme durumlarına dönüştürmektedir. Sayma yöntemleri tek ve çift parametli olmak üzere iki ana başlıkta uygulanmaktadır.

21 18 Tek parametli sayma yöntemleri arasında; Level Crossing, Peak Valley, Range Counting yer almaktadır. Çift parametli sayma yöntemleri arasında ise Rainflow Counting Yöntemi yer almaktadır. Yorulma tespitinde en çok kullanılan yöntem, daha doğru sonuçlar verdiği için Rainflow Counting yöntemidir. Gerinim Zaman Gerilme Gerinim ġekil Rainflow Counting Yöntemi Malzeme a noktasından b noktasına deformasyona uğratılsın, Gerilme-Gerinim eğrisindeki a-b eğrisi oluşur. b noktasında uygulanan yük bir miktar ters yönde azaltılarak malzeme c noktasına elastik şekil değişimi ile getirilir. Uygulanan yük tekrar c noktasından d noktasına arttırılır. Bu yük artırımında malzeme önceden yüklendiği a-b aralığını üzerinde tutarak d noktasına a-d yolunu izleyerek şekil değişimine uğrar. Bunun anlamı; b-c yörüngesinde gerçekleştirilen yükleme hiç var olmamışçasına malzemede şekil değişimi gerçekleşmiş olur.

22 19 Miner kuralı ya da Palmgren-Miner kuralı olarak da bilinen teoriye göre her bir çevrimde oluşan hasarın bulunabilmesi için malzemenin gerilme-ömür eğrisi referans alınır. Gerilme ömür eğrisine üzerinden her bir gerilme genliği için N f mevcuttur. n i sayıdaki toplam çevrim için belirli bir gerilme aralığı ve ortalama gerilmede oluşarak olan beklenen toplam hasar, (E[D]) ise her bir hasar yüzdesinin lineer olarak toplanmasıyla bulunur(akarsu 2012). n i : Toplam çevrim sayısı N f : Hasara kadar olan çevrim sayısı E[D]: Toplam Hasar i: Aralık değişkeni Lineer hasar teorisine göre her bir çevrim sonucu oluşan yüzde hasar değerlerinin toplanarak 1 e ulaşması ve bu değeri aşması sonucunda hasar meydana gelir. Yorulma ömrü ise sisteme etkiyen yük çevrimlerinin süresinin her bir çevrim sonucu toplanarak bulunan toplam hasara bölünmesi ile bulunur(akarsu 2012). Literatürde kullanılan araç yorulma analizi metotlarının hepsi benzer sonuçları verse de çeşitli açılardan avantajları ve dezavantajları vardır. Bunlar aşağıdaki gibi sıralanabilir, Ekonomik olup olmaması Yapılacak sonlu elemanlar analizinin türü İvme veya kuvvet ölçülme durumu MBS kullanma durumu Yorulma analizi için izlenen adımlar aşağıdaki gibi sıralanabilir. 1 - Parçanın geometrik modeline uygun dayanım analizi için sonlu elemanlar modelinin hazırlanması. 2 - Craig Bampton analizinin yapılıp yer değiştirme modlarının ve modal gerilmelerin çıkarılması.

23 MBS modelinin hazırlanması ve Craig Bampton yer değiştirme modlarının uygulanması. 4 - Test ile ölçülmüş ivmeler ile MBS modelin belirlenmiş senaryoya göre çok eksenli taşıt test düzeneğinde koşturularak "Modal Participation Factor" geçmişinin çıkarılması. 5 - Sonlu elemanlar analizi ile elde edilen modal gerilmeler ve MBS ile elde edilen "Modal Participation Factor" geçmişinin uygun malzeme S-N verisiyle yorulma analizinde koşturulması.

24 21 2. KAYNAK ARAġTIRMASI Yılmaz ve Kılıç (2010) yapmış oldukları araçlarda meydana gelen en büyük yapısal sorunlardan olan yorulma konusunu sanal ortamda incelemişlerdir. Çalışmada, öncelikle aracın dinamik modeli ADAMS/Car da 4 poster şeklinde oluşturulmuş ve bu dinamik model oluşturulurken kauçuk burç ve amortisör gibi frekans değişimine göre cevabı değişen elemanların karakteristikleri dikkate alınmıştır. Bu çalışmaların devamında aracın ömrü boyunca maruz kalacağı yol parkuru belirlenmiş ve araç tekerleğine gelen ivme verileri ölçülmüştür. Daha sonra bu ölçülen verilerin iterasyonu yapılarak mesafe grafiği elde edilmiştir. Elde edilen bu mesafe verileri ADAMS/Car üzerinde oluşturulan 4 poster araç modeline uygulanmış ve gövdeye gelen kuvvet grafikleri elde edilmiştir. Bu çalışmanın sonucunda yoldan toplanan ivme verileri yardımı ile yorulma analizlerinde kullanılabilecek yükleme senaryoları elde edilmiştir. Elde edilen bu yükleme senaryoları ise yorulma ömrünü saptarken tasarım aşamasında yapılacak olan çalışmaları kolaylaştıracaktır. Mohamed ve ark. (2009) yaptıkları çalışmada otomotiv ön düzen sisteminin gerçek şartlar altında, çalışma yüklerinin belirlenmesi hedeflemişlerdir. Çalışma yükleri test pistinde yapılan veri toplama işlemleri ile elde etmişlerdir. İvmeölçer, tekerlek kuvvet sensörü ve gerinim ölçer gibi sensörlerden elde edilen bilgiler veri toplama sistemleri ile kaydedilerek, McPherson süspansiyon sistemine etki eden yük, titreşim, gerilme ve gürültü gibi unsurlar çalışma şartlarında kaydetmişlerdir. Elde edilen verileri yorulma/dayanım test sisteminde ve hasar analizlerinde kullanılmak üzere düzenlemişlerdir. Şener (2010) yaptığı çalışmasında yaprak yaya etki eden, Türkiye genel yol spektrumunun tespit edilmesine odaklanmış, parçanın yorulma analizleri ve öngörülen ömür hesapları, sonlu elemanlar analizleri kullanılarak hesaplanmış ve Palmgren-Milner metoduyla doğrulamıştır. Bu kapsamda hafif bir ticari aracın Türkiye deki ortalama müşteri araç kullanımının tespiti yüz yüze Türk müşterilerine bir anket yapılarak belirlemiştir. Türkiye yollarının yorulma karakteristikleri 50 adet yol verisinin incelenmesiyle saptamıştır. Bu yollarda yapılan veri toplama işlemlerinde üç adet tek eksenli gerinim ölçer ile yaprak yay üzerindeki asal gerilmeler ve sağ ön tekerleğe gelen yatay kuvvetler; bir adet üç eksenli gerinim ölçer ile aksa etkileyen burulma; dört adet ivmeölçer ile yol pürüzlülüğünden meydana gelen ivmeleri ölçmüştür. Ham verileri ilk işlem olarak çivi analizi, filtreleme, aritmetik toplama çıkarma ve bölme işlemlerinden

25 22 geçirilerek temizlemesini yapmıştır. Yaptığı frekans analizlerinde düşük genlikli 100Hz üzerindeki sinyaller yorulma analizleri için önemli olmadığı düşünüldüğünden low-pass filtreleme yöntemiyle orijinal verilerden çıkartarak atmıştır. Birim uzama sinyallerinin istatiksel sayımında diğer metotlara göre hassas olduğundan ve ortalama gerilmeyi de hesaba kattığından gerilmeye maruz parçalarda (yaprak yay, aks ve rot kolu) rainflow metodunu kullanmıştır. Zhao ve ark. (2013) yaptıkları çalışmada arka süspansiyon burulma çubuğunun hasar analizini, araç çalışma yüklerini belirleyerek yapmıştır. Çalışma yük verileri bir test pistinde, test aracına yerleştirilen tekerlek kuvvet sensörü ve gerinim ölçer ile ölçülmüştür. Çalışma yüklerini pürüzlü yollarda ve farklı sürüş manevraları yapılarak ölçerek, kritik yükleme verilerini oluşturmuşlardır. Arka sağ ve sol tekerleğe, tekerlek kuvvet sensörleri yerleştirilerek tekerleğe etki eden kuvvet ve momenti ölçmüşlerdir. Ayrıca farklı bölgelere çok sayıda gerinim ölçer yerleştirilerek hasar bölgelerinde oluşan gerilmeleri ölçmüşlerdir. Ölçülen verilere filtreleme uygulayarak düzenlemişlerdir. Elde edilen yorulma verileri onaylanmış yol simülatöründe karşılaştırılarak doğrulamışlardır. Çalışmanın sonucunda arka süspansiyon burulma çubuğunda yorulmaya neden olan kritik noktalar belirlemişlerdir. Emekli (2008) yapmış olduğu çalışmasında, hafif bir ticari araç için yarı aktif süspansiyon sistemi tasarımı gerçekleştirmiştir. Öncelikle bilgisayar ortamında benzetimlerle kontrolcüler değişik araç modellerinin üzerinde test etmiştir. Daha sonra prototip araca gerekli sensör ve CVD sönümleyici donanımları ekleyerek yapılan gerçek zamanlı yol testleri ile sistemin performansını benzetimler ile doğrulamıştır. Yapılan ölçüm çalışmalarında, tekerlekteki asılı ve asılı olmayan kütlelerin hızlarını ölçmek için ivmeölçer, gövde ve tekerlek arasındaki mesafeyi ölçebilmek için potansiyometre ve aracın yalpa açısını ölçebilmek için açısal hız sensörü kullanmıştır. Böylece aracın konfor ve yol tutuş özelliklerini yol testlerinde gözlemleyerek tasarladığı süspansiyon sisteminin değerlendirmesini yapmıştır. Lin ve ark. (2010) yaptıkları çalışmalarında motosiklet parçalarının dayanıklılık analizleri için bir hızlandırılmış test yaklaşımını oluşturmaya çalışmışlardır. Bu kapsamda veri toplama ile yol yüklemelerinin belirlenmesi, yorulma ömrünün belirlenmesi ve dayanıklılık testi konularında çalışmalarını yürütmüşlerdir. Çalışmanın yapılacağı parça olarak bir 150cc motorun gidonu, testlerin yapılacağı yol olarak Belçika yollarını ve Taiwan da bulunan test pistini belirlemişlerdir. Gidona bağlanan gerinim ölçer den alınan veriler ölçülmüş, elde edilen veriler işlenerek gürültü ve

26 23 dalgalanmalardan arındırarak düzenlemişlerdir. Bu çalışmaları farklı yüklemelerde, yol tipi ve sinyal yoğunlaşması metotlarında yaparak karşılaştırmışlardır. Elde edilen gerinim değerlerini, laboratuvar ortamında yorulma testlerinde koşturmuşlardır. Yorulma ömrünü tayinini farklı metotları kullanarak tayin etmişlerdir. Motosiklet gidonunun deneysel ve tahmin edilen yorulma ömürlerinin karşılaştırılması düzenlenen verilere bağlı olarak, üç yol tipi ve dört yükleme şartında iki farklı sinyal yoğunlaşması metodunun değerlendirilmesiyle yapmışlardır. Sonuç olarak; motosiklet gidonunun dayanıklılığının değerlendirilmesi için BS 5400 yaklaşımının uygun olduğunu, hasar modunun tüm dayanıklılık testlerinde eş değer olduğunu tespit etmişleridir. Yay ve Ereke (2003) yaptıkları çalışmalarında, gerçek yol sinyalleri yerine teorik olarak üretilen yol sinyallerinin hızlandırılmış ömür testlerinde kullanılma tekniklerini geliştirmeye çalışmışlardır. Bunun için taşıtlarda hızlandırılmış test yolu bağıntısını kullanarak hızlandırılmış yol mesafesine eşdeğer teorik yol pürüzlülüğü sinyallerini üretmişlerdir. Üretilen yol pürüzlülüğü sinyalleri, taşıta düşey yönde gelen dinamik kuvvetlerden oluşturmuşlardır. Oluşturdukları yol genliklerini laboratuvar ortamında hidrolik sarsıcıdaki bir ticari taşıt şasisine ileterek, ana şasi üzerindeki kuvvet değerlerini ölçmüşlerdir. Kuvvet verilerini Rainflow sayma yöntemiyle çevrim sayıları tespit edildikten sonra Palmgren-Milner yöntemiyle hasar değerlerini hesaplamışlardır. Hızlandırılmış test spektrumunu oluşturmak için testin normal işletme koşullarını tanımlayarak dizayn spektrumunu oluşturmuşlardır. Dizayn spektrumuna denk hasar etkilerini veren hızlandırılmış test spektrumu sinyallerini elde ederek deney süresini istenilen süreye ayarlamışlardır. Mitsch (2012) yapmış olduğu çalışmasında veri toplama, doğrulama ve sensörler ile ilgili bir çalışma yapmıştır. Yol verisi toplama işlemlerini, bir test pistinde farklı sensörler ile ölçülmesi ve kaydedilmesi olarak tanımlamıştır. Tekerlek kuvvet ölçüm sensörü, ivmeölçer, lineer pozisyon sensörü, kuvvet sensörü, tork sensörü, sıcaklık sensörü ve özel sensörler ile veri toplama çalışmalarının yapıldığını belirtmiştir. Veri toplama işleminin ise beş ana adımda gerçekleştiğini; birinci adımın prototip üzerinde ölçüm noktalarının belirlenmesi, ikinci adımın ölçüm yapılacak parçaların ve sensörlerin hazırlanması, üçüncü adımın özel sensörlerin tasarım ve üretimi, dördüncü adımın veri toplama işleminin başlaması ve doğrulama çalışmaları; son adımda da toplanan verilerin düzenlenmesi ve analiz edilmesi olduğunu belirtmiştir. Koyuncu (2006) yaptığı çalışmasında bir traktörün ön dingil mesnedinin tasarım doğrulamasını yapabilmek için özel bir test pisti üzerinde traktörün test edilmesini ve

27 24 bilgisayar destekli yazılımlar ile doğrulanmasını gerçekleştirmiştir. Traktör bir test sahası ve arazi üzerinde çalışırken, parça üzerindeki gerinmeleri ölçmüş ve gerilmeleri hesaplayarak tasarım güvenirliğini malzemenin gerilme mukavemetini ele alarak belirlemiştir. gerinim ölçerlerin uygulanacağı noktaları, sonlu elemanlar yazılımı kullanarak parçada maksimum gerilmelerin meydana geldiği bölgeye göre belirlemiştir. Yuan ve ark. (2013) yaptıkları çalışmalarında, gerçek yol verilerini ve dinamik analiz kullanarak bir kamyonun yorulma analizini incelemişlerdir. İlk olarak dinamik model için gerekli olan girdilerin elde edilmesi için yol verilerini toplamışlardır. Şasiye gelen ivmelenmeleri ölçmek için; ön, orta ve arka akslara simetrik olarak bağlamışlardır. Ayrıca dikey yöndeki ivmelenmeyi ölçmek için yine ivmeölçerler bağlamışlardır. Bunun yanında yorulma analizi ve dinamik modelin doğrulanması için sağ ve sol amortisöre gerinim ölçerler yerleştirmişlerdir. Veri toplama işlemleri Çin de bulunan bir test pistinde, Çin standartlarına ve test pisti standartlarına göre yapmışlardır. Testler araç boş iken, yüklüyken ve aşırı yüklüyken üçer tekrar yaparak farklı şartlarda testleri tamamlamışlardır. Elde edilen verileri dinamik modele aktararak yorulma analizlerini gerçekleştirmişlerdir. Yang ve ark. (2007) yaptıkları çalışmalarında, otobandaki yüklemelerin ölçülmesi için araç içinde bir kapasitans kullanarak, kapasitansta meydana gelen değişimlere bağlı olarak ölçümler gerçekleştirmişlerdir. Otobanlarda kullanılmakta olan mevcut iki tip sensör ile belirli bölgelerde belirli zamanlarda ölçüm yapmaktadır. Bu sebeple kapasitans tabanlı ve ivme ölçebilen bir ölçüm cihazı geliştirmişlerdir. Kapasitans ölçümü aracın alt ve üst kısmının yükünü ölçmek için tasarlamışlardır. Alt kısmın ölçülmesi için aksa, üst kısmın ölçülmesi için şasiye kapasitans yerleştirmişlerdir. İvmeölçer ise aracın yatay ve dikey yöndeki ivmelenmesini ölçmek için kullanmışlardır. Böylece araç yükünü statik ve dinamik olarak ölçebilen bir ölçüm sistemini oluşturmuşlardır. Yazar (2013) yapmış olduğu yüksek lisans tez çalışmasında, askeri kara aracının sürüş dinamiğini modellemiş ve araç üzerinde yapmış olduğu ölçümler ile bu modeli doğrulamaya çalışmıştır. Bu kapsamda gerçekleştirmiş olduğu doğrulama testlerini, Amerikan ordusu tarafında geliştirilmiş olan test prosedürüne göre hazırlanmış iki farklı test parkurunda gerçekleştirmiştir. Yapılan testlerde doğrulama amacıyla ivmeölçer, açıölçer ve GPS sistemi kullanmıştır. Elde edilen sonuçlara filtreleme yaparak Adams ve Matlab da elde edilen sonuçlar ile karşılaştırmıştır.

28 25 Azrulhisham ve ark. (2011) yapmış oldukları çalışmada otomotiv parçalarının dayanımlarını, akstan tahrikli tam araç yol simülatörünün yoldan elde edilen yüklemelerle çalıştırılmasıyla değerlendirilmişlerdir. Bu çalışmadaki cevap-zaman grafikleri, akredite edilmiş test yolundan elde edilmiştir. Test yolundan elde edilen verilerin simülatöre kopyalanması ters evrişimli tekrarlama yöntemiyle başarılmıştır. Frekans cevap fonksiyonunun arzu edilen cevabı ve simulator silindirlerinin sinyallerinin lineer yaklaşımları parametrik model yaklaşımı ile elde edilmiştir. Bu matematiksel model daha sonra ters çevrilmiş ve simülatörlerin ürettiği sinyaller ile uyumlu olarak çalışabilecek arzu edilen cevap zaman grafiği haline dönüştürülmüştür. Yorulma analizi açısından dayanıklılık testi, test numunesinin verdiği cevabın gözlemlenmesi ile yürütülmüştür. Arzu edilen yorulma ömrü ve başarılan yükler arasındaki uzaklaşmaların %50 nin altında kaldığı gözlemlenmiştir. Bu çalışmada görülmüştür ki, yol simulatörüne, ters evrişim metodu uygulanarak yol sinyalleri çok iyi bir şekilde ürettirilebilmektedir. Kağnıcı ve Ulaş (2012) yaptıkları çalışmada, tasarlanmakta olan bir aracın dayanım kriteri açısından validasyonu ve geliştirilmesi için bir metodoloji geliştirmişlerdir. Bu yönteme göre önce aracın belirlenmiş senaryoya göre hızlandırılmış ömür analizi yapılmış olup hasar ve düşük ömür görülen bölgeler belirlenmiştir. Hasar görülen bir bölgede tasarımının iyileştirilmesi için kalınlık hassasiyet analizi yapılmıştır. Aynı zamanda parçanın NVH açısından da geliştirilmesi için topografya optimizasyonu yapılıp yapısal olarak tasarımın iyileştirilmesi sağlanmıştır. Çalışmada, tasarlanan bir aracın RADIOSS, MSC ADAMS ve DESIGN LIFE ncode programları kullanılarak yorulma analizi yapılmıştır. Yorulma analizinde hasar görülen bölgenin dayanım açısından iyiliştirilmesi için HYPERSTUDY programı ile parametrik hassasiyet çalışması yapılmış olup aynı parçanın NVH açısından da ilk mod frekansını yükseltmek için OPTISTRUCT programı ile topografya optimizasyonu gerçekleştirilip tasarım iyileştirmesi yapılmıştır. Araç yorulma analizlerinde, Craig- Bampton metodu kullanılmıştır. Bu yöntemin en büyük avantajı "complex" ve "transient dynamic response" fonksiyonlarının hesaba katılması ve aynı zamanda ölçülen ivmelere göre aracın maruz kaldığı kuvvet diyagramlarının MBS ile aracın modlarına yansıtılmasıdır. Bu çalışmada sonlu elemanlar modeli HYPERMESH ile oluşturulmuştur. Craig Bampton analizi RADIOSS programıyla yapılmış olup, MBS simülasyonları

29 26 ADAMS/Car programıyla gerçekleştirilmiştir. Yorulma ömürlerini belirlemek içinse DESIGN LIFE ncode programından yararlanılmıştır. Yol simülasyonlarında taşıt sistemini tahrik etmek üzere, belirlenen bir güzergah üzerinden dinamik simülasyonlarda kullanılabilecek türde veri sinyalleri toplamışlardır. Süspansiyondan elde edilen ivme sinyalleri, önceden tanımlanmış olan yol senaryosuna göre, ilgilenilen frekans aralığına göre işlenmiştir. Dinamik simülasyonlarda kullanılacak olan giriş sinyallerinin temsil ettiği yol uzunluğuda dikkate alınmıştır. MSC Adams programı ile yapılan dinamik araç simülasyonlarında, yoldan toplanan ivme-kuvvet değerleri gerçeğe en yakın hale getirilerek fiziksel yol testinin bir benzetimi gerçekleştirilmiştir. Tekerleğe yerleştirilen ivmeölçerin eksenleri, süspansiyon kinematiğine bağlı olarak değişebilmektedir. Tanımlamalarda eksenler yere göre değil de tekerleğe göre yapıldığı için bu sorun giderilmiştir. Yol testinde direksiyon açısının tekerlek yönelmelerine etkisi de dikkate alınmıştır. Sistemin dinamik simülasyonlar sonucundaki kritik bölgeleri modal analiz sonucundaki kritik bölgeleri ile karşılaştırılarak genel bir gerinme verisi elde edilmiştir. NCode Designlife programında bu veriler bir araya getirilmiştir. Simülasyonlara referans teşkil eden yol ivmesi hedeflenen toplama araç ömrüne tekabül edecek şekilde tekrarlanmıştır. Tüm bu işlemler sonunda, sanal taşıt prototipinin seçilen güzergah boyunca toplanan yol verilerine göre sürüş benzetimi yapılmış ve hedeflenen yol mesafesi için aracın maruz kaldığı zorlamaların gövdedeki dağılımları, hızlandırılmış bir yorulma analizi ile belirlenmiş olmaktadır. Yorulma analizi neticesinde araçta 1 çevrim = km boyunca hasar ve düşük ömür görülen bölgeler belirlenmiştir. Yorulma analizinde ise nerelerin bu çevrimi tamamlayıp tamamlayamadığına bakılmıştır. Tamamlayamayan bölgeler için iyileştirme çalışmaları yapılmıştır. Hyperstudy programında kalınlık iyileştirmeleri yapılmıştır. Çalışmaları hızlandırabilmek için ise yorulma sonuçları ile aynı sonuçları verecek şekilde yapılan statik analizlerden yardım alınmıştır. Çalışmaları hızlandırmak için yapılan bu statik yüklemeler 3 durum için incelenmiştir; a) 1g yükleme ile yapılan, b) 3g yükleme ile yapılan, c) Hardpoint noktalarına gelen anlık yükler(tekerden araca gelen). Bu çalışmalar sonucunda 3g ile yapılan yüklemelerin worst case olduğu görülmüştür. Devamında kalınlık iyileştirme çalışmaları tamamlanmıştır.

30 27 Aracın 1. modunun 45 Hz olması istenmektedir. Bu durum için değişik saç kalınlıkları için doğal frekans analiz yapılmıştır. 1 mm kalınlıklı saç için 1. mod 27,64 Hz 3 mm kalınlıklı saç için ise 33,98 ölçülmüştür. İki kalınlık için de istenen değerin altındadır. İstenen değere getirilmesi için OPTISTRUCT ta topografya optimizasyonu yapılarak istenilen değerlere getirilmiştir. Bu çalışmada aracın alt sistemlerinin ve bileşenlerinin dayanım açısından tasarımlarının validasyonu ve geliştirilmesi için bir metodoloji ortaya konmuştur. Öncelikle belirlenen test güzergâhında yol verisi toplanmış ve devamında MBS ile dinamik ve sonlu elemanlar yöntemi ile analiz sonuçları elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar yardımı ile de yorulma analizleri yapılarak çalışma ömürleri incelenmiştir. Yorulma analizini geçemeyen bölgelerde öncelikle hassasiyet analizi yapılarak kalınlık artırılmıştır. Devamında aynı bölgenin doğal frekansında sıkıntı olduğu görülmüş ve topografya optimizasyonu ile 3 mm kalınlıktaki sacın ilk mod frekansı %66 artırılmıştır. Ilankamban ve Perumalswamı yapmış oldukları çalışmada; bilinen bir gerinim değerinden FEA kullanılarak kuvvetin hesaplanması yöntemini denemişlerdir. Geleneksel yük hesaplama yöntemleri ile karşılaştırıldığında, kullanılan metodun ürünleri, daha doğru daha ucuz ve zaman açısından daha tasarrufludur. Geleneksel metot, parçalar arasından kritik yüklere maruz kalan bileşen çıkartılır ve özel olarak tasarlanmış yük hücreleri onun yerine yerleştirilir. Bunun sonucunda yük ortamı değişerek bileşenin esneme katsayısı ve ağırlığı değişir. Sistemde yük yolunun değişmesi sonucunda, ölçülen yük ile gerçek sistemdeki yük arasında çok büyük farklılıklar meydana gelebilmektedir. Hacim kısıtlamalarından dolayı tüm yükleri eşzamanlı ölçebilen bir sistemin kullanılması mümkün olmayabilir. Önerilen sistemde bileşenler değiştirilmeden kullanılarak bu kısıtlamaların üstesinden gelinebilmektedir. Bileşen üzerindeki stratejik bölgelerdeki gerinim değerleri ölçülür ve yükler okunan bu değerden geri hesaplanır. Bu metotta bileşen yüzeyine gerinim ölçerlerin yerleştirilmesinin dışında bileşene herhangi bir modifikasyon yapılmaz. gerinim ölçer ölçümleri için uygun yerler tanımlanır ve gerinim değerlerinden geri hesaplamalar, kendileri tarafından geliştirilmiş ve BLC (Back Load Calculator) olarak isimlendirdiğimiz program ve sonlu elemanlar programı ile yapılır. Bu teknik otomotiv süspansiyon sistemleri için kullanılmıştır. Gerçek yükleme ve hesaplanan yükleme sonuçları gösterilmiştir. Ayrıca loadcell ile dizayn edilen geleneksel yöntem de

31 28 karşılaştırma yapmak için kullanılmıştır. Önerilen metodun geleneksel metoda göre kayda değer biçimde gelişmiş olduğu görülmüştür. Çok kütleli simülasyon yazılımları, otomotiv sektöründeki mühendislik çalışmaları için çok önemlidir ki öngörülen metot kullanılarak gerçeğe yakınlığı artırılmış eş zamanlı çalışmalar yürütülebilmektedir. Antona, yaptığı çalışmada binek bir aracın Macpherson olan ön süspansiyon sisteminin ve linklerden oluşan arka süspansiyon sisteminin çok kütleli modelini oluşturmayı amaçlamıştır. Bu oluşturulan model yoldan gelen cevaplar ile doğrulanmıştır. Bunu başarabilmek için MSC ADAMS tarafından geliştirilen Adams/Car kullanılmıştır. Devamında, sistem ve araç testleri, özellikle süspansiyon sistemi ve full araç cevaplarına odaklanılmış, yol simülatörü MTS 329 da uygulanmıştır. Bu testler, çok kütleli modeli doğrulamak ve karşılaştırmak için kullanılmıştır. Aralarındaki ilişki göstermektedir ki çalışma modelinde hesaplamalı ve deneysel eğrilerin büyüklükleri her zaman aynı değildir. Uygulanan model etkileri ve doğrulanan metodun büyüklüğü tartışılmıştır. Chinnaraj ve ark. (2009) çalışmalarında ağır ticari bir aracın zorlu yol koşullarında dinamik cevap analizini yapmışlardır. Ağır ticari bir aracın tekerleğine sürüş esnasında yoldan gelen uyarılar, laboratuvar ve bilgisayar ortamında dinamik cevap analizi yapılırken girdi olarak kullanılmıştır. Sonlu elemanlar metodu kullanılarak yapılan başlangıçtaki modal analiz sonuçları, laboratuvarda altı poster dinamik test edilirken kritik yerlere gerinim ölçerlerin yerleştirilmesi için kullanılmıştır. Ölçülen gerinim değerlerinden hesaplanan dinamik gerilme değerleri, bilgisayar ortamından elde edilen değerler ile karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada ayrıca tüm geometrik bölgelere ve yol şartları altında araç çerçevesinin titreşim modları altında davranışları üzerinde durulmuştur. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar önümüzdeki zamanlarda yorulma ömür tahmininde ve şasinin tasarım optimizasyonlarında kullanılabilecektir. Yaklaşımda 4 adım izlenmiştir; 1.Prototip araç için kullanılacak olan verilerin toplanması çalışmaları. 2.Toplanan yük verilerin six-poster ve sonlu elemanlarda kullanılabilmesi için filtrelenmesi. 3.İskeletteki kritik yerlerin, sonlu elemanlar metodu sonuçlarına göre belirlenmesi. 4.Transient dinamik analiz, belirlenen kritik bölgelerde ön görülen dinamik gerilme grafiğinin öngörülebilmesi için modal süperpozisyon tekniği kullanılarak yapılmıştır. Bu teknik, özellikle otomotiv parçalarında büyük kütle, düşük esneme ve

32 29 parçalarda doğal frekansın üzerinde tutulan çalışma frekansı için uygun olduğu görüldüğü için seçilmiştir. Sonuç olarak, ölçülen gerinim-zaman verisinden six-poster yol simülatörü için kullanılacak dinamik gerilme-zaman grafiği hesaplanmış ve analitik yöntemle öngörülen dinamik gerilme zaman grafiği ile karşılaştırılmıştır. Test sürüşleri çukurlu, arnavut kaldırımlı, tırtırlı gibi çeşitli test parkurlarında 30 km/h sabit hızda yapılmış ve altı tekerlek için de değerler kaydedilmiştir. SoMat ve Easy3 gibi veri işleme yazılımları ile toplanan veriler işlenmiştir. Li ve Li (2007) yaptıkları çalışmalarında ticari bir aracın çok kütleli dinamik modelini oluşturarak, bu modelde sistemin ve alt bileşenlerinin frekans içeriklerini incelemiştir. Bu çalışmada bir aracın yarım araç modeli Altair/Motionsolve kullanılarak oluşturulmuş, oluşturulan bu model gerçek yol verileri toplanarak tahrik edilmiştir. Model üzerinden ve veri toplama çalışmalarından elde edilen salıncak gerilme değerleri karşılaştırılarak çok kütleli yarım araç modelinin geçerliliği sağlanmıştır. Orgül ve ark. (2010) yapmış oldukları çalışmada süspansiyon, direksiyon ve fren hesaplarının yapılabilmesi için bilgisayar ortamında dinamik model oluşturmuşlar ve oluşturdukları modeli bir takım testlerle doğrulamışlardır. Öncelikle; ilgili testlerin kurgulanması, testlerin gerçekleştirilmesi ve alınan ölçümler referans alınarak Adams/Car modelinin oluşturulmuştur. Modelin oluşturulmasının ardından, gövde, süspansiyon ve direksiyon yüklerinin hesaplanması, direksiyon kararlılık durumunun incelenmesi, taşıt doğal frekanslarının belirlenmesi, çeşitli yükleme ve yay sabitlerinin kullanımı durumunda çökme miktarlarının belirlenmesi, taşıt viraj performansının çeşitli yay katsayıları ile incelenmesi, gerçekleştirilen simülasyonlar neticesinde, taşıt toplam ağırlığının değişimi durumunda uygun ön ve arka yay sabiti belirlenmiştir. Aynı şartlarda dinamik modelden ve gerçek yoldan elde edilen değerler karşılaştırılmış ve dinamik model doğrulanmıştır. Doğrulamanın ardından, gövde ve şasi yükleri belirlenmiş ve bu yükler ile gövde ve şasi parçalarının statik ve dinamik mukavemet analizleri gerçekleştirilmiştir. Bunların yanında aracın dinamik karakteristiği incelenmiş, konfor ve yol tutuş kriterleri göz önünde bulundurularak yay ve sönüm elemanlarının optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Karamangil (2007) yapmış olduğu çalışmada bir otomobilin dingili üzerine gelen yükler belirlemişler ve belirlenen yükler doğrultusunda yorulma analizi yapmışlardır. İlk olarak; üzerinde çalışacakları Renault Clio aracın arka dingilinin katı modeli Catia ortamında oluşturulmuştur. Dingil üzerinde kullanılan yay ve amortisör

33 30 gibi elemanların katsayıları belirlenmiştir. Oluşturulan katı model MscPatran ara yüzünde FE modeli oluşturulmuştur. Renault tan tekerleğe etki eden kuvvet değerleri ve FE modeli Msc.Nastran a import edilmiş ve dingile etki eden yük dağılımı bulunmuştur. Statik analiz sonrası dingile etki eden maksimum gerilme (Von-mises) 306 MPa değerinde olup dingilin akma dayanımı 309 MPa değerindedir. Daha sonra dingilin yorulma analizine geçiş yapılmış ve yorulma analizinde statik analizden alınan sonuçlar kullanılmıştır. Yorulma analizi sonrası yük tekrarından sonra parçanın kırılacağı sonucuna varılmıştır. Çınar (2006) yapmış olduğu çalışmada bir ticari taşıtın sabit ön dingilini bilgisayar ortamında modellemiş ve yorulma dayanımının hesaplanabilmesi için yeni bir hesaplama yöntemi geliştirmiştir. İlk aşamada araç altında dingile gelebilecek statik ve dinamik yükler hesaplanmış ve FEM modele uygulanmıştır. Bir aracın ömrü boyunca maruz kalabileceği yol şartları belirlenmiş ve en ağır yol koşullarını içeren dinamik zorlanmalar göz önüne alınarak yük spektrumu oluşturulmuştur. Dizayn spektrumunda ise bu kötü yol şartları kullanılmıştır. FEM model için de bu ağır yol koşulları kullanılmıştır. Çalışmada; iç farklı senaryo denenmiş ve senaryoların sonuçları birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Böylelikle hangi yol koşullarının dingil üzerinde gerilmeye sebep olabileceği de görülmüştür. Elde edilen gerilme değerlerinin, Wöhler eğrisinin sonsuz ömür bölgesinde(sürekli mukavemet sınırının altında) kaldığı ve parça üzerinde yorulmaya sebep olmayacağı görülmüştür. Wannenburg (2007) bir çalışmasında yorulma analizlerinde kullanılan RPA, FESL ve TPA yöntemlerini ticari bir araç üzerinde uygulayarak, avantaj ve dezavantajlarıyla kıyaslamıştır ve bunların sonucunda da bir prosedür geliştirmiştir. Çalışmanın ana amacı; taşıt yüklerini belirleyebilmek için genelleştirilmiş bir metodoloji geliştirmekti. Bu çalışma sayesinde en uygun yöntem elde edilmiştir. Uyanık (2010), yaptığı çalışmasında ADAMS ve SIMULINK programlarını kullanarak ideal aktif güvenlik sistemi elde etmeye çalışmıştır. Öncelikle araç matematiksel olarak modellemiştir. Devamında matematiksel modelden yardım alınarak Matlab/Simulink ve ADAMS ortamında modellemeler yapmıştır. Gövde, ön süspansiyon, ön tekerlekler, direksiyon kolonu, kremayer, arka süspansiyon, arka tekerlekler ve ADM controlcülerini modellemede ADAMS Chassis kullanmıştır. Modellemelerin tamamlanmasından sonra aktif güvenlik sistemleri çalışmalarına geçmiş ve ilk olarak elektronik stabilite kontrolünü yapmıştır. Daha sonra devrilme kontrol sistemini oluşturmuştur. Aktif viraj denge çubuğu ve arka aks üzerine çalışmalar

34 31 yapmıştır. Bu çalışmaların devamında ADAMS ve Lineer tek izli araç modelleri arasında korelasyonlar yapmıştır. Tek izli araç korelasyonlarının 0,35 g yanal ivme değerlerine kadar doğru sonuçlar verdiği görülmüştür. Tek izli araç modelinin ADAMS modeli ile eş zamanlı simülasyonda kullanıldığında da iyi sonuç verdiği görülmüştür. Farrar ve ark. (1999) yaptıkları çalışmada günümüzde titreşim testlerinde kullanılan hızlandırılmış test prosedürü oluşturma kriterlerini incelemişler ve bu yöntemlerin artılarının ve eksilerinin altını çizmişlerdir. Genel olarak hızlandırılmış titreşim testlerinde kullanılmakta olan iki metod vardır. Bunlardan bir tanesi, yüksek genliklerde düşük çevrimler içindir diğeri ise yüksek frekans oranları içindir. Bu iki yöntemin birlikte kullanılması ise ayrı bir seçenektir. Üzerinde çalıştıkları yöntemlerden bir tanesi Miner s Rule kuralıdır. Çalışmanın sonucunda görülmüştür ki; lineer durumlarda günümüzde kullanılan yöntemler doğru sonuçlar verse de lineer olmayan durumlarda hızlandırılmış test prosedürünü elde etmek çok kolay değildir. Shao ve ark. (2008) otomobilin önemli parçalarından olan ve daha çok yorulma kaynaklı ömrünü tamamlayan arka aksın ömür tahminini, yeni bir yöntem kullanarak yapmaya çalışmışlardır. Deneysel çalışmalarla ise önerilen yöntemin yüksek bir doğruluğa sahip olduğu ortaya koymuşlardır. Bu metot, Öz Bağımlı Yürüyen Ortalama (ARMA) modelini geliştirmek için tekrarlı izlemeyi ve farklı metotları kullanır. ARMA modelinin ilk aşaması zaman serisi için mantıklı bir model seçmektir. Daha sonra matematiksel olarak ARMA modeli kurulur ve modelin uygunluğunu kontrol etmek için kalıntı analizi yapılır. Ömür tahmini için öncelikle arka aksın titreşim parametrelerinin seçimi yapılır. Devamında ARMA modeli oluşturulur parametreler modele girilir. Son olarak ARMA modelinin ömür tahmini için uygun olup olmadığı kontrol edilir ve gerçek öngörü değerlerini elde etmek için ters dönüşüm yapılır. ARMA modeli kullanılarak elde edilen ömrü deneysel olarak doğrulanmıştır. Çalışmalarının sonucunda kurtosis faktörünü ve RMS değerinin kullanan ARMA modelinin ömür tahmininde başarılı olduğu ortaya koymuşlardır. Bayram ve ark. (2014) yapmış oldukları çalışmada hidrolik yol simülatörü (four poster) üzerinde gerçekleştirilen dayanım testlerinin aşamalarını açıklamışlardır. Çalışma; yol senaryolarının belirlenmesi, yol verisi toplama çalışmaları, toplanan verilerin hasar analizi yapılarak kısaltılması, hidrolik simülatörler üzerinde iterasyonlar yaparak yol profilinin elde edilmesi ve veri kısaltma işleminin simülatör üzerinde doğrulanması çalışmalarını içermektedir. Öncelikle müşteri kullanım profilini dikkate alarak yol güzergâhı belirlenmiştir. Daha sonra araca sensör yerleşimi yapılmıştır.

35 32 Araçta tekerlek merkezine yakın noktalarda 4 adet ivmeölçer ve hasar analizleri için 18 adet gerinim ölçer kullanılmıştır. Araç uygun hızlarda belirlenen güzergahta sürülür ve veri toplama tamamlanır. Veri düzenleme çalışmalarından Drift/Offset, Spike Filter, Fourier Filter ve 50 Hz üzerini atmak için Low Pass Filter kullanılmıştır. İvme verisini kısaltmışlardır. Veri kısaltma işlemleri sonrası hasar potansiyelleri incelenmiştir. Elde edilen kısaltılmış verilere karşılık gelen piston silindir deplasmanları bulunmuştur. Daha sonra pistonun matematiksel modeli oluşturulmuştur. Yapılan analizler sonrasında kısaltma işlemi sonrasında yol profilinin korunduğu, kısaltılmış yol profilinde araca etki eden hasar miktarının ham yol profilinin hasar miktarına oldukça yakın olduğunu tespit etmişlerdir. Burnham (2007) yaptığı çalışmasında Altair HyperWorks yazılımını kullanarak, Mercedes McLaren için geliştirilmekte olan süspansiyon sisteminin performansını incelemiştir. McLaren süspansiyon sisteminin çok kütleli dinamik modelini oluşturmak için Altair MotionView ve MotionSolve kullanmış ve sistemin kinematik ve uyum değerlendirmelerini yapmıştır. Bu değerlendirmelerden sonra optimizasyon çalışmalarına geçmiş ve sistemin belirlediği şartlara yakınlaştırması için parametreleri değiştirmiştir. Bu çalışma sayesinde ön süspansiyon sistemi tasarımında McLaren Automotive ciddi manada tasarım ve geliştirme süresinde kazanç sağlamıştır. Toprak ve Ereke (2014) yapmış oldukları çalışmada, aksların onaylanabilmesinde kullanılacak olan dayanım testlerinde kullanılacak olan yüklemeleri belirleyebilmek için bir yöntem oluşturmayı amaçlamışlardır. Çalışmanın sonucunda yol verileri hızlandırılmış ömür testleri için laboratuvar ortamına doğru şekilde aktarılmıştır. Yapılan çalışmada öncelikle ölçme donanımının kurulması ve ölçüm planı belirlenmiştir. Tasarım spektrumu içerisinde otoyol, çok şeritli yol, asfalt yollar, stabilize yollar, şehir içi ulaşım yolları, şehirler arası ulaşım yolları bulunmaktadır. Tasarım spektrumuna verilerine göre müşteri odaklı testler gerçekleştirmişlerdir. Toplamda 3664 km lik bir veri toplamışlardır. Ölçümleri gerçekleştirebilmek için ön aks, arka aks, şasi ve gövde üzerine gerinim ölçer, mesafe ölçer ve ivmeölçer gibi sensörleri yerleştirmişlerdir. Daha sonra toplanan verilerin km olacak şekilde ekstrapolasyon faktörleri bulunmuş ve bu faktörlerle çarpılmıştır. Çalışmanın sonucunda aksların çalışma koşulları altında elde edilen yol verilerinin (müşteri çevrimi ölçümleri) incelenip bir dayanım test yöntemi oluşturulmaya çalışılmıştır. Hesaplanan parametreler, hidrolik test standındaki sisteme girilerek aksların laboratuvar ortamında hızlandırılmış ömür testleri gerçekleştirilmiştir.

36 33 Kutlak ve Uygur (2014) yaptıkları çalışmada, ANSYS ve ncode yazılımlarını kullanarak süspansiyon ve direksiyon sistemi bileşenlerinin mukavemet, yorulma ve ömür analizlerini yapmışlardır. Öncelikle kauçuk burçların ağ örgüsü ve sınır şartları ANSYS ortamında belirlenerek modellenmiştir. Daha sonra salıncak gövdesinin ağ örgüsü çalışması tamamlanmış ve sınır şartları belirlenmiştir. Saç salıncak rotili üzerine ± 3500 N değerinde iki yönde kuvvet ve ± 40 mm değerinde bir yönde deplasman tanımlanmıştır. Analiz sonrası parça üzerindeki gerilme değerinin 148,27 MPa olduğu görülmüştür. Aynı sınır şartları ile laboratuvar ortamında yapılan testler yapılmış ve kırılmanın meydana geldiği bölge, analizden elde kritik gerilme bölgesi ile karşılaştırılmış ve aynı olduğu görülmüştür. Kutlak ve Uygur (2014) yaptıkları çalışmada, ANSYS ve ncode yazılımlarını kullanarak süspansiyon ve direksiyon sistemi bileşenlerinin mukavemet, yorulma ve ömür analizlerini yapmışlardır. Öncelikle kauçuk burçların ağ örgüsü ve sınır şartları ANSYS ortamında belirlenerek modellenmiştir. Daha sonra salıncak gövdesinin ağ örgüsü çalışması tamamlanmış ve sınır şartları belirlenmiştir. Saç salıncak rotili üzerine ± 3500 N değerinde iki yönde kuvvet ve ± 40 mm değerinde bir yönde deplasman tanımlanmıştır. Analiz sonrası parça üzerindeki gerilme değerinin 148,27 MPa olduğu görülmüştür. Aynı sınır şartları ile laboratuvar ortamında yapılan testler yapılmış ve kırılmanın meydana geldiği bölge, analizden elde kritik gerilme bölgesi ile karşılaştırılmış ve aynı olduğu görülmüştür. Abdullah ve ark. (2011) yaptıkları çalışmada deneysel ve hesaplamalı teknikleri kullanarak otomobil alt süspansiyon kolunun dinamik analizini yapmışlardır. Çalışmalarda giriş olarak üç farklı girdi kullanılmıştır. Bunlar; geometri, malzeme ve yük ve sınır şartlarıdır. Bunlar, frekans analizleri ve hesaplamalar için girdi olarak kullanılmıştır. Çalışmada statik analiz ve yoldan elde edilen gerinim verileri arasında karşılaştırmalar yapılmıştır. Gerinim verileri birbiri ile uyuşmasının ardından model, frekans analizi için kullanılmıştır. Bileşenlerin rezonans frekansları belirlenmiştir. Modal analizin sonucunda parça üzerinde oluşan en yüksek hasarlar belirlenmiştir. Bu adımdan sonra, doğrulanan model yorulma analizi için kullanılmıştır. Frekans analizleri sonrası beş farklı doğal frekans değeri bulunmuştur. Bu çalışma, FEA modellerinin doğrulanması için deneysel çalışma yapmanın gerekliliğini ortaya koymuştur. Doğrulandıktan sonra FEA ortamın da yapılan çalışmaların avantajları ortaya konmuştur. Alt süspansiyon kolunun titreşim yorulma ömrü araştırılmıştır.

37 34 Yapılan kaynak araştırmalarından görülmektedir ki, otomotiv sektörü için CAE çalışmalarının önemi oldukça büyüktür. Çünkü otomotiv sektöründe yaygın olarak kullanılan En İyiyi, En Kısa Sürede Piyasaya Sür sloganı ile tüm otomotiv firmaları en iyi ürünü en kısa sürede müşterilerine ulaştırabilmek için birbirleri ile kıyasıya yarışmaktadır. Piyasaya sürme süresini kısaltmada ise CAE araçları en önemli yöntem olmaktadır. Literatürde yapılan çalışmalarda; yoğun olarak yol verilerinin toplanması ve devamında bu veriler yardımı ile bilgisayar ortamında oluşturulmuş virtüel prototiplerin doğrulanması çalışmaları bulunmaktadır. Bunlardan bazıları; bilgisayar ortamında oluşturulan araç modellerinin yol verileri ile simule edilmesi ve devamında araç modeli üzerinde istenen parça için çalışmalar yapılması, yol verilerinin kullanılarak test simülatörlerinin kontrolünün yapılması, yoldan toplanan veriler yardımı ile bileşen bazlı yorulma ömrü tahminlerinin yapılması gibi çalışmalardır. Bu tez çalışması; Selçuk Üniversitesi ve Aydınlar Yedek Parça San. Ve Tic. A.Ş. ortaklığı ile gerçekleştirilen ve Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı tarafından desteklenen 0546.STZ nolu ve Dayanıklılık Ve Ömür Kriterlerine Göre Optimum Tasarıma Sahip Süspansiyon Ve Direksiyon Sistemi Bileşenleri Geliştirilmesi isimli SANTEZ projesi kapsamında yürütülen çalışmalarını içermektedir. Projenin bitimi ile birlikte tez öğrencisinin de çalışanı olduğu Aydınlar Yedek Parça San. Ve Tic. A.Ş. firmasına OEM(Orijinal Equipment Manufacturer- Orijinal Parça Üreticisi) olarak çalışabilme altyapısı kazandırılmış ve Aydınlar Yedek Parça San. Ve Tic. A.Ş. için tasarımcı seviyesine çıkma bilgi ve tecrübesi kazandırılmıştır.

38 35 3. MATERYAL VE YÖNTEM Otomotiv bileşenlerinin tasarımı esnasında yorulma ömrünü tayin edebilmek için kullanılan birçok yöntem vardır. Bu yöntemlerden en çok kullanılanı; hızlı çözüme ulaştırması ve düşük maliyetinden dolayı CAE ortamında yapılan ömür tayinleridir. Günümüzde, CAE ortamında oluşturulan çok kütleli araç modelleri, tasarım doğrulama, yorulma ve optimizasyon gibi çalışmalarda kullanılmaktadır yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak CAE ortamında oluşturulan sanal prototiplere ve simülasyon sonuçlarına güvenebilmek için doğrulanması gerekmektedir. Çalışma içerisinde iki adet doğrulama ve geçerli kılma çalışması yapılmıştır(şekil 3.1). Bunlardan bir tanesi bilgisayar ortamında oluşturulan çok kütleli dinamik model yardımı ile yol verilerinin doğrulanması bir diğeri ise CAE araçları kullanılarak yapılan ömür tahmini sonuçlarının laboratuvar ortamında yapılan gerçek testler ile doğrulanmasıdır. ġekil 3.1. İzlenen Yöntem Bu tez çalışmasında; seçilen bir binek araca ait direksiyon sistemi bileşenlerinde rot başının yorulma ömrü, CAE araçları kullanılarak tahmin edilmeye çalışılmıştır. Öncelikle; aracın ekonomik ömrünü temsil edebilecek bir yol güzergâhı seçilmiş ve ölçüm alınacak yerlerin belirlenebilmesi için Altair/HyperWorks ortamında rot başı ve salıncak için statik analizler gerçekleştirilmiştir.

39 36 Ölçüm noktalarının belirlenmesinin ardından; süspansiyon ve direksiyon sistemi bileşenlerinden salıncak ve rot başı, gerinim ölçer(straingage) ve ivmeölçerler ile donatılmıştır. Sensörlerin araç üzerine yerleştirilmesinin ardından yol verisi toplama çalışmaları tamamlanmıştır. Toplanan verilerin doğruluğunu irdelemek için öncelikle Altair/MotionSolve ortamında çok kütleli yarım araç modeli oluşturulmuştur. Yarım araç modeli oluşturulurken, modelin veri topladığımız aracın özelliklerini birebir karşılamasına dikkat edilmiştir. Veri toplanan Toyota/Corolla modeline sahip araç McPherson süspansiyon tipine sahiptir. Yarım araç modelinin oluşturulmasının ardından, yoldan toplanan ham verilerin arasından salıncak üzerindeki gerilme, salıncak üzerindeki ivme ve şasi üzerindeki ivme verilerini içeren 10 sn lik bir kesit seçilmiştir. Yarım araç modelinin simülasyon girdisi olarak salıncak üzerinden toplanan üç eksenli ivme verisi ve şasi üzerinden toplanan tek eksenli ivme verisi kullanılmıştır. Gerçek yoldan toplanan veriden 10 sn lik bir veri kesiti alınmıştır. Alınan veriler arasında; salıncak ve şasiden alınan ivme verilerinin yanında, salıncak üzerinden toplanan gerinim verileri de mevcuttur. İvme verileri, LMS/Tecware ortamında düzenlenmiş ve çok kütleli dinamik modele girdi olarak verilebilmesi için iki defa integrali alınarak deplasman verisine çevrilmiştir. Bu veriler daha sonra gerçek şartlarda veri topladığımız nokta ile aynı noktadan çok kütleli dinamik modele girdi olarak verilmiş ve çok kütleli dinamik modelin 10 sn boyunca gerçek yoldaki gibi hareketi sağlanmıştır. CAE ortamında hareketi esnasında yine Altair/MotionSolve yardımı ile salıncağın gerinim ölçer yerleştirilmiş bölgesinde oluşan gerilme değerleri kaydedilmiştir. Gerçek yoldan elde edilen 10 sn lik gerilme verisi ile çok kütleli modelin yol verilerine göre hareketi sonucu salıncak üzerinde oluşan gerilme değerleri ile karşılaştırılmış ve yol verileri doğrulanmıştır. Gerçek yoldan toplanan veriler bilgisayarda ve laboratuvarda kullanılamayacak durumdadır. Gerçek yol şartlarında toplanan ham veriler, LMS/Tecware ortamında ön işlemeye alınarak alçak geçiren filtreleme (Butterword), sürüklenme (drift) düzeltmesi, çivi (spike) giderme gibi işlemelerden geçirilmiştir. Ön işlemeden çıkan yol verilerindeki hasar potansiyeli olmayan yüklemeler Rainflow Sayma Tekniği ve Multiaxial RP Filtering yöntemi ile yok edilerek zaman sıkıştırması yapılmış ve Blok Çevrim Yük Kolektifi elde edilmiştir. Elde edilen yükleme kolektifi bilgisayar

40 37 ortamında yapılan ömür hesaplamalarında ve laboratuvar ortamında yapılan ömür testlerinde kullanılmıştır. Bilgisayar ortamında hesaplanan ömür sonucu laboratuvar şartlarında yükleme kolektifi kullanılarak yapılan ömür testleri ile karşılaştırılmış ve yöntemin geçerliliği doğrulanmıştır.

41 38 4. KATI MODELLEME VE GERĠLME ANALĠZĠ 4.1. Katı Modelin OluĢturulması Yorulma ömrünü tahmin etme ve dinamik model için doğrulama çalışmalarını yürüttüğümüz rot ve salıncak bileşenlerinin katı modelleri SolidWorks ortamında oluşturulmuştur. Elemanlar oldukça kompleks bir yapıya sahip olmalarından dolayı katı modelin daha kolay ve gerçeğe daha yakın oluşturulabilmesi için optik tarayıcı cihazı ile parça taranmış ve nokta bulutu haline getirilebilmiştir. Optik tarayıcıdan alınan ağ örgüsü verisi, SolidWorks yazılımının ScanTo3D modülü kullanılarak katı modele dönüştürülmüştür. Optik tarayıcıdan alınan ağ örgüsü verisi Şekil 4.1 de verilmiştir. ġekil 4.1. Salıncak ağ örgüsü verisi Bu çalışmada kullanılan direksiyon sistemi rotu, rotmili ve rotbaşı bileşenlerinden meydana gelmektedir(şekil 4.2). Direksiyon rotunun görevi direksiyon kramayer dişlisinden aldığı tahriki tekerleğe ileterek dönmesini sağlamaktır. Direksiyon

42 39 rotunun her iki tarafında da serbestlik sağlaması için küresel şaft bulunmaktadır. Küresel şaftın en büyük yatma açısı, araç tasarımına göre değişiklik göstermektedir. ġekil 4.2. Rot Katı Modeli Rotbaşı; bir ucunda küresel mafsallı bağlantı noktası olan, diğer tarafında ise rotmiline bağlanabilmesi için erkek veya dişi diş bulunan elemandır (Şekil 4.3). Çalışmaları yürüttüğümüz rotbaşının gövdesi SAE 5140 malzemedir ve çelik dövme yöntemiyle üretilmektedir. Dövme sonrası rotmilinin bağlanacağı tarafa ve plastik yatağın oturacağı yuvaya talaşlı imalat uygulanmaktadır. Küresel bağlantı noktasındaki küresel şaft; konik bir tasarıma sahiptir ve aracın tekerlek aksonuna somun ile montajı yapılır. Küresel şaftın malzemesi SAE 5140 çeliktir. Küresel şaft, görevini yerine tam olarak getirebilmesi ve sürtünme katsayısının düşürülmesi için uygun yağlar kullanılarak plastik yatak içerisine montaj edilir. Çalışmaları yürüttüğümüz rotbaşında kullanılan plastik yatak; küresel şaft ve rotbaşı gövdesi arasında yataklama elemanı olarak kullanılmaktadır ve özellikle binek araç küresel mafsallı şasi bağlantı elemanlarında sıklıkla kullanılan bir elemandır. Çalışmaları yaptığımız rotbaşında kullanılan plastik yatağın malzemesi Delrin100 dür. Delrin100 ün en önemli özellikleri arasında, tok bir yapıya sahip olması ve aşınma direncinin yüksek olması bulunmaktadır. Rotbaşında bulunan diğer bir eleman ise çelik kapaktır. Çelik kapak, plastik yatağın altına destek olması için kullanılır. Çelik kapağın arkası sıvanarak montaj edilir.

43 40 ġekil 4.3. Rot Başı Bileşenleri Rotmili; bir ucunda rotbaşına bağlanabilmesi için dişi veya erkek diş, diğer tarafında ise kramayer dişliye bağlanabilmesi için küresel mafsallı bağlantı bulunan elemandır(şekil 4.4). Çalışmaları yürüttüğümüz rotmili bileşeninin küresel şaft kısmı SAE 5140 malzemeden imal edilmiştir. Plastik yatak olarak Delrin300 malzeme kullanılmıştır. Gövde malzemesi ise SAE 5140 malzemeden imal edilmiştir. Rotmili gövdesine plastik yatak ve küresel şaft oturtulduktan sonra gövde sıvanarak ürün son hale getirilir.

44 41 ġekil 4.4. Rotmili Bileşenleri Tez çalışmalarında kullanılan salıncak; ana şasi üzerine bağlanan ve yoldan gelen titreşimleri sönümleyen iki adet kauçuk burç, araç tekerleğine serbestlik veren bir adet rotil ve ana gövdeden meydana gelmiştir. Kauçuk burçların malzemeleri, doğal kauçuktur ve vulkanizasyon yöntemiyle üretilmektedir. Rotil; serbestlik sağlamak için küresel şaft, plastik yatak ve gövdeden meydana gelmiştir. Plastik yatağın malzemesi Delrin100 dür ve plastik enjeksiyon ile üretilmektedir, gövdenin malzemesi SAE 5140 tır ve dövme yöntemiyle üretilmektedir, küresel şaftın malzemesi SAE 5140 tır ve dövme sonrası talaşlı imalat yöntemiyle üretilmiştir. Salıncak ve bileşenleri Şekil 4.5 te gösterilmiştir.

45 42 ġekil 4.5. Salıncak bileşenleri 4.2. Gerilme Analizi Katı modeli oluşturulan parçaların araç üzerinde ölçüm alınacak noktalarını belirleyebilmek için gerilme analizleri yapılmıştır. Kritik noktaların tayini büyük önem arz etmektedir çünkü veri toplama çalışmaları sonrası yorulma ömrünü tayin etme çalışmaları belirlenen kritik noktalara göre yapılmaktadır. Belirlenen kritik noktanın yanlış olması yorulma ömrü çalışmalarının yanlış olmasına sebep olabilmektedir. Gerilme analizi çalışmaları, Altair/HyperWorks yazılımının HyperMesh ağ örgüleme modülü kullanılarak yapılmıştır(şekil ). Yapılan analizlerde doğru sonuçların elde edilmesi için en önemli şart, parçanın gerçeği bire bir karşılayabilmesi için doğru bir şekilde modellenmesidir. Doğru şekilde modelleme için uygun ağ örgüsü parametrelerinin (Warpage 10.00, Aspect Ratio 5.00, Skew 60.00) sağlanması; kaynak, cıvata gibi bağlantı elemanlarının doğru bir şekilde modellenmesi gerekmektedir. Hypermesh te yapılan çalışmalar sonucunda, katı model üzerinde Hypermesh ara yüzünde gerekli olan düzenlemeler yapılmıştır. En uygun ağ örgüsü boyutu olarak 0,3 mm belirlenerek, gerekli ağ örgüsü parametreleri sağlanmıştır.

46 43 ġekil 4.6. Salıncak Modeli ġekil 4.7. Rotbaşı Modeli Gerilme analizi yapılması ve kritik noktaların tayin edilmesi çalışmasında uygulanacak kuvvetlerin nerden uygulanacağı da önemlidir. Parça üzerine gelecek olan yüklemelerin hangi noktadan geleceğini belirleyebilmek için araç altındaki bağlantısının ve çalışma şeklinin bilinmesi gerekmektedir. Modellenmesi tamamlanan salıncak için gerekli olan sınır şartları araç altında bağlantı noktaları olan burç ve rotile verilmiştir. Burçlar gerçek araçtaki şekli ile sabitlenmiş ve tekerlek tarafına bağlanan rotilden tahrik verilmiştir. Sınır şartları Şekil 4.8 de verilmiştir.

47 44 ġekil 4.8. Salıncak Sınır Şartları Rotbaşının sınır şartları ise yine araçtakini tam olarak temsil edecek şekilde belirlenmiştir. Rotmiline bağlanan diş kısmı sabitlenmiş ve küresel şaft kısmından yükler oluşturulmuştur. Sınır şartları Şekil 9 da gösterilmiştir. ġekil 4.9. Rotbaşı Sınır Şartları Modellemeler ve sınır şartlarının belirlenmesinin ardından Altair/Optistruct kullanılarak çözüm yapılmıştır. Çözüm yaptırırken yükleme sınır şartları için yükleme yönü ile alakalı farklı kombinasyonlar denenerek sonuçlar irdelenmiştir. Farklı yüklemelerden alınan sonuçlara göre salıncak üzerinde bulunan kritik gerilme noktaları belirlenmiştir. Analizler sonrasında salıncak üzerinde üç nokta, rotbaşı üzerinde ise iki bölge kritik olarak tayin edilmiştir.( Şekil 4.10, Şekil 4.11 )

48 45 ġekil Salıncak Gerilme Analizi ġekil Rotbaşı gerilme analizi

49 46 5. YOL VERĠLERĠNĠN ELDE EDĠLMESĠ CAE araçları yardımı ile yorulma ömrü tayini çalışmaları yoldan gelen verilere göre gerçekleştirilmektedir. Bundan dolayı; toplanan verinin hangi yollardan, ne kadar süreyle, parçanın neresinden, hangi sensörler kullanılarak ve ne şekilde toplandığı büyük önem taşımaktadır. Yol verilerinin elde edilmesi dört aşamada gerçekleştirilmektedir. Bunlar; yol güzergâhının belirlenmesi, kritik noktaların tayini ve sensör yerleşimi çalışmaları, yol verilerinin toplanması ve toplanan verilerin işlenmesidir Yol Güzergâhının Belirlenmesi Otomobil üreticileri, araç veya parça tasarımını yaparken aracın servis hayatı boyunca maruz kalacağı yüklemeleri simüle eden bir yük kolektifi oluşturmaya çalışmaktadırlar. Yükleme kolektiflerini oluşturmada ise veri toplanacak yol büyük önem taşımaktadır. Yol güzergâhı, aracın servis hayatı boyunca karşılaşabileceği yol türlerinin tamamını barındırmalıdır. Yol güzergâhının doğru bir şekilde tespit edilmesi çalışmaların doğruluk oranını yükseltecektir. Veri toplama güzergâhının belirlenebilmesi için kullanılan iki önemli yöntem, Black Box ve Anket yöntemidir. Black Box yönteminde; araç üreticileri, ürettikleri araçların bazılarına Black box denilen ve içerisinde bazı sensörleri barındıran cihazı yerleştirip aracın servis ömrü boyunca gittiği yolların tamamını kaydetmektedir. Bu çalışmayı her ülke için yapmaktadır. Çalışmanın sonunda o ülke için müşteri kullanım profili bulunur ve bundan sonra o ülke için tasarlanacak aracın çalışmalarında bu profil kullanılır. Daha çok araç üreticilerinin kullandığı bir yöntemdir ve hem süre hem maliyet yönünden dezavantajları vardır. Anket yönteminde ise, içerisinde güzergâh belirlemede kritik olan soruları barındıran bir anket düzenlenir ve araç kullanıcılarına dağıtılır. Kullanıcılardan gelen anket sonuçlarına göre o ülkeyi yansıtan yol güzergâhı belirlenir. Bu yöntem Black box a göre daha makul bir yöntem olarak görülse de zahmetli bir çalışmadır. Bu tez çalışmasında; yol güzergâhı belirleme çalışmaları daha çok lüteratür dikkate alınarak yapılmıştır. Taşıtlar ömürleri boyunca, farklı şartlarda kullanılanlar da olmakla birlikte, istatistiki olarak ortalama %50 iyi, %25 orta ve %25 kötü yol şartlarına

50 47 maruz kaldığı kabul edilebilir (Yay, K., EREKE, İ. M., 2003). Bu ölçüt, Türkiye şartları için kabul edilmiş bir oran olup başka ülkeler için farklılık gösterebilmektedir. Bu orana uyacak şekilde stabilize yol, otoyol, şehir içi ve şehirlerarası yol, köy yolları, Arnavut kaldırımlı yollar vb. içerecek şekilde yol güzergahı belirlenmiştir. Veri toplanan yol tiplerinden bazıları Şekil 5.1 de verilmiştir. ġekil 5.1. Örnek Yollar Yol verisi toplam 400 km yapılmış olup bu verilerin 100 km lık kısmını kötü yol, 100 km lik kısmını orta yol, 200 km lik kısmını iyi yol verileri içermektedir.

51 Kritik Noktaların Tayini ve Sensör YerleĢimi ÇalıĢmaları Bileşenler üzerinde yorulma gerçekleşecek olan noktaların belirlenebilmesi adına, servis koşullarında üzerine gelebilecek olan yüklemeler ALTAIR/HyperWorks ortamında parça üzerine uygulanmıştır. Yol verilerinin toplanacağı bölgelerin belirlenmesi için, süspansiyon ve direksiyon sistemleri bileşenlerinin statik analizleri yapılmıştır. Yapılan statik analizleri sonucu direksiyon sistemi bileşenlerinden olan rot başı üzerinde iki kritik bölge, süspansiyon sistemi bileşenlerinden olan salıncak üzerinde ise üç kritik bölge belirlenmiştir. Belirlenen bölgeler üzerine KYOWA marka rozet tipi gerinim ölçerler yerleştirilmiştir. Gerinim ölçerler 350 Ohm luktur ve sıcaklık kompanzasyonları mevcuttur. Gerinim ölçer in bacak açıları tır.(şekil 5.2). ġekil 5.2. Rozet Tipi Gerinim ölçer

52 49 Rotbaşı için yapılan ürün yerleşimi çalışması Şekil 5.3 de görülmektedir. Analizden çıkan sonuçlar dikkate alınarak iki kritik nokta üzerine iki adet rozet tipi gerinim ölçer yerleştirilmiştir. ġekil 5.3. Rotbaşı için sensör yerleşimi Süspansiyon sistemi elemanlarından salıncak için analiz sonuçlarına göre üç nokta kritik olarak belirlenmiş ve bu noktalar üzerine rozet tipi gerinim ölçer yerleştirilmiştir. Salıncak elemanının bir görünüşü Şekil 5.4 te verilmiştir. ġekil 5.4. Salıncak için sensör yerleşimi Gerinim ölçerler parça üzerine yerleştirildikten sonra üzerleri koruyucularla kapatılmış(şekil 5.5) ve araç altına monte edilmiştir (Şekil 5.6).

53 50 ġekil 5.5. Gerinim Ölçerler Üzerinde Kullanılan Koruyu Kaplama Gerinim ölçerlerin yerleştirilmesinin ardından parçalar araç altına gerçekte olduğu gibi monte edilmiş ve sensörlerin kabloları aracın uygun noktalarından araç içine alınmıştır. Veri ölçüm çalışmaları araç içinden yapılmıştır. ġekil 5.6. Araç Altı Görüntü Salıncak ve şasi üzerindeki ivmeyi ölçebilmek için PCB/3713B1130G marka MEMS tipi üç eksenli ivmeölçerler kullanılmıştır(şekil5.7). İvmeölçer, ±30 g ölçüm

54 51 aralığına, dışardan gelen parazitleri minimuma indirmek ve dışardan gelen etkilerden zarar görmemesi için titanyum kaplamaya, 0-1 khz e kadar ölçüm frekansına sahiptir. ġekil 5.7. MEMS Tipi İvmeölçer İvmeölçerler, yerden tekerleğe gelen titreşimleri en doğru şekilde ölçebilmesi için, salıncak üzerinde tekerleğe en yakın bölgeye(şekil 5.8), şasi üzerinde ise ana şasiyi temsil eden ve yere paralel olan bir bölgeye yerleştirilmiştir. ġekil 5.8. Araç Altı İvmeölçer Görüntü

55 52 Sensörlerin araç altına yerleştirilmesinin ardından, sensörlerin kabloları araç içine alınmış ve veri toplama cihazı ile bağlantıları kurulmuştur.(şekil 5.9) ġekil 5.9. Veri Toplama Cihazının Araç İçine Yerleşimi 5.3. Yol Verilerinin Toplanması Güzergâh belirleme, parçalar üzerindeki kritik bölgelerin tayin edilmesi ve sensör yerleşimi çalışmalarından sonra veri toplama çalışmalarına geçilmiştir. Veri toplama çalışmaları Toyota/Corolla 2010 Model araç üzerinde gerçekleştirilmiştir(şekil 5.10). Toyota/Corolla, McPherson süspansiyon sistemine sahip olup üzerinde yalnızca alt salıncak vardır.

56 53 ġekil Veri Toplama Aracı Toyota/Corolla ile belirlenen güzergâhta, belirlenen oranlarda (%25 kötü yol, %25 orta yol, %50 iyi yol) toplam 400 km lik veri toplanmıştır. 400 km lik bu veri stabilize yol, otoyol, şehir içi yol, arnavut kaldırımı vb. yol türlerinde toplanmıştır. Toplanan veriler arasında rotbaşının kritik bölgelerinde meydana gelen gerinim verileri, salıncağın kritik bölgeleri üzerinde oluşan gerinim verileri, salıncağın tekerleğe en yakın bölgesinde meydana gelen ivme verisi ve şasi üzerinde meydana gelen ivme verileri yer almaktadır. Veri toplama çalışmalarında Siemens in ürünü olan LMS Scadas Mobile 05 kullanılmıştır(şekil 5.11).

57 54 ġekil LMS Scadas Mobile Veri toplama sistemi toplam 32 kanala sahiptir, DC veya AC beslemeye müsaittir, CAN ve ethernet girişi mevcuttur ve sistem araç üzerinden mobil veri toplamak için uygun bir cihazdır. Cihaz üzerinde dört adet DB8C modeli veri toplama kartı bulunmaktadır. Kartların özellikleri Çizelge 5.1 de gösterilmiştir. Çizelge 5.1. Veri Toplama Kartı Özellikleri DB8C Differential ve single ended giriş Voltaj, ICP, DC bridge, AC bridge, AC LVDT, Active sensor, transmitter ve potentiometer Tam/yarım/çeyrek köprü bağlantısı Internal shunt calibration 120Ω ve 350Ω strain gauge destekleme Kanal başına örnekleme frekansı maks khz Besleme voltajı ± 31.6 mv / ±10 V 150dB dinamik range Maksimum güç tüketimi Kanal sayısı maks. 8 Konnektör tipi 7-pin LEMO Veri toplama çalışmalarında kötü, orta ve iyi yol verileri ayrı ayrı toplanmış ve veri toplama çalışmalarının bitmesinin ardından LMS/Tecware ortamında bu veriler birleştirilmiş ve 400 km lik tek veri haline dönüştürülmüştür. Yoldan toplanan verilerinden orta yol için örnek rot başı üzerindeki gerinim, salıncak üzerindeki gerinim, şasi üzerindeki ivme ve salıncak üzerindeki ivme verileri Şekil 5.12, Şekil 5.13 ve Şekil 5.14 ve Şekil 5.15 da verilmiştir.

58 55 ġekil Rot Başı Üzerindeki Örnek Gerinim Verisi ġekil Salıncak Üzerindeki Örnek Gerinim Verisi g ġekil Salıncak Üzerindeki Örnek İvme Verisi

59 56 g ġekil Şasi Üzerindeki Örnek İvme Verisi Rozet tipi gerinim ölçer kullanılarak ölçülen gerinim verileri, Tecware yardımı ile rozet hesaplaması yapılarak gerilme verisine çevrilmiştir Verilerin ĠĢlenmesi ve HızlandırılmıĢ Yük Kolektifinin OluĢturulması Toplanan verilerin bilgisayar ve laboratuvar ortamında kullanılabilmesi için düzenlenmesi gerekmektedir. Veri düzenleme ve hızlandırılmış ömür yük kolektifinin elde edilmesi çalışmaları LMS/Tecware yazılımı aracılığıyla yapılmıştır. LMS/Tecware; - Farklı veri toplama cihazları ve yazılımları kullanılarak toplanmış çok sayıda veri formatını kolaylıkla import edip bir Data Set altında aynı anda işleyebilme, - Bu veri formatları arasında dönüşüm yapabilme, - Zaman alanındaki verileri görselleştirebilme, - Kanallar üzerinde matematiksel işlemler yapabilme (Rozet hesaplamaları buna dahildir.) - Çeşitli boyutlardaki çivileri(spike) kolaylıkla temizleyebilme, - Frekans filtreleme işlemleri yapabilme, - LMS TecWare Block Cycle Test Definition, tek eksenli değişken genlikli yüklemelerden, eşdeğer hasar potansiyeline sahip, kullanıcı tarafından belirlenebilen genlikte veya tekrar sayısında sabit genlikli test sinyali üretir. - LMS tarafından geliştirilen özel algoritmaları kullanarak kolaylıkla Rainflow Matrisleri ve Range Pair Grafikleri oluşturabilir. Ayrıca Rainflow Matrislerini de tekrar zaman domainindeki sinyale geri dönüştürebilme,

60 57 - Verinin, belirlenen frekans aralığındaki enerji değerlerini düşürmeden, eşdeğer hasar potansiyeline sahip daha kısa süreli bir sinyal üretebilir. Böylece veri içinde malzemedeki hasara katkısı olmayan sinyaller temizlenmiş olur, - Frekans bazındaki içeriğin önemli olmadığı durumlarda daha yüksek bir zaman sıkıştırması sağlar, - TecWare ile çok eksenli yüklemelerde bir eksende hasar oluşturmayacak yüklemenin diğer eksendeki yüklemenin de etkisi sonucu hasara neden olabilmesi durumu da göz önünde bulundurularak işlem yapabilme yeteneklerine sahiptir. LMS/Tecware den Yorulma analizi programı edinilmiştir. Program Gerilme-Ömür yaklaşımına dayanmaktadır. Yazılım, Gerilme-Ömür yaklaşımı için Şekil da gösterilen akış şemasını izlemektedir. Program, Rainflow Sayma yöntemini kullanarak gerilme-gerinim hesaplamalarını ve Blok Çevrimini gerçekleştirmektedir. Program, hasar hesabını ise Palmgren-Miner Rule a göre yapmaktadır. ġekil LMS/TecWare akış şeması

61 Yol Verilerinin Filtrelenmesi Yol verilerini filtrelenmesi ve düzenleme çalışmaları arasında Çivi analizi, Sürükleme-kaydırma, Filtreleme vb. işlemler bulunmaktadır. Bu tez çalışmasında; yoldan toplanan veriler kullanılarak bilgisayar ortamında ömür tahmini çalışmaları yapılmıştır. Ömür tahmini çalışmalarında verilerin doğruluğu en önemli konular arasında yer almaktadır. Bu yüzden; toplanan verilerin doğruluğu (hata barındırmaması) ve filtreleme esnasında hasar potansiyelinin değişmemesi büyük önem arz etmektedir. Veri filtreleme çalışmaları aşağıda kısaca açıklanmıştır. Çivi Analizi: Toplanan veriler içerisinde çevresel faktörlerden ötürü çiviler(verinin şiddetinde görülen ani yükselmelerdir(şekil 5.17.) ve fiziksel olarak böyle bir durum imkânsızdır) görülebilmektedir. Bu çiviler LMS/Tecware firmasının sağladığı yazılım aracılığıyla görsel ve istatistiksel olarak filtrelenmiştir. ġekil Çivi Analizi

62 59 Sürükleme-Kaydırma: Daha çok gerinim ölçer verilerinde görülen bir hatadır ve sıcaklık değişiminin fazla olduğu durumlarda sıklıkla görülür. Bu hatada, veriler düzenli bir şekilde akarken yükselmeye veya azalmaya başlar. Bu durum olağan dışıdır ve gerçeği yansıtmamaktadır. Dolayısıyla ömür sonucumuzu etkilememesi için düzenlenmesi gerekmektedir. Tez çalışmasında kullanılan rozet tipi gerinim ölçerlerimizde sıcaklık kompanzasyonu olduğu için verilerimiz içerisinde çok nadir gördüğümüz bir hataydı. Hatanın ne olduğu ve düzeltilmiş hali Şekil de verilmiştir. ġekil Sürükleme kaydırma Filtreleme: Yapılan frekans analizlerinde düşük genlikli 50 Hz üzerindeki sinyaller, yorulma ömrü için önemli olmayacağından low-pass filtreleme yöntemiyle orijinal verilerden çıkartılıp atılmıştır. Bu işlemin tamamlanması ile birlikte ham veride bulunan gereksiz veriler çıkartılmıştır. Parazit diyebileceğimiz bu verilerin temizlenmesiyle verilerimiz de gözle görülür bir düzelme meydana gelmiştir(şekil 5.19).

63 60 ġekil Filtreleme HızlandırılmıĢ Ömür Yük Kolektifinin Elde Edilmesi Günümüzde, tasarım ve test sürecini kısaltmak ve servis ömrünü belirleyebilmek için hızlandırılmış ömür test programlarının kullanımı çok yaygınlaşmıştır. Hızlandırılmış ömür yük kolektifini oluşturmada kullanılan olan birçok yöntem bulunmaktadır. Yoldan toplanan ham veri, laboratuvarda çalınamayacak kadar uzundur. Aracın km lik servis ömrünü karşılayabilecek olan hızlandırılmış test prosedürünün oluşturulması için verinin kısaltılması gerekmektedir, veri kısaltılması ve hızlandırılmış ömür test programının oluşturulmasında kullanılan birçok yöntem vardır ancak bu yöntemleri uygularken toplam hasar potansiyelinin değişmemesi göz önünde bulundurulmalıdır. Bu çalışmada; ham veriler Tecware ortamında temizlendikten sonra verileri kısaltabilmek için öncelikle çok eksenli filtreleme yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntemin tercih edilmiş olmasının sebebi çok eksenli yüklemelerde bir eksende hasar

64 61 oluşturmayacak yüklemenin diğer eksendeki yüklemenin de etkisi sonucu hasara neden olabilmesi durumu da göz önünde bulundurularak işlem yapmasıdır. Şekil 5.20 de görüldüğü gibi çok eksenli filtreleme yöntemi uygulaması öncesi verimizin toplam uzunluğu sn iken yapılan çalışma sonrası 3000 sn ye indirilmiştir. Yapılan filtreleme sonrası hasar potansiyelindeki toplam değişim ise 4 % tür. ġekil Çok eksenli filtreleme Toplanan 400 km lik veriye çok eksenli filtreleme yaptıktan sonra veriler km olması için 750 ile çarpılarak ekstrapole edilmiştir. Çarpılan veri LMS/Tecware içerisinde bulunan Block Cycle Test Definition modülü kullanılarak block çevrimler haline dönüştürülmüştür. Block çevrim sonucu oluşan sekiz farklı gerilme değeri Çizelge 5.2 de verilmiştir.

65 62 Çizelge km lik veri için blok çevrim sonuçları 400 km lik Veri İlk Gerilme (MPa) g , ,4 3 77,6 4 26, , ,4 Tez çalışmasında; veri kısaltma çalışmalarında kullanılan diğer bir yöntem ise The Coffin Manson Modeli yöntemidir[26]. Çevrim ve genlik arasındaki ilişki basit bir matematiksel teoriye dayanmaktadır. Bilindiği gibi S-N eğrisi, Log-Log bir eğridir ve bu logaritmik eğrinin de kendine özgü bir eğimi vardır. Temel olarak matematiksel işlemler bu logaritmik grafiğin eğimi üzerinden gerçekleşmektedir. Teoremin amacı; elde edilen hızlandırılmış test prosedürünün genlik değerlerini artırıp, çevrim sayılarını azaltarak testi kısaltmaya yöneliktir. Blok çevrim sonucu elde edilen sekiz adet gerilme değerinden bazıları bu yöntem kullanılarak birleştirilmiş ve beş farklı gerilme değerine indirilmiştir. Böylelikle test süresi de kısaltılmıştır. Teoremin doğruluğu hasar potansiyelleri karşılaştırılarak yapılmıştır. Teoremin formülasyonu aşağıdaki gibidir. N(g2)= N(g1) ( g1 / g2) β (5.1) N(g2)=Elde edilen çevrim N(g1)=İlk çevrim g1=ilk gerilme değeri g2=son gerilme değeri β=s-n Eğrisindeki eğim(k değeri) Yukardaki formülün sekiz farklı blok çevrime uygulanması sonucu en küçük 3 gerilme değeri bir üstteki gerilme değerine tamamlanmış ve beş farklı gerilme değerine indirgenmiştir. Elde edilen beş farklı genlik Çizelge 5.3 de verilmiştir. Elde edilen beş farklı Blok Çevrim değerleri kullanılarak laboratuvar testleri gerçekleştirilmiştir.

66 63 Çizelge 5.3. Elde Edilen Block Çevrim 400 km lik Veri Son Gerilme (MPa) g , ,4 3 77,6 4 39,75 5 7,5

67 64 6. ÇOK KÜTLELĠ DĠNAMĠK MODELĠN OLUġTURULMASI Otomotiv sektöründe CAE (Bilgisayar Destekli Mühendislik) metotlarının hızlı bir şekilde gelişim göstermesi ile araç tasarımı geliştirme süreci oldukça kısaltılmıştır. Özellikle CAE çalışmalarının doğruluk oranının yükselmesi ile bilgisayar ortamında kurulan araç modelleri, gerçek prototiplerin yerini almıştır. Tüm aracın, alt sistemlerinin ve komponentlerinin tasarım sürecindeki performansları, CAE ortamında kurulan modeller ile doğrulamakta ve hedef değerleri ile karşılaştırılmaktadır. Çalışmalar esnasında; hedef değerleri yakalayabilmek için ise sanal ortamdaki prototip üzerinde değişiklikler kolayca yapılıp istenen hedefe ulaşılıp ulaşılmadığı irdelenebilmektedir. Bu ise tasarım veya geliştirme sürecinde, firmaların yaptığı her bir değişiklik için gerçek bir prototip üretmesinin önüne geçmiş ve hem zamandan hem maliyetten fayda sağlamıştır. Bu çalışmada kullanılan çok kütleli yarım araç modeli, Altair/MotionSolve sihirbazı kullanılarak elde edilmiştir. Test aracına ait süspansiyon sistemi bileşenlerinin tamamının 3D katı modelleri bulunamadığı için Altair/MotionSolve sihirbazında geometrisi test aracındaki bileşenlere en yakın olan seçimler yapılmıştır. Salıncak üzerindeki gerilmelerin hesaplanabilmesi amacıyla aracın salıncağı Altair/Hypermesh üzerinde modellenerek dinamik model üzerine flexbody(esnek) olarak yerleştirilmiştir. Oluşturulan yarım araç modeline yerleştirilen flex salıncak modeli Şekil 6.1 de verilmiştir. Küresel Mafsal Kauçuk Burçlar ġekil 6.1. Salıncağın flexbody modeli

68 65 Çalışmalardan verimli sonuçlar alabilmek için, çok kütleli yarım araç modelinin gerçeğe en yakın haliyle oluşturulması gerekmektedir. Çok kütleli yarım araç modelini oluşturma esnasında programın sorduğu bazı sorular mevcuttur. Bu sorulardan kritik olanları; aracın süspansiyon sistemi türü, direksiyon sistemi türü, yarım araç modeli üzerinde güç aktarma organlarının olup olmayacağı, stabilizer rot bağlantı noktalarının ne olduğu, araç gövdesinin yere sabit olup olmayacağı gibi sorulardır. Tez çalışmalarını yaptığımız binek araç; MacPherson tipi süspansiyon sistemine sahiptir ve tek salıncağı vardır, direksiyon sistemi olarak rack pinion mevcuttur, stabilizer rot mafsallarının birisi strut(amortisör) üzerine diğer bir ucu ise denge çubuğuna bağlanmıştır. Veri toplama çalışmalarında araç alt şasisinden ivme verisi toplanmıştır ve model doğrulanırken sisteme bu veri de verilmiştir. Dolayısıyla araç gövdesi yere sabit olarak kabul edilmemiştir. Bunların yanın da sistemin doğru olduğundan ve doğru sonuçlar alacağımızdan emin olmak için birimlerin aykırı olmaması gerekmektedir. Bu çalışmada; kg, mm, s, N birimleri ile çalışılmıştır. Bu kabuller sonucunda oluşturulmuş ve üzerine flexbody salıncak modeli tanımlanmış olan yarım araç modeli, Şekil 6.2 de verilmiştir. ġekil 6.2. Çok Kütleli Yarım Araç Modeli

69 66 Veri toplama çalışmalarıyla elde edilen 3 eksendeki ivme verileri gerçek yol şartlarında hangi noktadan toplanmış ise yarım araç modelinde de o noktalardan tahrikler verilmeye çalışılmıştır. Dinamik model üzerinde herhangi bir noktadan tahrik verebilmek için o nokta üzerine mafsal tanımlaması yapılmak zorundadır. Salıncak üzerinden elde edilen ivme verisinin dinamik model üzerinde tanımlanabilmesi için dinamik model üzerinde o noktaya karşılık gelen noktaya mafsal tanımlaması yapılmıştır. Şasi üzerinden elde edilen ivme değeri ise dinamik modelde şasinin hareketi olarak tanımlanarak salıncak üzerinde gerçek dışı gerilmelerin oluşmasının önüne geçilmiştir. Bu şasi hareketi de, şasi üzerine kayar bir mafsal tanımlanmasıyla sağlanmıştır. Gerçek yol şartlarından topladığımız orta yol verileri içerisinden, çok kütleli dinamik modelimizi doğrulayabilmek için her hangi bir anındaki 10 sn lik veri seçilmiştir. Bu veri; salıncak üzerine yerleştirilmiş ivmeölçerden alınan 3 eksendeki ivme verisini, salıncak üzerine yerleştirilmiş rozet tipi gerinim ölçerlerden alınan gerinim verisini ve şasi üzerine yerleştirilmiş tek eksenli ivmeölçerden alınmış olan ivme verisini içermektedir. Salıncak üzerinden alınan 10 sn lik ivme verisi Şekil 6.3 de, gerilme verisi ise Şekil 6.4 de yer almaktadır. g g g ġekil 6.3. Salıncak üzerinde oluşan 3 eksendeki ivme değerleri

70 67 ġekil 6.4. Seçilen 10sn lik yol verisinin gerilme değerleri Seçilen 10 sn lik ivme verisinin çok kütleli dinamik modele tanımlanması ve doğru sonuç alınması oldukça zor olduğu için bu veri LMS Test Express kullanılarak çift integrasyon ve yeniden örnekleme işlemleri kullanılarak mesafe verilerine dönüştürülmüştür(şekil 6.5). Bu uygulama laboratuvar ortamında ivme ölçer ve mesafe sensörleri kullanılarak doğrulanmıştır. Elde edilen mesafe verileri çok kütleli modelde kullanılmak üzere MS Excel dosyasına çevrilmiştir. Şasi üzerinden alınan ivme verisine de çift integrasyon ve yeniden örnekleme işlemleri yapılarak mesafe verisine dönüştürülmüştür.

71 Gerilme (MPa) 68 ġekil 6.5. Seçilen 10 sn lik verinin 3 eksendeki mesafe değerleri Elde edilen 10 sn lik 3 eksendeki mesafe ve ivme verileri salıncak üzerine yerleştirilen kayar mafsallar üzerine ayrı ayrı tanımlanmıştır. Böylelikle; salıncağın, o eksenlerde tanımlanan ivme ve mesafe hareketlerini gerçekleştirmesi sağlanmıştır. Yol verisinin dinamik modele verilmesi sonucu elde edilen hareket esnasında salıncak üzerinde oluşan gerilme değerleri kaydedilmiştir (Şekil 6.6). MotionView Zaman (s) ġekil 6.6. Çok kütleli dinamik modelden elde edilen gerilme verisi

72 69 Yapılan karşılaştırmalar sonrası, iki veri grubunun mertebe ve trend yönünden uyumlu olduğu gözlenmiştir. LMS Tecware yazılımı kullanılarak çok kütleli yarım araç modeli ile elde edilen salıncak gerilmelerinin hasar potansiyeli, gerçek yol şartlarında ölçülen salıncak gerilmelerinin hasar potansiyeli ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalar sonrası gerçek yol şartlarında oluşan gerilmelerin hasar potansiyelinin, yarım araç dinamik modeli kullanılarak elde edilen gerilmelerin hasar potansiyelinin %87 sine eşit olduğu belirlenmiştir (Şekil 6.8). Elde edilen gerilmelerin hasar potansiyelleri, LMS/Tecware ara yüzünde Palmgren-Miner yöntemi kullanılarak yapılmıştır. (1.1) Yol verisi MotionView verisi ġekil 6.7. Hasar Potansiyelleri Karşılaştırması Hesaplanan ve ölçülen gerilmelerin hasar potansiyelleri arasındaki farkın nedeninin aşağıdakiler olabileceği düşünülmektedir: I. Yarım araç dinamik modelinde kullanılan ideal bileşenlerin gerek geometri gerekse davranış yönünden gerçek taşıttaki parçalarla %100 uyumlu olmaması, II. III. Salıncak üzerinde veri toplanan noktayı, dinamik model üzerinde birebir karşılayacak noktadan tahrik verilememesinden, İvme sinyallerinin integrasyonu ile elde edilen mesafe değerlerinin; gerçek deplasman değerlerinden belli oranda farklılık göstermesi.

73 70 7. ÖMÜR TAHMĠNĠ VE DOĞRULAMA ÇALIġMALARI Yorulma hasarları, yapı üzerine belirli bir zaman aralığında gelen tekrarlı yükler ile oluşmaktadır. Bu yüzden yükleme verisini bilinen ifadeler ile tanımlamak faydalı olacaktır. Sabit genlikli yükleme çevrimler, basit trigonometrik ifadelerle tanımlanabilmektedir. Değişken genlikli yüklemede ise çevrimler, malzemenin gerilmegerinim cevabında oluşan bir tam çevrimin hesaplanması (RainflowCounting) ile gerçekleştirilir. Yorulma hasar tespitinde en uygun yöntemlerden bir tanesi olan Palmigren Miner yöntemi kullanılmıştır.(1.1) İşlem gerinim-gerilme ye ait zaman grafiği üzerinde yarım çevrim veya tam çevrimlerin sayılması ile gerçekleştirilir. Çevrimlerin sayılması ise malzemenin gerilme-gerinim davranışını temel alarak gerçekleştirilir. ġekil 7.1. Hasar Tespiti Akış Şeması Parça üzerinden toplanan gerinim verileri LMS/Tecware ortamında düzenlendikten sonra gerilme verisine çevrilmiş ve devamında LMS/Tecware hasar potansiyelleri hesaplanmıştır. Yapılan hesaplamalara göre km lik veriye göre parçanın ömrünün sonsuz olduğu anlaşılmıştır. LMS/Tecware ortamında bulunan sonsuz ömür sonucunun laboratuvar yapılan testlerle doğrulanması gerekmektedir. Test ve doğrulama çalışmaları, OTAM A.Ş. -

74 71 Ömür Dayanım ve İnovasyon Merkezinde yürütülmüştür. Tez çalışmasında kullanılan rot başı için araçtaki şartları karşılayacak test fikstürü tasarlanmıştır. Test fikstürü Şekil 7.2 de görülmektedir. Test için ±25 kn çalışma yükü, 320 mm çalışma mesafesine sahip bir adet servo-hidrolik aktüatör ve AEP TC8 marka ± 25 kn kapasiteli bir adet yük hücresi kullanılmıştır. ġekil 7.2. Test Fikstürü Toplanan yol verileri üzerinde gerekli düzeltmeler ve kısaltma işlemleri yapıldıktan sonra LMS/Tecware ortamında Blok Çevrim test prosedürü oluşturulmuştur. 400 km lik gerilme verisi laboratuvarda yapılmış olan iterasyonlarla beş farklı kuvvet ve frekans değerini içeren blok çevrim test prosedürüne göre indirgenmiştir(çizelge 7.1). Çizelge 7.1. Elde Edilen Kuvvet-frekans Çevrimi Gerilme (MPa) Kuvvet (N) Frekans (Hz) 7.5 ± ,75 ± ,6 ± ,4 ± ,72 ± Test esnasında alınan kuvvet-frekans grafiği Şekil 7.3 de verilmiştir. Toplanan 400 km lik veriden elde edilen blok çevrim toplam km servis kullanımını karşılayacak şekilde 750 kez tekrar edilmiştir.

75 72 ġekil 7.3. Test Sisteminden Alınan Blok-Çevrim Verisi Testlerin tamamlanmasının ardından parça üzerinde penetrasyon kontrolü yapılmıştır(şekil 7.4.). İncelemeler sonucunda, laboratuvar ortamında yapılan km lik yüklemenin rot başı üzerinde herhangi bir kırılma veya çatlak oluşturmadığı görülmüştür. ġekil 7.4. Parçanın Test Sonrası Durumu

76 73 8. OPTĠMĠZASYON VE SAYISAL SONUÇLAR Rot başı için yapılan ömür hesaplamaları sonrası km lik verinin rot başı ömrünün sına karşılık geldiği sonucuna varılmıştır. Ömür hesaplamalarından sonra rot başı yine sonsuz ömürde kalacak şekilde optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. bu kapsamda; rot başının tasarımında değişiklik yapılarak ağırlık yönünden optimizasyon yapılmıştır(şekil 8.1). Et kalınlığı Şekil 8.1. Optimize Edilmiş Rot başı Öncelikle gövdenin belirli noktalarında kesit alanları küçültülmüş ve çapı 22 mm den 21 mm ye indirilmiştir. Çapın azaltılmasının ardından yeni rot başı için Çizelge 7.1 de elde edilen beş farklı kuvvet tekrar uygulanarak Altair/Hyperworks ortamında analizler yinelenmiştir. Yapılan analizler sonrası elde edilen beş farklı gerilme değeri Çizelge 8.1 de verilmiştir. Çizelge 8.1. Optimizasyon Sonucu Gerilme Değerleri (21 mm) Gerilme (MPa) Kuvvet (N) 8,25 ± ,72 ± ,36 ± ,44 ± ,29 ±5800