YORULMA ANALİZLERİNDE ARAÇ DİNAMİĞİ MODELLERİNİN KULLANIMI

Transkript

1 OTEKON Otomotiv Teknolojileri Kongresi Haziran 2010, BURSA YORULMA ANALİZLERİNDE ARAÇ DİNAMİĞİ MODELLERİNİN KULLANIMI Anıl Yılmaz, Namık Kılıç Otokar Otomotiv ve Savunma Sanayi A.Ş., SAKARYA ÖZET Günümüzde araçların yapısal tasarımında bilgisayar destekli mühendislik çalışmaları oldukça etkin rol oynamaktadır. Yapısal sorunların en önemlilerinden yorulma sorunları da sanal ortamda incelebilmektedir. Araçların yorulma analizlerinde rol oynayan en önemli değişken yükleme senaryosu sonucu oluşan kuvvetlerdir. Çoğu zaman süspansiyon bağlantılarında gövdeye aktarılan kuvvetlerin ölçümü çok zor ya da yeterince hassas olamamaktadır. Bu aşamada ADAMS/Car ile kurulan araç dinamiği modeli test sonucu elde edilen yol datası, 4 poster test düzeneğinde koşturularak yorulma analizlerinde girdi olarak kullanılacak kuvvet değişimi elde edilebilmektedir. Anahtar kelimeler: ADAMS/Car, 4 poster, yorulma analizi, yol datası USAGE OF VEHICLE DYNAMICS MODELS IN FATIGUE ANALYSIS ABSTRACT CAE methods are widely used in structural design of the vehicles nowadays. Fatigue, being one of the most important structural problems, can be analyzed in virtual environment. Loading history is the most important variable in vehicle fatigue analysis. Measuring suspension loads are very difficult or not sensitive enough most of the time. Multi Body Dynamics model, built in ADAMS/Car, can be run with the road data in 4 poster testrig and loading data, to be used as input for fatigue analysis, can be obtained. Keywords: ADAMS/Car, 4 Poster, fatigue analysis, road data 1. GİRİŞ Yorulma, döngüsel yükleme altında çalışan tüm yapılarda olduğu gibi araç gövdesi için de risk oluşturmaktadır. Özellikle rekabetin arttığı günümüzde en hafif ve en sağlam aracı pazara hazır hale getirebilmek en detaylı mühendislik çalışması gerektiren faaliyetlerin başında gelmektedir. Günümüzde çeşitli yaklaşımlar kapsamında yorulma sorunlarını bilgisayar destekli mühendislik yazılımları ile incelemek mümkündür. Fakat bunun için geometri ve malzeme girdisinden daha önemli olan yükleme senaryosunun belirlenmesi ve bu senaryo sonrasında oluşan kuvvetlerin tayini en zor kısmı oluşturmaktadır. Belli bir test parkurunda elde edilen teker ivmelerini piston deplasman datasına çevirerek aynı senaryonun sanal ortamda ADAMS/Car araç dinamiği modeli ile koşturulması sonucu gövdeye herhangi bir noktada etki eden kuvvet senaryosu elde edilerek yorulma analizlerine girdi sağlanabilmektedir. Dinamik analizler için ADAMS ve yapısal analiz için FEM yazılımlarının kullanıldığı çeşitli çalışmalar literatürde mevcuttur. [1] [2] [3] [4] 1

2 2. ARAÇ MODELİ ADAMS/Car ortamında kurulan araç modeli ile testlerde elde edilen piston deplasmanları Car Ride modülündeki 4 poster test düzeneğine girilip zamana bağlı analiz koşturulabilmektedir. oluşmaktadır. Alt ve üst kol araç gövdesine burçlar ile bağlanmışken, diğer linkler birbirlerine küresel mafsallar ile bağlanmıştır. Aşağdaki şekilde bir aracın ADAMS/Car modeli ile birlikte 4 poster test düzeneği de görülmektedir. Şekil 3. Arka süspansiyon ve Viraj denge çubuğu Arka süspansiyon rigid aks, iki adet çeki kolu, iki adet çapraz kol, iki adet körük braketi, 4 adet körük ve 4 adet amortisörden oluşmaktadır. Çeki kolları, gövde ve aksa burçlar ile bağlanmıştır. Şekil 1. Araç modeli ve 4 Poster Test Düzeneği 4 poster test düzeneği hidrolik kontrol edilen 4 adet piston ve silindirden oluşmaktadır. Araç modeli ise araç seyrinde rol oynayan tüm altsistemleri ile modellenmiştir. Bu alt sistemler ön ve arka süspansiyon, ön ve arka lastikler, direksiyon, güç paketi, fren ve viraj denge çubuğudur. Doğru dinamik davranışı elde edebilmek yay, amortisör, burç, lastik, direksiyon kutusu, motor, şanzıman, fren parametreleri ve tüm komponent kütle parametreleri gibi tüm detaylar modele dahil edilmiştir. Bunun yanında ek olarak güç paketi elemanları ayrı bir kütle olarak modellenmiş ve 4 bağlantı noktası ile araç gövdesine bağlanmıştır. Araç davranışını belirlemede süspansiyon parametrelerinin doğruluğu ile birlikte gövde ağırlığı, ağırlık merkezi ve atalet momentleri de önemli rol oynamaktadır. 3. YOL DATASI VE PİSTON DEPLASMANLARI Yol datası için aracın ömründe karşılacağı benzer yol koşulları ile benzeşen bir test parkuru belirlenmiştir. Aracın bu test parkurunda belli hızlarda seyri sırasında oluşan tekerlek ivmeleri ölçülmüştür. Daha sonra 4 poster iterasyonları ile tekerlekte aynı ivmeyi oluşturacak piston deplasmanları elde edilmiştir. Bu deplasmanlar aynı zamanda analizlerde girdi olarak kullanılacak dosyaları oluşturmaktadır. Her aracın belli bir kütle ve süspansiyon parametreleri ile teker merkezinde ve gövdede oluşan ivme değişimi farklı olduğu için bu data toplama işlemi her farklı araç türevi için tekrarlanmaktadır. Aşağıdaki şekilde test sonucu elde edilen ivme ve bu ivmenin 4 posterda itare edilmesiyle elde edilen deplasman grafikleri gösterilmektedir. Şekil 2. Ön süspansiyon ve Direksiyon Ön süspansiyon çift salıncaklı olup alt ve üst kontrol kolları, üst kontrol koluna bağlı hava körüğü ve alt kontrol koluna bağlı amortisör elemanlarından 2

3 Şekil 4. Örnek tekerlek ivme ve deplasman değişimi 4. ANALİZLER 4 poster analizlerinde kullanılacak piston deplasmanları yükleme koşullarının yüksek frekanslı olduğunu göstermektedir. İçinde hava barındıran körük ve lastik gibi esnek elemanların sertlik değeri frekans ile değiştiğinden statik halde elde edilen komponent karakter grafiği kullanılması doğru sonuçlar vermeyecektir. Bu yüzden analizlerde kullanılacak ve eşdeğer körük ve lastik sertliğini temsil edecek yay sabitleri bulunmalıdır. 4.1 Model Doğrulama Eşdeğer sertlikleri bulmak için 4 posterda örnek bir senaryo için teker ve gövde ivmeleri ölçülmüştür. Aynı piston deplasman dosyası ile koşturulan analizde teker merkezi ve gövde üzerinde testte elde edilen ivme değişimini veren lastik ve körük yay sabitleri iterasyon ile elde edilmiştir. Şekil 6. Analiz ivme değerleri Yapılan iterasyonlar sonucu elde edilen sertlikler ile yapılan analizlerde ivme değerlerinin büyük ölçüde testlerle uyuştuğu görülmüştür. Belli bir piston ivmesine karşılık tekerlekte ve gövde üzerinde aynı ivmeyi hesaplayan ADAMS modeli aynı şekilde gövdeye etkiyen kuvvetleri de yorulma analizlerinde kullanılabilecek doğrulukta hesaplayacaktır. 4.2 Kuvvet Zaman Grafiği Doğrulanmış model ve verilen piston deplasman datası ile koşturulan analiz sonucu tüm süspansiyon bağlantı noktalarında elde edilen kuvvetlerin zamana bağlı değişimi elde edilmiştir. Şekil 7. Sol körüklerdeki kuvvet değişimi Şekil 5. Test ivme ölçümleri ADAMS aynı zamanda hesaplanan bir kuvveti belli bir koordinat eksenine göre 3 bileşeni ile birlikte hesaplayabilmektedir. Hareket sırasında konum ve kuvvet doğrultusu değişen linkler üzerinden aktarılan kuvvetler araç koordinat eksenine göre hesaplanabilmektedir. 3

4 5. SONUÇ Bu çalışmada, testte elde edilen tekerlek ivmelerinin piston deplasmanlarına dönüşmesiyle elde edilen datanın ADAMS/Car ortamında doğrulanmış model ile koşturulması sonucu yorulma analizlerinde kullanılabilecek kuvvet senaryolarının hesaplanabildiği görülmüştür. Yeterince doğru elde edilebilen yükleme senaryoları yorulma ömrünün doğru tahmin edilmesine ve gerekli iyileştirilmelerin tasarım aşamasında yapılmasına büyük katkı sağlayacaktır. KAYNAKLAR 1. Pintar,S. And Mcguan, 1992, Flexible Vehicle Simulation or Modeling Vehicle Suspension Compliance at Ford Motor Co. Using ADAMS/FEA, Proceedings of the 1992 Internationa ADAMS User s Conference. 2. Aslani, F., 1994, Simulation of Proving Ground Events for Heavy Truck Cabs Using ADAMS, MSC/NASTRAN, and P/Fatigue, MSC 1994 World Users Conference Proceedings. 3. Zhang, Y. And Tang, A.., 1998, New Approach for Vehicle System NVH Analysis-Part I: Concept and Vibration Analysis, SAE Paper Visantainer, R.H., 1997, CAE Methods and Their Applications to Vehicle Desing, SAE Paper

5 5