BİR TİCARİ ARAÇ İÇİN ECE R-14 REGÜLASYONUNA UYGUN KOLTUK BAĞLANTILARININ GELİŞTİRİLMESİ Alper Arslan, Mertcan Kaptanoğlu Hexagon Studio Araç Mühendisliği Bölümü OTEKON 2010 5. Otomotiv Teknolojileri Kongresi 07 08 Haziran 2010, BURSA
İÇERİK ECE-R14 Regülasyonu FEA Modelleri Eleman Özellikleri Genel Özellikler Model Çeşitleri Sınır Şartları- Ön sıra Sınır Şartları- Orta Sıra Sınır Şartları-Arka Sıra Analiz Sonuçları Sonuç
ECE R-14 Regülasyonu ECE R-14 regülasyonu, motorlu taşıtlar için emniyet kemeri bağlantılarının uygunluğunu incelemektedir. Emniyet kemeri bağlantı noktalarının gövde veya koltuk üzerinde olmasından bağımsız olarak, her bir emniyet kemeri için regülasyonda belirtilen şartlar altında fiziksel testler gerçekleştirilmekte ve onay alınmaktadır. Regülasyonda belirtilen uygunluk testleri kapsamında, belirli çekme aparatları yardımıyla emniyet kemerlerine yanda belirten kuvvetler uygulanmaktadır. M1 22,250 N + 20 x koltuk kütlesi x 9.81 m/s2 M2 11,100 N + 10 x koltuk kütlesi x 9.81 m/s2 M3 7,400 N + 6.6 x koltuk kütlesi x 9.81 m/s2 İki nokta emniyet kemerine etkiyen kuvvetler Omuz Emniyet Kemeri M1 13,500 N + 20 x koltuk kütlesi x 9.81 m/s2 M2 6,750 N + 10 x koltuk kütlesi x 9.81 m/s2 M3 4,500 N + 6.6 x koltuk kütlesi x 9.81 m/s2 Bel Emniyet Kemeri M1 13,500 N M2 6,750 N M3 4,500 N Üç nokta emniyet kemerine etkiyen kuvvetler Temel olarak araçta önünde koltuk bulunmayan koltuklar için 3 noktalı emniyet kemeri kullanmak zorunludur.diğer koltuklar için iki noktalı emniyet kemeri kullanılabilir.
ECE R-14 Regülasyonu Test sırasında belirtilen kuvvetlere en hızlı şekilde ulaşılması ve yapının belirtilen kuvvetlere 0.2 sn süresince karşı koyabilmesi gerekmektedir. Uygulanan kuvvetler sonucunda, yapıda kalıcı deformasyonlar ve lokal kopmaların gözlenmesi regülasyona uygunluğu engellememekte, emniyet kemerinin bağlandığı yapının (koltuk ya da gövde) bütünlüğünü koruyarak ana yapıya bağlı kalması beklenmektedir. Analizlerde kullanılan kuvvetler (Kuvvet- zaman grafiği)
FEA Modelleri- Eleman Özellikleri CAD model üzerinden çıkarılmış orta yüzeyler kullanılarak ağ model oluşturulmuştur. Bileşenlerin modellemesi sırasında 5 integrasyon noktalı 4 nodlu ve 3 nodlu SHELL elemanlar kullanılmıştır. Punta kaynakları çekirdeğinde 4 solid eleman içeren 4-hexa Spotweld elemanlarıyla modellenmiştir. Civata bağlantıları rijit kabul edilmiş ve delik etrafında washer oluşturulup washer elemanlarından constrained rigit body tanımlanarak modellenmiştir. Ark kaynaklar rijit olarak kabul edilmiş ve düğüm noktaları arasına Constrained Nodal Rigid Body elemanlar tanımlanarak modellenmiştir. 4 elemanlı çekirdeğe sahip punta kaynak elemanları Civata ve ark kaynak modelleri
FEA Modelleri- Genel Özellikler Hafif ticari araç geliştirme projesi kapsamında kullanılacak koltuk belirlenmeden önce en kötü koşul (worst case) analizi yapmak amacıyla koltuk rijit elemanlarla modellenmiştir. Bu durum için emniyet kemeri de rijit olarak kabul edilmiştir. İlerleyen safhalarda çekme testlerinde kullanılan çekme aparatlarının mesh modelleri kullanılmıştır. Çekme aparatları için deforme olmayan rijit malzeme kullanılmıştır. Malzeme modelleri kullanılan malzemenin gerilme-gerinme eğrisi kullanılarak piecewise linear plastic malzeme olarak hazırlanmıştır. Analizler 0,4 ms uzunluğunda olup adım büyüklüğü (step size) 0,8-0,9 e-3 ms mertebelerinde seçilmiştir. Modeller 5 include dosyası içermektedir. Bir dosya malzeme bilgilerini, bir dosya section bilgilerini içermekte; koltuk ağ modeli, koltuk bağlantı elemanları ağ modeli ve araç gövdesinin ağ modeli için birer dosya bulunmaktadır. Analiz parametrelerinin ve sonuç çıktı isteklerinin bulunduğu ana dosyaya bu include dosyaları tanıtılmıştır. Rijit koltuk ve emniyet kemerli model Torso modelleri
FEA Modelleri- Model Çeşitleri Araç koltuk yerleşimi gereği araçta ön kısımda şoför koltuğu ve tekli yolcu koltuğu, orta kısımda üç koltuklu sıralar ve en arkada karkas üzerinde dörtlü koltuk sırası bulunmaktadır. Öndeki şoför koltuğu ve yolcu koltuğunun gövdeye bağlantıları aynı olduğundan analizler sadece daha ağır olan şoför koltuğu için yapılmıştır. En kötü koşul analizi yapıldığından tekli yolcu koltuğu için iterasyon yapılmamış, bir durum için kontrol yapılmıştır. Araçtaki bütün üç koltuklu sıraların araç bağlantıları aynı olduğundan sadece her üç koltuğun da üç noktalı emniyet kemerli olduğu en ön sıra için analizler yapılmıştır. Üç nokta emniyet kemeri için koltuğa uygulanan kuvvet en fazla olduğundan bu durum en kötü durum analizi olarak kabul edilmiş ve diğer koltuklar için analizlere gerek duyulmamıştır. Şoför koltuğu modeli Orta sıra koltuk modeli Arka sıra koltuk modeli
FEA Modelleri- Sınır Şartları- Şoför Koltuğu Ön, orta ve arka sıra için gövdenin analiz sonuçlarına etki edecek kısımları modellere dahil edilmiş ve modeller resimlerde belirtilen bölgelerinden 6 serbestlik derecesinde kısıtlanmıştır. Şoför koltuğu modeli sınır şartları
FEA Modelleri- Sınır Şartları- Orta Sıra Ön, orta ve arka sıra için gövdenin analiz sonuçlarına etki edecek kısımları modellere dahil edilmiş ve modeller resimlerde belirtilen bölgelerinden 6 serbestlik derecesinde kısıtlanmıştır. Orta sıra koltuk modeli sınır şartları
FEA Modelleri- Sınır Şartları- Arka Sıra Ön, orta ve arka sıra için gövdenin analiz sonuçlarına etki edecek kısımları modellere dahil edilmiş ve modeller resimlerde belirtilen bölgelerinden 6 serbestlik derecesinde kısıtlanmıştır. Arka sıra koltuk modeli sınır şartları
Analiz Sonuçları Analiz parametrelerinin girilmesinin ardından kapalı çözüm (explicit) metodu kullanılarak modeller çözdürülmüştür. Analizler sonucunda sistemdeki plastik gerinme değerleri, Von misses gerilme değerleri ve yer değiştirmeler incelenmiştir. Başarım kriteri olarak bileşenlerde görülen en yüksek plastik gerinme değerinin malzemenin kopmadaki plastik gerinme değerinden düşük olması kabul edilmiştir. Punta kaynakların dayanımları da incelenmiş, her bir kaynağa gelen eksenel kuvvetler (F a ) ile kesme kuvvetleri (F s ) belirlenmiş ve aşağıdaki kritere göre değerlendirme yapılmıştır.kriterlerde kullanılan F SF ve F AF deneylerle bulunmuş katsayılardır ve punta kaynaklarının bağlandığı sac kalınlıkları, birbirine bağlanan sac sayısı ve malzeme mekanik özellikleri gibi parametrelere bağlıdır. F SF (Shear Failure Force) F AF (Axial Failure Force)
Sonuç Çalışmalar süresince analiz sonuçları ve tasarım faaliyetleri iterasyonel olarak etkileşimli şekilde yürütülmüştür. Sac kalınlıkları üzerinde değişiklikler yapılmış, sistemlere ek saclar eklenmiş, alternatif malzeme kullanımı tariflenmiş, civata deliklerinin ve punta kaynakların sayısı ve yeri için düzenlemeler yapılmıştır. İstenilen başarı kriterlerini sağlayan en hafif yapı için yapılan iterasyonlar sonucunda tasarım dondurulmuş, prototipler üretilmiş ve fiziksel testler yapılmıştır. Yapılan fiziksel testler sonucunda yapıdaki deformasyonlar analiz sonuçlarına paralel gerçekleşmiş ve her üç tip koltuk sırası için de ECE R-14 regülasyonuna uygun koltuk bağlantıları tasarlanmıştır.
Teşekkürler www.hexagonstudio.com.tr
SORULAR... www.hexagonstudio.com.tr ARAÇ MÜHENDİSLİĞİ