Farklı Geometrilerdeki Ezilme Tüplerinin Enerji Sönümleme Kapasitelerinin Nümerik Olarak Belirlenmesi

Benzer belgeler
Kalınlık Değişiminin Kombine Geometrili Kabuk Yapıların Ezilme Davranışlarına Etkisinin İncelenmesi

Kabul Edilmiş Makale/Accepted Manuscript

Enerji absorbe etme amaçlı deformasyon bileziği tasarımı

ALÜMİNYUM METALİK KÖPÜK İHTİVA EDEN SANDVİÇ YAPILARIN MAYIN PATLAMASI YÜKLERİNE KARŞI DAVRANIŞININ SAYISAL YÖNTEMLERLE İNCELENMESİ

Yığma yapı elemanları ve bu elemanlardan temel taşıyıcı olan yığma duvarlar ve malzeme karakteristiklerinin araştırılması

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

İÇERİSİ BETON İLE DOLDURULMUŞ ÇELİK BORU YAPI ELEMANLARININ DAYANIMININ ARAŞTIRILMASI ÖZET

Pnömatik Silindir Tasarımı Ve Analizi

METAL KÖPÜKLERE ALTERNATİF BİR KOR YAPISININ GELİŞTİRİLMESİ: ÇOK KATMANLI ZİKZAK ALÜMİNYUM DALGALI SANDVİÇLER

ALÜMİNYUM PLAKALAR İLE TAKVİYELENDİRİLMİŞ ALÜMİNYUM BAL PETEĞİ SANDVİÇ YAPILARIN DÜŞÜK HIZLI DARBE DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ

BASMA DENEYİ MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ. 1. Basma Deneyinin Amacı

Burulma (Torsion): Dairesel Kesitli Millerde Gerilme ve Şekil Değiştirmeler


MALZEME BİLGİSİ DERS 7 DR. FATİH AY. fatihay@fatihay.net

BETONARME KESİT DAVRANIŞINDA EKSENEL YÜK, MALZEME MODELİ VE SARGI DONATISI ORANININ ETKİSİ

OTOMOBİL ÖN TAMPON ÇARPIŞMA ANALİZİ VE OPTİMİZASYONU

PETEK YAPILI SANDVİÇ YAPILARDA KÖPÜK DOLGUNUN KRİTİK BURKULMA YÜKÜNE ETKİSİNİN SAYISAL OLARAK TESPİTİ

MECHANICS OF MATERIALS

KADEMELENDİRİLMİŞ KÖPÜK MALZEMELERİN SANDVİÇ KİRİŞİN DARBE DAVRANIŞINA ETKİSİ

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ FEN ve MÜHENDİSLİK DERGİSİ Cilt: 8 Sayı: 1 s Ocak 2006 SOĞUK ÇEKİLMİŞ LEVHA MALZEMELERDE GERİLME ANALİZİ

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ DOĞA BİLİMLERİ, MİMARLIK VE MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 3 NOKTA EĞME DENEYİ FÖYÜ

ELASTİSİTE TEORİSİ I. Yrd. Doç Dr. Eray Arslan

Düzlem Kafes Sistemlerin ANSYS Paket Programı ile Optimum Geometri Tasarımı

burada: ([ K] [ S] λ (2)

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

BÖLÜM-2 ÇELİK YAPILARDA BİRLEŞİM ARAÇLARI

SIZDIRMAZLIK ELEMANLARININ MONTAJI VE YÜKSEK BASINÇ ALTINDAKİ DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ

Burulma (Torsion): Dairesel Kesitli Millerde Gerilme ve Şekil Değiştirmeler

BURULMA DENEYİ 2. TANIMLAMALAR:

MUKAVEMET-2 DERSİ BAUN MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ VİZE ÖNCESİ UYGULAMA SORULARI MART Burulma 2.Kırılma ve Akma Kriterleri

SÜRTÜNME ETKİLİ (KAYMA KONTROLLÜ) BİRLEŞİMLER:

19-20 ARALIK 2014 İSTANBUL KONGRE MERKEZİ TRANSİST 2014 BİLDİRİ KİTABI

KİRİŞLERDE PLASTİK MAFSALIN PLASTİKLEŞME BÖLGESİNİ VEREN BİLGİSAYAR YAZILIMI

Farklı Kesitlere Sahip Alüminyum 2024-T4 Malzemesinin Darbe Davranışının Numerik Olarak İncelenmesi

DÖRTGEN DELİKLİ KOMPOZİT LEVHALARDA ELASTO- PLASTİK GERİLME ANALİZİ

FONKSİYONEL KADEMELENDİRİLMİŞ DAİRESEL PLAKALARIN KATMAN YAPISININ DÜŞÜK HIZLI DARBE DAVRANIŞINA ETKİSİ

Derin Çekme İşlemi Üzerine Kalıp Geometrisinin Etkisinin Sonlu Elemanlar Analizi

Kirişlerde Kesme (Transverse Shear)

ÇİFT KOLLU SARKAÇ TİPİ ÇARPMA TEST DÜZENEĞİNİN TASARIMI VE İMALATI DESIGN AND CONSTRUCTION OF DOUBLE PENDULUM TYPE ENERGY ABSORPTION TEST SYSTEM

İstanbul Teknik Üniversitesi Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi

BASİT EĞİLME ETKİSİNDEKİ BETONARME ELEMANLARIN MOMENT-EĞRİLİK VE TASARIM DEĞİŞKENLERİ ÜZERİNE ANALİTİK BİR İNCELEME

ÇOK KATMANLI ZİKZAK 1050 H14 AL İKİZKENAR YAMUK DALGALI GÖBEKLİ SANDVİÇ PANELLERİN BALİSTİK LİMİTİNİN BELİRLENMESİ

Prof.Dr.İrfan AY. Arş.Gör.T.Kerem DEMİRCİOĞLU. Öğr. Murat BOZKURT. Balıkesir

Tanım: Boyuna doğrultuda eksenel basınç kuvveti taşıyan elemanlara Basınç Çubuğu denir.

PERDELERDEKİ BOŞLUKLARIN YATAY ÖTELENMEYE ETKİSİ. Ayşe Elif ÖZSOY 1, Kaya ÖZGEN 2 elifozsoy@hotmail.com

TAHRİBATLI MALZEME MUAYENESİ DENEYİ

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY 9B - BURULMA DENEYİ

Prof. Dr. İrfan KAYMAZ

29- Eylül KOÜ. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü ( 1. ve 2. Öğretim 2. Sınıf / B Şubesi) Mukavemet Dersi - 1.

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

FL 3 DENEY 4 MALZEMELERDE ELASTĐSĐTE VE KAYMA ELASTĐSĐTE MODÜLLERĐNĐN EĞME VE BURULMA TESTLERĐ ĐLE BELĐRLENMESĐ 1. AMAÇ

BURULMA (TORSİON) Dairesel Kesitli Çubukların (Millerin) Burulması MUKAVEMET - Ders Notları - Prof.Dr. Mehmet Zor

KOÜ. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü (1. ve 2.Öğretim / B Şubesi) MMK208 Mukavemet II Dersi - 1. Çalışma Soruları 23 Şubat 2019

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

GÜÇ-TORK. KW-KVA İlişkisi POMPA MOTOR GÜCÜ

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM VE ANALİZ (ANSYS)

Güçlendirme Alternatiflerinin Doğrusal Olmayan Analitik Yöntemlerle İrdelenmesi

BİR TİCARİ ARAÇ İÇİN ECE R-14 REGÜLASYONUNA UYGUN KOLTUK BAĞLANTILARININ GELİŞTİRİLMESİ

Deneyin Amacı Çekme deneyinin incelenmesi ve metalik bir malzemeye ait çekme deneyinin yapılması.

2.2 KAYNAKLI BİRLEŞİMLER

BURSA TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ DOĞA BĠLĠMLERĠ, MĠMARLIK VE MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ MAKĠNE MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ

Malzemenin Mekanik Özellikleri

PERDE DUVARLI MODEL BİR BİNANIN DİNAMİK DAVRANIŞINA YÖNELİK PARAMETRİK ÇALIŞMA

Shigley s Mechanical Engineering Design Richard G. Budynas and J. Keith Nisbett

Mühendislik Mimarlık Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü

T.C. BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MIM331 MÜHENDİSLİKTE DENEYSEL METODLAR DERSİ

Günümüzde otomobil, havacılık, savunma ve uzay

Uzay Çatı Sistemlerinin ANSYS Paket Programı Kullanılarak Statik Analizi

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MAKİNE FAKÜLTESİ

MMT310 Malzemelerin Mekanik Davranışı 2 Mukavemet ve deformasyon özelliklerinin belirlenmesi - Basma ve sertlik deneyleri

ÇOK KATLI BİNALARIN DEPREM ANALİZİ

YAYLAR. Bu sunu farklı kaynaklardan derlenmiştir.

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY - 3 ÜÇ NOKTALI EĞİLME DENEYİ

= σ ε = Elastiklik sınırı: Elastik şekil değişiminin görüldüğü en yüksek gerilme değerine denir.

TEKNOLOJİNİN BİLİMSEL İLKELERİ. Bölüm-4 MALZEMELERDE ÇEKME-BASMA - KESME GERİLMELERİ VE YOUNG MODÜLÜ Malzemelerde Zorlanma ve Gerilme Şekilleri

DİŞLİ POMPA KAPAK KALINLIKLARININ BELİRLENMESİ

YAPILARDA BURULMA DÜZENSİZLİĞİ

«Jant Kolu Arkası Boşluğunun Parametrik Tasarımı ve Optimizasyonu» «Parametric Modelling and Optimization Of The Spoke Back Side Cavity»

Başlıca ANALİZ TİPLERİ. ve Özellikleri

ÇOKYÖNLÜ BURULMALI HISTERITIK ENERJI SÖNÜMLEYICI (MDHR) Bina ve köprüleri deprem etkisine karşı koruyan bir mekanik histeretik damper

PATLAMA ETKİSİNİN LABORATUVAR ÖLÇEKLİ TESTLER VE SİMÜLASYONLARLA BELİRLENMESİ

Ti6Al4V ALAŞIMININ ÇAPRAZ KAMA HADDELEME İŞLEMİ VE HASAR OLUŞUMU: GENİŞLETME AÇISININ VE ALAN İNDİRGEMESİNİN ETKİLERİ

δ / = P L A E = [+35 kn](0.75 m)(10 ) = mm Sonuç pozitif olduğundan çubuk uzayacak ve A noktası yukarı doğru yer değiştirecektir.

L KESİTLİ KİRİŞTE KAYMA MERKEZİNİN ANSYS İLE VE DENEYSEL YOLLA BULUNMASI

Sıvı Depolarının Statik ve Dinamik Hesapları

POLİPROPİLEN FİBERLERLE GÜÇLENDİRİLMİŞ KUM ZEMİNLERİN DİNAMİK ETKİ ALTINDA BOŞLUK SUYU BASINCI DAVRANIŞI

YALOVA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ UYGULAMALI MÜHENDİSLİK MODELLEMESİ

STATİK GERİLMELER a) Eksenel yükleme Şekil 4.1 Eksenel Yükleme b) Kesme Yüklemesi Şekil 4.2 Kesme Yüklemesi

TRAKTÖR GÜVENLİK KABİNİ STATİK YÜKLEME DENEYİ SONLU ELEMANLAR BENZETİMİ

BURULMA DENEYİ 2. TANIMLAMALAR:

Kesmeye Karşı Güçlendirilmiş Betonarme Kirişlerin Deprem Davranışı

DÜZLEM ÇUBUK ELEMAN RİJİTLİK MATRİSİNİN DENEYSEL OLARAK BELİRLENMESİ

Prof. Dr. Cengiz DÜNDAR

BETONARME YAPI TASARIMI -KOLON ÖN BOYUTLANDIRILMASI-

MALZEME BİLGİSİ DERS 8 DR. FATİH AY. fatihay@fatihay.net

YARI RİJİT BİRLEŞİMLİ ÇELİK ÇERÇEVELERİN ANALİZİ

idecad Çelik 8 Kullanılan Yönetmelikler

BURSA TECHNICAL UNIVERSITY (BTU) Department of Mechanical Engineering

ÇEKME DENEYİ. Şekil. a) Çekme Deneyi makinesi, b) Deney esnasında deney numunesinin aldığı şekiler

Transkript:

Farklı Geometrilerdeki Ezilme Tüplerinin Enerji Sönümleme Kapasitelerinin Nümerik Olarak Belirlenmesi Cenk Kılıçaslan* kilicaslancenk@gmail.com Özet Bu çalışmada, çarpışma sırasında araç güvenliğini arttırmak amacı ile kullanılan 1045 çeliğinden yapılan ezilme tüpünün eksenel yöndeki ezilme davranışı nümerik olarak incelenmiştir. Çalışmanın ilk kısmında nümerik modeller, literatürdeki deneysel sonuçlar ile simülasyon sonuçlarının karşılaştırılması ile doğrulanmıştır. Daha sonra dairesel, kare-konik ve kare kesitli tüplerin ezilme davranışları karşılaştırılmıştır. Son olarak enerji sönümleme kapasitesinin arttırılması amacı ile tüp içerisinde alüminyum köpük kullanımının etkisi araştırılmıştır. Ezilme tüpleri tamamen ya da kısmi olarak köpük ile doldurulmuştur. Çarpışma/ezilme olayının tam geometrik modeli LS-DYNA programı kullanılarak oluşturulmuştur. Çarpışma hızı 60 km/saat ve çarpışma enerjisi yaklaşık 84 kj olarak seçilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda en yüksek enerji sönümleme kapasitesine dairesel tüplerin sahip olduğu, alüminyum köpük kullanımının her bir tüpte enerji sönümleme kapasitesini artırdığı ancak kütle başına düşen enerji sönümleme değerini konik tüpler hariç azalttığı görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Otomotiv, çarpışma, LS-DYNA, ezilme, tüp, alüminyum köpük. Giriş Enerji sönümleyen yapıların çarpışma sırasındaki dayanımlarının belirlenmesi ve arttırılması yıllardır birçok araştırmacı için önemli konuların başında gelmektedir. Enerji sönümleyici yapıların çarpışma kuvvetlerine maruz kaldıklarında ani deformasyona uğramamaları ve çarpışma enerjisini düzenli bir şekilde plastik deformasyona uğrayarak sönümlemesi istenir (Meguid, Attia, & Monfort, 2004). Enerji sönümleyici olarak sık kullanılan yapılardan bir tanesi ince cidarlı tüplerdir. Bu tüpler ezilme kutuları olarak da adlandırılmaktadırlar ve özellikle otomotiv endüstrisinde araç güvenliği için kullanılmaktadırlar. Ezilme kutularının popüler olmasının ana nedeni çarpışma sırasında düzenli ve kontrol edilebilir bir şekilde plastik deformasyona uğramaları ve çarpışma enerjisini yüksek oranlarda sönümleme kapasitesine sahip olmalarıdır. Tüplerin eksenel yönde ezilme davranışları üzerine literatürde birçok çalışma bulunmaktadır. Bu konuda yapılan ilk çalışmalardan biri Alexander (Alexander, 1960) tarafından gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada dairesel tüplerin ezilme deneyleri yapılmış ve deneysel ortalama kuvveti yaklaşık olarak belirleyecek analitik bir denklem sunulmuştur. Andrews ve diğerleri (Andrews, England, & Ghani, 1983) yarı-statik yükleme hızlarında dairesel kesitli alüminyum (Al) tüplerin ezilme davranışlarını incelemiş ve tüplerin concertina (akordeon), diamond (elmas), karışık ve Euler tiplerinde farklı olarak deformasyona uğradıklarını göstermişlerdir. Tüplerin concertina tipi deformasyonda simetrik, diamond tipinde ise asimetrik olarak deforme olduğu görülmüştür. Simetrik olarak deforme olan tüplerde deformasyon adımlı ve tekrarlı bir şekilde gerçekleşmekte, bu nedenle concertina tipinde deforme olan tüpler daha fazla enerji sönümleyebilmektedirler. Nia ve Hamedani (Alavi Nia & Haddad Hamedani, 2010) daire, kare, dikdörtgen, altıgen, üçgen, piramit ve konik kesitli tüplerin yarı-statik yükleme hızındaki enerji sönümleme kapasitelerini deneysel ve nümerik olarak karşılaştırmışlardır. Çalışma sonunda daire kesitli tüplerin en fazla enerji sönümleme kapasitesine sahip olduğu görülmüştür. Çarpışma olaylarında olduğu gibi maksimum kuvvet önem arz ediyorsa, piramit ve konik şeklindeki tüplerin kullanılması *PhD. Ar-Ge Mühendisi Norm Civata 87

tavsiye edilmiştir. Literatürde alüminyum köpük doldurulmuş tüplerin ezilme davranışlarını inceleyen birçok çalışma bulunmaktadır (Aktay, Kröplin, Toksoy, & Güden, 2008; Goel, 2015; Li, Yu, & Guo, 2012; Qi & Yang, 2014; Santosa, Wierzbicki, Hanssen, & Langseth, 2000; Toksoy & Güden, 2010; Yin, Wen, Liu, & Qing, 2014). Genel bir sonuç olarak, köpük kullanımının tüplerin ezilme davranışını doğrudan etkilediği ve enerji sönümleme kapasitesini yükselttiği görülmüştür. Bunun nedeni olarak alüminyum köpük ile tüp arasında meydana gelen sürtünme ve köpüğü oluşturan mikro deliklerin ezilmesi sırasında ortaya çıkan atalet kuvvetlerinin etkisi bulunmaktadır. Bu çalışmada tüp geometrisinin ve tüp içerisine doldurulan alüminyum köpük miktarının ezilme davranışı ve enerji sönümleme kapasiteleri üzerinde meydana getirdiği etkiler incelenmiştir. Çalışma geniş kapsamlı olarak gerçekleştirilecek Ar-Ge faaliyetlerine yönelik bir ön çalışmadır ve sonuçlar nümerik simülasyonlar üzerine kuruludur. Mevcut çalışmalardan farklı olarak çarpışma olayı yarı-statik hızlarda ve düşük kütlelerde değil, gerçekçi çarpışma hızında gerçekleştirilerek kütlenin de etkisi hesaplamalara dahil edilmiştir. 1. Üç Boyutlu Sonlu Elemanlar Modelleri Simülasyon çalışmasına başlamadan önce, LS-DYNA ile oluşturulan modellerin doğrulanması gerekmektedir. Bu amaçla Ghamarian ve Zarei nin dairesel ve konik tüpler üzerinde gerçekleştirdiği ezilme deneylerinin sonuçları kullanılmıştır (Ghamarian & Zarei, 2012). Ghamarian ve Zarei nin çalışması ile aynı geometrik ölçülere sahip tıpalı dairesel ve konik tüpler modellenmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında kullanılan üç boyutlu sonlu elemanlar modeli Şekil 1 de gösterilmiştir. Tüm simülasyonlarda çarpışma hızı ve enerjisi 60 km/saat hızında ve 84 kj çarpışma enerjisinde meydana gelecek şekilde seçilmiştir. Modellerde tüpe çarpan blok, rijit olarak modellenmiştir ve 600 kg ağırlığa sahiptir. Ezilme tüplerinin çarpışmadan uzak olan kök kısmı tüm öteleme ve dönme eksenlerinde sabitlenmiştir. Sistemin sonlu elemanlar modeli toplam 37296 düğümden oluşmaktadır. Tüpler yaklaşık 8480, rijit blok ise 23380 adet sonlu eleman ihtiva etmektedir. Ezilme tüpleri 1045 çelik malzemesindendir ve anlık akma gerilme değerleri Johnson-Cook (JC) akış modeli ile modellenmiştir. Çelik malzemenin JC model katsayıları A=105.84 MPa, B=198.61 MPa, n=0.331 ve C=0.085 olarak alınmıştır. Şekil 1. Ezilme tüpünün LS-DYNA modeli. Simülasyonlardan ezilme sırasında oluşan kuvvet ve deplasman değerleri alınmıştır. Bu değerler kullanılarak, Fm (ortalama kuvvet), E (enerji), SEA (spesifik enerji sönümleme) ve CFE (ezilme kuvvet verimliliği) değerleri hesaplanmıştır. Ezilme enerjisi aşağıda verilen formül ile hesaplanmaktadır; 88

(1) Burada δ deplasmandır. Yüksek enerji sönümleme kapasitesi ve koruma verimliliği elde etmek için yapıya etki eden maksimum kuvvet (Fmax) minimize edilirken, Fm kuvveti maksimize edilmelidir (Tasdemirci, Sahin, Kara, & Turan, 2015). Bu verimlilik değerini göstermek amacı ile CFE değişkeni tanımlanmıştır. Ayrıca enerji absorbe eden ve hafif olması istenilen bir yapının SEA değerinin de yüksek olması beklenmektedir. Bu değerler; Fm=E/ δ max, SEA=E/m ve CFE=Fm/Fmax formülleri ile hesaplanmaktadır. Burada m, tüpün kütlesidir. Farklı tüp geometrilerinin enerji sönümleme kapasitesine olan etkisini belirlemek amacıyla üç farklı kesit geometrisinde tüpler oluşturulmuştur; i) kare-konik, ii) kare ve iii) dairesel (Şekil 2-(c)). Tüplerin geometrik değişkenleri ve ağırlıkları Tablo 1 de verilmiştir. Tüp kütleleri, et kalınlığı değiştirilerek sabit tutulmuştur. (c) Şekil 2. Tüp geometrileri: kare-konik, kare ve (c) dairesel kesitli tüpler. Tablo 1. Tüplerin geometrik değişkenleri Şekil 3 de simülasyonlarda kullanılan Al köpük malzemesinin basma gerilme- gerinim eğrisi gösterilmektedir. Kullanılan Al köpük 0.11 bağıl yoğunluğa sahiptir. Akma gerilmesi ve elastik modülü 0.65 ve 53.95 MPa dır. Modellerde Al köpük MAT26-HONEYCOMB malzeme modeli ile katı olarak modellenmiştir. Bu malzeme modelinde Şekil 3 de verilen gerilme-gerinim eğrisi, elastik modülü ve akma gerilmesi değeri malzeme modeline tanımlanmıştır. 89

Şekil 3. Al köpüğün basma gerilme-gerinim eğrisi. Şekil 4 ve de tamamı Al köpük doldurulmuş dairesel ve kare-konik tüp ile Şekil 4(c) de kısmen Al köpük doldurulmuş dairesel tüplerin modelleri gösterilmektedir. Al köpük doldurma dairesel ve karekonik tüpün kütlesini %16, kısmi doldurulan dairesel tüpün ise %10 oranında arttırmıştır. Modelde köpük ile tüp arasında herhangi bir yapıştırma tanımı yapılmamıştır. (c) Şekil 4. Tamamı Al köpük doldurulmuş dairesel, kare-konik tüpler ve (c) kısmen Al köpük doldurulmuş 2. Sonuçlar ve Tartışma dairesel tüp. Modellerin doğrulanması için gerçekleştirilen simülasyon sonuçları Şekil 5-(c) de verilmiştir. Şekil 5 da görüldüğü üzere dairesel tüpün basılması ile kuvvet değeri maksimum noktaya ulaşmakta, daha sonra burkulmanın meydana gelmesi ile düşmektedir. Tüpün progresif ezilmesinden dolayı kuvvet eğrisinde pikler oluşmuştur. Konik tüpün ezilmesi sırasında oluşan kuvvet değerleri 20 mm deplasmandan sonra maksimum değerlere ulaşmıştır (Şekil 5). Bunun nedeni tüpün alt kısmındaki daire çapının üst çapa göre büyük olmasıdır. Simülasyon bu davranışı doğru olarak yakalamıştır. Ancak maksimum pik değerlerinin simülasyon ve deneysel eğrilerde farklı deplasman değerlerinde oluştuğu görülmüştür. Bunun nedeni olarak deney numunesinde bulunan herhangi bir hata ya da numunenin deney sırasında plakalar arasında kayması gösterilebilir. Şekil 5(c) de dairesel ve konik tüplerin deney ve simülasyon değerleri arasındaki % hata oranları verilmiştir. Burada Fi, Fm ve E sırası ile ilk pik kuvveti, ortalama kuvvet ve enerjidir. Her bir değişken için dairesel tüplerdeki hata oranı ortalama %10, konik tüplerde ise %1 dir. Bu hata yüzdeleri kabul edilebilir sınırlar içerisindedir. 90

(c) Şekil 5. Kuvvet-deplasman eğrileri; dairesel tüp, konik tüp ve (c) %hata değerleri. Şekil 6 ve de dairesel, kare ve kare-konik tüplere ait kuvvet-deplasman eğrileri gösterilmektedir. Şekil 6 incelendiğinde başlangıçta her üç tüpün de maksimum kuvvet noktasına ulaştığı, ilk burkulmanın oluşması ile bu değerin düştüğü görülmektedir. Maksimum kuvvetin, Fmax, en büyük değere kare tüpte, en az değere ise kare-konik tüpte ulaştığı görülmüştür (Şekil 6). Dairesel tüpün kuvvet eğrisinde diğerlerine kıyasla fazla dalgalanma meydana gelmiştir (Şekil 6). Tüm tüplerin ezilme değişkenleri Tablo 2 de verilmiştir. Tablo incelendiğinde en yüksek CFE değerinin dairesel tüpte oluştuğu görülmüştür. Ayrıca dairesel tüpler diğer tüplere kıyasla yaklaşık 20 mm daha az deforme olmasına karşın, bu sürede daha fazla enerji absorbe etmiştir. Şekil 6. Farklı geometriye sahip tüplerin kuvvet-deplasman eğrileri; 10 mm ve 180 mm deplasmana kadar. 91

Tablo 2. Farklı geometriye sahip tüplerin ezilme değişkenleri. Dairesel, kare ve kare-konik tüplerin deformasyon adımları ve son halleri Şekil 7, ve (c) de verilmiştir. Şekillerdeki C concertina, D ise diamond tipi deformasyonu göstermektedir. Dairesel tüplerin dış kısmında altı adet katlanma meydana gelmiştir. Bu katlanmalardan dört tanesi concertina, iki tanesi ise diamond tipidir. Dairesel tüpler düzenli/adımlı ezilme davranışı göstermektedir ve katlanma boyutu yaklaşık 4.5-6.5 mm arasındadır. Dairesel tüpün kuvvet eğrisinde diğerlerine kıyasla fazla dalgalanma meydana gelmesinin ana nedeni olarak adımlı ezilme davranışı ve kısa katlanma boyutu gösterilebilir. Kare ve kare-konik tüplerin dış kısımlarında sırası ile üç ve iki adet katlanma görülmüştür. Kare tüplerin katlanma uzunluğu 18-20 mm, kare-konik tüplerin ise 6-8 mm civarındadır. Kare tüplerde sadece diamond tip ezilme görülürken (Şekil 7), kare-konik tüplerde sadece concertina tipi ezilme görülmüştür (Şekil 7(c)). En yüksek ve en düşük enerji sönümleme değerleri sırası ile dairesel ve kare tüplerde görülmüştür. Dairesel tüplerin enerji absorbe etme kapasitesinin daha yüksek olması meydana gelen katlanma sayısının diğerlerine kıyasla daha fazla olmasına ve katlanma boyunun düşük olmasına bağlanabilir. Ayrıca concertina tipi deformasyon diamond deformasyon tipine göre daha fazla enerji sönümlenmesine sebep olmaktadır. 92 (c) Şekil 7. Tüplerin deformasyon adımları ve son halleri; dairesel, kare ve (c) kare-konik tüpler.

Şekil 8 ve de tamamen Al köpük doldurulmuş dairesel ve kare-konik tüplerin kuvvet-deplasman eğrileri gösterilmektedir. Dolu dairesel tüpün kuvvet-deplasman değerleri boş tüpün değerlerine çok yakındır, ancak pik değerlerinin boş tüpe kıyasla daha yüksek olduğu görülmektedir. Dolu tüpün maksimum deplasman değerine boş tüpten daha önce ulaştığı görülmektedir. Bunun nedeni Al köpüğün tamamen sıkışarak ezilmeye izin vermemesidir. Al köpük kare-konik tüplerin de pik noktalarının yükselmesine sebep olmuştur (Şekil 8 ). Şekil 8. Kuvvet-deplasman eğrileri; dairesel ve kare-konik tüpler. Tablo 3 de tüplere köpük doldurulmasının ezilme değişkenlerinde meydana getirdiği % değişim miktarları verilmiştir. Maksimum kuvvet değerindeki artış %31.8 ile en fazla kare-konik tüplerde görülmüştür. Her bir tüpte köpük kullanımının enerji absorbe etme kapasitesini ve CFE değerlerini arttırdığı görülmüştür. Tamamı dolu tüplerde ilk darbeyi karşılayan malzeme alanının artması, başlangıçta meydana gelen maksimum kuvvetin artışına sebebiyet vermiştir. Köpük kullanımı tüplerin toplam ezilme miktarlarını azaltmıştır. Al köpük tamamen ezildiğinde hücre boşlukları kapanmakta ve sıkıştırılamaz hale gelmektedir. Bu da tüpün tamamen ezilmesini engellemektedir. Enerji sönümleme değerindeki en fazla artış %22 ile kare-konik tüplerde meydana gelirken, en az artış ise %0.92 ile kısmi olarak doldurulmuş dairesel tüplerde meydana gelmiştir. Tablo 3. Al köpük kullanımı ile ezilme değerlerindeki % değişim. Şekil 9 da dolu dairesel, kısmi dolu dairesel ve dolu kare-konik tüplerin deformasyon adımları ve deforme olmuş son şekilleri gösterilmektedir. Dolu ve kısmi dolu dairesel tüplerde toplam altı adet katlanma meydana gelmiştir. Tüp içerisinde Al köpük kullanımı dairesel tüpün deformasyon şeklini etkileyerek değiştirmiştir. Boş dairesel tüplerde concertina ve diamond tipi ezilme görülürken, dolu ve kısmi 93

dolu tüpte sadece concertina tipi ezilme gözlemlenmiştir. Köpük ile doldurulan dairesel tüplerin enerji sönümleme kapasitesinin artmasındaki önemli sebeplerden biri ezilme şeklindeki bu değişimdir. Bir diğer neden ise köpüğün tüp ile etkileşiminden dolayı meydana gelen sürtünme kuvvetidir. Bu kuvvet yapının deformasyon direncine katkıda bulunmaktadır. Tüm şekiller incelendiğinde köpüklerin tüp katmanları arasına girmediği görülmüştür. Bunun ana nedeni köpük ve tüp yüzeylerinin birbirine yapıştırılmamasıdır. Eğer iki yüzey arasında yapıştırma sağlanırsa yapıların deformasyon direnci artacaktır. (c) Şekil 9. Tüplerin deformasyon adımları ve son halleri; dolu dairesel, kısmi dolu dairesel ve (c) dolu karekonik tüpler. 3. Bulgular Bu çalışmada, 1045 çeliğinden yapılan tüplerin eksenel yöndeki ezilme davranışı ve enerji sönümleme kapasitesi nümerik olarak incelenmiştir. Çalışmada tüp geometrisinin ve alüminyum köpük doldurma işleminin tüpün ezilme davranışı ve enerji sönümleme kapasitesine olan etkileri belirlenmiştir. Yapılan çalışma sonunda dairesel tüpün kare-konik ve kare tüplere kıyasla ortalama %28 oranında daha fazla enerji absorbe ettiği görülmüştür. Ayrıca dairesel tüpün CFE değeri diğer iki tüpe kıyasla ortalama %47 oranında daha yüksek bulunmuştur. Tüpün tamamen Al köpük doldurulması yapı kütlesini %16, kısmi doldurulması ise %10 oranında arttırmıştır. Tüm tüplerde köpük kullanımı enerji sönümleme kabiliyetini ve CFE değerini arttırmıştır. En yüksek artış kare-konik tüplerde meydana gelmiştir. Dairesel tüpler için kütle başına düşen enerji absorbe değerinin köpük kullanımı ile azaldığı, kare-konik 94

tüplerde ise arttığı görülmüştür. Yapılan karşılaştırmada dairesel kısmi dolu tüpün SEA değeri boş tüpe kıyasla %9.4, tam dolu tüpün SEA değeri ise %13.7 oranında azalmıştır. Kare-konik tüplerde ise Al köpük kullanımı SEA değerini %4.2 oranında arttırmıştır. Referanslar Aktay, L., Kröplin, B. H., Toksoy, A. K., & Güden, M. (2008). Finite element and coupled finite element/smooth particle hydrodynamics modeling of the quasi-static crushing of empty and foam-filled single, bitubular and constraint hexagonal- and square-packed aluminum tubes. Materials & Design, 29(5), 952-962. doi:10.1016/j.matdes.2007.03.019 Alavi Nia, A., & Haddad Hamedani, J. (2010). Comparative analysis of energy absorption and deformations of thin walled tubes with various section geometries. Thin-Walled Structures, 48(12), 946-954. doi:http://dx.doi. org/10.1016/j.tws.2010.07.003 Alexander, J. M. (1960). An Approximate Analysis of the Collapse of Thin Cylindrical Shells Under Axial Loading. The Quarterly Journal of Mechanics and Applied Mathematics, 13(1), 10-15. doi:10.1093/qjmam/13.1.10 Andrews, K. R. F., England, G. L., & Ghani, E. (1983). Classification of the axial collapse of cylindrical tubes under quasi-static loading. International Journal of Mechanical Sciences, 25(9 10), 687-696. doi:http://dx.doi. org/10.1016/0020-7403(83)90076-0 Ghamarian, A., & Zarei, H. (2012). Crashworthiness investigation of conical and cylindrical end-capped tubes under quasi-static crash loading. International Journal of Crashworthiness, 17(1), 19-28. doi:10.1080/13588265.201 1.623025 Goel, M. D. (2015). Deformation, energy absorption and crushing behavior of single-, double- and multi-wall foam filled square and circular tubes. Thin-Walled Structures, 90(0), 1-11. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.tws.2015.01.004 Li, Z., Yu, J., & Guo, L. (2012). Deformation and energy absorption of aluminum foam-filled tubes subjected to oblique loading. International Journal of Mechanical Sciences, 54(1), 48-56. doi:10.1016/j.ijmecsci.2011.09.006 Meguid, S. A., Attia, M. S., & Monfort, A. (2004). On the crush behaviour of ultralight foam-filled structures. Materials & Design, 25(3), 183-189. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2003.10.006 Qi, C., & Yang, S. (2014). Crashworthiness and lightweight optimisation of thin-walled conical tubes subjectedto an oblique impact. International Journal of Crashworthiness, 19(4), 334-351. doi:10.1080/13588265.2014.893788 Santosa, S. P., Wierzbicki, T., Hanssen, A. G., & Langseth, M. (2000). Experimental and numerical studies of foam-filled sections. International Journal of Impact Engineering, 24(5), 509-534. doi:http://dx.doi.org/10.1016/ S0734-743X(99)00036-6 Tasdemirci, A., Sahin, S., Kara, A., & Turan, K. (2015). Crushing and energy absorption characteristics of combined geometry shells at quasi-static and dynamic strain rates: Experimental and numerical study. Thin-Walled Structures, 86, 83-93. doi:10.1016/j.tws.2014.09.020 Toksoy, A. K., & Güden, M. (2010). Partial Al foam filling of commercial 1050H14 Al crash boxes: The effect of box column thickness and foam relative density on energy absorption. Thin-Walled Structures, 48(7), 482-494. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.tws.2010.02.002 Yin, H., Wen, G., Liu, Z., & Qing, Q. (2014). Crashworthiness optimization design for foam-filled multi-cell thinwalled structures. Thin-Walled Structures, 75, 8-17. doi:10.1016/j.tws.2013.10.022 95