Araç yolcu koltuğunun sonlu eleman modeliyle titreşim analizi

Araçlarda konforu etkileyen önemli etkenlerden biri taşıt koltuklarındaki titreşimdir. Titreşime maruz kalan yolcu yorgunluk, konsantrasyon eksikliği, bel ağrısı gibi problemlerle karşılaşmaktadır. Bu nedenle, koltuktan yolcuya aktarılan titreşimlerin ortadan kaldırılması veya sınırlandırılması konforlu seyir için kritik öneme sahiptir. Bu noktada koltuğun doğal frekansları, sönüm oranları, mod şekilleri gibi dinamik özelliklerinin tasarım aşamasında belirlenmesi ve bunlara bağlı olan titreşim iletkenliklerinin incelenmesi gerekir. Bu çalışmada, şehir içi ulaşımda kullanılan bir taşıttaki ikili yolcu koltuğunun metal iskeleti ve buna ahşap sırtlıklar eklenmesi halinde modal analizi gerçekleştirilmiştir. Sonlu eleman yazılımı ortamında iskelete eklenen ahşap sırtlıkların doğal frekansları ve mod şekillerini nasıl değiştirdiği gözlenmiştir. Yapılan çalışmada ahşap sırtlıkların 2., 4. ve 5. modlarda koltuğun doğal frekanslarını az da olsa arttırdığı, diğerlerinde ise azalttığı gözlenmiş, sırtlıklar eklendikten sonra bazı mod şekillerinin başlangıca göre değiştiği görülmüştür. Ayrıca iskelet için çekiç testi yapılarak doğal frekansları, sönüm oranları ve mod şekilleri deneyle de ölçülmüştür. Deneysel çalışmada koltuğun bazı frekanslarının sayısal modeldekine yakın ölçüldüğü görülmüş, ilgili modların şekilleri karşılaştırılarak ve Modal Güvence Kriteri (Modal Assurance Criterion–MAC) indisleri hesaplanarak bunlar arasındaki benzerlikler gösterilmiştir. İkinci aşamada yolcu koltuğunun zeminden gelen titreşime karşılık ileri geri doğrultudaki titreşim iletkenliği sayısal olarak incelenmiştir. Hesaplamalar ANSYS Random Vibration ortamında gerçekleştirilmiş, koltuk ayaklarından uygulanan ivme Spektral Güç Yoğunluğu (Power Spectral Density–PSD) değerlerine karşılık koltuk üst çerçevelerinin üzerinde belirli noktalardan çıkış ivme PSD değerleri hesaplanmış, bu ikisinin oranından iletkenlikler elde edilmiştir. Ahşap sırtlık eklenmesi halinde bazı doğal frekansların biraz arttığı bazılarının da azaldığı görülmüştür. Bu durum, eklenen parçanın hem kütle hem de katılık özelliklerinin koltuğun dinamik özelliklerini etkilediğini göstermektedir. Yapılan çalışmalarda ahşap katman eklendiğinde maksimum iletkenlik değerlerinin düştüğü fakat yüksek frekanslarda özellikle sol ayaktan ivme uygulandığında iletkenliklerin bir miktar arttığı görülmüştür. Ahşap parçanın yapının sönüm ve mod şekillerini etkilemesinden dolayı bu değişimlerin meydana geldiği değerlendirilmektedir. Çalışmanın üçüncü aşamasında profil, sırtlık tahtası kalınlığı ve bağlantı mesafelerindeki değişiklikler mevcut durum ile karşılaştırılarak iletkenliğe etkisi incelenmiştir. İlk durum için profil kalınlığı değişimi incelenmiştir. Kalınlıklar mevcut duruma göre arttıkça veya azaldıkça doğal frekanslar artmıştır. Buna rağmen sol koltuğun ilk doğal frekanstaki iletkenliği kalınlık azaldığında artmış, kalınlık arttığında ise azalmıştır. Fakat sağ koltukta her iki durum için de iletkenlikler artmıştır. İkinci durumda ayak bağlantı mesafelerindeki değişiklik incelenmiştir. Hem orta bağlantı hem de simetrik bağlantı durumunda doğal frekansların mevcut duruma göre arttığı görülmüştür. Ayrıca sol koltukta yine ilk moddaki iletkenlik değerleri hem orta bağlantıda hem de simetrik bağlantıda mevcut duruma göre artmıştır. Sağ koltukta ise iletkenlik her iki bağlantı durumunda da mevcuda göre azalmıştır. Son durumda sırtlık tahtası kalınlığındaki değişimin frekanslara ve iletkenliğe olan etkisine bakılmıştır. Sırtlık tahtasının kalınlığı azaldıkça doğal frekanslar artmış, kalınlık arttıkça ise frekanslar azalmıştır (6.mod hariç). Yine yapının ilk modu ele alındığında sol koltukta kalınlık arttıkça iletkenlik fark edilir şekilde düşmüş ve kalınlık azaldıkça iletkenlik artmıştır. Sağ koltukta benzer bir durum gözlenmiştir. İletkenlikteki değişim oranları hem kalınlık arttığında hem de azaldığında benzerdir.