Bir B segment araç için ön gövde çarpma parçalarının tasarımı

Otomotiv endüstrisinde sürücü ve yolcu emniyetinin sağlanması araç ön gövdesinde yüksek mukavemetli ve darbe emici yapıların oluşturulmasını gerekli kılmıştır. Bununla birlikte hem otomobil üreticilerinin hem de kullanıcılarının talepleri göz önünde bulundurulduğunda araç ön gövde parçalarının geliştirilmesi ve iyileştirilmesine yönelik çalışmalar gündeme gelmiştir. Otomobil ön gövde parçalarının önden çarpma durumlarında belirli bir enerjiyi absorplaması gerektiği regülasyonlarla belirtilmiştir. Araçların bu regülatif değerleri sağlaması ön gövde parçalarında daha kalın kesitlerin ve mukavemetli malzemelerin kullanılması gerekliliği ortaya çıkmıştır. Bu parçalarda kullanılan daha kalın kesitler araç ağırlığının artışına ve buna bağlı olarak yakıt tüketiminin artması, yolcu kapasitesinin azalması ve CO2 emisyon seviyesinin regülatif olarak belirtilen değeri desteklememesi ile sonuçlanmaktadır. Bu durumda bu parçalar için kullanılan geometrilerin ve malzemelerin geliştirilmesine zemin hazırlamıştır. Bu çalışmada benchmark ve literatür araştırmaları sonucunda otomobil ön gövde parçaları olan tampon, ana ray ve çarpma kutusu için uygun olabilecek geometriler ve malzemeler belirlenmiştir. Belirlenen tasarımlar üzerinde iyileştirme çalışmaları yapılarak en uygun geometri oluşturulmuş ve malzeme seçimi yapılmıştır. Tampon, çarpma kutusu ve ana ray için uygun geometrilerin belirlenmesi sonrasında ön gövde grubunun değerlendirilmesi yapılmıştır. Bu tez çalışmasında öncelikle çalışmanın hedefleri; literatür ve benchmark çalışmaları sonrasında "%15 daha hafif, darbe emme enerjisi yüksek ve roll form metodu ile üretilecek geometrilerin belirlenmesi ve doğru malzemenin tayin edilmesi" olarak belirlenmiştir. Bu hedeflere ulaşabilmek adına tasarım metodolojisi oluşturulmuştur. Çalışmalara konsept tasarımı ile başlanmıştır. Sonraki aşamalarda ise ana ray, çarpma kutusu ve tampon için alternatif tasarım çalışması yapılarak olabilecek muhtemel geometriler belirlenmiştir. Bu geometriler için malzeme – kalınlık matrisi oluşturulmuştur. Temel seviyede yapılan tasarım ve analiz çalışmaları sonrasında taslak parça geometrisi belirlenmiştir. Bu geometriler için üç temel presip belirlenerek tasarım ve analiz sürelerini optimize edebilmek için bu prensipler doğrultusunda ilerlenmiştir. Analiz çalışmaları esnasında belirlenen bu prensiplerin doğrulaması da yapılmıştır. İlerleyen aşamalarda çekme testleri yapılarak analizlere girdi teşkil edecek malzeme saptanmıştır. Sonrasında parçanın üretim metodu da göz önünde bulundurularak tasarım iyileştirilmiştir. Üç parça içinde parçalardan beklenen mekanik özellikler düşünülerek en uygun malzeme ve kalınlık belirlenmiştir. Tüm bu aşamalar sonrasında ise parçaların birbiri ile olan ilişkileri incelenmiş ve değerlendirilmiştir. Tasarımda güncellemeler yapılarak son seviye analiz çalışmaları yapılmıştır. Test, tasarım çalışmaları ve analiz sonuçları değerlendirildiğinde; darbenin ilk karşılaştığı parça olan tamponun düşük hızlarda kendisinden sonra gelen çarpma kutusu ve ana rayların etkilenmemesi için daha mukavemetli malzeme seçilmesi gerektiği analizlerde gözlemlenmiştir. Daha mukavemetli malzeme seçimi daha ince kesitlerin kullanımına imkan vermiştir. Böylece tampon parçasında ağırlık azaltılması sağlanmıştır. Ayrıca roll form metodu ile üretilebilmesi için parça geometrisi incelenmiş ve tamponun kenar radyusları kaldırılmıştır. Tamponun görevi düşünülmüş ve hem mekanik özellikler hem de roll form üretim tekniğine uygun olduğu için Docol 1400 malzemesi seçilmiştir. Bu malzemenin seçimi ile bu parçada daha ince bir kalınlık kullanılmıştır. Çarpma kutusu için yapılan analiz çalışmaları sonrasında düşük hızlarda çarpışma olaylarında ana rayların etkilenmemesi için tetikleyici tasarımı yapılmıştır. Tetikleyici tasarımı sonrasında yapılan analizlerde darbe enerjisi emiliminde iyileşme olduğu gözlemlenmiştir. Yapısal olarak en önemli parçalardan biri olan ana raylar için de sıralı ve kademeli deformasyonun sağlanması adına tetikleyici tasarımı yapılmıştır. Analiz sonrasında belirlenen burkulma modları ile tetikleyicilerin yerleri belirlenmiş ve deformasyon yönlendirilmiştir. Böylece çarpma esnasında darbe enerjisinin yolcu ve sürücü bölgesine iletilmesi engellenerek yolcu ve sürücü güvenliği sağlanmıştır. Ana rayların roll form metodu ile üretilecek olmasıda uygun geometrilerin belirlenmesinde etkili olmuştur. Sonuç olarak, yapılan tasarım çalışmaları sonrasında roll form metodu da göz önünde bulundurularak belirlenen geometriler üzerinde tetikleyici tasarımı yapılmış ve deformasyon yönlendirilmiştir. Ayrıca doğru malzeme ve kalınlık seçimi ile de gövde parçalarında ağırlığın azaltıldığı ve darbe emme enerjisinin arttığı görülmüştür.