Araç çarpışma dayanıklılığı için metamodel temelli tasarım optimizasyonu

Otomotiv endüstrisinde, tüm şirketler araçlarının daha iyi çarpışma davranışına sahip olması için çalışmalar yapmaktadırlar. Bu hedefe ulaşmak için aracın çarpışmaya karşı optimum şekilde tasarımına ihtiyacı vardır. Daha iyi çarpışma performasına sahip çarpışma kutusu ve şase kolları, aracın gövde bileşenlerine etkiyen çarpma yükü etkisini azaltır. Çarpma yükünün azalmasıyla ön göğüs sacına ulaşan kuvvet miktarı azalarak sürücü ve yolcunun yaşam kafesi daha düşük deformasyona uğrar. Böylece aracı daha fazla hasardan korur ve yolcuların da kaza durumlarında yaralanma riskini azaltır. Bu durum ise giderek artan sürücü ve yolcu güvenliği alanında, endüstrideki araç satış stratejilerinde önem arz eden bir kriter olma yolundadır. Çarpışma sürecinin doğasındaki karmaşıklık, çarpışmaya dayanıklılık için tasarım optimizasyonunu zor bir problem haline getirir. Ayrıca, araç yapısının çarpışmaya dayanıklılık simülasyonlarının tam ölçekli ve doğrusal olmayan davranışı nedeniyle, yapının doğrusal olmayan sonlu elemanlar modelinde optimizasyonunu gerçekleştirmek pratik olmamaktadır. Tezin temel amacı , geliştirme fazındaki bir araçta tasarımın erken safhalarında araç çarpışma dayanaklılığı, tasarım optimizasyonunu verimli bir şekilde yürütmek için pratik bir yöntem geliştirmektir. Çalışılan metodoloji, tüm araç yapısında sönümlenen toplam çarpma enerjisi miktarının en fazla olduğu ana araç yapısal parçaları ile ilgilidir. Bu parçalar üzeride şekil değişikliğiyle optimimum tasarımı bulmayı hedefler. Bu sayede daha etkin bir geliştirme adımları gerçekleştirilimiş olur. Bu tez kapsamında, tam ölçekli sonlue elemanlar modeli yerine indirgenmiş mertebeli model, 56 km/h hıza sahip bir aracın % 40 ofset ile pozisyonlanmış, deforme olabilen bir bariyere ECER94 homologasyon testine uygun bir şekilde kazayı temsil etmek amaçlı sanal olarak çarptırılmıştır. Bu çalışmada, önden çarpma darbe yüküne maruz kalan bir aracın çarpma kutusu ve şase kollarının sönümlediği enerji incelenmiştir. Doğrusal olmayan sonlu elemanlar modeli ANSA kullanılarak oluşturulmuş ve hazırlanan çarpışma analizi Ls-Dyna isimli sonlu elemanlar methodunu kullanan bilgisayar yazılımı ile çözülmüştür. Tasarım optimizasyonu , Metamodel tekniği çok sayıda tasarım çeşidi elde etmek için kullanıldı ve Genetik algoritma tabanlı çok amaçlı optimizasyon problemi Ls-Opt yazılımı ile çözüldü. Kritik araç parçalarının karmaşık doğrusal olmayan sonlu elemanlar modellerinin vekalet modelleri (meta model) geliştirilmiştir. Daha sonra bu model kuvvet oranını ve pedal yer değiştirmesini en aza indirgerken sönümlenen enerjiyi maksimum yapmayı hedefleyen Genetik algoritma tabanlı optimizasyon döngüsüne entegre edildi. 10 iterasyon optimizasyon döngüsü çevirilerek optimizayon çözümlerinde yakınsama hedeflendi. Döngü sonunda elde edilen sonuçlarla , kullanılan method ile daha az zamanda optimum tasarıma yönelik çözümler bulunmuştur. Tezin optimizasyon bölümünde iki optimizasyon çalışması örneği vardır. İlk örnek, sönümlenen enerjiyi maksimize eden ve kuvvet oranını en aza indirgeyen iki amaç fonksiyonuna sahiptir. Optimizasyon sonucunda beklenen, temel bir metodoloji oluşturmak için minimum kuvvet oranı ile maksimum sönümlenen enerji arasındaki ilişkiyi anlamaktır. Önerilen metodoloji, pareto çözümlerinin elde edilmesi olduğu için bu çalışma çok amaçlı optimizasyon çıktılarına dayanmaktadır. Geliştirilmek istenen metodoloji, tasarımcının önerilen tüm tasarımların çarpışma performasını kolay ve etkili bir şekilde değerlendirebilmesini sağlamayı amaçlamaktadır. Elde edilen pareto çözümler farklı amaç fonksiyonlarının daha etkili olduğu tasarımlar da sunmaktadır. İki amaç fonksiyonunda etkin olduğu tasarım kümesinden ziyade baskın olan amaç fonksiyonunun sahip olduğu parametrelere ait tasarımı seçmeye yöneliktir. İkinci örnek ise sönümlenen enerjiyi maksimize ederken, kuvvet oranını en aza indirgeyen üç amaç fonksiyonuna sahiptir. İkinci optimizasyon döngüsü, metodolojiyi kanıtlamaya yardımcı olması ve amaç fonksiyonlarının artması durumunda optimizasyon sonuçlarında nasıl bir değişim olduğunu anlamak için oluşturulmuştur. Amaç fonksiyonunun artması pareto çözümlerinde etkin olan paraemetrelerin amaç fonksiyonundaki sonuçlar üzerindeki trendlerinin anlaşılmasını sağlar. Bu sayede optimum çözüm bulabilmek için genel pareto kümesinden tasarımlar seçilmiştir.Sayısal sonuçlar çarpışma sırasında sönümlenen enerjinin dinamik optimizasyon yaklaşımı ile artırılabileceğini göstermektedir. Metamodel tekniği kullanılarak geliştirilmeye çalışılan yöntem küçültülmüş model üzerinden optimizasyon döngüsü çözülerek doğrulanmaya çalışılmıştır. Çözüm süresinin kısaltılarak , en etkin tasarımı bulmaya yönelik hedef üzerinden çalışılan tez konusu genel anlamda etkin sonuçlar veremeye yönelik tasarımlar sunmuştur.