Bal peteği dolgulu hibrit yapıların enerji sönümleme kapasitelerinin incelenmesi ve optimizasyonu

Abstract

Enerji sönümleyici yapılar birçok sektörde kullanılan önemli bir yapısal elemandır. Otomotiv sektöründe enerji sönümleyici yapıların araç içerisinde bulunan sürücü ve yolcuların güvenliğini sağlamaktadır. Önden çarpışma durumlarında çarpışma kutuları ortaya çıkan enerjiyi sönümlemekle görevlidir. Çarpışma kutularının hafif ve yüksek mukavemete sahip olmaları beklenmektedir. Bu tez çalışmasında bal peteği dolgulu hibrit enerji sönümleyici yapıların çarpışma performansı nümerik olarak belirlenecektir. Deney tasarımında farklı geometrik ve yapısal seviyeler bulunduğu için Taguchi deney tasarımı kullanılmıştır. 36 Deney tasarımı sonucunda çok kriterli karar verme yöntemlerinden biri olan TOPSIS yöntemi kullanılarak en uygun tasarıma ulaşılması hedeflenmektedir. Analiz modellerinde kullanılacak malzeme kartları literatür doğrulaması ile hazırlanmıştır. Analiz modelinde çok fazla kontak ve eleman bulunması analiz çözüm sürecini oldukça uzatmaktaydı. Bu sorunun çözülebilmesi için ağırlık ölçeklendirme çalışması gerçekleştirilmiştir. %10 Ağırlık arttırması analiz süresini yarıya düşürmüştür. Uygun analiz modeli Python programlama dili kullanılarak geliştirilen TOPSIS kodu ile elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar incelendiğinde en yüksek enerji sönümleme kapasitesine sahip modelin TOPSIS puanı en yüksek olmaktadır. En yüksek puana sahip model boş alüminyum tüpe göre %22 daha fazla enerji sönümleme kapasitesine sahip olmaktadır. En yüksek TOPSIS puanına sahip modeller incelendiğinde dış tüp malzemesinin karbon fiber destekli kompozit tüp olduğu gözlemlenmiştir. En düşük puana sahip modellerde ise dış tüp ve iç tüp kalınlığının 1 mm ve iç dolgunun dolu olduğu modeller olduğu gözlemlenmiştir. En düşük tepe ezilme değerine sahip modellerde dış tüp malzemesinin alüminyum olduğu, dış dolgunun dolu, dış tüp çapının 80 mm ve dış tüp kalınlığının 1 mm olduğu gözlemlenmiştir.

Energy absorbing structures are crucial structural elements utilized in various industries. In the automotive sector, energy absorbing structures ensure the safety of drivers and passengers within vehicles. Crash boxes are tasked with dampening the impact energy. Crash boxes are expected to be lightweight yet possess high strength. In this thesis, the crash performance of honeycomb-filled hybrid energy absorbing structures will be numerically determined. Due to the presence of different geometric and structural levels in the experimental design, the Taguchi experimental design has been employed. Following the 36 experimental designs, the TOPSIS method, a multi-criteria decision-making approach, will be utilized to achieve the optimal design. Material cards for the analysis models have been prepared through literature validation. The analysis model contained a significant number of contacts and elements, leading to a lengthy analysis solution process. To address this issue, a mass scaling study was conducted. A 10% weight increase reduced the analysis time by half. The appropriate analysis model was developed using the Python programming language and the TOPSIS code. Upon examining the obtained results, the model with the highest energy absorbing capacity has the highest TOPSIS score. The model with the highest score exhibits 22% greater energy dissipation capacity compared to an empty aluminum tube. Upon analyzing models with the highest TOPSIS scores, it was observed that the external tube material is carbon fiber-reinforced composite. Models with the lowest scores have an external and internal tube thickness of 1 mm, with a solid internal fill. Models with the lowest peak crushing values feature an aluminum external tube material, solid external fill, 80 mm external tube diameter, and 1 mm external tube thickness.