Yeni bir bulaşık makinesi mekanik yapı ve ambalaj modülünün sonlu elemanlar yöntemiyle optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, yeniden tasarlanmış bulaşık makinesi mekanik yapısının düşürme testi simülasyonları, detaylı bir sonlu elemanlar (SE) modeli kullanılarak yapılmıştır. Nonlineer açık sonlu eleman kodu LS-DYNA ® düşürme testi simülasyonlarında kullanılmıştır. Sonlu elemanlar modeli iki düşürme senaryosunun (taban ve yana doğru eğimli) testlerinin yapılmasıyla doğrulanmıştır. Ambalaj modülü malzeme modeli (EPS köpüğü) için doğrulama çalışması gerçekleştirilmiştir. En iyi çarpışma performansını sağlayan tasarım değişkenlerinin bulunması için bir optimizasyon çalışması yapılmıştır. Geometrik parametrelerin ve malzeme özelliklerinin bazı parçaların (kademeli ayak ve alt köpük) ağırlıkları üzerindeki etkisi incelenmiştir. Vekil model tabanlı optimizasyon yaklaşımı takip edilerek, her iki parçanın ağırlıklarının minimize edilmesi için en iyi kademeli ayak kalınlığı, alt köpük yoğunluğu ve alt köpüğün yüksekliğindeki artış miktarı bulunmuştur. İki farklı vekil model, polinom yanıt yüzey ve radyal tabanlı fonksiyon, bulaşık makinesi mekanik yapısı ve ambalaj modülünün düşürme performansında kritik rol oynayan kısıtların tahmin edilmesi için kullanılmıştır. Kademeli ayak kütlesinin az miktarda, alt köpük kütlesinin önemli bir derecede düşürülebildiği görülmüştür. Kademeli ayak kütlesi ve alt köpük kütlesinde sırasıyla % 5.95 ve % 24.8 kütle kazanımı elde edilmiştir. Son olarak, çok amaçlı optimizasyon çalışması, her iki parçanın ağırlıkları arasında bir ilişkinin tanımlandığı kompozit amaç fonksiyonun minimize edilmesiyle gerçekleştirilmiştir. Çok amaçlı optimizasyon için, kademeli ayak kütlesi ve alt köpük kütlesinde sırasıyla % 5.0 ve % 22.9 kütle kazanımı elde edilmiştir.

In this study, drop test simulation of the mechanical structure of a redesigned dishwasher is accomplished using a detailed finite element (FE) model. The nonlinear explicit finite element code LS-DYNA® is used for the drop impact simulations. The finite element model is validated by conducting real tests for two drop scenarios (vertical and inclined to the side). Validation of the packaging module material model (EPS foam) is conducted. An optimization study is performed in order to find the values of design variables for optimum crash performance. The effects of geometrical parameters and material properties on the weights of certain components (dogleg plate and bottom foam) are investigated. Surrogate-based optimization approach is followed to find optimum values of the dogleg plate thickness, the bottom foam density and increment in the bottom foam height to minimize the weights of both components. Two different surrogate models, namely polynomial response surfaces and radial basis functions, are used to predict optimization problem constraints that have crucial role on the crash performance of the dishwasher mechanical structure and the packaging module. It is observed that the dogleg plate mass can be slightly reduced and the bottom foam mass can be significantly reduced. The weight of the dogleg plate and the bottom foam can be lowered as much as 5.95% and 24.8% respectively. Finally, multi-objective optimization is performed by minimizing a composite objective function that provides a compromise between the weights of both components. For multi-objective optimization the weight reduction of 5.0% and 22.9% can be obtained for the dogleg plate and the bottom foam respectively.