Otomotiv uygulamaları için L tipi salıncaklarda çelik sac malzeme seçiminin yorulma testleri ve sonlu elemanlar analizi ile değerlendirilmesi
Evaluation of steel sheet material selection in L-type control arms for automotive applications through fatigue testing and finite element analysis
- Tez No: 1001352
- Danışmanlar: DOÇ. DR. YAKUP YÜREKTÜRK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Otomotiv, Otomotiv endüstrisi, Otomotiv mühendisliği, Yorulma, Yorulma analizi, Yorulma davranışı, Yorulma dayanımı, Yorulma test makinesi, Yorulma çatlağı, Yorulma ömrü, Automotive, Automotive industry, Automotive engineering, Fatigue, Fatigue analysis, Fatigue behavior, Fatigue strength, Fatigue testing machine, Fatigue crack, Fatigue life
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Otomotiv süspansiyon sistemlerinde kullanılan salıncak kolları, araç güvenliği ve sürüş konforu açısından kritik öneme sahip yapısal bileşenlerdir. Bu parçalar, servis ömürleri boyunca değişken ve tekrarlı yüklemelere maruz kalmakta olup, yorulma kaynaklı hasar ve kırılmalar süspansiyon sistemlerinde ciddi güvenlik riskleri oluşturmaktadır. Bu tez çalışmasında, L geometrisine sahip bir alt salıncak kolunda saha ve laboratuvar koşullarında gözlemlenen erken yorulma hasarlarının nedenlerinin belirlenmesi, hasar mekanizmasının ortaya konulması ve bu doğrultuda tasarım ile üretim süreçlerine yönelik iyileştirme çalışmalarının gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. Devam eden çalışmalarda, yol verileri dikkate alınarak 5 kN seviyesinde belirlenen yük değeri ile farklı malzeme ve tasarım kombinasyonları için yorulma testleri uygulanmıştır. Bu kapsamda DD13 malzemesi kullanılarak üretilen parça 426.304 çevrimde, S420MC malzemesi kullanılarak üretilen parça ise 1.068.231 çevrimde deformasyona uğrayarak kırılmıştır. Yapılan analizlerde gerilme dağılımları, güvenlik faktörü haritaları ve şekillendirme süreçlerine ait incelme davranışları detaylı olarak incelenmiştir. Özellikle kalıplama ve şekillendirme aşamalarında, FLD (Forming Limit Diagram) diyagramları kullanılarak parçanın şekillendirilebilirlik sınırları değerlendirilmiştir. İki operasyonlu olarak tasarlanan iyileştirilmiş kalıp geometrisi için elde edilen FLD (Şekillendirme Limit Diyagramı) sonuçlarında, parçanın genelinde güvenli şekillendirme bölgeleri gözlemlenmiş, ancak boru bölgesine yakın yan duvar alanlarında maksimum %25 seviyelerine ulaşan incelme değerleri tespit edilmiştir. Yapılan kırık parça incelemelerinde, kırılmanın yüzeyden başlayan çatlaklar sonucu ilerlediği ve nihai kırılmanın yorulma kaynaklı olduğu belirlenmiştir. Optik ve mikroskobik incelemelerde, çatlak başlangıç bölgelerinde oksitlenme izlerine rastlanmış, bu durum çatlakların belirli bir süre ilerledikten sonra nihai kırılmanın gerçekleştiğini göstermiştir. Özellikle S420MC malzemesi kullanılarak ve güncellenmiş geometri ile üretilen parça için gerçekleştirilen hızlandırılmış yorulma testlerinde, 313.707 çevrimlik ürün ömrü elde edilmiştir. Uygulanan yükün normal şartların üzerinde olması nedeniyle 1.000.000 çevrim hedefine ulaşılamamış olsa da malzeme ve tasarım değişiklikleri ile ortalama %63 oranında bir ömür artışı sağlandığı tespit edilmiştir. Sonuç olarak bu çalışma, otomotiv süspansiyon sistemlerinde kullanılan sac metal salıncak kollarında yorulma hasarlarının yalnızca malzeme seçimine değil, aynı zamanda tasarım geometrisi, şekillendirme prosesleri ve yükleme koşullarına bağlı olarak geliştiğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
Control arms used in automotive suspension systems are critical structural components in terms of vehicle safety and ride comfort. These parts are subjected to variable and cyclic loading conditions throughout their service life, and fatigue-related damage and fractures may lead to serious safety risks in suspension systems. In this thesis, it is aimed to determine the causes of early fatigue failures observed under field and laboratory conditions in an L-shaped lower control arm, to identify the underlying damage mechanisms, and to carry out design- and manufacturing-oriented improvement studies accordingly. In the subsequent stages of the study, fatigue tests were conducted using different material and design combinations under a load level of 5 kN determined based on road load data. Within this scope, the control arm manufactured from DD13 material failed due to deformation at 426,304 cycles, whereas the control arm manufactured from S420MC material failed at 1,068,231 cycles. In parallel with the experimental studies, finite element analyses were performed for the control arm. Stress distributions, safety factor maps, and thinning behavior related to forming processes were examined in detail through these analyses. In particular, during the die design and forming stages, the formability limits of the component were evaluated using Forming Limit Diagram (FLD) analyses. For the improved die geometry designed with a two-operation forming process, FLD results indicated that safe forming regions were generally observed across the part; however, maximum thinning values reaching approximately 25% were detected in the sidewall regions close to the bushing area. Fractographic examinations of the failed components revealed that crack initiation occurred from the surface and that the final fracture developed as a result of fatigue damage. Optical and microscopic investigations showed the presence of oxidation traces at the crack initiation regions, indicating that cracks propagated over a certain period before final failure occurred. For the component manufactured using S420MC material and the updated geometry, accelerated fatigue tests resulted in a product life of 313,707 cycles. Although the target of 1,000,000 cycles could not be achieved due to the applied load being higher than normal operating conditions, an average fatigue life improvement of approximately 63% was obtained through material selection and design modifications. In conclusion, this study demonstrates that fatigue failures in sheet metal control arms used in automotive suspension systems are not solely dependent on material selection but are also strongly influenced by design geometry, forming processes, and loading conditions.
Benzer Tezler
- Structural health monitoring of frp composites using fbg sensors
Frp kompozitlerin yapısal sağlık takibinin fbg sensörler kullanılarak gerçekleştirilmesi
ERDEM AKAY
Doktora
İngilizce
2018
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
PROF. DR. MEHMET YILDIZ
- Poliüretan köpük/spacer kumaş kompozitlerinin tasarımı ve karakterizasyonu
Design and characterization of polyurethane foam/spacer fabric composites
MHD MANSOUR NAKAWA
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ DEMİR
- Analytical and experimental investigation of frictional behaviors of command and control cables
Kontrol kablolarının friksiyon davranışlarının analitik ve deneysel olarak incelenmesi
CÜNEYT BAYRAM
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ZEYNEP PARLAR
- Otomotiv endüstrisi için bazkat boyada kalite özelliklerine yönelik makine öğrenimi uygulamaları
Quality basecoat paint for the automotive industry machine learning applications for their properties
OLGUN ÖZCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Kimya MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜN YÜCEL
- On-chip antennas and PCB packaged phased-array radar receiver front-end at mm-wave frequencies
Milimetre-dalga uygulamaları için yonga-üstü antenler ve PCB paketli faz-dizinli radar alıcı ön-ucu
MIRMEHDI SEYYEDESFAHLAN