Farklı otomobil şasi modelleri ve malzemeleri için ökzetik yapılı komponentlerin değerlendirilmesi
Evaluation of auxetic structured components of different automobile chassis models and materials
- Tez No: 1019586
- Danışmanlar: DOÇ. DR. CEVAT ÖZARPA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Otomotiv Mühendisliği, Automotive Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Otomotiv güvenliğinde enerji sönümleme bileşenlerinden biri olan çarpışma kutusu için çarpışma performansının iyileştirilmesi, hafif ve daha güvenli araç tasarımlarına katkı sağlamaktadır. Bu tez kapsamında, negatif Poisson oranına sahip ökzetik metamalzemelerin çarpışma kutusu uygulamalarındaki enerji soğurma (SEA) performansı deneysel düşey darbe testi, ANSYS Explicit Dynamics analizi ve MATLAB tabanlı analitik model aracılığıyla değerlendirilmiştir; beş farklı ökzetik birim hücre geometrisi (yeniden giren, kiral, dönen birim, çift ok ve kelebek) ile ökzetik olmayan klasik (içi boş) bir çarpışma kutusu yapısı, aynı cidar kalınlığı ve aynı darbe test koşulları altında, geometriye özgü dış boyutlarla karşılaştırılmıştır. Çalışmada deneysel düşey darbe (drop-weight) testi, ANSYS Explicit Dynamics ile sonlu elemanlar simülasyonu ve MATLAB ortamında geliştirilen ExamineAuxetic uygulaması ile analitik modelleme olmak üzere üç yöntem birlikte uygulanmıştır: Deneysel testler PLA numunelerin darbe yanıtını belirlemek, ANSYS Explicit Dynamics modeli gerilme ve deformasyon dağılımını incelemek, MATLAB tabanlı ExamineAuxetic uygulaması ise analitik çarpışma simülasyonu (SEA, CFE, tepe kuvveti ve birim hacim enerji absorpsiyonu) ile analitik Poisson oranı hesabı için birlikte kullanılmıştır. Bunlara ek olarak, beş ökzetik geometrinin (Yeniden Giren, Çift Ok, Kelebek, Kiral ve dönen birim) temel mekanik davranışı ANSYS Workbench ortamında statik eksenel çekme ve basma yüklemeleri altında da incelenmiş; topoloji bağımlı rijitlik, enerji absorpsiyonu ve Poisson oranı davranışları karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir Tezin asıl odağı, ökzetik geometrilerin enerji absorpsiyon performansının değerlendirilmesi olup; başlıca metrikler spesifik enerji absorpsiyonu (SEA), tepe kuvveti, ezilme kuvveti verimliliği (CFE), birim hacim enerji absorpsiyonu (VEE) ve yoğunlaşma gerinimidir. Ökzetik davranışın doğrulanması (ν (Poisson oranı)<0 koşulu), MATLAB tabanlı analitik model ile literatürdeki kapalı-form çerçevelere [1–6] referansla gerçekleştirilmiştir. Deneysel ezilme yetersizliği nedeniyle ν'nün deneysel ve sayısal ölçümü tez kapsamı dışında tutulmuştur. Deneysel (PLA, düşey darbe testi) sonuçlar, dönen birim geometrisinin en yüksek SEA değerine (116.0 mJ/kg) ulaştığını; yeniden giren geometrisinin (105.8 mJ/kg) ve dönen birim geometrisinin referans çarpışma kutusuna (92.8 mJ/kg) göre sırasıyla yaklaşık %14 ve %25 daha yüksek spesifik enerji absorpsiyonu sergilediğini ortaya koymaktadır. MATLAB analitik modeli (AlSi10Mg) ise yeniden giren geometrisini 165.14 J/kg ile en yüksek SEA değerine sahip yapı olarak belirlemiş; ökzetik geometriler arasındaki sıralama iki yöntemde farklılık göstermiştir. Tüm beş ökzetik geometride MATLAB analitik modelle negatif Poisson oranı ν<0 koşulu doğrulanmıştır. Elde edilen sonuçlar, enerji absorpsiyon performansının geometriye ve malzemeye bağlı olarak önemli ölçüde değiştiğini; tüm ökzetik geometrilerin eşit performans sergilemediğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
Improving the crash performance of crash boxes, one of the most critical energy-dissipation components for automotive safety, directly contributes to lighter and safer vehicle designs. In this thesis, the energy absorption (SEA) performance of auxetic metamaterials with negative Poisson ratios in crash box applications was systematically evaluated; five different auxetic unit cell geometries (re-entering, chiral, rotating unit, double arrow, and butterfly) were compared with a non-auxetic classical (hollow) crash box structure, under the same wall thickness and impact test conditions, and with geometry-specific external dimensions. In this study, three complementary methods were used together: experimental vertical impact (drop-weight) testing, finite element simulation with ANSYS Explicit Dynamics, and analytical modeling with the ExamineAuxetic application developed in MATLAB. In addition, the basic mechanical behavior of five auxetic geometries (Re-entering, Double Arrow, Butterfly, Chiral, and rotating unit) was also investigated under static axial tensile and compressive loads in the ANSYS Workbench. The main focus of the thesis is the environment; topology-dependent stiffness, energy absorption, and Poisson ratio behaviors were evaluated comparatively. Evaluation of the energy absorption performance of auxetic geometries; the main metrics are specific energy absorption (SEA), peak force, crushing force efficiency (CFE), unit volume energy absorption (VEE), and condensation strain. The validation of auxetic behavior (ν<0 condition) was performed with a MATLAB-based analytical model, referencing closed-form frameworks in the literature [1–6]. Experimental and numerical measurements of ν were excluded from the scope of this thesis due to insufficient experimental crushing capabilities. Experimental results (PLA, drop-weight test) reveal that the rotating-rhombi geometry achieves the highest SEA value (116.0 mJ/kg), followed by the re-entering geometry (105.8 mJ/kg); both exceed the reference crash box (92.8 mJ/kg) by approximately 25% and 14%, respectively. The MATLAB analytical model (AlSi10Mg) identifies the re-entering geometry as the top performer at 165.14 J/kg, while the SEA ranking differs between the two methods. The negative Poisson ratio ν<0 condition was confirmed in all five auxetic geometries using MATLAB analytical modeling. The results demonstrate that specific auxetic geometries—particularly the rotating-rhombi and re-entering configurations—outperform the classical hollow crash box in automotive passive safety applications; however, the remaining auxetic geometries (chiral, butterfly, double arrow) yielded considerably lower energy absorption, underscoring that auxetic topology alone does not guarantee superior crashworthiness performance.
Benzer Tezler
- Ağır ticari araçlarda alüminyum şasilerinin korozyon davranışlarının iyileştirilmesi
Improving the corrosion behavior of aluminum chassis in heavy commercial vehicles
MİRAÇ MUTLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞEGÜL AKDOĞAN EKER
- Modelling longitudinal motion of an electric vehicle and wheel slip control through NN based uncertainty prediction
Elektrikli aracın boyuna hareketinin modellenmesi ve yapay sinir ağı tabanlı belirsizlik kestirimli tekerlek kayma kontrolü
DUYGU ÖZYILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OVSANNA SETA ESTRADA
- Bir yarış otomobilinde hidrolik sönümleyici karakteristiklerinin çekiş performansına etkileri
The effects of hydraulic shock absorber characteristics on tractive performance of a race car
ÖMÜR CAN KAYAOKAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGEN AKALIN
- Development of automobile chassis parts via aluminum extrusion and sand casting technology
Otomobil şasi parçalarının alüminyum extrüzyon ve kum döküm yöntemi ile geliştirilmesi
ONUR DEMİREL
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KALKANLI
- Elektrikli kentsel otomobil tasarımı ve performansının optimizasyonu
Optimization of electric urban car design and performance
FERRUH ALTUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Endüstri Ürünleri TasarımıErciyes ÜniversitesiEndüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEZAİ ALPER TEKİN