Geri Dön

Influence of rib stiffener design parameters on the noise radiation of an engine block

Kaburga tasarım parametrelerinin motor bloğundan yayılan gürültü üzerine etkileri

PDF İndir

  1. Tez No: 335800
  2. Yazar: ENDER BALCI
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖZGEN AKALIN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2013
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Otomotiv Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 76

Özet

Araç gürültüsü, gerek homologasyonun yapılıp aracın satılabilmesi gerekse artan müşteri beklentileri karşısında müşteri memnuniyetinin sağlanabilmesi adına, günümüzde önemli bir konu haline gelmiştir. Bir aracın yaymış olduğu gürültüye katkıda bulunan pek çok parametere bulunmaktadır. Motor ve aktarma organları, hava emiş ve egzos sistemleri, araç gövdesi ve lastikler, aracın toplam gürültüsüne katkıda bulunan önemli bileşenlerdendir. Bunlar arasından motorun yaydığı gürültü özellikle orta frekans bandında oldukça baskındır. Bu sebeple düşük araç seviyesi gürültü için düşük motor gürültüsüne erişilmesi önemlidir. İçten yanmalı bir motordan yayılan gürültünün kaynağı çeşitli akış gürültüleri ile yapının yanma olayı sonucu tahriki ile oluşan yapısal gürültü olarak iki başlıkta sınıflandırılabilir. Akış kaynaklı gürültü, motorun işlev görmesinde rol alan hava, su ve yağ gibi akışkanların çeşitli sistemler dahilinde yaptıkları hareket neticesinde oluşan direkt gürültüdür. Akış kaynaklı gürültü, içten yanmalı bir motorda özellikle belirli saf tonlarda kendini gösterdiğinden, genel motor gürültüsü içerisinde kolaylıkla farkedilmesi, dikkat çekip rahatsızlık yaratması açısından önem arz etmektedir. Fakat bu tip gürültü mekanizması, bir motorun toplam ses seviyesine önemli bir etkide bulunmamaktadır. Bir motorun yaydığı gürültünün en önemli sebebi yapısal gürültüdür ki temelde tahrik kuvvetleri altında, motor yapısındaki çeşitli komponentlerin titreşimi neticesinde ortaya çıkmaktadır. Motor gürültüsünün oluşmasına sebep veren tahrik kuvvetleri, yanma olayı sonucu oluşan silindir içi basınç sebebiyle oluşmaktadır. Bu kuvvetler özellikle kafada yanma olayına maruz kalan bölgelerde, silindir boyunca ve krank ana yataklarında etkilerini gösterirler. Bu kuvvetler ardından motor bloğuna ve bağlı diğer komponentlere iletilirler. Yanma sonucu oluşan bu kuvvetlerin gürültüye olan etkilerini düzenlemek, yanma olayının optimizasyonu ile mümkündür. Yanma parametrelerinin optimize edilmesi veya Diesel motorlarda ön püskürtme stratejisinin kullanılması ile daha düşük gürültü seviyelerine erişmek mümkündür. Öte yandan tahrik edilen motor komponentlerinin yapısal olarak iyileştirilmesi de, yayılan gürültünün daha düşük seviyelere inmesini sağlayabilir. İçten yanmalı bir motorda diğer komponentlerin üzerine bağlandığı ve motorun ana komponenti olarak nitelendirilebilecek olan motor bloğu, yayılan gürültüye çok büyük katkıda bulunan bir komponenttir. Motor bloğunun, gerek yanma kuvvetlerine direkt maruz kalması açısından, gerek fazla direngen bir yapıya sahip olamamasından gerekse de boyutları dolayısıyla ses yaymaya müsait büyük panellere sahip olmasından ötürü, gürültü geliştirmesi aşamasında üzerinde çalışma yapılması önem arz etmektedir. Motor bloklarının yaydıkları gürültünün makul seviyelerde olması için alınabilecek farklı tedbirler mevcuttur. En önemli husus blok konseptinin uygun seçimidir. Özellikle etek boyu kısa ve bir destekleyici alt elemandan oluşan iki parçalı konsept, titreşim ve gürültü açısından en uygun konsept olarak kabul görmektedir. Bunun dışında yine direngenliği yüksek farklı motor bloğu konseptleri de mevcuttur. Fakat farklı açılardan dezavantaj getirmeleri açısından, gürültü yayma potansiyeli daha fazla olan konseptler de piyasada kullanılmaktadır. Konsept belirlendikten sonra, gürültüye etkisi olan bir başka husus da motor bloğu malzemesidir. Elastisite modulü yüksek ve sönüm özelliği fazla olan malzemeler gürültü açısından daha avantajlı ise de ağırlık, dayanım ve üretilebilirlik konuları da bu seçimde rol oynadığından, kullanılan malzemeler her zaman gürültü açısından en iyi malzemeler olamamaktadır. Motor bloklarında gürültü yayılımının azaltılması adına yaygın olarak kullanılan bir uygulama da yapı üzerinde kaburga elemanların kullanılmasıdır. Kaburga elemanlar, yüzey üzerindeki ince ve çok yüksek olmayan çıkıntılar olarak tanımlanabilir. Bu elemanlar, eklendikleri yüzeyin direngenliğini artırıp doğal frekanslarını daha yüksek frekans değerlerine ötelerken, büyük yüzeylerin parçalanıp daha ufak yüzeylere ayrılmasına ve dolayısıyla daha az gürültü yayılmasını sağlamaktadır. Motor blokları üzerinde kaburgaların kullanılmasının gürültüye olumlu etkisi olduğu literatürdeki çalışmalarda gösterilmişse de bu elemanların optimum olarak nasıl tasarlanması gerektiği hakkında bir çalışmaya rastlanmamıştır. Bu çalışma, motor bloğu üzerinde kullanılan çeşitli boyut ve sayıdaki kaburgaların motor bloğundan yayılan gürültü üzerine etkilerini incelemeyi konu almaktadır. Kaburga parametrelerinin farklı değerlerinin yayılan gürültüye ne yönde etkisi olduğunun araştırılması amaçlanmaktadır. Motor yayılan gürültü seviyelerinin tespiti için, çalışmada sonlu eleman ve sınır eleman yöntemlerinin bir arada kullanıldığı bir metodoloji oluşturulmuştur. Gürültü yayılma problemi yapının yüzeyinde oluşan titreşim seviyeleri ve bu yüzey titreşimlerinin akustik ortamda ilerlemesi olarak iki ayrı adımda incelenebileceğinden, iki farklı yöntemin birlikte kullanılması söz konusu olmuştur. Sonlu elemanlar yöntemi problemin titreşim kısmını, sınır elemanlar yöntemi ise akustik kısmını çözmekte kullanılmıştır. Yüzeyde oluşan titreşim seviyelerinin tespiti için öncelikle yapıyı tahrik eden kuvvetlerin hesabı gerekmektedir. Yanma sonucu oluşan tahrik kuvvetlerinin hesabı için bir boyutlu bir dinamik model oluşturulmuş ve ilgili kuvvetler çıktı olarak alınmıştır. Bu kuvvetlerin frekans alanında hesabı için bir kod geliştirilmiş ve yüklerin analizde kullanılabilecek hale gelmesi sağlanmıştır. Öte yandan kurulan sonlu eleman motor modeline, söz konusu yükler etkitilmiş ve model yüzey noktalarındaki titreşim seviyeleri çıktı olarak alınmıştır. Problemin akustik tarafının çözümünde, yüzey ile uzaydaki belirli bir nokta arasındaki akustik ilişkiyi veren akustik transfer vektörlerinden faydalanılmıştır. Oluşturulan sınır eleman modeli ile yapının akustik transfer vektörleri çıkartılmış, son aşamada bu vektörler ile daha once elde edilen yüzey titreşim seviyeleri çarpılarak, modelde konumlandırılmış mikrofonlardan ses basınç düzeyleri elde edilmiştir. Anlatılan metodoloji vasıtası ile, motor bloğunun en fazla gürültü yaydığı motor çalışma hızında, gürültüye fazlaca etkisi olan bir bölge belirlenmiş ve farklı özelliklere sahip kaburgaların etkisi incelenmiştir. Ele alınan parametreler kaburga yükseklikleri, kalınlıkları ve adedidir. Bu çerçevede oluşturulan farklı motor blokları için yüzey hızları tekrar hesaplatılmış, hali hazırda var olan akustik transfer vektörleri ile aynı mikrofon pozisyonlarından okunan gürültü sonuçları kıyaslanarak çıkarımlar yapılmıştır. Son bölümde, çalışmanın daha ileriye götürülmesi adına yapılabileceklere değinilmiştir. İlk olarak, ele alınan kaburga parametrelerinden daha fazlasının incelenmesi etkilerin daha net görülmesi adına yararlı olabilecektir. Her bir durum için üç farklı parametre değeri alınmışken, daha fazla iterasyon ile problemin lineer olmayan neticeleri daha iyi ortaya konabilecektir. Bunun dışında, yapılan çalışmada parametrelerin birbirlerine olan etkisi ihmal edilmiş sadece hassasiyetler üzerine durulmuştur. Her bir parametrenin farklı değerlerde olduğu değişik kombinasyonların incelenmesi üzerine bir deney tasarım matrisi oluşturulması ile parametrelerin birbirleriyle olan etkileşimi de daha net ortaya çıkarılabilecektir. Son olarak, ele alınan durum yalnızca yapıdaki lokal modların geliştirilmesi üzerine kurulmuştur. Motor bloklarında daha düşük frekanslarda ortaya çıkan ve yapının genel olarak komple hareketlerde bulunduğu modlarının baskın olduğu bölgede kaburgaların etkisi incelenmemiştir. Söz konusu doğal frekans hareketlerine tesir edecek daha kapsamlı kaburga tasarımlarının optimize edildiği bir çalışma yapılması, bu frekans bölgesinde yapılması tavsiye edilen kimi çıkarımların elde edilmesini sağlayacaktır.

Özet (Çeviri)

Exterior and interior noise levels of a vehicle has become an important topic nowadays because of not only costumer satisfaction but also legistlations by the government. There are many contributors to a vehicle?s radiated noise. Engine noise radiation is one of the most important of them especially in the middle frequency range. That is why, to achieve lower vehicle noise, lower noise radiation from the engine should be achieved. In an internal combustion engine, there are two main types of noise sources, which are the flow noise and the structural noise caused by the excitation of the engine structure by the combustion forces. Generally, the flow noise does not contribute to noise level of an engine much, it creates unwanted noise error-states that can be easily detected by the customer and results in dissatisfaction. For the radiated noise level improvement, the main focus should be the structural noise itself. The engine excitation forces are caused by the combustion event in the combustion chamber and transmitted to the engine structure from the engine head flame deck region, liners and the main bearings. These loads are then transmitted to the other engine components starting from the engine block and because of the vibration of these components the sound waves are created in the acoustic medium. Although lower noise radiation could be achieved by the optimization of the combustion event in the combustion chamber, the aim of this study is to reduce the radiated noise with structural optimization perspective. The engine block which can be named as the main component of an engine in which the combustion event occurs and on which the other engine components are attached, is one of the major contributor to the overall engine radiated noise since the engine blocks can not be made very stiff, are excited directly by the combustion and have large outer panels with high noise radiation potential. That is why, improvement studies on the engine blocks can bring significant improvements in terms of noise radiation. Many precautions can be taken for lower noise radiation from an engine block. Using ribs on the noise radiating panels of the engine blocks is a common application among the manufacturers. These ribs stiffen the structure and shift the natural frequencies to higher frequencies as well as they divide the surface resulting in less radiating panels. There are various studies in the literature that show the improvement from the rib usage. However, there is no systematic approach for rib parameters design to reduce the noise radiation from an engine block at specific problematic frequencies. This study aims to investigate the rib parameter values effect on the engine block noise radiation. A finite element and boundary element coupled methodology was used in this study where the noise radiation problem was divided into two as vibrational and acoustic parts. Finite elements method was used for vibrational while boundary element approach was used for acoustic calculations. For the vibrational part of the problem, firstly the combustion forces in crank angle domain were calculated by using a multi-body dynamics model. These forces were then converted into frequency domain with Fourier transformation by use of a developed code. These forces were applied to the created finite element engine model and the surface vibration velocity levels were extracted. For the acoustic calculation part, a boundary element model of the engine was created and the acoustic transfer vectors which give the relationship between the engine surface and the pre-defined microphone locations were calculated. At the final step, the surface vibration data were combined with these vectors and the sound pressure levels were predicted. By use of this methodology, at the highest noise level occurring speed and at highest contributing side, a region for ribbing was determined and the effects for different rib patterns and parameters were investigated. At the final section of the study, further improvement opportunities were listed. First of all, investigating more ribbing parameters would give better idea on the ribbing effect. Furthermore, this study does not cover the interactions between the ribbing parameters and is only a sensitivity analysis. Using a design of experiment matrix would be beneficial to find out the interactions of different ribs and to make it easier to achieve an optimum rib design. Finally, the ribbing approach investigated in this study is only for the local mode shapes. Such ribs are not effective for lower frequency global modes. Studying on the more global, larger panels effecting ribs would make it possible to find out ways of decreasing the noise radiation caused by global mode shapes which are generally at lower frequency range.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    885237

    Beton dolgulu çelik kolonların bulonlu alın levha kiriş birleşimlerinin çevrimsel davranışına berkitme levhalarının etkisi

    The influence of rib stiffeners on cyclic behavior of bolted end-plate connections of concrete-filled steel columns

    ARYAN AZIMI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. KADİR ÖZAKGÜL

  2. Tez No

    174094

    Nevurlu dairesel silindirik kabukların çözümü için bir yöntem

    Başlık çevirisi yok

    SIDDIK ŞENER

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1983

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. NAHİT KUMBASAR

  3. Tez No

    142551

    Betonarme tüp sistem bir yapının tasarımı

    Design of a reinforced concrete structure having tube structural system

    İSA GÜLSOY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2003

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. KADİR GÜLER

  4. Tez No

    245870

    Optimization of forging processes with a concurrent approach

    Eşzamanlı yaklaşım ile dövme işlemi optimizasyonu

    MURAT ÖZTÜRK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2009

    Makine MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Bölümü

    YRD. DOÇ. DR. FAZIL ÖNDER SÖNMEZ

  5. Tez No

    532084

    Farklı yiv derinliği ve yiv sıklığına sahip mini vidaların yerleştirilmesi esnasında kortikal kemikte oluşabilecek mikro çatlakların değerlendirilmesi

    Evaluation of the different thread depth and the pitch of orthodontic mini screws on microdamage to the cortical bone

    DİDEM BATITÜRK

    Diş Hekimliği Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Diş HekimliğiPamukkale Üniversitesi

    Ortodonti Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SERPİL ÇOKAKOĞLU

Geri Dön