Metamodel based design optimization for vehicle crashworthiness
Araç çarpışma dayanıklılığı için metamodel temelli tasarım optimizasyonu
- Tez No: 486569
- Danışmanlar: PROF. DR. ATA MUGAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Katı Cisimlerin Mekaniği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 119
Özet
Otomotiv endüstrisinde, tüm şirketler araçlarının daha iyi çarpışma davranışına sahip olması için çalışmalar yapmaktadırlar. Bu hedefe ulaşmak için aracın çarpışmaya karşı optimum şekilde tasarımına ihtiyacı vardır. Daha iyi çarpışma performasına sahip çarpışma kutusu ve şase kolları, aracın gövde bileşenlerine etkiyen çarpma yükü etkisini azaltır. Çarpma yükünün azalmasıyla ön göğüs sacına ulaşan kuvvet miktarı azalarak sürücü ve yolcunun yaşam kafesi daha düşük deformasyona uğrar. Böylece aracı daha fazla hasardan korur ve yolcuların da kaza durumlarında yaralanma riskini azaltır. Bu durum ise giderek artan sürücü ve yolcu güvenliği alanında, endüstrideki araç satış stratejilerinde önem arz eden bir kriter olma yolundadır. Çarpışma sürecinin doğasındaki karmaşıklık, çarpışmaya dayanıklılık için tasarım optimizasyonunu zor bir problem haline getirir. Ayrıca, araç yapısının çarpışmaya dayanıklılık simülasyonlarının tam ölçekli ve doğrusal olmayan davranışı nedeniyle, yapının doğrusal olmayan sonlu elemanlar modelinde optimizasyonunu gerçekleştirmek pratik olmamaktadır. Tezin temel amacı , geliştirme fazındaki bir araçta tasarımın erken safhalarında araç çarpışma dayanaklılığı, tasarım optimizasyonunu verimli bir şekilde yürütmek için pratik bir yöntem geliştirmektir. Çalışılan metodoloji, tüm araç yapısında sönümlenen toplam çarpma enerjisi miktarının en fazla olduğu ana araç yapısal parçaları ile ilgilidir. Bu parçalar üzeride şekil değişikliğiyle optimimum tasarımı bulmayı hedefler. Bu sayede daha etkin bir geliştirme adımları gerçekleştirilimiş olur. Bu tez kapsamında, tam ölçekli sonlue elemanlar modeli yerine indirgenmiş mertebeli model, 56 km/h hıza sahip bir aracın % 40 ofset ile pozisyonlanmış, deforme olabilen bir bariyere ECER94 homologasyon testine uygun bir şekilde kazayı temsil etmek amaçlı sanal olarak çarptırılmıştır. Bu çalışmada, önden çarpma darbe yüküne maruz kalan bir aracın çarpma kutusu ve şase kollarının sönümlediği enerji incelenmiştir. Doğrusal olmayan sonlu elemanlar modeli ANSA kullanılarak oluşturulmuş ve hazırlanan çarpışma analizi Ls-Dyna isimli sonlu elemanlar methodunu kullanan bilgisayar yazılımı ile çözülmüştür. Tasarım optimizasyonu , Metamodel tekniği çok sayıda tasarım çeşidi elde etmek için kullanıldı ve Genetik algoritma tabanlı çok amaçlı optimizasyon problemi Ls-Opt yazılımı ile çözüldü. Kritik araç parçalarının karmaşık doğrusal olmayan sonlu elemanlar modellerinin vekalet modelleri (meta model) geliştirilmiştir. Daha sonra bu model kuvvet oranını ve pedal yer değiştirmesini en aza indirgerken sönümlenen enerjiyi maksimum yapmayı hedefleyen Genetik algoritma tabanlı optimizasyon döngüsüne entegre edildi. 10 iterasyon optimizasyon döngüsü çevirilerek optimizayon çözümlerinde yakınsama hedeflendi. Döngü sonunda elde edilen sonuçlarla , kullanılan method ile daha az zamanda optimum tasarıma yönelik çözümler bulunmuştur. Tezin optimizasyon bölümünde iki optimizasyon çalışması örneği vardır. İlk örnek, sönümlenen enerjiyi maksimize eden ve kuvvet oranını en aza indirgeyen iki amaç fonksiyonuna sahiptir. Optimizasyon sonucunda beklenen, temel bir metodoloji oluşturmak için minimum kuvvet oranı ile maksimum sönümlenen enerji arasındaki ilişkiyi anlamaktır. Önerilen metodoloji, pareto çözümlerinin elde edilmesi olduğu için bu çalışma çok amaçlı optimizasyon çıktılarına dayanmaktadır. Geliştirilmek istenen metodoloji, tasarımcının önerilen tüm tasarımların çarpışma performasını kolay ve etkili bir şekilde değerlendirebilmesini sağlamayı amaçlamaktadır. Elde edilen pareto çözümler farklı amaç fonksiyonlarının daha etkili olduğu tasarımlar da sunmaktadır. İki amaç fonksiyonunda etkin olduğu tasarım kümesinden ziyade baskın olan amaç fonksiyonunun sahip olduğu parametrelere ait tasarımı seçmeye yöneliktir. İkinci örnek ise sönümlenen enerjiyi maksimize ederken, kuvvet oranını en aza indirgeyen üç amaç fonksiyonuna sahiptir. İkinci optimizasyon döngüsü, metodolojiyi kanıtlamaya yardımcı olması ve amaç fonksiyonlarının artması durumunda optimizasyon sonuçlarında nasıl bir değişim olduğunu anlamak için oluşturulmuştur. Amaç fonksiyonunun artması pareto çözümlerinde etkin olan paraemetrelerin amaç fonksiyonundaki sonuçlar üzerindeki trendlerinin anlaşılmasını sağlar. Bu sayede optimum çözüm bulabilmek için genel pareto kümesinden tasarımlar seçilmiştir.Sayısal sonuçlar çarpışma sırasında sönümlenen enerjinin dinamik optimizasyon yaklaşımı ile artırılabileceğini göstermektedir. Metamodel tekniği kullanılarak geliştirilmeye çalışılan yöntem küçültülmüş model üzerinden optimizasyon döngüsü çözülerek doğrulanmaya çalışılmıştır. Çözüm süresinin kısaltılarak , en etkin tasarımı bulmaya yönelik hedef üzerinden çalışılan tez konusu genel anlamda etkin sonuçlar veremeye yönelik tasarımlar sunmuştur.
Özet (Çeviri)
In automotive industry, all companies have struggled to have better crash behaviour in vehicles. For achieving that target, a vehicle has to be designed in an optimum way considering crashworthiness. Better crash performance of the bumper beam and rails helps reduce the effect of crash load transmitted to the other vehicle components, and thereby reduces the crash related damage on them and reduces the risk of injury of occupants in a crash. The nonlineer of crash process in vehicle structures make the design optimization for crashworthiness a very challenging task. Furthermore, large scale and highly nonlinear nature of crashworthiness simulations of vehicle structures make it impractical to conduct direct optimization on the full nonlinear model of the structure. The main purpose of this thesis is to find a practical methodology to conduct vehicle crashworthiness design optimization efficiently at early stages of vehicle design. The proposed methodology is based on identifying the main vehicle structural components absorbing the impact energy during a crash and then optimization of these components using metamodels. The objective of this thesis is to investigate the crash energy absorbtion of crashbox and vehicle's rails subjected to 40% offset ECER94 impact loading. Nonlinear finite element models are created by using the software ANSA and then the impact analysis is completed by using the software Ls-Dyna. Metamodelling technique is used to predict large number of design parameters and the Genetic algorithm in Ls-Opt software is employed to solve the associated multiobjective optimization problem . Computationally efficient surrogate models for expensive nonlinear finite element simulations are developed and then employed with the genetic algorithm in optimization tasks to maximize the strain energy while minimizing the force rate and for a priori pedal displacement. In the optimization chapter of the thesis, there are two optimization examples. The first example has two objective functions which are the maximization of strain energy and minimization of force rate. The results of the optimization task are employed to understand a relation between the minimum force rate and maximum strain energy. The proposed methodology is based on the principle of Pareto front and multiobjective optimization. The methodology enables the designer to evaluate the crashworthiness performance of any suggested design easily and effectively. The second example has three objective functions which are the maximization of strain energy, minimization of force rate and minimization of a priori fix pedal displacement. Numerical results imply that the obsorbed energy during crash can be increased using optimization methods.
Benzer Tezler
- Radial basis function surrogate model-based optimization of road restraint systems: Three case studies
Yol güvenlik elemanlarının radyal temelli fonksiyon tabanlı vekil model ile eniyilemesi: Üç vaka çalışması
SEDAT ÖZCANAN
Doktora
İngilizce
2019
Ulaşımİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ OSMAN ATAHAN
- Hafif elektrikli araç uygulamaları için gömülü mıknatıslı senkron motorun tasarım ve optimizasyonu
Design and optimization of permanent magnet synchronous motor for light electric vehicle applications
KEVSER ÖZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT YILMAZ
- Kriging interpolasyonu kullanan vekil modeller ile gemi kıç formunun viskoz direnç yönünden optimizasyonu
Aft form optimization of ships for minimum viscous resistance by using kriging metamodeling technique
HAYRİYE PEHLİVAN SOLAK
Doktora
Türkçe
2020
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER GÖREN
- Hesaplamalı akışkanlar dinamiği yardımıyla su türbini çarkı tasarımı ve eniyilemesi
Computational fluid dynamics aided design and optimization of hydro turbine runner
FATMA AYANCIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELİN ARADAĞ ÇELEBİOĞLU
DOÇ. DR. ERDEM ACAR
- Metamodeling atomic models in discrete event system specificatıon (DEVS) formalism using multivariate adaptive regression splines (MARS)
Kesikli olay sistem belirtimi (DEVS) formalizmindeki atomik modellerin çok değişkenli uyarlanabilir regresyon eğrileri (MARS) ile metamodellenmesi
CUMHUR DORUK BOZAĞAÇ
Doktora
İngilizce
2014
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. MEHMET HALİT SEYFULLAH OĞUZTÜZÜN
PROF. DR. İNCİ BATMAZ