Development of a composite crash cushion using computer simulations
Bilgisayar simülasyonu ile kompozit bir çarpışma yastığı geliştirilmesi
- Tez No: 507184
- Danışmanlar: Professor Dr. ALİ OSMAN ATAHAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 88
Özet
Bu araştırmanın amacı, bir aracın kinetik enerjisini absorbe edebilen ve aracı kontrollü bir duruşa getirebilen kompozit bir çarpışma yastığı geliştirmektir. Araç çarpışmalarında aracın yaralanma riskini en aza indirmek için aracın çarpma riskini azaltacak şekilde sert yapıların önüne çarpma yastıkları monte edilir, sert yapıyı etkilemeden önce durur. Bu araştırmada kullanılan bu çarpışma yastığının yapısal tasarımı ve geliştirilmesi, farklı yenilikçi tasarım konseptlerini içeriyordu. Bu kavramlar, sistemdeki her bir yastık içine yerleştirilmiş hava ile dolu çoklu örtüşen silindirlerin varlığını kullanmıştır. Hava dolu silindirler, aracın kinetik enerji emilimine sönümleme etkisi ile büyük ölçüde katkıda bulunur ve böylece aracın hızını güvenli hızlarda azaltır. Bu çarpışma yastığı sistemi esas olarak altı bölümden oluşmaktadır. Kafa konteynerini, orta konteynırları, enerji emici boruları, kabloları, çelik plakaları ve sert desteği içerir. Kaplar ve enerji emici borular Lineer Alçak Yoğunluklu Polyehtylene'den (LLDPE) yapılırken çelik levhalar, kablolar ve sert destek yapısal çelik S235 JR'den yapılır. Çarpma meydana geldiğinde, çarpışma yastığı bileşenleri tekrar kullanılabilir, onarımı kolay ve düşük maliyetle temin edilebilir. Sunulan enerji emici teknik, diğer mevcut enerji emici tekniklere göre daha uygun maliyetli bir alternatiftir. Böylece, bu geçerli ve verimli bir tasarım yapmak. Bu çarpışma yastığının performansı, EN1317-3 standardına uygun olarak değerlendirilir. EN1317-3 (Yol koruma sistemleri - Bölüm 3: Performans sınıfları, darbe testi kabul kriterleri ve çarpışma yastıkları için test yöntemleri), CEN ve TSE tarafından onaylanmış bir Avrupa standardıdır. Bu standart çarpışma yastığı testleri için bir kılavuz görevi görür. Yıllar boyunca, çarpışma yastığının performansını test etmek ve değerlendirmek için tam ölçekli çarpışma testleri kullanılmıştır, ancak zaman alıcı ve maliyetlidir, bu nedenle tasarımın performansının test ve analizi, LS kullanılarak sonlu elemanlar analizi yoluyla yapılır. -DYNA yazılımı. Sonlu elemanlar metodu esas olarak, tüm çarpma yastığı sisteminin ve konuyu farklı parçalara ayıran ve malzeme özelliklerini, sınır koşullarını ve diğer detayları uygulayan aracın sonlu eleman ağlarının geliştirilmesini içermektedir. Bir sonraki adım, programın denklemleri modelden alması ve bu çözümün çarpışma yastığı modelinin dinamik tepki davranışını belirleyeceği simülasyonlar açısından geçerli bir çözüm sunmasıdır. Üç simülasyon testi yapıldı. Bu testler, sırasıyla 50 kph ve 100kph hızda seyreden 900 kg'lık bir aracı içeren iki kafa vuruş testini içerir. Bu testler, çarpışma yastığının bir aracın kinetik enerjisini emme kapasitesini değerlendirir. Diğer test, frontal merkezden 15 derece yan darbe testi iken. Bu, çarpışma yastığını 50 kph hızda, toplam uzunluğun (L / 3) önden üçte birine çarparak giden 1300 kg'lık bir aracı içeriyordu. Bu test, çarpışma yastığının bir aracı tutması ve yeniden yönlendirmesi yeteneğini değerlendirir. Testlerden elde edilen sonuçlar 50 kph için iki tam ölçekli çarpışma testinden elde edilen sonuçlarla karşılaştırıldı. Benzerlikleri, sonlu elemanlar analizi kullanılarak yapılan analizler için geçerlidir ve bu, EN1317-3'e istinaden daha fazla test simülasyonu yapmak için yeşil ışık verir. Test sonuçları, çarpışma yastığının 100kph gibi yüksek hızlarda bile, kabul edilebilir hızlarda kinetik enerjiyi emebileceğini ve yolcuların yaralanma riskini azaltabildiğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The objective of this research is to develop a composite crash cushion that can absorb a vehicle's kinetic energy and bring the vehicle to a controlled stop. Crash cushions are installed in front of rigid structures with the intent to reducing occupants risk of injury during vehicle impact by gradually decelerating the vehicle at acceptable rates until eventually, it stops before impacting the rigid structure. The structural design and development of this crash cushion used in this research involved different innovative design concepts. These concepts made use of the presence of multiple overlapping cylinders filled with air placed within each cushion in the system. The air-filled cylinders contribute massively to the kinetic energy absorption of the vehicle by damping effect and thus reduce the velocity of the vehicle at safe rates. This crash cushion system consists of mainly six parts. They include the head container, middle containers, energy-absorbing tubes, cables, steel plates and rigid support. Only steel plates, cables and rigid support are made of structural steel S235 JR while the containers and energy absorbing tubes are made from Linear Low Density Polyehtylene (LLDPE).In occurrence of impact, the crash cushion components can be reusable, easy to repair and available at low cost. The energy absorbing technique presented is by far a better cost-effective alternative to other present energy absorbing techniques. Thus, making this a valid and efficient design. The performance of this crash cushion is evaluated by following the standard EN1317-3. EN1317-3 (Road restraint systems - Part 3: Performance classes, impact test acceptance criteria and test methods for crash cushions) is a European standard that was approved by the CEN and the TSE. This standard acts as a guideline to crash cushion tests. Over the years, full-scale crash tests have been used to test and evaluate the performance for the crash cushion but it is time-consuming and costly, thus testing and analysis of the performance of the design is done via finite elements analysis by using LS-DYNA software. The finite element method mainly comprises of development of finite element meshes of the entire crash cushion system and vehicle that divides the subjects into different parts and applies material properties, boundary conditions and other details. Next step is that the program derives the equations from the model and provides a valid solution in terms of simulations in which this solution will determine the dynamic response behavior of the crash cushion model. Three simulation tests were conducted. These tests include two head-on impact tests involving a 900 kg vehicle traveling at a speed of 50 kph and 100kph respectively. These tests evaluate the capability of the crash cushion to absorb kinetic energy of a vehicle. While the other test was a side impact test 15 degrees from the frontal centre. This involved a 1300 kg vehicle traveling at a velocity of 50 kph impacting the crash cushion at a third of the total length (L/3) from the front. This test evaluates the ability of the crash cushion to contain and redirect a vehicle. Results obtained from the tests were compared to the results from two full-scale crash tests for 50 kph. Their similarity means analysis is valid by using finite element analysis and this gives a green light to conduct more test simulations in reference to the EN1317-3. The test results show that even at high speeds such as 100kph the crash cushion can absorb kinetic energy at acceptable rates and reduce occupant's risk to injury.
Benzer Tezler
- Hibrit kompozit gövde profilli otobüsün ECE R66-02 yönetmeliğine uygun devrilme analizi
Hybrid-composite bus superstructure analysis according to the ECE R66-02 regulation
SÜHA ÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU
- Farklı açılarla sarılmış cam elyaf takviyeli polimer matrisli kompozitten üretilen silindirik çarpışma kutularının enerji sönümleyebilme kabiliyetlerinin incelenmesi
Investigation of energy absorption capabilities of cylindrical crash boxes made of glass fiber reinforced polymer matrix composite wrapped at different angles
MEHMET TAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiVan Yüzüncü Yıl ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERTAN KÖSEDAĞ
- Statik ve dinamik yükler altında kompozit plakaların hasar durumlarına karşı davranışlarının incelenmesi
Investigation of behaviors of the composite plates during static and dynamic loads
SERDAR KORKUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATA MUGAN
- Effect of temperature, solvent type and additives on the properties of mesophase pitch based carbon foam
Sıcaklık, çözücü ve ek karbon malzemelerin mezofaz zift bazlı karbon köpüğünün özelliklerine etkilerinin incelenmesi
AYHAN EKŞİLİOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKREM EKİNCİ
- Development of an advanced composite external fuel tank for air platforms
Hava platformları için ileri kompozit harici yakıt tankı geliştirilmesi
UĞURCAN KARAHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEMAL LEVEND PARNAS