Geri Dön

New approach of effective weld layout on vehicle body structure

Araç gövde yapısında etkili kaynak düzeninin yeni yaklaşımı

PDF İndir

  1. Tez No: 517436
  2. Yazar: GÖZDE AKILLI
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SÜREYYA ERGÜN BOZDAĞ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2018
  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: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 121

Özet

Otomotiv sanayi gelişen ülke ekonomileri için önemi artan bir sektördür. Ülkemizde ise otomotiv sektörü üretim payı sebebi ile imalat sanayi içerisinde önde gelen sektörlerden biridir. Bu sektör içerisinde rekabet hızla yükselmektedir. Buna bağlı olarakta kaynakların verimli kullanımı ve üretim süresinin kısaltılması gibi unsurlar büyük önem taşımaktadır. Otomotiv sektörünün en önemli malzeme sınıfını çelik teşkil etmektedir. Otomotiv sanayi yakıt tasarrufu amacı ile daha hafif araç üretmek istesede günümüzde malzeme teknolojisi ve üretim maliyetleri nedeni ile yaygın olarak çelik malzemesi tercih ediliyor. Çelik endüstrisi dikkat çeken fiyat performasına ve geri dönüşüm olanaklarına sahiptir. Otomotiv alanında çelik sacların birleştirilmesi sıklıkla kaynak işlemi ile yapılmaktadır. Bir otomobilde yaygın olarak ise elektrik direnç nokta(punta) kaynağı yöntemi kullanılmaktadır. Ticari bir araçta ortalama olarak 3000-8000 arasında punta kaynağı bulunmaktadır. Bir otomobil üzerinde kullanılan punta sayısı üretim sürelerini ve üretim maliyetlerini önemli bir şekilde etkilemektedir. Bu konu son yıllarda gittikçe önemini arttırmaktadır. Bu sebeple otomotiv ana sanayi şirketleri bu konuda çalışmalarını sürdürmektedirler. Bu tez kapsamında, tam ölçekli sonlu elemanlar modeli oluşturulan ticari aracın üzerindeki punta kaynaklar incelenecektir. Tezin amacı bir araç üzerindeki punta kaynaklarının yerleşimini herhangi yapısal dayanım kaybı yaşamaksızın en ideal düzene getirmek ve aynı zamanda mevcut punta kaynak sayısında bir miktar azaltım yapmaktır. Tam ölçekli sonlu elemanlar modeli bu amaç doğrultusunda mevcut punta kaynakları ile beraber hazırlanmaktadır. Fakat araç üzerindeki ideal punta kaynak yerleşimini belirlemek amacı doğrultusunda araçta bulunan sac parça birleşim yerine üretim kaynak kısıtları doğrultusunda mümkün olduğunca çok sayıda punta kaynağı atılır. Geliştirilen topoloji optimizasyonu yöntemi ile sık olarak konumlandırılan punta kaynaklardan hangilerinin daha verimli çalıştığı anlaşılacaktır. Verimli punta kaynakların otomobil üzerinde yeri korunacaktır. Fakat verimli çalışmayan punta kaynakların ise otomobil üzerinden kaldırılması sağlanacaktır. Bu geliştirilen yöntemin topoloji optimizasyonundaki ismi yoğunluk yöntemidir. Bu yöntem ile otomobil sonlu elemanlar modeli üzerinde yeni punta kaynak yerleşim düzeni ortaya çıkacaktır. Yeni kaynak punta yerleşiminin başarılı olabilmesi için en önemli nokta ise yapısal performans üzerinde herhangi bir kötüleşme olmamasıdır. Bu kriterin sağlanması içinde bir takım limitler, kabuller ve yükleme senaryoları topoloji optimizasyon sayısal analizleri boyunca kullanılmaktadır. Tezin ilk bölümünde literatür araştırması ve tezin amacından bahsedilmektedir. İkinci bölümde ise yapılan çalışmanın teorik anlamda dayandığı temeller detaylı olarak incelendi. Multidisciplinary design optimization yaklaşımı önemli bir yere sahiptir. Ayrıca aracın burulma ve eğilme kuvvetleri altındaki davranışları incelenmektedir. Bu yükler altındaki davranışlarının yanı sıra NHV(Noise, vibration and harshness) anlamında doğal frekans takibi de yapılmaktadır. Aracın doğal frekansı mod izleme yöntemi ile takip edilerek, belirlenen kısıt değeri gözetiminde tutulmaktadır. Topoloji optimizasyonunda burulma rijitliği, eğilme rijitliği, doğal frekans mode numarası ve doğal frekans değerleri kısıt olarak belirlenir. Belirlenen değerler direk olarak topoloji optimizasyonu analizlerine dahil edilir. Bu kısıt değerleri mevcut aracın seri üretiminden daha önceki aşamada belirli hedefler dahilinde prototip araç üzerinden elde edilen sayısal verilerdir Bu nedenle topoloji optimizasyonunda kullanılan kısıt değerleri aracın ilk üretiminden önce belirlenmiş olur. Sonlu elemanlar araç modeli üzerinde sınır şartı bulunmamaktadır. Bu nedenle araç üzerinde atalet dengelemesi methodu kullanılır. Tezin üçüncü bölümündeki en önemli konu ise punta kaynak modellemesidir. Punta kaynağın gerçek yaşamdaki durumuna en yakın şekilde modellenmesi gerekmektedir. Fakat punta kaynak modellemeleri en basitleştirilmiş şekli ile analizlere dahil edilmektedir. Analiz çeşitlerine göre punta kaynak modellemeleri sınıflandırılabilir. Tezin dördüncü bölümünde optimizasyon methodu konusunda kapsamlı teorik bilgi verildi. Optimizasyon terminolojisinde bulunan fonksiyonlar ve parametreler açıklandı. Yapısal optimizasyon üçe sınıfa ayrılmaktadır. Boyut optimizasyonu, şekil optimizasyonu ve topoloji optimizasyonudur. Tezde topoloji optimizasyonu methodundan faydalanıldı. Punta kaynakları dizayn fonksiyonu olarak seçilerek topoloji optimizasyonu modeli kuruldu. Burulma rijitliği, eğilme rijitliği, doğal frekans topoloji optimizasyonu içerisine kısıtlama değerleri olarak ilave edildi. Hedef ise punta kaynak hacmini minimize etmektir. Bu yaklaşım yoğunluk yöntemi ile yapılmaktadır. Topoloji optimizasyonu kapsamında tezde burulma ve eğilme rijitlikleri temel alınarak punta kaynaklarının en verimli yeni yerleşimi ile punta kaynak sayısı azaltıldı. Punta kaynak sayısındaki %20 azaltma burulma rijitliği ve eğilme rijitliği üzerinde önemli bir değişime sebep olmamaktadır. Gerilme ve sehim değerlerinde de araç üzerinden okunan değerlere bakılarak önemli bir değişim yoktur denilebilir. Bu punta kaynak optimizasyonunun seçilen aracın sonlu elemanlar modeli üzerinde başarılı bir şekilde uygulandığını göstermektedir. Fakat unutulmamalıdır ki, otomobil bir çok açıdan sayısal analiz ve fiziksel testler ile değerlendirilmektedir. Herbir parçanın kendine özgü gereklilikleri ve hedefleri olabilmektedir. Bu nedenle araç üretim onayı verilmeden önce tüm testlerin tamamlanması gerekmektedir. Tez kapsamında otomobilin yapısal dayanımı ve rijitliği hedeflenerek sayısal analizler yapıldı. Elde edilen sonuçlar yapısal dayanımda ve rijitlikte kötüleşme meydana gelmeden punta kaynak azaltılabildiğini ortaya koymuştur. Tez çalışmaları dahilde iki topoloji optimizasyonu analizi yapıldı. Bu iki topoloji optimizasyonu analizi sonuçları arasındaki fark araç doğal frekansının önemini bizlere göstermektedir. İlk topoloji optimizasyonunda doğal frekans takip methodu kullanılarak analizler gerçekleştirildi. İkinci topoloji optimizasyonunda ise doğal frekans takip methodu analizlere dahil edilmedi. Tezin son bölümünde iki topoloji optimizasyonu analizinden çıkan veriler karşılaştırıldı. Stress, sehim, burulma rijitliği ve eğilme rijitliği sonuçları sayısal olarak ortaya konuldu. Bu iki topoloji optimizasyonun sayısal sonuçları karşılaştırarak doğal frekans takip methodunun analiz sonuçlarında pozitif bir etkiye sebep olduğu anlaşıldı. Özetlemek gerekirse, yoğunluk methodu kullanılarak geliştirilmeye çalışılan yapısal optimizasyon modelinde topoloji yaklaşımı kullanıldı. Punta kaynakların etkin kullanıldığı sac birleştirme noktaları tespit edilerek bu bölgelerde punta kaynakların kullanımına devam edildi. Etkin kullanılmayan birleştirme noktalarından punta kaynaklar kaldırıldı. Bu yaklaşım ile araç üzerindeki toplam punta kaynak sayısı azaltıldı. Punta kaynak sayısı araç maliyetlerinden ve üretim sürelerinde önemli bir unsurdur. Bu nedenle çalışılan tez konusu genel anlamda etkin sonuçlar vermeye yönelik yeni yaklaşımlar sunmuştur.

Özet (Çeviri)

The automotive industry is an important sector increasingly for developing country economies. In our country, automotive sector is one of the leading sectors in manufacturing industry. Competition within this sector is increasing rapidly. Therefore, efficient use of resources and shortening of the production time are very important factors. The most important material is steel in the automotive industry. Steel is widely preferred today due to material technology and production costs in despite of be aimed lighter vehicles for saving fuel. The steel industry has remarkable price performance and recycling possibilities. The joining of steel sheets is often done by welding in the automotive field. A resistance spot welding is used commonly. A commercial vehicle has on average around 3000 or 8000 spot welds. The number of spots is affected production times and production costs significantly. This issue has become increasingly important in recent years. For this reason, automotive main industrial companies continue to work on this issue. In this thesis, the spot welds on the commercial vehicle which is modelled with full-scale finite element have examined. The goal of this thesis is to obtain the optimal layout of the spot welds on the vehicle without any loss of structural strength and rigidity in addition to what is mentioned to reduce number of the spot welds. In order to determine the optimal layout of the spot welds, the vehicle model is filled with spot welds as many as possible in consideration of production constraints of welding. The spot welds which work efficiently are determined after topology optimization analysis. Effective spot welds will be preserved on the car. However, spot welds that do not work efficiently will be removed from the car. This approach is called density method in the topoloy optimization methodology. The new layout of the spot welds is revealed. The new layout of the spot welds should not cause any deterioration on performance of the vehicle to achive success criterion of the torsional, bending and modal analysis. Some loading scenario, constraints and acceptance are used during topology optimization to meet this criterions. As a result of the analysis, the number of the spotwelds is reduced 20%. There is almost 1-2% change in the bending and torsion stiffness. Also the results of the deflection and stress have no significant change. It can be expressed that the spot weld optimization has been applied to the vehicle model successfully. In conclusion, the number of spotwelds is an important issue for vehicle costs and production time. For this reason, the topic of the thesis has offered new approaches to give effective results in general terms.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    709124

    Susceptibility of Aluminum Alloys to Solidification Cracking: Testing and Prediction

    Alüminyum Alaşımlarının Katılaşma Çatlağına Duyarlılığı: Test ve Tahmin

    TAYFUN SOYSAL

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Metalurji MühendisliğiUniversity of Wisconsin-Madison

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SINDO KOU

  2. Tez No

    467285

    Otomotiv sektöründe dinamik yüklere maruz bir kaynaklı bağlantı için yorulma dayanımı değerlendirmesi

    A fatigue damage assessment of welded joints under dynamic loading in automotive industry

    SERKAN ORHAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ATAKAN ALTINKAYNAK

  3. Tez No

    138939

    Kaba daneli zeminlerde sükunetteki toprak basıncı katsayısının yapay sinir ağları ile bulunması

    The Estimation of the coefficient of earth pressure at rest in cohesionless soils by artificial neural networks

    ERDAL UNCUOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2003

    İnşaat MühendisliğiErciyes Üniversitesi

    İnşaat Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. BEKİR KARA

  4. Tez No

    770424

    Robust approach of digital recovery 12 leads of ECG signal from the printed record

    Başlık çevirisi yok

    RAFAH HUSSEIN SHALLAL AL-JADDADI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAltınbaş Üniversitesi

    Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMAD ILYAS

  5. Tez No

    46432

    Bulanık kontrolör karar tablosunun genetik algoritmalarla oluşturulması

    Genetic algoritthmes for finding fuzzy controller decision table

    OSMAN KAAN EROL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1995

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    DOÇ.DR. İBRAHİM EKSİN

Geri Dön