Rear underrun guard design and analysis for heavy duty vehicles by using 6082 aluminum alloy with artificial aging treatment
Ağır vasıta araçlar için yapay yaşlandırma tekniği ile güçlendirilmiş 6082 alüminyum alaşımdan arka tampon tasarımı ve analizi
- Tez No: 569732
- Danışmanlar: DOÇ. DR. TURGUT GÜLMEZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme ve İmalat Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 99
Özet
Bu tez çalışması, binek aracın ağır vasıta taşıtın arkasına çarpması durumunda oluşabilecek ağır yaralanma ve ölümlü kazaların durumunu azaltmak amacıyla, ECE R58/03 regülasyonuna uygun, alüminyum arka çarpışma tampon tasarımı yapılmasını içermektedir. Avrupa Birliği Komitesinin, 2017 yılı verilerine göre 1 milyonun üzerinde trafik kazası raporlanmış ve bunların sonucunda yaklaşık 25.600 kişinin öldüğü, 1,4 milyondan fazla kişinin de yaralandığı tespit edilmiştir. Araştırmalar, bu ölümcül vakaların % 15'inin ağır vasıta araçların ve otobüslerin karıştığı kazaların olduğunu ve söz konusu ölümcül kazaların % 58'inde çarpışmanın önden ve % 17'sinin arkadan gerçekleştiğini göstermektedir. Trafiğe karışan araç sayısının ve kaza oranlarının artışı, olayın etkisini ve/veya sayısını azaltmak için otomotiv şirketlerini ve yasama organlarını güvenlik bileşenlerinin işlevselliğinin geliştirmesi konusunda zorlamaktadır. Arka koruma tamponu, M, N, O kategorisindeki ağır vasıta araçlara entegre edilmekte olan ve binek otomobilinin kamyon gövdesinin altına girmesini önleyerek, binek aracın aktif güvenlik bileşenlerini devreye girinceye kadar koruma sağlayan bir pasif güvenlik elemanıdır. Arka tampon kulllanıldığı araç tipine göre ve ağır vasıta aracın genişliği boyunca kullanılan bir adet kiriş ve bu kirişi şaseye bağlamakta ve kuvvetlere karşı dayanım sağalamak amacıyla kullanılan sağ ve sol iki adet bağlantı elemanından oluşmaktadır.Arka koruma tamponları, uzun yol ve arazi araçlarında kullanılmak zorunda olan, pazara ve aracın devreye girdiği ülkeye göre farklı gereksinimlere sahip olan yasal bir bileşendir. Söz konususu regülasyonlarda, arka koruma tamponlarının ana geometrileri, entegre edilmesi zorunlu olan araç ve kategorileri ile test kriterleri ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. Bu tez çalışması sırasında fikir geliştirme aşaması yardımcı olması açısından, arka koruma tamponları ile iligli regülasyonlar listelenecek ve birbiriyle karşılaştırılmıştır. Arka koruma tamponu, kullanıldığı araca göre, sabit, kayar mekanizmalı, döner mekanizmalı, döner - kayar mekanizmalı ve platform araçlarda kaldırma mekanizmasının hareket yollarını açmak amacıyla kullanılan üç parçalı sistemlerden oluşmaktadır. Tez çalışması boyunca sadece sabit mekanizmalı tampon dizaynı geliştirilmesi üzerine çalışılmış ve bununla ilgili adımlar yine tez içerisinde belirtilen dizayn algoritmasında sıralanmıştır. Avrupa pazarında satılmakta olan araçların uyması gereken bir regülasyon olan ECE R58 için, 2016' yılında değişiklik yayını yapılmış ve 03 nolu revizyona yükseltimiştir. Bu son düzenlemede, binek otomobilinin ön çarpışma bileşenleri ile ağır vasıta aracın tampon arasındaki yükseklik farkını azaltmak için yerden yükseklik düşürülmüş ve arka koruma kirişine uygulanan test kuvvetleri, arka koruma tamponunun dayanımını arttırmak amacıyla iki katına çıkartılmıştır. Bu yeni sınır koşullarının üst yapılarının dizayn paketlerine olan etkileri de aynı zamanda bu tez çalışmasının içerisinde değerlendirilen konulardan birini oluşturmaktadır. Tamponun x ekseni boyunca pozisyonun değiştirilmesi damperli kamyonlarda, yükün boşaltılması esnasında damperin tampon çarpması, beton karıştırıcılarda betonun tampon kirişi üzerine boşaltılması riskini ortaya çıkartmıştır. Aynı zamanda, tampon kirişinin yere olan yüksekliğinin azaltılması, uzaklaşma açısının değişmesine neden olmakta ve bu durum da ağır vasıta araçlarında rampalı yollarda sürüşlerinde, bir pasif güvenlik elemanı olan tampon kirişinin yere çarpması riskini oluşturmaktadır. Söz konusu sınır koşulları piyasa tarafından farkedilmiş ve parça karmaşıklığını azaltmak ve farklı bileşenleri tek bir bileşende toplamak adına farklı konseptler geliştirilmiştir. Bu tez çalışması, piyasadaki mevcut tasarımlarla herhangi bir çakışmayı önlemek adına mevcuttaki patentlere ait değerlendimeyi ve iyi bilinen konseptleri de kapsamaktadır. Bu çalışmada, arka çarpışma sonrası binek araçlarının çarpışma kabiliyetine dair yaklaşımlar incelenmiştir ve çarpışma sonrasında araç konstrüksiyonundaki enerji dağılımına yer verilmiştir. Arka çarpışma sonucunda binek araçtaki yüksek deformasyonun tetikleyici mekanizmalarını anlamak için çarpışma testleri ve bariyer tipleri araştırılmıştır. Avrupa pazarında arka koruma tamponu regülasyonundaki değişiklikten sonra, daha yüksek kuvvetlere dayanabilmek için daha dayanıklı konstrüksiyonların oluşturulması gerekliliği ortaya çıkmıştır. Buna karşın, Avrupa iklim ve enerji çerçevesine kapsamında, emisyon değerlerinin 2020 yılına kadar 1990 seviyesinden % 20, 2030'a kadar % 40 oranında azaltılması gerekmektedir. Bu iki karşıtlık, otomotiv şirketlerini hafif ama yüksek dayanım gösterebilecek malzemeyi seçmeye zorlamaktadır. Alüminyum ve alaşımları, yüksek dayanım ağırlık oranına sahip olması nedeniyle dünyadaki kullanım sırası açısından en önemli ikinci malzemedir. Özellikle alüminyum-magnezyum-silikon (Al-Mg-Si) alaşımları, ısıl işlem görebilen alaşımlar olup, su verme yöntemi ve çökelme sertleşmenin süresi ve / veya sıcaklığını kontrol ederek malzemenin sertliğini, akma dayanımını ve uzamasını arttırmak mümkündür. Bu çalışmada, malzeme seçimi metodolojisi, çökeltme sertleşmesi çalışması ile açıklanmıştır. Yapılan çalışma sonucunda, 6082 ve 6060 alaşımlı malzemeler, çökelme işlemini anlamak ve aşırı yaşlanma etkilerini araştırmak için farklı zaman periyodu ile farklı sıcaklıklara ısıtılmıştır. Testlerden sonra, 6082 malzemesinin akma dayanımı% 48 artarken, 6060 malzeme ilk mekanik özelliklere kıyasla% 23 artmıştır. Çalışmanın son kısmında Avrupa pazarında kullanılacak araçlar için ECE-R58/03'e uygun çelik arka koruma tamponu ve alüminyum koruma tampon geliştirilmiştir. Çelik tampon dizaynı piyasanın bilinen uygulamalarından örnek alınarak oluşturulmuş ve bu dizayn üzerine ABAQUS programında söz konusu regülasyonun test kuvvetleri uygulanmıştır. Bu kuvvetlerin uygulanmasından sonra, enerji-zaman eğrileri çıkartılmış ve parçaların zaman içerisindeki enerji değişimlerini tetikleyen noktalar inceleniş ve alüminyum dizaynın geliştirilmesi sırasında kullanılmıştır. Alüminyum tampon geliştirilirken, tamponun piyasada bilinen uygulamalarından farklı olmasını sağlamak ve rijid duvar yaklaşımından uzaklaşarak enerji absorbe edici bir sistem oluşturmak amacıyla, çarpışma kutuları dizayn edilmiş ve bu çarpışma kutuları, tampon kirişini açılı olarak konumlanmıştır. Alüminyum tampona ABAQUS'de çelik tampon ile aynı kuvvetler uygulandığında elde edilen enerji-zaman grafikleri ve zaman içerisindeki deplasman değişimleri çıkartılmıştır. Her iki dizayna ait enerji ve deplasman değişimleri karşılaştırılmış ve dizaynların güçlü ve zayıf yönleri anlatılmıştır. Başarılı bir alüminyum tampon tasarımının, çelik dizayna göre yaklaşık %35 oranında hafifleme sağlayabileceği çalışma sırasında elde edilen bulgular arasındadır. Çalışmanın son bölümünde literatürdeki çalışmalarla tez çalışmasının bulguları karşılaştırılmış ve gelecek çalışmalara yön vermesi açısından öneriler paylaşılmıştır.
Özet (Çeviri)
The content of the thesis is, to create an aluminum rear underrun guard design for the heavy-duty vehicles, which comply on ECE R58/03 regulation in order to reduce the severity of the injuries and/or fatal cases in the event of a rear collusion between a light duty and a heavy-duty vehicle. According to European Community, in 2017 over 1 million accidents took place and approximately 25.600 people reported as dead, in addition to this over 1.4 million people claimed as injured. Researches show that heavy duty vehicles, busses and coaches involved 15% of these fatal cases. In 58% of these fatal crashes, the impact started from front and for 17% of these cases crash originated from rear side of the vehicle. In parallel, the increase of vehicle quantitiy in traffic and high accident rates force automotive companies and legislative departments to improve the safety components' functionality to reduce the number of the accidents and/or the effect of the event. Rear underrun guard device, which is a passive safety component that need to be fitted onto the M, N, O category heavy trucks, prevents the passenger car to move underneath the truck body and exposes the light duty vehicle's active safety components in the event of a collosion. Rear underrun guard device is a legislative component that obliges to use it on on-road and off-road vehicles, which have different requirements according to the market and the country that the vehicle will be launched. In these legislations, the major geometries of the rear underrun guard equipment, the vehicle that need to be fitted on and the test criteria of the components have been explained in detail. During the creation of the concept, all the regulations that is relevant with the rear underrun guard will be listed and compared, in order to analyse the differences between the regulations. ECE R58, which is the regulation for European market, has an amendment in place since 2016 and within this latest amendment, the revision increased to 03. In this latest amendment, the ground clearance of the rear underrun guard beam has been lowered down, in order to reduce the height difference between the passenger car frontal crash components and the heavy-duty truck rear underrun guard components. In addition, the test forces doubled to increase the stiffness of the component. The new boundary conditions have effects to the body builder design package, which is also investigated during this thesis study. The boundary conditions have been noticed by the market and state of art concepts have been created, to reduce the part complexity and to emerge the different requirements in one component. This thesis study covers available design solutions in market with the well-known patents and the concept studies in order to prevent any conflict with the available designs.This paper also shows the approaches to the crashworthiness of the light duty vehicles after the rear collusion. To understand the trigger of the high deformation on the passenger vehicle in the event of a rear collusion, crash tests and the barrier types have been investigated. After the rear underrun guard regulation change in European Market, it is required to create components that are more rigid in order to withstand the higher forces. On the contrary, according to European climate and energy framework, the gas emissions should be reduced 20% until 2020 and 40% until 2030 from 1990 levels. These two conflictions, force automotive companies to select the best material, which can offer higher resistance with less weight increase. Aluminum and its alloys are the second material in importance in the world, due to their high strength to weight ratio. Particularly aluminum-magnesium-silicon (Al-Mg-Si) alloys are heat treatable alloys and it is possible to increase the mechanical properties and the elongation with controlling the quenching method and precipitation hardening time and/or temperature. In this paper, the material selection methodology has been explained with a precipitation study. 6082 and 6060 alloy materials have been heated to the different temperatures with different time period, to understand the precipitation process and to investigate the affects of over aging process. After the tests, the yield strength of the 6082 material increased 48% and 6060 material increased 23% compared to the initial mechanical properties. The last part of the study includes a comparison between the steel rear underrun guard design and an aluminum rear underrun guard design. In order to achieve a successful aluminum design, the angular crash boxes have been created and positioned to the location close to the impactor. The recommended structure allow reducing the total weight of the system 35%.
Benzer Tezler
- Ağır vasıta araçlarda alt arka koruyucu parçanın farklı kesit ve malzeme özelliklerinde tasarımı ve sonlu elemanlar analizi
Design and finite element analysis of the rear underrun protect in heavy vehicles with different cross sections and material properties
ALİ SELMAN AKÇA
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Otomotiv MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANDE GÜLER ÖZGÜL
- Ağır taşıtlarda arka koruyucu tasarımı ve kaza performansının değerlendirilmesi
Rear underrun protection design in heavy vehicle and evaluation of crash test performance
YUSUF AYGÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
KazalarKocaeli ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. ABDULKADİR CENGİZ
- Regülasyon 58.03'e göre arka koruma donanımı tasarımı
Rear underrun protection device design according to regulation 58.03
ENGİN AKIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesiİmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SALİM ASLANLAR
- Ağır taşıtlarda çarpma enerjisi sönümleyici arka koruyucu tampon tasarımı
Rear underrun protection design in heavy vehicle with energy absorbing properties
MUSTAFA SERT
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Mühendislik Bilimleriİskenderun Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET YAPICI
PROF. DR. ALİ OSMAN ATAHAN
- Rear underrun protection design and nonlinear analysis study in compliance with ECE R 58.03 regulation
ECE R 58.03 yönetmeliğine uygun arka alt koruma tasarımı ve doğrusal olmayan analiz çalışması
ONUR KARCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiAydın Adnan Menderes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL BÖĞREKCİ