Ticari yarı römork tanker aracının gerçek yol girişleri ile hasar analizi ve en iyileştirme süreci
Failure analysis and optimization process of commercial semi-trailer tanker vehicle with real road inputs
- Tez No: 959344
- Danışmanlar: PROF. DR. CİHAN DEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Konstrüksiyon Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 180
Özet
Günümüzde teknolojinin gelişmesi ile birlikte modern ticaret anlayışı da hızla değişmiştir. Bu değişim özellikle online ticaret alanında gerçekleşmiştir. Online ticaretin artması ile yurt içi ve yurt dışı ticaret hızla gelişmiş, bu gelişme ile birlikte lojistik sektörüne duyulan ihtiyaç her geçen gün daha da artmıştır. Lojistik sektörüne duyulan ihtiyacın artması ile birlikte yarı römorklar, modern ticaretin vazgeçilmez unsurlarından biri olmuştur. Özellikle karayolu taşımacılığında kullanılan yarı römorklar, ticaret hayatının her alanında önemli bir rol oynamaktadır. Yarı römorklar, ağır ve büyük hacimli yüklerin tek seferde taşınmasına olanak sağlaması ile verimlilik ve ekonomikliği artırarak lojistik süreçlerini hızlandırmıştır. Lojistik sektöründe yarı römorkların en büyük avantajı çekiciden bağımsız yükleme ve boşaltma işlemlerine olanak sağlamalarıdır. Bu sayede yarı römork yükleme boşaltma işleminde çekici ve araç farklı işlerde kullanılarak lojistik süreçlerine büyük esneklik ve verimlilik sağlamaktadır. Modern ticaret ve lojistik sektöründe bu derece öneme sahip olan yarı römorkların tasarımı ve üretimi de büyük önem arz etmektedir. Yarı römorklar, farklı yol tiplerinde şehirler arası ve şehir içi taşımacılıkta sürekli olarak kullanılmaktadırlar. Bu sürekli kullanım ve farklı yol tiplerine maruz kalma durumu neticesinde yarı römorkların yorulma dayanım parametresi üretici ve kullanıcılar tarafından büyük önem arz etmektedir. Yarı römorkların farklı yol tiplerinde üzerine etkiyen kuvvetlerin belirlenmesi ve yorulma dayanımının arttırılması için tasarım ve doğrulama aşamasında, gerçek işletme şartlarında yorulma hasarının analiz edilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada bir tanker modelinin serbest titreşim analizi ve gerçek işletme şartlarında toplanmış yol sinyallerinin kullanılması ile yorulma ömür hasar incelemesi yapılmış, bu inceleme sonuçları statik analizler ile karşılaştırılarak yorulma hasarına uğrayan bölgeler belirlenmiştir. Belirlenen bu bölgeler için çeşitli tasarım iyileştirmeleri uygulanmış ve bu uygulama sonucunda, tanker modeli için yorulma hasarını en aza indiren en uygun tasarım seçilmiştir. Tanker modeli için öncelikle karayolu taşımacılığında yükün taşındığı alan yüzeylerinin minimum yapısal mukavemet gerekliliklerini sağlayacak belirli yüklemeler ve yol testleri ile belirlenen ekstrem koşullar uygulanarak bilgisayar ortamında statik analizler yapılmıştır. Bu analiz senaryoları, öne frenleme, geriye frenleme, çukura düşme, tümsekten geçme ve yerçekimi ivmesi etkisi altında yapılan analizlerdir. Kurulan analiz senaryoları ile tanker modeli yapısal olarak ani yüklemeler altındaki davranışı incelenmiş ve oluşan gerilme değerleri tanker modelinin akma mukavemet değerinin altında olduğu gözlemlenmiştir. Statik analizler ile ön doğrulaması yapılan model sonrasında, bilgisayar ortamında dinamik analizlere tabi tutulmuştur. Bu dinamik analizlerde gerçek yol sinyalleri kullanılmıştır. Bu yol sinyalleri modele çok benzeyen bir prototip araç üzerinde hedef belirlenen ömrü baz alacak şekilde farklı yol profillerinden geçirilerek test edilmiştir. Bu testte farklı yol profillerinden sinyal verileri toplanmıştır. Yoldan toplanan bu verileri içerisinde tanker modelini tahrik etmeyen ve gürültü sebebi ile ortaya çıkan sinyaller mevcuttur. Bu sinyallerin frekans analizleri yapılarak, sanal ortamda gerçekleştirilen modal serbest titreşim analizi sonuçları ile karşılaştırılarak filtrelenmiştir. Böylelikle dinamik analizlerde kullanılacak veriler azaltılmış ve analiz süresi kısaltılmıştır. Serbest titreşim analizlerinde yapının ilk 20 modunun 9-60 Hz, yol testleri ile elde edilen yol girişlerinin frekans değerlerinin 4-30 Hz ve yol genliği en yüksek olan girişlerin 7-13 Hz aralığında olduğu tespit edilmiştir. Aracın SEM üzerinde yapılan doğal frekans analizleri ile yoldan toplanan sinyallerin frekans aralığının çakıştığı görülmüştür. Bu durum üzerine yol girişleri etkisi ile oluşan dinamik yüklerin yapı üzerinde hasara yol açabileceği ortaya konulmuştur. Bu adımlar sonrasında bileşen mod sentezi yöntemi ile dinamik analizler gerçekleştirilmiştir. Bileşen mod sentezi metodu, büyük ve karmaşık yapıda olan tanker modelinin kısa sürede çözümlenmesine olanak sağlaması sebebi ile tercih edilmiştir. Bu metot kullanılarak tanker modelinin alt bileşenleri ayrı ayrı analiz edilip, daha sonrasında bu bileşenlerin davranışları birleştirilerek tüm sistemin dinamik cevabı incelenmiştir. Ansys programında, dinamik analizlerde kullanılmak üzere süspansiyon grubu ile tanker modelinin etkileşimde bulunacağı noktalar belirlenerek bu noktaların 6 serbestlik dereceleri ile yapının“Craig Bampton”modları elde edilmiştir. Elde edilen bu mod şekilleri dinamik analizlerin gerçekleştirildiği Adams programına girdi olarak verilmiştir. Böylelikle yapının ve alt sistemlerin ayrı ayrı analizleri gerçekleştirilerek Adams programında tüm sistemin dinamik cevabı incelenmiş ve yapıya ait modal koordinatlar elde edilmiştir. Elde edilen bu modal koordinatlar, zamanla değişen sistemin titreşim modlarının genliklerini ifade etmektedir. Bu modal koordinat ve frekans analizi sonuçlarının süperpozisyonu ile yorulma hasar analizleri yapılmıştır. Yorulma hasar analizleri incelendiğinde statik analizlerden farklı olarak tanker modelinin dingil bağlantı, tank konsolları, makas kulakları ve ayna sacının kritik hasar bölgelerinde olduğu görülmüştür. Yorulma hasar analizleri ile tespit edilen kritik hasar bölgelerine farklı tasarım iyileştirme çalışmaları yapılmıştır. Palmgren-Miner kuralına göre yapılan iyileştirme çalışmaları sonucunda denklem 3.7 göz önüne alınarak değerlendirme yapıldığında 100 km değerinde tank konsollarında yorulmaya bağlı elde edilen kümülatif hasar oranı 1,652E-05 ile 2,606E-07 aralığından 4,774E-09 ile 7,374E-11 aralığına, şasi ayna sacı üzerinde yorulmaya bağlı elde edilen kümülatif hasar oranı ise 1,652E-05 ile 2,606E-07 aralığından 7,374E-11 ile 1,139E-12 aralığına düşürülmüş ve bu bölgelerde oluşan kritik yorulma hasarları tamamen giderilmiştir. Elde edilen bu kümülatif hasar oranlarının 10^4 katı alınarak yarı römork tanker aracının hedeflenen 1.000.000 km kullanım ömrü boyunca oluşacak kümülatif hasar oranı incelenebilir. Çalışma sonucunda yol testleri ile belirlenen ekstrem koşullar uygulanarak yapılan statik analizlerde hasar oluşmayan noktaların yol girişleri ile meydana gelen tekrarlı dinamik kuvvetler altında hasara uğradığı görülmüş ve sonuç olarak tekrarlı dinamik kuvvetlerin tasarım doğrulama çalışmalarındaki önemi ortaya konmuştur.
Özet (Çeviri)
With the advancement of technology, the concept of modern commerce has rapidly evolved. This transformation has occurred especially in the field of online trade. As online commerce has grown, both domestic and international trade have developed significantly, leading to an increasing demand for the logistics sector. With the growing need for logistics, semi-trailers have become an indispensable element of modern commerce. Semi-trailers, particularly used in road transportation, play a crucial role in all areas of trade. By enabling the transportation of heavy and large-volume loads in a single trip, semi-trailers have increased efficiency and cost-effectiveness, thereby accelerating logistics processes. The biggest advantage of semi-trailers in the logistics sector is that they allow loading and unloading operations independent of the tractor. In this way, the tractor and the vehicle are used in different jobs in the semi-trailer loading and unloading process, providing great flexibility and efficiency to logistics processes. The design and production of semi-trailers, which are of such importance in the modern trade and logistics sector, are also of great importance. Semi-trailers are constantly used in intercity and urban transportation on different road types. As a result of this continuous use and exposure to different road types, the fatigue strength parameter of semi-trailers is of great importance to manufacturers and users. In order to determine the forces acting on semi-trailers on different road types and to increase the fatigue strength, it is necessary to analyze the fatigue damage under real operating conditions during the design and verification phase. In this study, fatigue life damage analysis was performed by using free vibration analysis of a tanker model and road signals collected under real operating conditions, and the fatigue damage areas were determined by comparing these examination results with static analysis. Various design improvements were applied for these areas and as a result of this application, the most suitable design that minimizes fatigue damage was selected for the tanker model. For the tanker model, static analyzes were carried out in the computer environment by applying extreme conditions determined by certain loadings and road tests that will provide the minimum structural strength requirements of the area surfaces where the load is transported in road transport. These analysis scenarios are forward braking, backward braking, falling into a pit, crossing a bump and under the influence of gravitational acceleration. With the analysis scenarios established, the behavior of the tanker model under sudden loads was examined structurally and it was observed that the stress values were below the yield strength value of the tanker model. After the model, which was pre-verified with static analysis, it was subjected to dynamic analyzes in the computer environment. Real path signals were used in these dynamic analyses. These road signals were tested on a prototype vehicle very similar to the model by passing them through different road profiles based on the target determined life. In this test, signal data from different road profiles were collected. These data collected from the road include signals that do not move the tanker model and are caused by noise. Frequency analyses of these signals were performed and filtered by comparing them with the results of modal free vibration analysis performed in the virtual environment. Thus, the data to be used in dynamic analysis has been reduced and the analysis time has been shortened. In the free vibration analysis, it was determined that the first 20 modes of the structure were in the range of 9-60 Hz, the frequency values of the road inputs obtained by road tests were 4-30 Hz, and the inputs with the highest road amplitude were in the range of 7-13 Hz. It was observed that the frequency range of the signals collected from the road coincided with the natural frequency analysis performed on the FEA of the vehicle. In this case, it has been revealed that the dynamic loads caused by the effect of road entrances can cause damage to the structure. After these steps, dynamic analyzes were performed with the component mode synthesis method. The component mode synthesis method was preferred because it allows the tanker model, which is large and complex, to be solved in a short time. Using this method, the sub-components of the tanker model were analyzed separately, and then the behaviors of these components were combined and the dynamic response of the whole system was examined. In the Ansys program, the points where the suspension group and the tanker model will interact were determined to be used in dynamic analysis, and the“Craig Bampton”modes of the structure were obtained with 6 degrees of freedom of these points. These mode shapes obtained are given as input to the Adams program, where dynamic analyzes are performed. Thus, by performing separate analyzes of the structure and subsystems, the dynamic response of the whole system was examined in the Adams program and the modal coordinates of the structure were obtained. These obtained modal coordinates express the amplitudes of the vibrational modes of the time-varying system. Fatigue damage analyses were performed with the superposition of these modal coordinate and frequency analysis results. When the fatigue damage analysis was examined, it was seen that the axle link, tank consoles, scissor lugs and mirror sheet of the tanker model were in critical damage areas, unlike static analysis. Different design improvement studies were carried out in the critical damage areas identified by fatigue damage analysis. As a result of the improvement studies based on the Palmgren-Miner rule and considering Equation 3.7, the cumulative fatigue damage rate observed in the tank brackets for 100 km was reduced from the range of 1.652E-05 to 2.606E-07 down to the range of 4.774E-09 to 7.374E-11. Similarly, the cumulative fatigue damage rate observed on the chassis mounting plate was reduced from the range of 1.652E-05 to 2.606E-07 down to the range of 7.374E-11 to 1.139E-12, and the critical fatigue damages in these areas were completely eliminated. By multiplying these cumulative damage rates by 10^4, the cumulative damage that may occur during the targeted 1.000.000 km service life of the semi-trailer tanker vehicle can be evaluated. As a result of the study, it was observed in the static analyses conducted under extreme conditions identified through road tests that certain points, which did not show any damage under static loading, experienced damage under repeated dynamic forces caused by road inputs. Consequently, the importance of repeated dynamic forces in design verification studies has been demonstrated.
Benzer Tezler
- Ticari yari römork tanker şasi yorulma dayaniminin gerçek yol sinyalleri ile bilgisayar ortamında incelenmesi
Durability investigation of a commercial semi-trailer fuel tanker chassis with real road data by using computer
MEHMET AKSOY
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YAŞAR KAHRAMAN
- Weight reduction on the semi trailer chassis by using ultra high strength steel (UHSS) instead of metal material
Yarı römork şasisinde metal malzeme yerine ultra yüksek mukavemetli çelik (UHSS) kullanarak ağırlık azaltımı
TANVER TALAS
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Otomotiv MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ÖZCANLI
- Bir ticari araçta sonlu elemanlar metodu
Finite element method in a commercial vehicle
SEYFİ BURAK KARATAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Otomotiv MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ TAYFUN ÖZGÜR
- Yarı römorklarda yapısal eklenti tasarımları ve aerodinamik etkilerinin analizi
Additional structural designs and analysis of aerodynamic effects in semi-trailer
FAKI BİNBOĞA
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Otomotiv MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ ÇINAR
- Ticari yarı iletken karakteristiklerinin simülasyonu ve deneysel analizlerinin karşılaştırılması.
Simulation of commercially produced semiconductor characteristics and comparison of their experimental analysis
ZEKERİYA MEHMET YÜKSEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
ÖĞR. GÖR. TAYFUN DEMİRTÜRK