ULUDAĞ ÜNĐVERSĐTESĐ MÜHENDĐSLĐK-MĐMARLIK FAKÜLTESĐ TAŞIT KOLTUK ELEMANLARININ OPTĐMUM TASARIMI PROJESĐ Gökhan Şendeniz*, Ferruh Öztürk** , Necmettin Kaya***, Đdris Karen** *Grammer Koltuk Sistemleri San. ve Tic. A.Ş. DOSAB Mustafa Karaer Caddesi Bursa **Uludağ Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Otomotiv Mühendisliği Bölümü ***Uludağ Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü ÖZET Bu proje otomotiv sektöründe koltuk tasarımında koltuk sistemleri ve elemanlarının optimum tasarımı yeteneğinin yeni yaklaşımlar kullanılarak otomotiv sektörüne kazandırılması projesidir. Optimizasyon alanında son yıllarda giderek artan oranda kullanılmaya başlayan yapısal (topoloji) optimizasyon uygulaması ile ilgili çalışmaları içermektedir. Günümüzde araç araştırma-geliştirme çalışmalarında daha hafif araçların tasarımı ve üretimi maliyet ve düşük emisyonlu araçların tasarımı açısından önem arz etmektedir. Önümüzdeki yıllarda artan oranda piyasada yer alması beklenen hibrit ve elektrikli araçlar açısından da araç ağırlıklarının azaltılması çalışmalarında da bu projede önerilen yöntemin katkıları olacaktır. Araç yolcu koltukları incelendiğinde araç koltuk bağlantı elemanlarının araçta önemli bir ağırlığı mevcuttur. Bu sebepten dolayı optimum tasarımında yapısal olarak modelin optimum tasarımı ve ayrıca farklı malzeme türleri ile bu malzemelerin üretim yöntemleri değerlendirilmekte ve önerilen tasarımların doğruluğu fiziksel testler ile incelenmektedir. GĐRĐŞ Bu proje otomotiv sektöründe koltuk tasarımında koltuk sistemleri ve elemanlarının optimum tasarımı yeteneğinin yeni yaklaşımlar kullanılarak otomotiv sektörün kazandırılması projesidir. Optimizasyon alanında son yıllarda giderek artan oranda kullanılmaya başlayan yapısal (topoloji) optimizasyon uygulaması ile ilgili çalışmaları içermektedir. Deneme yanılma yöntemlerinin sıklıkça kullanıldığı sektör kuruluşlarında bir yönteme dayalı optimizasyon yapılması yeteneğinin kazanılması hedeflenmiştir. Projede bu temel amacı gerçekleştirmek için optimizasyon açısından önem arz eden koltuk araç bağlantılarının ayaklarının bilgisayar destekli simülasyon ve yapısal optimizasyon yöntemleri ile optimum şekilde tasarımı yapılmıştır. KOLTUK TASARIMI, TESTLER VE SĐMÜLASYONLAR Günümüzde araç araştırma-geliştirme çalışmalarında daha hafif araçların tasarımı ve üretimi maliyet ve düşük emisyonlu araçların tasarımı açısından önem arz etmektedir. Önümüzdeki yıllarda artan oranda piyasada yer alması beklenen hibrit ve elektrikli araçlar açısından da araç ağırlıklarının azaltılması çalışmalarında da bu projede önerilen yöntemin katkıları olacaktır. Araç yolcu koltukları incelendiğinde araç koltuk bağlantı elemanlarının araçta önemli bir ağırlığı mevcuttur. Bu sebepten dolayı optimum tasarımında yapısal olarak modelin optimum tasarımı ve ayrıca farklı malzeme türleri ile bu malzemelerin üretim yöntemleri değerlendirilecektir. Önerilen tasarımların doğruluğu fiziksel testler incelenecektir. Koltuk üretildikten sonra ömrünü ve mukavemetini görmek adına belirli testler yapılmaktadır: 1-Crash Testi ( ECE R17/R80 ) : Aracın ani frenleme ya da çarpma anını simule eder. 2-Emniyet Kemer Çekme Testi (ECE R14 – 76/115 EWG): Aracın bir bakıma çarpışma anında koltuğa gelen yüklerini simule eder. 3-Arkalık Đtme Testi ( 74/408/AT ): Koltuğun belirli ölçüler arasında esnemesini test etmektedir. Eğer crash test yapılmıyor ise yapılır. 4-Oturak ve Arkalık Đtme-Çekme Testleri: Blirli bir statik yük altında koltuğun arkalık ve oturak dayanımını ve esnemesini görmek veya belirli bir statik yük altında belirli bir frekans ve belirli bir çevrimde koltuk ile oturağın dayanımını görmek adına yapılır. 5-Çuval Düşürme Testleri: Koltuğun belirli bir kilogramdaki ağırlığa, belirli bir frekans ve çevrimde dayanımını görmek adına yapılır. 6-Enerji Dağılım Testi ( 74/60/AT ): Koltuğun çarpışma anında insan vücudunun uyguladığı enerji dağılımını görmek adına yapılır. KOLTUK BAĞLANTI ELEMANLARININ TASARIMI, SĐMÜLASYONLARI VE OPTĐMĐZASYONLARI Topoloji optimizasyonu istenen özelliklerde ürün tasarımında tasarım sürecinin ilk aşaması olan konsept model belirlemede kullanılan bir yöntemdir. Topoloji tasarımı ürün için tanımlanan tasarım uzayında tasarımcıya ürün modelinin optimum yapısını oluşturmada yardımcı olmaktadır. Koltuk bağlantı elemanı tasarımında önemli parametreler: araçta oturma yüksekliği, araç koltuk bağlantı noktaları, araç sınıfı, üretim malzemesi ve yöntemidir. ECE-R 14 regülasyonuna göre emniyet kemer bağlantıları test edilmektedir. Her bir koltuk bağımsız olarak şartnameye göre fiziksel olarak test edilmekte ve onayı alınmaktadır. Regülasyona göre ölçüleri belirli alt ve üst çekme aparatları ile statik yükler koltuğa uygulanmaktadır. Fiziksel test sonucunda yapıda oluşan kalıcı deformasyonlar ve lokal biçimde oluşan kopmalar regülasyona uygunluğu engellememektedir. Yapılan çalışmada simülasyonlara dayalı optimizasyon ile alternatif üretim yöntemleri ve malzemelere göre emniyet kemer çekme testi simülasyonlarından geçerliliği esas alınmıştır. Bir koltuk tipi seçilerek ayak tasarımları değiştirilmiş ve yapının 3 nokta emniyet kemer çekme testi simülasyonları yapılmıştır. Şekil 3: Koltuğun sonlu elemanlar modeli 3 tip tasarım örneğinin simülasyon sonuçları aşağıda verilmiştir. Đlkinde sac pres ikincisinde aynı malzemeden profil ve son olarak ise alüminyum alaşımlı enjeksiyon ayakların simülasyonları yapılmıştır. Şekil 1: a)Crash Test b) Arkalık itme testi Şekil 4: Simülasyonu yapılan ayakların Von-Mises gerilme ve plastik gerinme dağılımları Bu 3 tip ayağın maliyet çalışmaları yapıldığında alüminyum ayak diğer ayaklardan hafif olsa da sac pres ayak çok farklı tipte ayak boyu olduğu için maliyet açısından en uygun olduğu anlaşılmıştır. Bu çalışmada bilgisayar destekli simülasyonları, fiziksel testlerle doğrulama adına bir takım testler yapılmıştır. Araç koltuk bağlantılarına emniyet kemer çekme testi simülasyonları uygulanmıştır. Yapılan doğrulama işleminde fiziksel testi yapılacak modelin sonlu elemanlar modeli oluşturularak fiziksel testle sonuçları karşılaştırılmıştır. a) Şekil 5: a)Optimizasyon modeli b) b)Von-Mises gerilme dağılımı a) Şekil 2: a)Sonlu elemanlar modeli b)Gerçek test modeli KAYNAKLAR •TÜV SÜD, 2011 “ AB Mevzuatı Çerçevesinde Motorlu Araçların Koltukları Đle Đlgili Homologasyon Eğitimi” •Dassault Systems, Catia Software. •HyperWorks Altair OptiStruct and Radioss Software.