Otomotiv sektöründe CAE (Bilgisayar Destekli Mühendislik) metotlarının hızlı bir şekilde gelişim göstermesi ile araç tasarımı geliştirme süreci oldukça kısaltılmıştır. Özellikle CAE çalışmalarının doğruluk oranının yükselmesi ile bilgisayar ortamında kurulan araç modelleri, gerçek prototiplerin yerini almıştır. Tüm aracın, alt sistemlerinin ve komponentlerinin tasarım sürecindeki performansları, CAE ortamında kurulan modeller ile doğrulamakta ve hedef değerleri ile karşılaştırılmaktadır. Çalışmalar esnasında; hedef değerleri yakalayabilmek için ise sanal ortamdaki prototip üzerinde değişiklikler kolayca yapılıp istenen hedefe ulaşılıp ulaşılmadığı irdelenebilmektedir. Bu ise tasarım veya geliştirme sürecinde, firmaların yaptığı her bir değişiklik için gerçek bir prototip üretmesinin önüne geçmiş ve hem zamandan hem maliyetten fayda sağlamıştır.
Bu çalışmada kullanılan çok kütleli yarım araç modeli, Altair/MotionSolve sihirbazı kullanılarak elde edilmiştir. Test aracına ait süspansiyon sistemi bileşenlerinin tamamının 3D katı modelleri bulunamadığı için Altair/MotionSolve sihirbazında geometrisi test aracındaki bileşenlere en yakın olan seçimler yapılmıştır. Salıncak üzerindeki gerilmelerin hesaplanabilmesi amacıyla aracın salıncağı Altair/Hypermesh üzerinde modellenerek dinamik model üzerine flexbody(esnek) olarak yerleştirilmiştir. Oluşturulan yarım araç modeline yerleştirilen flex salıncak modeli Şekil 6.1‟ de verilmiştir.
ġekil 6.1. Salıncağın flexbody modeli
Çalışmalardan verimli sonuçlar alabilmek için, çok kütleli yarım araç modelinin gerçeğe en yakın haliyle oluşturulması gerekmektedir. Çok kütleli yarım araç modelini oluşturma esnasında programın sorduğu bazı sorular mevcuttur. Bu sorulardan kritik olanları; aracın süspansiyon sistemi türü, direksiyon sistemi türü, yarım araç modeli üzerinde güç aktarma organlarının olup olmayacağı, stabilizer rot bağlantı noktalarının ne olduğu, araç gövdesinin yere sabit olup olmayacağı gibi sorulardır.
Tez çalışmalarını yaptığımız binek araç; MacPherson tipi süspansiyon sistemine sahiptir ve tek salıncağı vardır, direksiyon sistemi olarak rack pinion mevcuttur, stabilizer rot mafsallarının birisi strut(amortisör) üzerine diğer bir ucu ise denge çubuğuna bağlanmıştır. Veri toplama çalışmalarında araç alt şasisinden ivme verisi toplanmıştır ve model doğrulanırken sisteme bu veri de verilmiştir. Dolayısıyla araç gövdesi yere sabit olarak kabul edilmemiştir. Bunların yanın da sistemin doğru olduğundan ve doğru sonuçlar alacağımızdan emin olmak için birimlerin aykırı olmaması gerekmektedir. Bu çalışmada; “kg, mm, s, N” birimleri ile çalışılmıştır. Bu kabuller sonucunda oluşturulmuş ve üzerine flexbody salıncak modeli tanımlanmış olan yarım araç modeli, Şekil 6.2‟ de verilmiştir.
Veri toplama çalışmalarıyla elde edilen 3 eksendeki ivme verileri gerçek yol şartlarında hangi noktadan toplanmış ise yarım araç modelinde de o noktalardan tahrikler verilmeye çalışılmıştır. Dinamik model üzerinde herhangi bir noktadan tahrik verebilmek için o nokta üzerine mafsal tanımlaması yapılmak zorundadır. Salıncak üzerinden elde edilen ivme verisinin dinamik model üzerinde tanımlanabilmesi için dinamik model üzerinde o noktaya karşılık gelen noktaya mafsal tanımlaması yapılmıştır. Şasi üzerinden elde edilen ivme değeri ise dinamik modelde şasinin hareketi olarak tanımlanarak salıncak üzerinde gerçek dışı gerilmelerin oluşmasının önüne geçilmiştir. Bu şasi hareketi de, şasi üzerine kayar bir mafsal tanımlanmasıyla sağlanmıştır.
Gerçek yol şartlarından topladığımız orta yol verileri içerisinden, çok kütleli dinamik modelimizi doğrulayabilmek için her hangi bir anındaki 10 sn‟ lik veri seçilmiştir. Bu veri; salıncak üzerine yerleştirilmiş ivmeölçerden alınan 3 eksendeki ivme verisini, salıncak üzerine yerleştirilmiş rozet tipi gerinim ölçerlerden alınan gerinim verisini ve şasi üzerine yerleştirilmiş tek eksenli ivmeölçerden alınmış olan ivme verisini içermektedir. Salıncak üzerinden alınan 10 sn‟ lik ivme verisi Şekil 6.3‟ de, gerilme verisi ise Şekil 6.4‟ de yer almaktadır.
ġekil 6.3. Salıncak üzerinde oluşan 3 eksendeki ivme değerleri g
g g
ġekil 6.4. Seçilen 10sn‟lik yol verisinin gerilme değerleri
Seçilen 10 sn‟ lik ivme verisinin çok kütleli dinamik modele tanımlanması ve doğru sonuç alınması oldukça zor olduğu için bu veri LMS Test Express kullanılarak çift integrasyon ve yeniden örnekleme işlemleri kullanılarak mesafe verilerine dönüştürülmüştür(Şekil 6.5). Bu uygulama laboratuvar ortamında ivme ölçer ve mesafe sensörleri kullanılarak doğrulanmıştır. Elde edilen mesafe verileri çok kütleli modelde kullanılmak üzere MS Excel dosyasına çevrilmiştir. Şasi üzerinden alınan ivme verisine de çift integrasyon ve yeniden örnekleme işlemleri yapılarak mesafe verisine dönüştürülmüştür.
ġekil 6.5. Seçilen 10 sn‟lik verinin 3 eksendeki mesafe değerleri
Elde edilen 10 sn‟ lik 3 eksendeki mesafe ve ivme verileri salıncak üzerine yerleştirilen kayar mafsallar üzerine ayrı ayrı tanımlanmıştır. Böylelikle; salıncağın, o eksenlerde tanımlanan ivme ve mesafe hareketlerini gerçekleştirmesi sağlanmıştır. Yol verisinin dinamik modele verilmesi sonucu elde edilen hareket esnasında salıncak üzerinde oluşan gerilme değerleri kaydedilmiştir (Şekil 6.6).
ġekil 6.6. Çok kütleli dinamik modelden elde edilen gerilme verisi
G er il m e ( M P a) Zaman (s) ____ MotionView
Yapılan karşılaştırmalar sonrası, iki veri grubunun mertebe ve trend yönünden uyumlu olduğu gözlenmiştir. LMS Tecware yazılımı kullanılarak çok kütleli yarım araç modeli ile elde edilen salıncak gerilmelerinin hasar potansiyeli, gerçek yol şartlarında ölçülen salıncak gerilmelerinin hasar potansiyeli ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalar sonrası gerçek yol şartlarında oluşan gerilmelerin hasar potansiyelinin, yarım araç dinamik modeli kullanılarak elde edilen gerilmelerin hasar potansiyelinin %87 sine eşit olduğu belirlenmiştir (Şekil 6.8). Elde edilen gerilmelerin hasar potansiyelleri, LMS/Tecware ara yüzünde “Palmgren-Miner” yöntemi kullanılarak yapılmıştır. (1.1)
ġekil 6.7. Hasar Potansiyelleri Karşılaştırması
Hesaplanan ve ölçülen gerilmelerin hasar potansiyelleri arasındaki farkın nedeninin aşağıdakiler olabileceği düşünülmektedir:
I. Yarım araç dinamik modelinde kullanılan ideal bileşenlerin gerek geometri gerekse davranış yönünden gerçek taşıttaki parçalarla %100 uyumlu olmaması,
II. Salıncak üzerinde veri toplanan noktayı, dinamik model üzerinde birebir karşılayacak noktadan tahrik verilememesinden,
III. İvme sinyallerinin integrasyonu ile elde edilen mesafe değerlerinin; gerçek deplasman değerlerinden belli oranda farklılık göstermesi.
Yol verisi MotionView verisi