Design and Analysis of Power Pack Carrier Structure in Armoured Military Vehicles

Abstract

Military vehicle manufacturers attach great importance to design and design verification processes to increase personnel safety, improve vehicle system and subsystem component strength, and reduce test costs that are much higher than passenger vehicles. In military vehicles, power pack carrier structures carry the power pack on the body with engine mounts. The power pack carrier structure, which is planned to be produced by welded or casting production method, has been designed according to these production methods. Analyses were carried out for different scenarios according to the loads exposed to a power pack carrier structure within the scope of a military vehicle's operating conditions and mission profiles. Static analyses were carried out within the scope of crash and bump scenarios and modal analyses to determine whether the system would resonate under the drive frequency of the engine. According to the results of the analyses, both production methods were considered safe. It was decided to improve the design of the cast carrier structure, taking into account the cost, weight, and reliability. As a result of the design changes, the weight of the carrier structure has been reduced and 8 kg of lightening has been achieved. The static analyses performed on the improved final carrier structure showed that the highest stress occurred in the bump scenario, unlike other structures. It was evaluated that the structure has a safety of 1,67. According to the modal analysis, since the carrier structure frequency is out of the engine drive frequencies, it is concluded that the system will not resonate and will be safe.

Keywords

• Power Pack Carrier Structure
• Military Vehicles
• Design and Analysis

Zırhlı Araçlarda Güç Paketi Taşıyıcı Yapının Bilgisayar Destekli Yapısal Analizi

Abstract

Askeri araç üreticileri personel güvenliğini artırmak, araç üzeri sistem ve alt sistem parça dayanımını iyileştirmek ve binek araçlara göre çok daha yüksek olan test maliyetlerini düşürmek için tasarım ve tasarım doğrulama süreçlerine ziyadesiyle önem vermektedir. Askeri araçlarda güç paketinin gövde üzerinde takozlar vasıtasıyla taşınması için güç paketi taşıyıcı yapılar kullanılmaktadır. Kaynaklı ya da döküm üretim yöntemi ile üretilmesi planlanan güç paketi taşıyıcı yapının bu üretim yöntemlerine göre tasarımları gerçekleştirilmiştir. Güç paketi taşıyıcı yapı askeri bir aracın çalışma koşulları ve görev profilleri kapsamında maruz kaldığı yüklere göre farklı senaryolar için analizler gerçekleştirilmiştir. Çarpma ve çukura girme senaryoları kapsamında statik analizler, motorun tahrik frekansları altında sistemin rezonansa girip girmeyeceğini belirlemek için de modal analizler gerçekleştirilmiştir. Analiz sonuçlarına göre iki üretim yönteminin de güvenli olduğu değerlendirilmiş olup maliyet, ağırlık ve güvenilirlik göz önünde bulundurularak döküm taşıyıcı yapının tasarımının iyileştirilmesine karar verilmiştir. Yapılan tasarım değişiklikleri ile taşıyıcı yapının ağırlığı düşürülmüş ve 8 kg hafifletme sağlanmıştır. İyileştirilmiş nihai taşıyıcı yapıda gerçekleştirilen statik analizler neticesinde diğer yapıların aksine en yüksek gerilme çukura girme senaryosunda meydana gelmiş ve yapının 1,67 emniyet katsayısına sahip olacağı değerlendirilmiştir. Modal analizler kapsamında ise taşıyıcı yapı frekansının motor tahrik frekans aralığı dışında olduğu için rezonansa girmeyeceği ve güvenli olacağı sonucu çıkarılmıştır.

Keywords

• Güç Paketi Taşıyıcı Yapı
• Askeri Arçalar
• Tasarım ve Analiz

References

1. Mahure, A.G. 2016. Design and Analysis of Front Fender of Three Wheeler Vehicle. International Journal of Advanced Innovative Technology in Engineering, Volume 1, Issue 6.
2. Alan, S., Uniyal, A., Bajaj, A. 2016. Evaluation of Structural and Vibrational Characteristic of Composite Drive Shaft for Automobile Using FEM. International Journal of Engineering Sciences & Research Technology, 5(4), 702-714. DOI:10.5281/zenodo.50381
3. Chimento, J., Kumar, D., ve Kumar, A. 2018. FEM Simulation Methodology for Accurately Capturing the Experimental Vibration Response of ECM Assembly on a Commercial Vehicle. SAE Technical Paper 2018-01-0467. DOI: https://doi.org/10.4271/2018-01-0467
4. Avitabile, P. 2001. Experimental Modal Analysis, A Simple Non-Mathematical Presentation. University of Massachusetts Lowell.
5. Pandiyanayanam, G. 2011. Experimental ve Modeling Studies Towards Random Vibration. SAE International, 260118.
6. Michiue, M. 2011. Prediction of Vibration Fatigue Life for Motorcycle Systems. SAE 20119642 / SAE 2012-28-0015.
7. Rahman, M. M. 2009. Finite Element Based Vibration Fatigue Analysis for a New Free Piston Engine. The Arabian Journal for Science and Engineering, Volume 34, Number 1B.
8. Brown, D. L., Allemang, R. J., Zimmerman, R., ve Mergeay, M. 1979. Parameter Estimation Techniques for Modal Analysis. SAE Technical Paper 790221. DOI: https://doi.org/10.4271/790221

9. Kandreegula, S., Rohilla, K., Sukumar, N., ve Kamal, K. 2017. Simulation and Validation of Propeller Shaft Mounting Brackets for Heavy Duty Commercial Vehicles. SAE Technical Paper 2017-28-1947. DOI: https://doi.org/10.4271/2017-28-1947
10. Abdullah, S., Kadhim, N., A., Ariffin, A., K. ve Hoseini, M. 2011. Dynamic Analysis of an Automobile Lower Suspension Arm Using Experiment and Numerical Technique. New Trends and Developments in Automotive System Engineering, Marcello Chiaberge, IntechOpen. DOI:10.5772/13408
11. Heißing, B. ve Ersoy, M. 2010. Chasis Handbook: Fundamentals, Driving Dynamics, Components, Mechatronics, Perspectives. Springer Science & Business Media, 611s.