Fatigue Analysis of Critical Parts for an In-Wheel Electric Motor

Year 2019, Volume: 60 Issue: 695, 132 - 147, 12.06.2019

U. Görkem Çakıcı , S. Çağlar Başlamışlı , Selim Solmaz Korhan Babacan Yılmaz Bora Yıldırım

Abstract

Electrical vehicles (EVs) have a major importance on reducing the carbon emissions for transportation vehicles and dependency on fossil fuels such as gasoline and diesel. The main aspect of this study is to conduct a fatigue analysis of critical parts for a homemade in-wheel electric motor. The said in-wheel BLDC electric motor is utilized in an in-house built electric vehicle designed accordiry to the specifications of the TÜBİTAK Alternative Energy Vehicle Races. The fatigue analysis is conducted by first deriving the mean and alternating stresses from the Von-Mises equivalent stress distributions and then applying the ASME-Elliptic life cycle method to the critical parts. Rain flow counting cycle method and Palmgren-Miner’s rule are also used to generate damage and operation life for the critical parts of the in-wheel electric motor assembly, for different road conditions.

Keywords

Ls-Dyna, fatigue analysis

Jant İçi Elektrik Motorunun Kritik Parçalarının Yorulma Analizi

Abstract

Elektrikli araçlar (EA) ulaşım araçlarının karbon emisyonlarının azaltılması ile benzin ve dizel gibi fosil yakıtlara bağımlılığın azaltılmasında çok önemli bir role sahiptir. Bu çalışmanın temel amacı, özgün yapım bir jant içi elektrik motorunun kritik parçalarının yorulma analizini gerçekleştirmektir. Belirtilen fırçasız jant içi elektrik motoru, TÜBİTAK Alternatif Enerjili Araçlar Yarışması için üniversite bünyesinde geliştirilen bir elektrikli araç içerisinde kullanılmaktadır. Yorulma analizi ilk olarak Von-Mises eşdeğer gerilim dağılımlarından türetilen ortalama ve değişken gerilimlerin elde edilmesi ve daha sonra kritik parçalara ASME-Elliptic yaşam döngüsü metodunun uygulanmasıyla gerçekleştirilmiştir. Ek olarak, jant içi elektrik motor modelinin kritik parçalarının farklı yol koşullarında göreceği hasar ve işletme ömürlerinin hesaplanması için yağış saydırma döngüsü (rainflow counting) ve Palmgren-Miner kuralı kullanılmıştır. 

Keywords

Ls-Dyna, yorulma analizi

References

• Marzougui, H., Amari, M., Kadri, A., Bacha, F., Ghouili, J. 2017. “Energy Management of Fuel Cell/Battery/Ultracapacitor in Electrical Hybrid Vehicle,” International Journal Of Hydrogen Energy 42 8857-8869.
• Electric & Hybrid Vehicle Technology International, Wheel motor feature electric hybrid.www.tm4.com/wpcontent/uploads/2013/12/Wheel_motor_feature_Electric__Hybrid_July_2013.pdf, Yayın Tarihi Temmuz 2013, son erişim tarihi: 8 Ekim 2017.
• Kulkarni, A., Ranjha, S. A., Kapoor, A. 2016. Fatigue Analysis of a Suspension for an In-Wheel Electric Vehicle, Engineering Failure Analysis 68 150–158.
• Bayrakceken, H., Tasgetiren, S., Aslantas, K. 2006. “Fracture of an Automobile Anti-Roll Bar,” Engineering Failure Analysis 13, p. 732–738.
• Ossa, E. A. , Palacio, C. C. , Paniagua, M. A. 2011. “Failure Analysis of a Car Suspension System Ball Joint,” Engineering Failure Analysis 18, p. 1388–1394.
• Fatigue Data at zero mean stress comes from 1998 ASME BPV Code, Section 8, Div 2, Table 5-110.1
• General aluminum alloy. Fatigue properties come from MIL-HDBK-5H, page 3-277.
• Marin, T., Nicoletto, G. 2009. “Fatigue Design of Welded Joints Using the Finite Element Method and the 2007 ASME Div. 2 Master Curve, T. Marin et alii, Frattura ed Integrità Strutturale,” 9 p. 76 - 84; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.09.08.2009.
• Hashin Z., 1980. “A Reinterpretation of the Palmgren-Miner Rule for Fatigue Life Prediction, J. Appl. Mech 47(2), p. 324-328, doi:10.1115/1.3153663, Jun 01,1980.