Numerical and experimental approach of various sectioned new concept of the crash-boxes to determine the reliability and crashworthiness of the vehicles during frontal impacts

Abstract

Araç kazaları incelendiğinde, çarpışma davranışını ve yolcu güvenliğini değerlendirmek hususunda bir perspektif oluşmaktadır. Araç gövdesindeki deformasyonları ve yolcu yaralanmalarını azaltmak için günümüze değin birçok donanım zaten geliştirilmiş bulunmaktadır. Bu donanımlar, aktif ve pasif güvenlik sistemleri olarak ikiye ayrılmaktadır. Bu çalışma, araçların kaza sürecinde çarpışma kutusu adı altında kullanılan pasif güvenlik sistemleri hakkında olup, önden çarpışmalardaki şok etkilerinin azaltılması maksadıyla deneysel olarak incelemelerden oluşmaktadır. Çarpışma kutuları için kare, dairesel ve diğer standart kapalı kesitler imalatın kolaylığı bakımından tercih edilmektedirler. Bu çalışma için ise açık kesitli çarpışma kutuları çalışılmıştır. İmalattaki sınırlandırmalardan dolayı dört yeni tasarımdan bir tanesi tercih edilmiştir. Bu yeni tasarım çarpışma kutusu klasik kullanımdakinden farklı olarak şasi önünde ve ön tamponun hemen arkasında yer almaktadır. W şekilli bir kesite sahip olan çelik sac-metal çarpışma kutusu şok emici bir ünite olarak üretilmiştir. Deneyler için ise 2.88m düşürme yüksekliğine sahip bir test düzeneği kullanılmıştır. Test sürecinde, deney düzeneğinin kapasitesine bağlı olarak 1200kg’ a sahip bir aracın gerçek kaza senaryosunun sekizde biri canlandırabilmektedir. Çarpışma testleri, kabul edilen kaza senaryosunun oranı doğrultusunda 150kg şeklinde olmaktadır. Sönümleyiciler için en uygun sac kalınlığına karar verebilmek maksadıyla 2mm, 1.5mm, 1mm ve 0.8mm kalınlıktaki numuneler kullanılmışlardır. Sonuç olarak ise, 1mm kalınlıktaki St37 malzemeden imal edilmiş w şekilli sac-metal çarpışma kutusunun, önden meydana gelen kazada ortaya çıkan çarpışma enerjisini sönümleyebilecek kadar dayanıklı olduğu anlaşılmıştır.

Keywords

• Vehicle Reliability,Impact,Shock Energy,Crash-box,Occupant Safety

References

1. [1] S. Boria, J. Obradovic, and G. Belingardi, “Experimental and numerical investigations of the impact behaviour of composite frontal crash structures,” Composites Part B: Engineering, vol. 79, pp. 20–27, 2015.
2. [2] K. Solabannawar, S.I. Bekinal, “To simulate and study the behaviour of vehicle front structure through tox joints in frontal collision,” International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET)”, vol. 03, no. 7, pp. 1702-1707, 2016.
3. [3] A. Ghadianlou, S.B. Abdullah, and A. Agarwal, “Crashworthiness design of vehicle side door beams under low-speed pole side impacts,” Thin-Walled Structures, vol. 67, pp. 25-33, 2013.
4. [4] N. Tanlak, “Cross-sectional shape optimization of thin-walled columns enduring oblique impact loads,” Thin-Walled Structures, vol. 107, pp. 65-72, 2016.
5. [5] N.N. Hussain, S.P. Regalla and Y.V.D. Rao, “Low velocity Impact Characterization of Glass Fibre Reinforced Plastics for Application of Crash Box,” Materialstoday: Proceedings, vol. 4 (2 PartA), pp. 3252-3262 2011.
6. [6] J.A.C. Ambrósio, “Contact and impact models for vehicle crashworthiness simulation,” International Journal of Crashworthiness 8, vol. 8, no. 1, pp. 73-86, 2003.
7. [7] Y. Nakazawa, K. Tamura, M. Yoshida, K. Takagi and M. Kano, “Development of Crash-box for passenger car with high capability for energy absorption,” CIMNE 2005 VIII International Conference on Computational Plasticity, 2005.
8. [8] G. Belingardi, A.T. Beyene, E.G. Koricho and B. Martorana, “Alternative lightweight materials and component manufacturing technologies for vehicle frontal bumper beam,” Composite Structures, vol. 112, pp. 1-10, 2014.

9. [9] C. Zhou, Y. Zhou and B. Wang, “Crashworthiness design for trapezoid origami crash boxes,” Thin-Walled Structures, vol. 117, pp. 257-267, 2017.
10. [10] G. Belingardi, A.T. Beyene, E.G. Koricho and B. Martorana, “Crashworthiness of integrated crash-box and bumper beam made by die- forming composite,” 16th European Conf. on Composite Materials, 2014.
11. [11] H. Chul, K. Dong, K. Shin, J.J. Lee and J.B. Kwon, “Crashworthiness of aluminum/CFRP square hollow section beam under axial impact loading for crash box application,” Composite Structures, vol. 112, pp. 1-10 2014.
12. [12] G. Suna, T. Panga, C. Xua, G. Zhenga and J. Songc, “Energy absorption mechanics for variable thickness thin-walled structures,” Thin-Walled Structures , vol. 118, no. 1, pp. 214-218, 2017.
13. [13] F. Tarlochan, F. Samer, A.M.S. Hamouda, S. Ramesh and K. Khalid, “Design of thin wall structures for energy absorption applications: Enhancement of crashworthiness due to axial and oblique impact forces, Thin-Walled Structures, vol. 71, pp. 7-17, 2013.
14. [14] A.A.A. Alghamdi, “Collapsible impact energy absorbers: An overview,” Thin-Walled Structures, vol. 39, pp. 189-213, 2001.
15. [15] T. Wierzbicki, W. Abramowicz, “Collapsible impact energy absorbers: An overview,” Thin-Walled Structures, vol. 50, pp. 727-734, 1983.
16. [16] S.A. Meguid, Y.P, “. Hou, Crush behaviour of foam-filled thin-walled conical frusta: analytical, numerical and experimental studies,” Acta Mechanical, vol. 227, pp. 3391–3406, 2016.
17. [17] Y. Zhou, F. Lan and J. Chen, “Crashworthiness research on S-shaped front rails made of steel–aluminium hybrid materials,” Thin-Walled Structures, vol. 49, pp. 291-297 2011.
18. [18] N. Tanlak, F.O. Sonmez and M. Senaltun, “Shape optimization of bumper beams under high-velocity impact loads,” Engineering Structures, vol. 95, pp. 49-60, 2015.
19. [19] H. Ozera, Y. Canb and M. Yazıcıa, “Investigation of the Crash Boxes Light Weighting with Syntactic Foams by the Finite Element Analysis,” Acta Phys. Pol. A, vol. 132, pp. 734-737, 2017.
20. [20] U. Ozsaraca, S. Isika, F. Varolb, “M.E. Unata, C. Ozdemira and S. Aslanlara, Investigation of Tensile Properties of Aluminium 6082-T6 Alloys Joined by Cold Metal Transfer Method by Using Different Working Time,” Acta Phys. Pol. A, vol. 132, pp. 705-707, 2017.
21. [21] M. Urbanek and D. Blaszkiewicz, “FEM Based Improvement of CAD for Non-Conventional Railway Track,” Acta Phys. Pol. A, vol. 128, pp. 241-242, 2015.
22. [22] I. K. Yilmazcoban, Omer Adanur, “Experimental Crash-Box Optimizations for The Frontal Impact Scenario of a Vehicle to Decrease The Shock Effects of Collisions,” ICCESEN 2017 4th International Conference on Computational and Experimental Science and Engineering, pp. 387, 2017.