Topology Optimization of an Automobile Wishbone

Abstract

Topology optimization is used in many areas, such as the machinery, automotive, defense, construction, aerospace, and healthcare industries. This method is fast, solution-oriented, and low-cost. Thanks to topology optimization, there is a decrease in fuel consumption and a decrease in the harmful emission gases released into nature. This study aimed to reduce the weight of the parts by optimizing the topology of an automobile wishbone. As a result, it is aimed to obtain the optimum product. Performing design and analysis in a computer environment aims to save time and cost spent in the prototype and testing stages. Three-dimensional modeling work was done in the CATIA program, a computer-aided design tool. Finite element analysis and topology optimization were done with the computer-aided analysis program ANSYS. As a result, part weight was reduced by 4,917kg (57%). The decrease in the total weight of the vehicle is 9.83 kg.

Keywords

• Topology optimization
• Wishbone
• Computer aided design
• Computer aided engineering

BİR OTOMOBİL SALINCAĞININ TOPOLOJİ OPTİMİZASYONU

Abstract

Topoloji optimizasyonu; makine endüstrisi, otomotiv sanayi, savunma sanayi, inşaat sektörü, uzayhavacılık sanayi, sağlık sektörü gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Bu yöntem hızlı, çözüm odaklı ve düşük maliyetlidir. Topoloji optimizasyonu sayesinde yakıt tüketiminde düşüş sağlanarak doğaya salınan zararlı emisyon gaz oranlarında da azalma görülmektedir. Bu çalışmada bir otomobil salıncağının topoloji optimizasyonu yapılarak, parça ağırlığında hafifletme amaçlanmıştır. Sonuç olarak optimum ürün elde edilmesi hedeflenmiştir. Bilgisayar ortamında tasarım ve analizler gerçekleştirerek, prototip ve test aşamalarında harcanan zaman ve maliyetten tasarruf sağlanması hedeflenmiştir. Üç boyutlu modelleme çalışması, bilgisayar destekli tasarım aracı olan CATIA programında gerçekleştirilmiştir. Sonlu elemanlar analizi ve topoloji optimizasyonu bilgisayar destekli analiz programı ANSYS ile yürütülmüştür. Sonuç olarak parça ağırlığı 4,917kg (%57 oranında) azaltılmıştır. Araçtaki toplam ağırlıktaki azalma ise 9,83kg’dir.

Keywords

• Topoloji optimizasyonu
• salıncak
• Bilgisayar destekli tasarım
• Bilgisayar destekli mühendislik

References

1. Albak, İ. (2019). Optimum design of brake pedal using topology optimization method intended for weight reduction on the formula SAE car, Uluslararası Mühendislik Araştırma ve Gelistirme Dergisi, 328–334. doi:10.29137/umagd.467057
2. Chaudhari, P. ve Khairnar, R. (2020). Weight optimization of hub and knuckle using topology optimization. International Journal of Mechanical Engineering, 7(6), 20–23. doi:10.14445/23488360/ijme-v7i6p103
3. Çelik, A., ve Yıldız, A. R. (2022), Otomobil Salıncak Kolunun Yapısal Analiz ve Optimizasyon Teknikleri ile Ağırlık Azaltılması. Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering, 27(2), 817-830. doi:10.17482/uumfd.1055392
4. Eren, O., ve Sezer, H. (2019), Üretken Tasarım ve Topoloji Optimizasyonu Yaklaşımlarıyla Ürün Tasarımı, Uluslararası Bilim, Teknoloji ve Sosyal Bilimlerde Güncel Gelişmeler Sempozyumu, Ankara, Türkiye, (2), 251-262
5. Güler, M. ve Şen, S. (2015). Sonlu Elemanlar Yöntemi Hakkında Genel Bilgiler, Ordu Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 5 (1),56-66.
6. Güleryüz, İ. ve Yılmaz, B. (2019). Ağır hizmet araçlarında kullanılan Z-kam kampanalı fren tork plakası ağırlık optimizasyonu, Academic Perspective Procedia, 2(3), 466-475. doi:10.33793/acperpro.02.03.34
7. https://www.torque.com.sg/features/fuel-consumption-and-vehicle-weight/, Erişim Tarihi: 02.08.2023
8. Jagtap, M. ve Dhoke, A. (2017). Topology optimization of exhaust mounting bracket, In Tech Mahindra, Altair Technology Conference.

9. Kaya, N., Karen, İ. ve Öztürk, F. (2010). Re-design of a failed clutch fork using topology and shape optimisation by the response surface method. Materials and Design, 31(6), 3008–3014. doi:10.1016/j.matdes.2010.01.002
10. Khode, S. S., Patil, A., Gaikwad, A. (2017), Design Optimization of a Lower Control Arm of Suspension System in a LCV by using Topological Approach, International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, 6 (6). doi:10.15680/IJIRSET.2017.0606084
11. Kılıçarpa, U. A., Yıldız, B. S., Ve Yıldız, A. R. (2022), Optimum Design of Thermo-Plunger Support in Commercial Vehicles by Using Structural Design and Finite Element Methods. Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering, 27(3), 1137-1146. doi:10.17482/uumfd.1176365
12. Kong, Y. S., Abdullah, S., Omar, M. Z. ve Haris, S. M. (2016). Topological and topographical optimization of automotive spring lower seat. Latin American Journal of Solids and Structures, 13(7), 1388–1405. doi:10.1590/1679-78252082
13. Küçükoğlu, A., Bağrıyanık, A. O., Bahar, İ., Sirkeci, F., vd. (2020), Front End Module Development for a Light Commercial Vehicle, Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering, 25(3), 1315-1324. doi:10.17482/uumfd.735003
14. Mantovani, S., Presti, I. L., Cavazzoni, L. ve Baldini, A. (2017). Influence of manufacturing constraints on the topology optimization of an automotive dashboard, Procedia Manufacturing, 11, 1700-1708. doi:10.1016/j.promfg.2017.07.296
15. Marzbanrad, J. ve Hoseinpour, A. (2017). Structural Optımızatıon Of Macpherson Control Arm Under Fatıgue Loadıng, Technical Gazette, 24 (3), 917-924.
16. Topaç, M. M., Karaca, M., Aksoy, B., Deryal, U. ve Bilal, L. (2020). Lightweight design of a rear axle connection bracket for a heavy commercial vehicle by using topology optimisation: A case study. Mechanica, 26(1), 64-72. doi:10.5755/j01.mech.26.1.23141
17. Yende, S. V., Tadamalle, A. P., & Burande, D. H. (2019). Topology Optimization of Lower Control Arm for LMV. International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), 8(07), 829-834.
18. Yenilmez, E., Yasar, A. ve Şendur, P. (2019). Şantiye kamyonlarında denge çubuğu tasarımı ve optimizasyonu, Mühendis ve Makina Güncel, 32, 28-32.