Hafif Ticari Bir Araç İçin Ön Burun Taşıyıcı Modül Geliştirme

Abstract

CO2 emisyon hedefleri araç üreticileri için aşılması gereken en önemli engellerin başında gelmektedir. Hedefe ulaşmak için gerekli potansiyeller biri olan araç hafifletmenin önemi gün geçtikçe artmaktadır. Bu çalışmada, hafif ticari bir araç için cam elyaf takviyeli termoplastik ön burun taşıyıcı modülü sonlu elemanlar analizleri kullanılarak geliştirilmiştir. İlk aşamada, geliştirilen termoplastik tasarımın analizleri gerçekleştirilmiş ve mevcut durumda kullanılan metal yapı ile karşılaştırılmıştır. Daha sonra, mevcut yapıdan paketleme ile montaj kısıtları dikkate alınarak bir topoloji dizayn hacmi çıkarılmıştır. İlgili hacim kullanılarak doğal frekans hedefleri ile yapısal performans kriterleri dahilinde topoloji optimizasyonları gerçekleştirilmiştir. Optimizasyonlar sırasında performans ve ağırlık açısından optimum çözüme ulaşabilmek için farklı parametrelerin etkisi araştırılmıştır. Topoloji optimizasyon sonuçları kullanılarak optimum tasarım ve yük yolları belirlenmiştir. Radyatör ile far arasında değişen paketleme kısıtları nedeniyle optimizasyon hacmi değiştirilerek yeni bir topoloji dizayn hacmi oluşturulmuş ve topoloji optimizasyonları tekrarlanmıştır. Optimizasyon sonuçlarına göre yeni bir tasarım oluşturulmuştur. Bu tasarım kullanılarak doğrusal olmayan yapısal analizler gerçekleştirilmiştir. Analizlerin ardından yeni tasarımdaki federlerde kalınlık optimizasyonu yapılmıştır. Bu çalışmada, mevcut metal versiyonuna göre daha hafif olan ve aynı performansta sahip termoplastik bir ön burun taşıyıcı modülü geliştirilmiştir.

Keywords

• Ön Burun Taşıyıcı Modül
• Abaqus, Optistruct
• Topoloji Optimizasyonu
• Ağırlık Azaltma
• Metal Değiştirme.

FRONT END MODULE DEVELOPMENT FOR A LIGHT COMMERCIAL VEHICLE

Abstract

CO2 emission targets became a crucial obstacle for vehicle producers. In order to overcome this problem, weight reduction potentials are getting more and more critical. In this study, for a light commercial vehicle, a glass fiber reinforced thermoplastic front-end structure has been analyzed. At first, a fully plastic draft design is analyzed and compared with the current metal structure. After that, a topology volume is extracted from the existing vehicle structure, and topology optimizations have been carried out according to the modal and static loading performance targets. Different optimization parameters have been investigated to decide the best solution in terms of performance and weight. Load paths and optimum design are calculated by topology results. Due to the packaging problems with the radiator and headlamp, optimization volume is modified, and the new topology volume and optimizations are completed. Based on the topology results, a feasible design is prepared, and detailed non-linear analyses are started. After the non-linear analyses, free size optimization is applied to the ribs of the part. In this study, a feasible preliminary design at the same performance with less weight respect to the current metal version is completed.

Keywords

• Front-End Module
• Abaqus, Optistruct
• Topology Optimization
• Weight Reduction
• Metal Replacement

References

1. 1. A2mac1, Automotive Benchmarking, (2019). Web address: http://www.a2mac1.com, Saarbrücken.
2. 2. Bendse, M. P. and Sigmund, O. (2004) Topology optimization: theory, methods and applications, Springer, New York. doi: 10.1007/978-3-662-05086-6
3. 3. Cavazzuti, M., Costi, D. and Baldini, A., (2011) Automotive Chassis Topology Optimization: a Comparison Between Spider and Coupé Designs, Conference: World Congress on Engineering 2011 - The 2011 International Conference of Mechanical Engineering, London, UK, Volume: Proceedings of the World Congress on Engineering 2011 Vol III, July 2011.
4. 4. Chiandussi, G., Gaviglio, I. and Ibba, A. (2004) Topology optimisation of an automotive component without final volume constraint specification, Advances in Engineering Software, 35, 609–617. doi:10.1016/j.advengsoft.2003.07.002
5. 5. Droste, A., Naughton, P., Bowser, B., Röttger, J., Burr, S., Imam, O., Zeitler, M., Heuft, Th. and Cawley, A. (2003) Bonded metal-plastic composite structures — the future of lightweight, cost-effective performance, SPE Automotive Composites Conference, Michigan.
6. 6. Duddeck, F. (2008) Multidisciplinary optimization of car bodies, Structural and Multidisciplinary Optimization, 35, 375-389. doi:10.1007/s00158-007-0130-6
7. 7. Fujii, T., Shibuya, S., Sato, Y., Jankowski, U., M¨uller-Bechtel, M. and Schneider, P. (2004) New Body in White Concept through Topology Optimisation, Verein Deutscher Ingenieure (VDI)- Berichte, Nr. 1846.
8. 8. Höke, Ö. and Bozca, M. (2019) Topology Optimisation of Engine Cross Members for Lightweight Structure in Light Commercial Vehicles, International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, doi:/10.1007/s12541-019-00228-4.

9. 9. Koch, B., Knözinger, G., Pleschke, T., and Wolf, H J. (1999) Hybid-Frontend als Strukturbauteil, SpringerLink, In: KU Kunststoffe, Carl Hanser Verlag, München, März, S. 82–86. doi: 10.1007/BF03221756
10. 10. Larsson, R., (2016) Methodology for Topology and Shape Optimization: Application to a Rear Lower Control Arm, Master's thesis in Applied Mechanics, Department of Applied Mechanics, Chalmers Univesity of Technology, Göterborg, Sweden.
11. 11. Naughton, P., Röttger J., and Bowser, B. (2002) A new approach to hybrid front-end systems, SAE 2002-01 1229 presented at SAE International Congress & Exposition, Detroit, MI, USA, March. doi: 10.4271/2002-01-1229.
12. 12. Optistruct is part of the Altair 2017: Users guide. Altair Engineering, Inc., Troy, Michigan.
13. 13. Sobieszczanski-Sobieski, J., Kodiyalam, S. and Yang, R.Y. (2001) Optimization of a car body under constraints of noise, vibration, and harshness (NVH), and crash, Structural and Multidisciplinary Optimization, 22, 295–306. doi:10.1007/s00158-001-0150-6
14. 14. Volz, K.H. and Zimmer, H. (2007) Optimizing Topology and Shape for Crashworthiness in Vehicle Product Development, IABC International Automotive Body Congress, Berlin.