Topoloji Optimizasyonu Kullanılarak Rot Başı Tasarımı, Analizi ve Doğrulanması

Öz

Rot başı ve rot kolu direksiyon sisteminin en önemli parçalarıdır. Araç içerisinde işlevleri gereği dinamik ve statik yüklerle birlikte yatak yükleriyle karşılaşmaktadır. Rot başı gövdesi, bu süreçte tasarımcılar için bir özgürlük alanıdır. Bu çalışmada, rot başı tasarım paketleri için topoloji optimizasyonu uygulanarak kısıtlı tasarım alanı, belirlenen yükler ve sınır koşullarında optimum rot başı tasarımı gerçekleştirmek hedeflenmiştir. Optimizasyon çalışmaları referans alınarak öncelikle rot başının üç boyutlu modelleme çalışmaları gerçekleştirilmiş, burkulma ve yorulma performanslarını değerlendirebilmek amacıyla sonlu elemanlar yöntemi ile analizler yapılmış ve son olarak da analiz sonuçlarından elde edilen veriler birbirleriyle kıyaslanarak optimum rot başı tasarımına karar verilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Rot başı
• topoloji optimizasyonu
• sonlu elemanlar analizi

Outer Tie Rod Design by Using Topology Optimization, Analysis and Verification

Öz

Outer tie rod and inner tie rod are important parts of the steering system, that are exposed to dynamic and static loads as well as bearing loads due to their function. Outer tie rod shaft is the area that provides freedom to the designers in the design process. In this study, outer tie rod shaft design is made with topology optimization. It is aimed to reach optimum outer tie rod design with specific loads in the limited design space. Outer tie rod design is created as 3D. After the 3D model phase, finite element analysis is performed to evaluate buckling and fatigue behavior of the tie rod. Finite element analysis results are evaluated, and optimum outer tie rod design is determined.

Anahtar Kelimeler

• Outer tie rod
• topology optimization
• finite element analysis

Kaynakça

1. [1] Taş, K., “Binek araç rotunun push-out ve yorulma performansının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi.” Yüksek Lisans Tezi, Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir, (2017).
2. [2] Nalbant, H.M., “Dövme yöntemi ile üretilmiş rotilli salıncak kolunun topoloji optimizasyonu ile tasarım iyileştirmesi.” Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya, (2021).
3. [3] Taş, K., Uyanık, E. ve Pekbey, Y., “Comparison of buckling load of passenger car with different cross-section tie rod by using energy methods and fem.”, 8. Otomotiv Teknolojileri Kongre Bildiri Özetleri Kitabı, Bursa, 42-44, (2016).
4. [4] Zerkin, D., “Binek araçlardaki rot başlarında yorulma davranışının incelenmesi.” Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir, (2019).
5. [5] Pehlivan, K.M. ve Özsoy, M., “Rot başının bilgisayar destekli yapısal çözümlenmesi.”, Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 1(1): 45-51, (2014).
6. [6] Uludamar, E., Biçer, S. G. ve Taş, M., “Sonlu elemanlar metodu kullanılarak rot üzerinde oluşan gerilmelerin hesaplanması.”, Adana Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 1(1): 30-35, (2018).
7. [7] Kankarej, S. P., Nema, A. A. and Anantharma, “FEA and optimization of tie rod of motor vehicle.”, International Research Journal of Engineering and Technology, 03(09): 812-817, (2016).
8. [8] Park, Y. C., Baek, S. K., Seo, B. K., Kim, J. K. and Lee, K. H., “Lightweight design of an outer tie rod for an electrical vehicle.”, Journal of Applied Mathematics, 2014: 1-16, (2014).

9. [9] Mungi S. and Navthar R., “Performance optimization of tie rod using FEA.”, International Journal of Engineering Research and Development, 11(3): 27-33, (2015).
10. [10] Güvenç, M.A., “Dayanıklılık ve ömür kriterlerine göre optimum tasarıma sahip süspansiyon ve direksiyon sistemi bileşenleri geliştirilmesi.” Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, (2015).
11. [11] Top, N., Şahin, İ., ve Gökçe, H., “3B Yazıcı teknolojisi için topoloji optimizasyonu: Otomotivde salıncak kolu üzerine bir çalışma.” Third International Symposium on Industrial Design & Engineering (ISIDE), Antalya, (2018).
12. [12] Chaudhari, P. and Khairnar, R., “Weight optimization of hub and knuckle using topology optimization.”, SSRG International Journal of Mechanical Engineering, 7(6): 20-23, (2020).
13. [13] Shaari, M. S., Rahman, M. M., Noor, M. M., Kadirgama, K., & Amirruddin, A. K., “Design of connecting rod of internal combustion engine: A topology optimization approach.” National Conference in Mechanical Engineering Research and Postgraduate Studies (2nd NCMER 2010), Malaysia, 155-166, (2010).
14. [14] https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.11.778, “Design, Analysis and Topology Optimization of Connecting Rod.”, (2020.)
15. [15] Helal, M., Alogla, A., Abdel-Aziz, K., Foudaa, N. And Fathallah, E., “Structure topology optimization of internal combustion engine connecting rode using Finite Element Analysis.”, International Journal of Applied Engineering Research ISSN 0973-4562, 13(10): 7298-7304, (2018).
16. [16] Archana, K., Anantha Reddy, Y., Naveena, P. and Sai Anusha, K., “Topology optimization of connecting rod using Ansys Workbench 18.1.”, International Journal of Creative Research Thoughts (IJCRT), 8(5): 1659-1668, (2020).
17. [17] Myagkov, L. and Chirskiy, S. and Panchenko, V. and Kharchenko, V. and Vasant, P., “Application of the Topological Optimization Method of a Connecting Rod Forming by the BESO Technique in ANSYS APDL.” Advances in Intelligent Systems and Computing, 1072: 239-248, (2020).
18. [18] Kutlak, H, ve Uygur, İ., “Ticari araç sac salıncak düzeninin sonlu elemanlar metodu ile yorulma analizi”, Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 2: 235-250, (2014).
19. [19] Yıldız, A.R., “Taşıt elemanlarının yapısal optimizasyon teknikleri ile optimum tasarımı.”, Politeknik Dergisi, 20(2): 319-323, (2017).
20. [20] Kaya, F., İnce G., Avcar M. and Yünlü, L., “Kalça protezi tasarımının sonlu elemanlar yöntemi ile statik analizi”, Journal of Engineering Sciences and Design, 9(1): 199-208, (2021).
21. [21] Göv, İ., Kütük, M.İ., “Topoloji optimizasyonunda eleman silme metodunun uygulanması.” Ulusal Mekanik Kongresi, Isparta, 437-445, (2007).
22. [22] Eren, İ. and Karasu Asnaz, M.S., “T-Bağlantı kaynak deformasyonunun sonlu elemanlar yöntemi ile simülasyonu ve deneysel doğrulaması.”, Politeknik Dergisi, 25(1): 455-466, (2022).
23. [23] Kahraman, F., Küçük, M., “Otomotiv endüstrisinde topoloji optimizasyonu ile ağırlık azaltma uygulaması üzerine bir araştırma.”, European Journal of Science and Technology, 20: 623-631, (2020).
24. [24] Cindemir, S., Demir C., Tahralı, N., “GTD Model jeep şasisinin sonlu elemanlar metodu ile analizi.” Otekon’02, Otomotiv Teknolojileri Kongresi, Bursa, 54-61, (2002).
25. [25] Koçak, M.R., Korkut, İ., “İnsansız hava aracı burun iniş takımı çatalı için topoloji optimizasyonu uygulaması.”, Politeknik Dergisi, *(*): *, (*).
26. [26] Enginar, H. E., “Ağır taşıt jantının topoloji optimizasyonu yardımıyla optimum tasarımı.” Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir, (2014).
27. [27] Saatçı G. E. ve Tahralı N., “Birikimli hasar teorileri ve hareket iletim elemanına uygulanması.”, Havacılık ve Uzay Teknolojileri Dergisi, 1(1): 21-30, (2013).
28. [28] Kaya, N., Karamangil, M.i. ve Bozkurt R., “Biyel üzerine açılan yağlama deliklerinin yorulma dayanımına etkisinin incelenmesi.” Otekon’02, Otomotiv Teknolojileri Kongresi, Bursa, 14-19, (2002).