Fiber takviyeli polimer dolgulu metal profil tasarımı ve geliştirilmesi

Abstract

Mobil araçlarda (sportif golf arabaları, oyun parklarındaki Go-Kartlar, fabrika içi araçlar, elektrikli hafif araçlar gibi) çarpışma ile meydana gelen hasarların büyük bir kısmı şasi tasarımından kaynaklanmaktadır. Çözüm yolu, uygun profil kesit tasarımı ile darbe dayanımının arttırılması, takviye ve dolgularla aracın hafifletilmesi ve çarpma anında ortaya çıkan enerjiyi yolculara aktarmadan sönümleme kapasitesinin arttırılması gibi yöntemlerdir. Bu çalışmada, öncelikle eğilmeye dayanım yönünden tercih edilen alüminyum alaşım profillerinin, Abaqus sonlu eleman programı kullanılarak kesit tasarım analizleri yapılmıştır. AA5754 sac malzemesi analiz sonuçları ve literatür çalışmaları dikkate alınarak seçilmiştir. Bu sac malzemeden Apkant ve eksantrik preste kalıplanarak alüminyum profiller üretilmiştir. Soğuk şekillendirmeden dolayı profillerin mekanik değerlerinde (çekme dayanımında % 12,54, çentik darbe dayanımında % 36,42 ve sertlikte % 3,1'lik) artış olduğu gözlenmiştir. Tasarlanan profillerin ağırlığını azaltmak ve enerji sönümleme kapasitelerini arttırmak için, farklı yoğunluk ve yapıya sahip iki çeşit (rijit ve elastomerik) poliüretan köpük dolgu kullanılmıştır. Profiller, boş ve köpük dolgulu olarak üç nokta eğme deneyine tabi tutulmuştur. Boş hallerine göre, köpüklü profillerde eğme dayanımında yaklaşık % 16'lık bir artış sağlanmıştır. Yapılan deneyler sonucunda, en yüksek mekanik değerlere sahip 4 profil belirlenmiştir. Mukavemet ve enerji sönümleme kapasitelerini arttırmak için köpüklerin içine, % 10 oranında cam fiber katkı ilave edilmiştir. Seçilen profiller, cam fiber katkılı köpük dolgulu olarak yeniden hazırlanmış ve ağırlık düşürme testine tabi tutulmuştur. Dolgulu profiller boş profillerle kıyaslandığında, çarpma dayanımında 4 katlık ve enerji sönümleme kapasitesinde 5 katlık bir artış gözlenmiştir. Ağırlık düşürme deneyleri sonucunda elde edilen en yüksek mekanik özelliklere sahip olan profilin, Pam-Crash programında dinamik analizleri yapılmıştır. Analiz ve deney sonuçlarının birbirleriyle oldukça tutarlı olduğu görülmüştür. Analiz sonuçlarının %1,06-7,55'lik hata payıyla, deneysel sonuçlara yaklaştığı görülmüştür. Bu tez çalışmasının sonucunda enerji sönümleme kapasitesi arttırılmış ve mekanik değerleri iyileştirilmiş profiller arasından en uygunları, SEA (özgül enerji sönümleme kabiliyeti) ve SLC (özgül yük taşıma kabiliyeti) değerleri dikkate alınarak önerilmiştir.

Mobile vehicles (sporty golf carts, Go-Cards in the playground, in-plant vehicles, electric light vehicles etc.) with a large number of collision damage is due to the design of the chassis. The solution way is to increase the impact strength with appropriate profile section design, to lighten the vehicle with reinforcements and fillings, and to increase the absorption capacity without transferring the energy to the passengers during impact. In this study, the section design analysis of the aluminum alloy profiles, which are preferred especially for bending resistance in vehicle construction in the automotive industry was carried out using the Abaqus finite element program. AA5754 sheet material was selected considering the results of the analysis and literature studies. Aluminum profiles were produced by molding apcant and eccentric press from this sheet material. Due to the cold forming, it was observed that the mechanical values of the profiles (tensile strength 12,54%, charpy impact strength 36,42% and hardness 3,1%) increase. Two types (Rigid and Elastomeric) polyurethane foam filler with different density and structure were used to reduce the weight of the designed profiles and to increase the energy absorption capacities. The profiles were subjected to three-point bending tests with empty and foam filled. According to their empty state, an increase of about 16% in bending strength is provided in foamed profiles. As a result of the experiments performed, 4 profiles with the highest mechanical values were determined. 10% glass fiber additive was added into the foams to increase the strength and energy absorption capacities.The selected profiles were refilled with glass fiber reinforced foam and subjected to a weight drop test. Compared to the empty profiles, the impact strength was 4 times greater in impact strength and 5 times more in energy absorbing capacity. At the end of the weight reduction experiments, profile analyzes with the highest mechanical properties were performed in the Pam-Crash dynamic analysis program. The results of the analysis and the experiment were found to be quite consistent with each other. The results of the analysis were close to the experimental results with a margin of error of 1,06-7,55%. As a result of this dissertation study, increased energy absorbing capacity and mechanically improved profiles are proposed, taking into account the optimum values of SEA (Specific Energy Absorbing Capability) and SLC (Specific Load Capacity).