Farklı tasarımlarda W kesitlere sahip çarpışma kutuları için darbe sönümleme kabiliyetlerinin deneysel analizi

Abstract

Günlük trafik akışında yaralanmalı ve maalesef ölümlü kazalarda, araç tasarımı alanında birçok güvenlik tedbirleri geliştirilmesine rağmen, araçların hasara uğraması kaçınılmazdır. Bu güvenlik tedbirleri, aktif ve pasif güvenlik sistemleri olmak üzere iki başlıkta toplanabilir. Bu çalışmada, kaza durumunda araçta malzeme değişiklikleri ve yapısal iyileştirmeler içeren pasif güvenlik sistemlerinden biri olan çarpışma kutuları incelenmiştir. Çarpışmanın olumsuz etkilerini azaltmak amacıyla normalde şasi ile sürücü kabini ve motor aksamının ilerisi arasına yerleştirilen çarpışma kutuları, bu çalışma ile farklı olarak otomobilin ön tamponunun hemen arkasında yer alması hedeflenmiştir. Çalışma sürecinde açık kesite sahip W şeklinde farklı yeni kesit tasarımlarına sahip çarpışma kutularının enerji sönümleme kabiliyetleri incelenmiştir. Gerçek kaza senaryosunun ölçekli benzetimi serbest düşürme düzeneği ile gerçekleştirilerek farklı boyut ve kalınlıkta tasarlanmış olan çarpışma kutularının kaza şok dalgasını sönümleme kabiliyetleri incelenmiştir. Bu süreçte, A segmentindeki küçük sınıf bir aile aracının önden çarpışma koşulları altındaki durumu dikkate alınmıştır. Serbest düşme testleri yardımıyla gerçekleştirilen çarpışma senaryosunda, ters mantıkla sabit duvar yerine, 2.88m yüksekliğe ve 150 kg kütleye sahip bir kalın çelik bir tabla seçilirken, zemindeki sabit çelik plaka ile yere konulan çarpışma kutuları ise hareketli araç tarafını temsil etmektedirler. Bu süreçte ilk tercih edilen W kesitli sac metal çarpma kutusu için serbest düşme testleri gerçekleştirilerek kalınlık ve boy optimizasyonu yapılmış, daha sonra optimize edilen ebatlar ile tasarımlar içerisinden karar verilen diğer bir W kesitli numune grubu aynı testlere tabi tutulmuştur. Deneysel yol ile elde edilmiş verilerin sayısal benzetimde kullanılabilmesi maksadıyla dinamik simülasyonlar örnek bazı numuneler için gerçekleştirilmiş ve doğrulanmıştır. Elde edilmiş simülasyon sonuçları ile deneysel sonuçlar karşılaştırılarak kabul edilebilir bir örtüşme sağlanmıştır. Deneyler neticesinde, çarpışma enerjisini absorbe etmek için optimum numunenin, ilk teste tabi tutulan W kesitli ST37 (S235JR) malzemesinden imal edilmiş 1mm kalınlığındaki numune olduğu tespit edilmiştir. Anahtar kelimeler: Çarpışma-kutusu, önden çarpışma, düşürme testi, w kesit.

Although, safety precautions and vehicle technology has been developed for decades accidents can happen in a daily traffic causing collision deformations, injuries or unfortunately fatalities. These security measures can be classified under two categories: active and passive safety systems. In this study, Crash-boxes which are one of the passive safety systems including the structural improvements and compatible material selection were investigated. In order to reduce the adverse effects of the collision, the crash-boxes, which are normally placed between the chassis and the driver's safety cab can be defined as ahead of the engine axle, are intended to be located just behind the front bumper of the car. During the study, the shock energy absorbing capabilities of the new design open cross-sectioned crash-boxes with different forms of the W-shaped geometries were investigated. The scaled simulation of the real accident scenario was carried out with the free fall tests and the ability of the crash boxes designed in different size and thickness to absorb the accident shock wave was investigated. In this process, a small-class family vehicle in the A-segment was taken into account in the case of frontal collision conditions. In the collision scenario carried out with the help of free fall tests, a steel plate with a height of 2.88m and a mass of 150 kg is chosen instead of the fixed wall, while the fixed steel plate on the ground and the collision boxes placed on the ground represent the mobile vehicle. In this process, the first preferred W-section sheet metal crash-box was subjected to free fall tests for the optimization of the thicknesses and heights then another W section sample which was determined within the designs with optimized dimensions was subjected to the same tests to determine which design is better. The dynamic simulations were carried out and validated for some of the samples in order to use the experimental data in the numerical simulations. Finally, it has been determined that the optimum sample to absorb the collision energy is the initially tested W cross-sectional crash box design having 1mm thickness made of ST37 (S235JR) material. Keywords: Crash-box, frontal collion, drop test, w section