Numerical approximation of the scaled frontal impact scenario of a vehicle to optimize the crash-boxes validated via experiments to reduce the collision effects

Abstract

Araçlarda günlük kullanımda kazalar çeşitli şekillerde meydana gelmektedir. Trafik kazalarından korunmak amacıyla çok sayıda önlem alınmasına rağmen, kazalar hala kaçınılmaz olmaktadır. Özellikle yeni nesil mühendislik tedbirleri ile araç tasarımı alanında, çarpışma durumunda can kaybını önlemek ve araç hasarını azaltmak için birçok güvenlik yöntemi geliştirilmektedir. Bu güvenlik tedbirleri aktif ve pasif güvenlik sistemleri olarak iki başlık altında toplanabilir. Bu çalışmada, çarpışmadaki olumsuz etkileri olabildiğince azaltmak için, bir ölçeklendirilmiş kaza durumunda malzeme değişiklikleri ve araçtaki yapısal iyileştirmelerden oluşan pasif güvenlik sistemi incelenmiştir. Daire, altıgen, kare ve yeni tasarım olarak W şeklindeki kesitlere sahip çelik sac çarpma-kutuları, bu meseleye odaklanan yeni bir bakış açısı olarak şasi ile aracın tamponu arasında bir çarpışma şok dalgalarını ve deformasyon enerjisini sönümleyici ara ekipman olarak tasarlanmıştır. Önden çarpma senaryosu için 2.88m yüksek düşme testi kurulumu kullanılmıştır. Tasarımlar, homojen malzeme ve geometrideki kalınlık farklılıkları kullanılarak optimize edilmiştir. Deformasyon miktarları ve şok ivmeleri, çarpma işlemi sırasında emilen şok enerjisini tanımlamak için bazı durumlarda kullanılmışlardır. Bütün bu işlemler dinamik olarak sonlu elemanlar simülasyonları tarafından da gerçekleştirilmiştir. Son olarak ise, 1 mm kalınlığındaki St37 ekonomik çelikten imal edilen w kesitli sac metal çarpma-kutusu, önden çarpışmaların ölçeklendirilmiş versiyonu için yeterli miktarda darbe enerjisini 25 km/s hızla gerçekleşen kazalarda sönümlediği görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Araç Kazası, Çarpma-Kutusu ve Güvenlik, Enerji Emilimi ve Çarpışma Simülasyonu.

Accidents happen in various ways in everyday use in transportation vehicles. Although extensive numbers of precaution methods are applied for prevention, the accidents are still inevitable. Especially in the field of vehicle design, many safety techniques are being developed to prohibit accidents and to reduce the loss of life and vehicle damages in the event of an accident. These security measures can be grouped under two headings as active and passive security systems. In this study, passive safety system which comprises material changes and structural improvements on the vehicle in the event of an scaled accident scenario, are examined in order to reduce as much as possible the adverse effects of the collision. Circle, hexagonal, square and the new W shaped cross-sectional steel sheet-metal crash-boxes are designed to absorb the shock waves and deformation energy between the chassis and the bumper of the vehicle as a new perspective focusing on the crash-boxes. For the frontal impact scenario, 2.88m high drop test setup was used. The designs are optimized via using thickness differences of the uniform material and shape. The deformation amounts and shock accelerations are keys to define the absorbed shock energy during the impact process. All these procedures carried out by the explicit finite element simulations also. Finally, 1mm thick St37 w shaped cross-sectional sheet metal crash-box perceived to absorb the enough amount of impact energy of the scaled version of frontal collisions with a speed around 25km/h. Keywords: Vehicle Crashworthiness, Crash-box and Safety, Energy Absorption, Impact Simulation.