Yeni nesil yarı-aktif bir süspansiyon sisteminin tasarımı, imalatı ve optimizasyonu

Abstract

ÖZET Yapıların titreşim kontrolü bakımından Manyeto-Reolojik (MR) damperler en çok gelecek vaat eden cihazlardır. Bir MR damperin çalışması için gereksinim duyduğu enerji son derece düşük olmasına karşın tepki süresi mili saniyeler mertebesindedir. MR damper, bu düşük güç tüketiminin yanı sıra mekanik basitliği, geniş dinamik çalışma aralığı, yüksek kuvvet kapasitesi ve sağlamlığı sayesinde mühendislikte geniş bir uygulama alanı bulmuştur. Bu projede, traktör koltuğu ile kullanılmak üzere bir MR damperin tasarımı, imalatı ve performans testleri gerçekleştirilmiştir. Damperin davranışını tahmin etmek üzere, sankistatik yaklaşımla, dolayısıyla akışkan ivmesi ihmal edilerek damper içerisindeki akışın analizi yapılmıştır. Daha sonra teorik sonuçlar deneysel verilerle doğrulanarak aralarında çok iyi bir uyumun olduğu gözlenmiştir. Buna ek olarak MR damper içerisindeki akış hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) kullanılarak araştırılmıştır. Ayrıca damper geometrisini optimize etmek amacıyla bir optimizasyon aracı olarak Taguchi yöntemi incelenmiştir. MR damperi PC-tabanlı gerçek-zamanlı kontrolüne yönelik testleri yapmak için bir koltuk simülatörü tasarlanmış ve imal edilmiştir. Bu amaçla özel bir kontrol devresi tasarlanmış ve havaya-asma, yere-bağlama ve melez olmak üzere üç ayrı kontrol algoritması karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar; yerdeğiştirme, hız ve ivme gibi titretişim göstergelerinin önerilen MR damper ve kontrol stratejisi ile etkin bir şekilde bastırılabileceğini ve titreşimin büyük oranda düşürülebileceğini göstermiştir. Anahtar kelimeler: Manyeto-Reolojik (MR) akışkan, Manyeto-Reolojik damper, Yarı-aktif titreşim kontrolü, Akıllı sönümleme cihazları.

ABSTRACT The Magneto-Rheological (MR) damper is one of the most promising new devices for vibration control of structures. External energy required by the MR damper is minuscule, whereas speed of its response is in the order of milliseconds. Owing to their mechanical simplicity, high dynamic range, low power consumption, large force capacity and robustness, MR dampers have found a wide range of engineering applications. In this project, a MR fluid damper for tractor seat application has been designed, manufactured and tested. In order to predict the damper behavior, a fluid dynamics-based analysis of flow inside the damper has been done using quasi-steady approach, thus neglecting the effect of fluid acceleration. Theoretical predictions have then been verified by the experimental results and very good agreement has been observed between these two. In addition to that, the flow field inside the MR damper has been investigated using computational fluids dynamics (CFD). In order to optimize the damper geometry, Taguchi method as an optimization tool has also been studied. A seat simulator has been designed and manufactured in order to conduct real-time PCbased control tests of the MR damper. For this purpose, a special control circuit has been developed and various control algorithms, i.e. sky-hook, ground-hook, and hybrid, have been comparatively evaluated. The results showed that the vibrations indicators, such as displacement, velocity, and acceleration could be suppressed in an effective manner using proposed MR damper and control strategy. Keywords: Magneto-Rheological (MR) fluid, Magneto-Rheological damper, Semi-active vibration control, Smart damping devices.