Çift Kademeli (Ezilme Kutusu, Konik Deformasyon Bilezigi) Enerji Absorbe Edici Sistem Tasarimi Ve Imalati

Abstract

ÖZET Bilindiği gibi, araçlarda pasif koruma elemanlarının kaza esnasında ortaya çıkan çarpışma enerjisini absorbe ederek araç ana gövdesinin hasara uğramasını önlenmesi ya da hasar seviyesinin minimize edilmesi amaçlanmaktadır. Bu çalışmada, ezilme kutusu ve konik deformasyon bileziğinden oluşan iki kademeli bir yapının tasarımı ve imalatı üzerine çalışmalar yürütülmüştür. 6063 alüminyum alaşımı ezilme kutusunun cidarda çevresel ezme işlemine ek olarak, içeriden ve dışarıdan takviye edilerek deformasyon esnasında enerji absorbe etme kabiliyeti arttırılmaya çalışılmıştır. Çarpışma enerjisinin bilezikte plastik şekil değişimine harcandığı konik deformasyon bileziğinde ise konik muylu ve bilezik yapısının tasarım ve imalatı gerçekleştirilmiştir. İki kademeli sistemle ilgili yapılan 330 adeti aşkın deneyden, ezilme kutusu için özgül enerji absorbe değeri dikkate alınarak elde edilen en iyi kombinasyonla, 4330-4370 J aralığında değişen bir enerji değeri ile proje hedefleri aşılmıştır. Belirtilen takviye modellerinden çevresel ezmenin, malzeme bünyesinde mikro çatlağa yol açmayacak şekilde uygulanması, içerinden yapılacak köpük takviyesinin köpük yoğunluğu dikkate alınarak oluşturulan sandviç modelde olması ve son olarak dışarıdan karbon elyaf takviyesi uygulanması maksimum özgül enerji absorbe etme kabiliyeti açısından kritik bir öneme sahiptir. Deformasyon bileziğinin 60-65 kN mertebelerinde harekete geçmesi ve kuvvetin 68-70 kN bandını aşmaması temel kısıtları oluşturmuş, bu çerçevede farklı malzeme ve farklı geometrik ölçülerde üretimi kolay deformasyon bileziği tasarımına gidilmiştir. Yapılan deneysel ve sonlu eleman çalışmaları neticesinde 304 kalite paslanmaz çelik ile hedeflenen enerjinin parçada kırılma veya çatlamaya yol açmaksızın alt proje hedefi olan 2660 J değeri 60 mm deplasmanda 3000 J olarak elde edilmiştir. Tasarımı yapılan bileziğin 100 mm deplasmana zorlanması durumunda absorbe edilen enerji yaklaşık 5600 J değerine ulaşmaktadır. 125 mm uzunluğundaki ezilme kutusunun ve çakılmış bileziğin kullanıldığı deneylerde ise enerji değeri 8975-10010 J arasında değiştiği tespit edilmiştir. Ağırlık-düşürme darbe test cihazıyla yapılan deneylerden de önerilen iki kademeli yapının uyumlu bir şekilde çalıştığı çarpışma enerjisinin ezilme kutusu ve deformasyon bileziği tarafından başarılı bir şekilde absorbe edildiğini gözlenmiştir.

ABSTRACT It is known that passive protection elements in vehicles are intended to absorb crash energy generated during an accident so as to prevent or minimise damage to the vehicle body. In this study, studies were carried out on the design and manufacture of a two-stage structure consisting of crushing box and conical deformation ring. In addition to annular rolling of 6063 aluminium alloy tube, it has been tried to increase its ability to absorb energy during deformation by reinforcing it from inside and outside. In the conical deformation ring, where the collision energy is spent on the plastic deformation of the ring, the design and manufacture of the conical pin and ring structures have been realized. From the over 330 tests carried out on the crusher box, the project targets were overcome with a changing energy value in the range of 4330 J - 4370 J with the best combination obtained by considering the specific energy absorption value. The application of the annular rolling process mentioned above must be done in a such a way that does not lead to micro crack in the material wall has a critical prescription. Also; in foam reinforcement, sandwich model formed by considering the foam density and order are critical items in inner reinforcement. Finally in order to maximize the ability to absorb maximum specific energy by applying fiber reinforcement, carbon fiber usage is appropriate choice. Starting movement of deformation ring in 60-65 kN range and force value not exceeding the 68-70 kN band are the basic constraints. In this circumference, design of the deformation rings were made with different materials and as well as geometric dimensions. As a result of the experimental and finite element studies, project target of 2660 J can be exceeded as 3000 J by using 304 grade stainless steel without breaking or cracking for 60 mm of displacement. If the designed ring is forced to displace 100 mm, the energy absorbed reaches about 5600 J. From the experiments using a 125 mm crusher box, it was found that energy value changed between in the range 8975 and 10010 J. It has been observed from the weight-drop impact tests that these (two-stage- crush box and the deformation ring) structures worked compatibly and they can successfully absorb impact energy.