Otomobil tampon kirişinin ve enerji sönümleyicisinin çarpışma performansının incelenmesi

Abstract

Ulaşım insanoğlunun temel ihtiyaçlarından biridir. İnsanoğlu, var olduğundan beri gerek su ve besin kaynakları, gerekse çevresel şartlar gibi birçok sebepten dolayı bir yerden başka bir yere gitmektedir. Önceleri bunun için at, eşek gibi diğer canlıları kullanırken, ilerleyen zamanlarda bilgi seviyesinin artmasıyla farklı araçlar geliştirilmiştir. Örnek olarak sal, at arabası verilebilir. Zaman ilerledikçe, vasıtalar çok daha gelişmiş olanlara dönüşmüştür. Özellikle Sanayi Devrimi sonrasında artan üretim hızı, daha çok yük taşımayı ve daha hızlı ulaşımı zorunlu kılmıştır. Otomobil düşüncesinin kökeni çok daha eskiye dayanmasına rağmen, içten yanmalı motorların keşfine kadar otomotiv alanında çok önemli bir gelişme yaşanmamıştır. Bu keşiften sonra otomobil tüm dünyada ilgi odağı olmuştur. Çünkü eski otomobiller daha yavaş ve daha az mesafe giderken, yeni otomobiller hem daha çok mesafe gidebiliyordu hem de daha hızlıydı. Henry Ford'un geliştirdiği Seri Üretim Yöntemi sayesinde çok daha hızlı bir şekilde otomobil üretilmekteydi. Bunun sonucu olarak trafikte olan otomobil sayısı artmıştır. Bunun sonucunda trafik kazalarında önemli artış olmuştur. Bu durum otomobil üreticilerinin güvenlik ekipmanları üzerine çalışmaya yöneltmiştir. Tampon sistemi; tampon, tampon kirişi, enerji sönümleyiciden oluşan, asli görevi deforme olarak otomobil içindeki yolcuları korumak olan bir güvenlik ekipmanıdır. Özellikle düşük ve orta hızlı kazalarda ön plana çıkmaktadır. Genellikle tampon kirişi ve enerji sönümleyicinin yapımında çelik, alüminyum gibi metal malzemeler kullanılırken, tampon yapımında plastik, kompozit malzemeler kullanılmaktadır. Bu parçaların performansı değerlendirilirken beş ana unsura bakılır. Bunlar ; enerji sönümleme kapasitesi, maksimum çarpışma kuvveti, ortalama çarpışma kuvveti, özgül enerji sönümleme miktarı, çarpışma kuvveti verimi. Yaptığımız çalışmada DP600 malzemesi için en yüksek verime sahip enerji yutucu ve tampon modeli, araştırılmıştır. Daha sonra buna alternatif olabilecek Al 7075-T6 ve AZ31B malzemesi için de aynı çalışmalar yapılmıştır. Çalışmada enerji sönümleyici olarak dört adet eş kütleli model kullanılmıştır. Bunlar, literatürde en çok kullanılan kare, dikdörtgen, altıgen, silindir kesitli modellerdir. Daha sonra yine kütle sabit tutularak silindir kesitli model üzerinden koniklik açısının etkisi araştırılmıştır. Tampon kirişinde ise bir ana model ve bu ana model üzerinde oynamalar yapılarak beş farklı model oluşturulmuştur. Analizler explicit olarak gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonucunda silindir enerji sönümleyici en iyi sonucu vermiştir. Konik yapıda düşük açıların daha iyi sonuç verdiği görülmüştür. Tampon kirişi için alüminyum malzemede birinci model diğer çelik ve magnezyum malzemede dördüncü modelin en iyi sonucu verdiği görülmüştür. Anahtar kelimeler: Enerji sönümleyici, tampon, tampon kirişi, enerji sönümleme kapasitesi, maksimum çarpışma kuvveti, çarpışma.

Transportation is one of the main human needs. Since the beginning of the humanity, human moves one place to another for many reasons such as water, food based environmental conditions. At the beginning, horse and donkey were used for this but as the time passed by, many different transportation systems were developed. Raft, horse cart can be given as an example. As the time progress, vehicles turned into more advanced ones. Especially, after the Industrial Revolution, increased production speed necessitated to carry more products much faster. Although the idea of automobile originated in former times, no noteworthy progress was drawn attention until the internal combustion engine invention. After the invention, automobile become the focus of interest all over the world. Old automobiles were slow and could go less distance whereas the new automobiles are faster and can go much further distance. Due to mass production method developed by Henry Ford, ore automobiles can be manufactured. Therefore, many cars get on the traffic which will results in more traffic accidents. This makes car companies to work on security equipment. The main purpose of bumper system which consists of bumper, bumper beam and energy absorber is to protect the human being inside the car by deforming itself. This happens especially at slow and fast speed accidents. Steel and aluminum are used in the production of bumper beam and energy absorber while plastic and composite materials are used in the production of bumper. In the evaluation procedure of these tools, there are five main elements which are energy absorption capacity, maximum collision force, mean collision force, specific energy absorption amount and collision force efficiency. In this study, the most efficient energy absorber and bumper model is studied for DP600 material. Then, same procedure is applied to Al 7075-T6 and AZ31B materials as an alternative. In this work, four identical models in terms of mass is used for energy absorber. Mostly used ones in literature are square, rectangle, hexagon, cylinder cross-section models. Then, conical angle is investigated over the cylindrical cross-section. In this section, the mass is also constant. In bumper beam, there are main model and five altered models. The analysis was done in explicitly. Cylinder energy absorber gave the best result. In conical shape, the smaller angles gave the better results. In aluminum material, the first model; in steel and magnesium material, fourth model gave the best results for bumper beam.Keywords: Energy absorber, bumper, bumper beam, energy absorber capacity, maximum collision force, collision.