Otomotiv endüstrisinde kullanılan fiber takviyeli kauçuk kompozitlerin sonlu elemanlar yöntemiyle üç boyutlu analizi

Abstract

Fiber takviyeli kauçuk kompozitler, otomotiv endüstrisinde yaygın şekilde kullanılmaktadır. En yaygın görülme şekilleri; yapay kaslar, araç lastikleri, süspansiyon sistemleri ve yakıt hortumlarıdır. Bu kadar yaygın kullanılmasından dolayı, hangi yükleme altında, nasıl davranış göstereceklerinin bilinmesi önem arz etmektedir. Bundan dolayı, bu tez kapsamında fiber takviyeli kauçuk kompozitler, ANSYS Workbench ortamında sonlu elemanlar yöntemiyle 3 boyutlu olarak incelenmiştir. Sonlu elemanlar çözümleri için gerekli doğrulamalar, deneysel çalışmalar ile gerçekleştirilmiştir. Doğrulama işleminin ardından kauçuk malzeme için hiper-elastik malzeme modeli, fiber takviyeler için ise doğrusal elastik malzeme tanımlamasıyla katı modeller hazırlanmış ve sonlu eleman analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizlerde; beş farklı fiber çapı, beş farklı fiber boşluk mesafesi, üç farklı açı ve üç farklı takviyelendirici kullanılmıştır. Bu sayede, fiber çaplarının, fiberler arası mesafelerin, fiberler arası açı değişimlerinin ve farklı takviye malzemelerinin mekanik davranış üzerine etkileri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar detaylıca birbirleriyle karşılaştırılmış ve yorumlanmıştır.

Fiber reinforced rubber composites are widely used in automotive industry. They are used as artificial muscles, vehicle tires, air spring systems and fuel pipes. Because of its widely usage, it must be known how they behaves under various loading conditions. Therefore, in this thesis, fiber reinforced rubber composites are studied by using 3D finite element solutions in ANSYS Workbench. For the validations of finite element solutions, some experimental works are carried out. After this validation step, in all finite element solutions, hyperelastic material model is used for rubbers and lineer elastic material model is used for reinforcing fibers. For this aim, five different fiber diameters, five different fiber distances, three different angles and three different fiber materials are used. So, the effect of changes in fiber diameters, fiber distances, angles between fibers and effect of fiber materials are investigated. Obtained results are compared and discussed in details.