Biyel kolu analizi, optimizasyonu ve yorulma davranışının incelenmesi

Abstract

Biyel kolu, doğrusal hareketi dönme hareketine çevirebildiği gibi tam tersi şekilde de çalışabilir. Bu nedenle günümüz teknolojisi içten yanmalı motorlarda en çok kullanılan parçalardan biridir. Motor içinde çalışma sırasında biyel koluna; gaz kuvvetleri, atalet kuvvetleri ve sürtünme kuvvetleri olmak üzere 3 ayrı kuvvet etki etmektedir. Bu kuvvetler biyel üzerinde ciddi bir deformasyon ve yorulma davranışına sebep olmaktadır. Bahsedilen üç farklı kuvvet ve otomotiv endüstrisinin ihtiyacı olan; daha sağlam, daha uzun kullanım ömrü ve daha hafiflik talepleri göz önüne alınarak bu çalışma başlatılmıştır.Bu çalışmada, biyel kolunun özellikleri, biyelin yapısal olarak çalışma koşullarına verdiği tepki ve motor devrine bağlı olarak maruz kaldığı maksimum kuvvetlerin incelenmiş, ayrıca bu kuvvetlere bağlı olarak stres ve yorulma analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca nominal data parametrik tasarıma çevrilerek veri seti oluşturulmuş, bu veri seti `Kriging Yöntemi` ve `Interior Search` algorithması ile çözülerek optimum biyel kolu parametreleri elde edilmiştir.Otomotivde sıkça kullanılan bir biyel kolu seçilerek, farklı mesh yapılarının ve farklı yükleme tiplerinin etkileri yorulma davranışı üzerine etkileri FEM (sonlu elemanlar yöntemi) ile ANSYS programında incelenmiştir. Bu tez çalışmasında uygulanan yük dağılımının homojen olduğu ve çevre koşullarının (sıcaklı ve hava şartları) etkisiz olduğu kabul edilmiştir.Özetle bu çalışma sonucunda belirlenen çalışma koşullarında biyelin stres ve yorulma davranışı tespit edilip olası tasarım optimizasyonu çalışmalarına hangi bölgeler üzerine yoğunlaşacağı önerilmiştir.

Connecting rod is converting linear motion to rotating motion and also connecting rod can work reverse. Because of this, connecting rod is the most common part that used in today's combustion engines. Connection rod is effected three different forces during the working condition in combustion engine. These are gas pressure, inertia loads (from piston and piston elements) and friction forces. These forces could cause deformation and fatigue effect on connecting rod. This study was started to define these forces effect and also to find an answer of automotive industry requirement like more robust product, long life and more light design.This study includes; connecting rod specifications, definition for working conditions, structural analyses under working conditions and fatigue behavior analyses. Various mesh structure and various loading types investigated on fatigue behavior of chosen connecting rod design, which commonly used in diesel engines, with FEM (finite element method) on ANSYS program. Load application is accepted as a homogenous and environment conditions (temperature and air conditions) were ignored. In addition, nominal connection rode design was converted to parametric design and data series were created. Data series were solved with the `Kriging Method` and `Interior Search` algorithm and connection rode was optimized.As a summary of this part, various force loading effects on stress and fatigue behavior were investigated. For conclusion, there were suggestions on focus area of the optimization on connection rod for further applications.