Investigation of the use of sandwich materials in automotive body structures

Abstract

Bu tez çalışmasında, sandviç yapıların otomobil gövde panellerinde kullanılması incelenmiştir. Sandviç yapıların, uygulamaları, avantaj ve dezavantajları ve modellenmesi irdelenmiş olup, bu yapıların statik, titreşimsel ve akustik olarak sağladığı yararları hakkındaki başka yazarlar tarafından yapılan çalışmalar sunulmuştur. Sac halindeki taban, bagaj, arka tekerlek ve ateş duvarı panelleri, ağırlığı azaltmak amacıyla deneme yanılmaya dayanan bir optimizasyon metodu ile elde edilen sandviç malzemeden yapılan panellerle eğilme dayanımı performansı aynı tutularak değiştirilmiştir Buna ek olarak, sandviç yapıların, taban panellerin üzerine titreşim değerlerinin ve kabin için gürültünün azaltılması amacıyla yapıştırılan serbest katman yüzey sönümleme uygulamasına oranla avantajları incelenmiştir. Bunun sonucunda, serbest katman yüzey sönümleme uygulaması yapıştırılmış hem düz kiriş hem de taban panelinin aynı eğilme performansının daha az ağırlık eklenmiş sandviç panel ile elde edilebildiği görülmüştür. Bunlara ilaveten, sönümlemenin panellerin ses iletme kaybına etkisi araştırılmıştır. İki boyutlu düz ve FIAT araba modelini temsilen bir eğimli panel çok geniş bir frekans aralığında analiz edilmişlerdir. Bu panellere dört farklı kayıp faktörü uygulanmıştır ve sönümlemenin kontrollü bölgeye gelene kadar, düz panellerin ses iletim kaybına çok az etki ettiği, eğimli panellerinkine ise açıkça görülen sönümleyici etkisinin olduğu görülmüştür. Bu bölgede ise sönümleme, hem düz hem de eğimli panellerde ses iletme kaybını arttırıcı bir etkisi vardır.

The use of sandwich structures in automobile body panels is investigated in this thesis. The applications on vehicles such as trains, aeroplanes and automobiles, advantages, disadvantages and modelling of sandwich structures are discussed and studies about static, vibrational and acoustic benefits of sandwich structures by several authors are presented. The floor, luggage, firewall and rear wheel panels in sheet metal form is replaced with panel made from sandwich materials in order to reduce the weight obtained by a trial and error based optimization method by keeping the same bending stiffness performance. In addition to these, the use of sandwich structures over free layer surface damping treatments glued on floor panel to decrease the vibration levels and air-borne noise inside the cabin is investigated. It has been proven that, the same vibration performance of both flat beam and floor panel can be obtained using sandwich structures instead of free layer surface damping treatments with a less weight addition. Furthermore, the damping effect of sandwich structures on sound transmission loss of complex shaped panels like floor panel is investigated. A 2D flat and curved panel representing the floor panel of FIAT Car model are analysed in a very large frequency range. Four different loss factors are applied on these panels and it is seen that, until it reaches damping controlled region, damping has a very little effect on TL of flat panels but has an obvious damping effect on TL of curved panels. However in that region, damping has an increasing effect on TL of both flat and curved panels.