Daha hafif ve dayanıklı yüksekte çalışma oturağının kompozit malzemeden tasarımı, analizi ve üretimi

Abstract

Yüksek yerlerde çalışan kişilerin, çalışma konforlarını arttırmak ve ip üzerinde yorulmalarını minimize etmek amacıyla, yüksekte çalışma oturakları kullanılmaktadır. Günümüzde çelik alaşımlarının yerini alüminyum alaşımlar, alüminyum alaşımların yerini de imalat proseslerinin uygunluğu çerçevesinde kompozit malzemeler almaktadır. Bu araştırma, mevcutta Alüminyum 2024- T351 ısıl işlemli alaşımla imal edilen yüksekte çalışma oturağının, mekanik özelliklerinin korunarak kompozit malzemeden optimum şekilde imal edilmesini kapsamaktadır. Araştırmanın çıktısı olan ürünün maliyetini azaltmak için tasarım ve üretim detayları üzerine inceleme yapılmıştır. Solidworks programı ile 3D katı model tasarım çalışması ve analizleri yapılarak üründe oluşan gerilmeler iyileştirilmiştir. Mevcut tasarımdaki gerilmeler en fazla 283,70 MPa iken; iyileştirilmiş tasarımda 209,80 MPa'a indirilmiştir. Maksimum yer değiştirme miktarı ise 11,2 mm'den 8,6 mm'ye indirilmiştir. Gerilmelerin tespiti için Solidworks Kompozit FEA Simülasyonu kullanılmıştır. Yapılan analizde katlardaki gerilmeler incelenmiş ve üst katlarda bası, alt katlarda çeki kuvvetlerinin etkili olduğu görülmüştür. Optimum mukavemeti yakalamak için daha çok direnç gerektiren üst ve alt katlarda karbon fiber prepreg, ara katlarda ise daha az mukavemet gerektiğinden E-Glass fiber prepreg kullanılması öngörülmüştür. 7 tane UD 0, 2 tane UD 90 yönünde toplamda 9 kat serim gerçekleştirildi. Mevcut alüminyum iskeletli ürünün sehimi 2 emniyet katsayılı yük olan 2,67 kN yayılı yük altında 13,8 mm iken yeni kompozit üründe sehim 11,7 mm olarak ölçülmüştür. Alüminyum ürünün ağırlığı 720 gr iken, imal edilen kompozit ürünün ağırlığı 450gr (%40 hafifletme) olarak ölçülmüştür. Kürlenen kompozit ürün Zwick statik test makinesinde ASTM D7264 standardına göre 3 nokta eğme testi gerçekleştirilmiş ve 608,4 MPa kopma mukavemeti değerine ulaşılmıştır. Aynı kat sayılarında, aynı dtex, aynı yoğunlukta yine KORDSA'dan tedarik edilen UD 600gr/m2 Dowaksa A42 2400dtex filament; %37 OM11 model reçine emdirilmiş, fırında kürlemeye uygun prepreg kumaşlar ile örnekler yapılmıştır. Karbon fiber prepreg örneklerde ağırlık aynı kalırken sehim 8,4mm'ye inmiştir. Mukavemet olarak %45 artış yakalanmıştır. Ancak maliyet ilk üründen %48 daha artmıştır. Sonuç olarak yapılan analizler ve tasarım çerçevesinde, sert bir malzeme olan 2024T351 alüminyum plakadan imal edilen ürünün yine uygun maliyetli, daha hafif ve nitelikli olarak kompozit ürüne çevrilmesinin mümkün olduğu görülmüş oldu.

Working at height seats are using for increasing the working comfort of who is working at high places and minimizing to be tired during on the rope. Nowadays, steel alloys are replaced by aluminum alloys and aluminum alloys are replaced by composite materials within the framework of the suitability of manufacturing processes. This study is about production of the working at height seat from composite material, which is currently manufactured with Aluminum 2024 - T351 heat treated alloy, while preserving its mechanical properties.In order to reduce the cost of the product, which is the output of the research, a review was made on the design and production details. With the Solidworks program, 3D rigid model design studies and analyzes were carried out and the stresses on the product were improved. While the tensions in the current design are at most 283.70 MPa; reduced to 209.80 MPa in improved design. The maximum displacement has been reduced from 11.2 mm to 8.6 mm. Solidworks Composite FEA Simulation is used to detect stresses. In the analysis, the stresses on the floors were examined and it was observed that the compression forces on the upper floors and the pull forces on the lower floors were effective. It is envisaged to use carbon fiber prepreg on the upper and lower floors, which require more resistance to achieve optimum strength, and E-Glass fiber prepreg on the intermediate floors, since less strength is required. A total of 9 layers were laid in 7 UD 0 and 2 UD 90 directions. The deflection of the existing aluminum frame product was 13.8 mm under the 2.67 kN distributed load with 2 safety coefficients, while the deflection was measured as 11.7 mm in the new composite product. While the weight of the aluminum product is 720 gr, the weight of the composite product manufactured was 450gr (40% reduction). The cured composite product Zwick static test machine performed 3-point bending test in accordance with ASTM D7264 standard and reached the breaking strength value of 608.4 MPa. UD 600gr / m2 Dowaksa A42 2400dtex filament, which is supplied from KORDSA with the same dtex, same dtex and same density; 37% OM11 model resin impregnated, samples were made with prepreg fabrics suitable for oven curing. While the weight remained the same in the carbon fiber prepreg samples, the deflection was reduced to 8.4mm. 45% increase was achieved in terms of strength. However, the cost increased 48% more than the first product.As a result of the analysis and design, it was seen that it is possible to convert the product made of 2024T351 aluminum plate, which is a hard material, into a composite product, which is also cost-effective, lighter and more qualified.