Traktör güvenlik kabininin statik ve dinamik deneylerinin sonlu elemanlar benzetimi

Abstract

ÖZET Anahtar Kelimeler : Güvenlik kabini, sonlu elemanlar analizi Tarım traktörlerinin, eğimli arazilerde devrilmesi durumunda sürücü güvenliğinin sağlanması için uyulması zorunlu olan ulusal ve uluslararası standartlar getirilmiştir. Standartlarda belirtilen statik ve dinamik deneylerin gerçekleştirilmesi hem maliyetli hem de fazla zaman almaktadır. Güvenlik Kabinlerinin daha tasarım aşamasında bilgisayar ortamında Sonlu Elemanlar Yöntemiyle Statik Yükleme ve Dinamik Çarpma Deneylerinin benzetiminin yapılması yüksek tasarım, imalat ve deney harcamalarını azaltacaktır. Bu tez çalışmasında ISO 3463, ISO 5700 ve TSE 3412'de açıklanan Statik Yükleme ve Dinamik Çarpma Deneylerinin uygulama yöntemi ve geçerlilik koşullan açıklandı. Daha sonra Statik Yükleme ve Dinamik Çarpma Deneylerinin benzetiminde kullanılan Nonlineer Sonlu Elemanlar Yönteminin teorik dayanakları ve gerek malzeme gerekse geometrik nonlineer gerinim ve gerilme tensörleri tanımları yapıldı. Deneysel olarak statik yükleme eğrileri bilinen traktör güvenlik kabini taşıyıcı sisteminin, ANSYS sonlu elemanlar modeli, kullanılan ince cidarlı eleman formulasyonu ve sınır koşullan tanımlandı. Kabin taşıyıcı sisteminin nonlineer malzeme ve geometrik analizleri 10 adımda gerçekleştirildi. ANSYS sonlu elemanlar modelinden elde edilen kuvvet-deplasman eğrilerinin, Kocabıçak [46] tarafından verilen deneysel ve hesaplama sonuçlanyla uyumlu olduğu görüldü. Daha sonra aynı kabin taşıyıcısının ANSYS ile Dinamik çarpma deneyi benzetimi için gerekli sonlu elemanlar modeli oluşturuldu. Dinamik analizdeki kabin modelinde ince kabuk elemanı kullanıldı. Çarpma kütlesi, sıkıştırma kirişi ve bağlantı zincirleri, hacim ve kiriş elemanlanyla modellendi. Dinamik çarpma modellenmesinde temas yöntemi kullanıldı. Dinamik çarpma analizi adımlı iteratif nonlineer sonlu elemanlar çözüm yöntemi kullanılarak yapıldı. ANSYS yazılımı kullanılarak elde edilen sonuçlar tasanm aşamasında bilgisayar ortamında statik ve dinamik deneylerin benzetiminin yapılabileceğini gösterdi. XIII

FINITE ELEMENT SIMULATION OF STATIC AND DYNAMIC TESTS OF THE TRACTOR PROTECTIVE CAB SUMMARY Keywords : Protective Cab, Finite Element Analysis In the design and production of protective cabs mounted to agricultural wheeled tractors, there has been national and international regulations minimizing the likelihood of driver injury due to accidental overturning of tractor. The static and dynamic test methods described in regulations are both time-consuming and expensive. Finite Element Simulation of Tractor Protective Cab at the earlier design stage reduces considerably the design, production and testing expenses. In this thesis, static and dynamic testing methods and respective acceptance conditions regulated in ISO 3463, ISO 5700 and TSE 3412 are explained. The theoretical background of the Nonlinear Finite Element Method and large deformation, finite strain measures are given. Then ANSYS Finite Element Model for the protective cab for which the measured force vs. displacement curve already known is constructed with the thin- walled beam element and displacement boundary conditions are applied. The nonlinear analysis of protective cab is performed in 10 increment. The calculated force vs. displacement curve is well acceptable when compared with measured and formerly calculated one. At the next stage, the finite element model for dynamic impact testing using ANSYS software is constructed. For the protective cab, the impact block and crashing beam, connecting chain is modeled with thin shell, solid and link elements respectively. For dynamic impact, node to surface contact algorithm is used. The nonlinear system of dynamic finite element equations are solved iteratively in increments. The analysis results obtained using ANSYS software verifies that finite element simulations of static and dynamic tests are successful during the design stage of the tractor protective cabs. XIV