Bir Kamyon Şasisinin Yapısal Optimizasyonu

Abstract

Taşıtlarda şasi aracın iskeletini oluşturur. Birinci derecede yük taşıyan eleman olması yanında belli başlı komponenetlerin üzerine takıldığı temel yapıdır. Bu nedenle, zor yük koşullarında maruz kalacağı gerilmeleri minimize edecek ve fonksiyonlarını yerine getirmek için yeterli rijitliğe sahip olacak şekilde tasarlanır. Ayrıca tasarım esnasında istenilen dayanıklılığı sağlarken minimum malzeme miktarı ve maliyet gibi faktörlerde göz önünde bulundurulmalıdır. Çeşitli faktörlerin dengelenmesi, ancak şasinin yapısının çok kriterli olarak optimize edilmesi ile gerçekleştirilebilir. Bu çalışmada, gelişmiş yapısal optimizasyon metotlarını kullanan Opti Struct yazılımdan faydalanıldı. Sekiz tonluk bir dağıtım kamyonu şasisinin topolojisi, aracın maruz kalabileceği farklı yükleme koşulları esas alınarak, çeşitli amaç fonksiyonları ve dizayn kısıtları altında optimize edildi. Optimizasyon işlemi için, düşey yönde eğilme, asimetrik frenleme, boyca eksene göre burulma, çarpışma ve doğal frekans gibi çeşitli tasarım kriterleri kullanıldı. Yukarıda bahsedilen her bir durum için şasi geometrisi oluşturuldu. Optimizasyon programının ön işlemcisinde geometrik modele sonlu elemanlar (SE) ağı örüldü ve gerçekte şasinin üzerine gelen yükleri yansıtan sınır koşulları uygulandı. Ardından topoloji optimizasyonu problemi tanımlandı. Optimizasyon probleminde öncelikli olarak amaç fonksiyonu ve tasarım kısıtları belirlendi. Çözümün yakınsamasını ve son topolojiyi etkileyecek optimizasyon parametreleri girildi. Oluşan topolojiye göre tasarım kısıtlarında ve parametrelerde değişiklik yapılarak problem tekrar çözdürüldü. Bu işlem tatmin edici bir sonuç alıncaya kadar tekrarlandı.

The chassis is the skeleton of a vehicle. It serves both as the primary load carrying member and as the foundation structure to which most major components are attached. For obvious reasons, it is designed in a balance between the stiffnes necessary to perform its functions and the compliance necessary to minimize stress levels over service conditions. Also some dizayn parameters such as minimum amount of material and cost must be considered along with satisfying the required durability. In order to balance the design parameters, the chassis frame must be optimized by applying multiple criterions. In this study topology optimizations are carried out under different objective functions and design constraints using an structural optimization software based on advanced structural optimization methods and considering several load conditions of a service truck with eight tons capacity. Various finite element models are employed for optimization by using criteria such as vertical bending, asymmetric braking, torsion along the longitudinal axis and frequency. 3D geometric models of the chassis were created for each design criteria mentioned above. In the pre-precessor of optimization software the geometric models are meshed using first order hexagonal solid elements and the boundary conditions are applied which simulate the real load case on the chassis Then the optimization problem is defined. In optimization problem objective function and design constraints are defined firstly. In following step other optimization parameters such as moving bound, convergence tolerance, discrettness and minimum member size control are specified. According to the result topology design constraints and parameters are changed and the problem is solved again. This cycle lasts up to a feasible topolgy is generated.