Dr. Tuncay Yüksel
FEA Uygulama Sorumlusu
Ürün Geliştirme Müdürlüğü
Standard Profil A.Ş.
Düzce, Ekim 2005

Not: İlk defa TurkCADCAM.net Dergisi Ocak-Şubat 2006 Sayısında yer almış bu yazı, yüksek çözünürlüklü resimlerle birlikte Eylül 2008'de TurkCADCAM.net portalından yayınlanmaya başlamıştır.

Anahtar Kelimeler: Lineer olmayan Sonlu Elemanlar Analizi, Kauçuk Elastisitesi, Temas Mekaniği.

Özet

Bu çalışmada, Otomobil gövde sızdırmazlık elemanı tasarımında Sonlu Elemanlar Analiz (Finite Element Analysis- FEA) Yönteminin kullanımı örnek çalışmalarla anlatılmaya çalışılmıştır. Otomobil gövde sızdırmazlık elemanları araç sürüş konforu açısından, özellikle araç içi ses seviyesini etkileyen en önemli parçalardan birisidir. Tasarım sürecinde lineer olmayan sonlu elemanlar tekniğinden yaralanılması, yüksek performans beklenen bu parçaların, hem teknik açıdan daha etkili hem de ekonomik açıdan oldukça verimli üretimini sağlamaktadır. Makalede, tasarım sürecinde kullanılan FEA modelleri ve problem tipleri hakkında bilgiler örnekler ile verilmeye çalışılmıştır.

1. Giriş

Otomobil gövde sızdırmazlık elamanları, gövde-kapı, kapı-cam, gövde-bagaj, arasındaki boşlukları (hareketli veya sabit) doldurarak, araç içine yağmur, ses, toz girişlerini engellemektir. Bu görevlerinin yanında önemli olan diğer bir fonksiyonu da, çalıştığı bölgelerde, aracın üretim toleranslarından kaynaklan hatalarını gidermektir.

Otomobil gövde sızdırmazlık elemanları iki ana gruba ayrılabilir; kapı bazlı ve gövde bazlı olmak üzere. Gövde bazlı fitillere kapı fitili, bagaj fitili, motor kaput fitili, yağmur olukları, kapı bazlı fitillere ise cam-kanal fitilleri, iç ve dış sıyıcılar örnek olarak gösterilebilir. Günümüzde araç konforunun giderek önem kazanmasıyla birlikte, otomobil gövde sızdırmazlık elemanlarından beklenen performans; teknik, görsel, çevre vb. şartları açısından, artmaktadır. Bu beklentiler, doğal olarak tasarım süreçlerinde modern tekniklerin kullanımını zorunlu kılmaktadır. Sonlu elamanlar yönteminin bu süreçte kullanılması, tasarımcıların işini oldukça kolaylaştırmaktadır. Özellikle de son dönemlerde Lineer olmayan Sonlu Elemanlar konusundaki gelişmeler yöntemin bu alanda etkin bir şekilde kullanımını sağlamıştır. Yapısal olarak incelendiğinde fitiller; sünger ve yoğun kauçuk yapıların çeşitli şekillerde birlikte kullanılmasından ve bazı uygulamalarda da çelik insert ilavesinden oluşmaktadır.

2. FEA yöntemi kullanılarak fitil tasarımı

Otomobil gövde sızdırmazlık elemanlarından beklenen temel tasarım kriterleri, düşük kapama kuvvetleri, geniş baskı yüzeyi, kolay montaj, zor demontaj ve dayanıklılık olarak sıralanabilir. Bu ana prensipler doğrultusunda Sonlu Elemanlar Analiz yönteminden her aşamada yararlanmak mümkündür.

Genel olarak:

• 2 Boyutlu (Düzlem Gerilme) Modeller;
  • Baskı kuvvetlerinin incelenmesi
  • Baskı altında fitil formlarının çalışma mekanizmalarının karşılaştırması
  • Takma, çıkartma kuvvetlerinin incelenmesi
• 3 Boyutlu Modeller;
  
  kullanılarak ürün tasarlanmaya çalışılır.

Önemli olan diğer bir konu ise, kauçuk malzemeler için uygun malzeme parametrelerinin belirlenmesidir. Kauçuk malzemelerin malzeme modelini oluşturmak için genel olarak, başta tek eksenli çekme deneyi, basit kayma ve eş iki eksenli deneysel verilere ihtiyaç duyulur.

2.1. Baskı kuvvetlerinin incelenmesi

Kapı kapama kuvvetinin optimizasyonu, konfor açısından önemli parametrelerden birisidir. Şekil 1' de kapama kuvvetinin Sonlu elemanlar analiz yöntemi ile belirlenmesi için yapılan deneysel ve sayısal çalışma sonuçları görülmektedir. Görüleceği gibi, FEA sonuçları deneysel sonuçlarla oldukça uyumludur.

Şekil 1-a) Deneysel Çalışma

Şekil 1-b) Sayısal Sonuçları

Şekil 1. Kapı kapama kuvvetinin belirlenmesi için yapılan deneysel ve sayısal çalışmaların sonuçlarının karşılaştırılması