5. Sonlu Elemanlar Modeli

Jant darbe testi modellenirken test koşullarındaki sabitleme bölgeleri ve montaj ölçüleri dikkate alınmıştır. Buna göre jant yatayla 13° açı yapmaktadır. 1.000kg'lık kütle ise 230mm yükseklikten jant üzerine düşürülmektedir. Jant üzerinde lastik te bulunmaktadır. Kütleden başka jant üzerinde zorlanmış bir kuvvet etkisi yoktur. Bu koşullara göre öncelikle jant ve üzerindeki kütle modellenmiştir. Jant ve lastik elemanlar CHEXA elemanı olarak seçilmiştir. Modelleme MSC. PATRAN ortamında gerçekleştirilmiştir. Modelleme yapılırken öncelikle jantın kesit alanı sonlu elemanlar ağı ile örülmüş daha sonra bu kesit jant merkezi etrafında süpürülerek katı elemanlar oluşturulmuştur. Darbe etkisi oluşturan kütle ise belirtilen en boy ölçüsüne sadık kalınarak yüzey olarak tanımlanmış ve rijit kabul edilmiştir.

Şekil 5. Eleman Gösterimi

6. Analiz Sonuçları

Bu hız 230mm'den serbest düşmeye maruz kalan parçanın kazanacağı hıza eşittir ve ile elde edilmiş hızdır. Bu hızın değeri ise daha önceki bölümde hesaplandığı gibi 2124,3mm/s'dir. Elde edilen sonuçlarda ise başlangıç hareket başlangıcında elde edilen sonuçlarda ise hızın 2096mm/s den başladığını göstermektedir. Bu da verilen koşula göre 2097/2124,3 = %98,7'lik bu doğrulukta hareketin yapıldığını göstermektedir.

Şekil 6. Test Boyunca Vurucudaki Mutlak Hız Değişimi

Grafik detaylı bir şekilde incelendiğinde vurucunun hızının 0,0267s sonra sıfıra çok yakın olduğu görülmektedir. Bu zamanda vurucunun hızı 2,05mm/s'ye (yüksek başlangıç hızı düşünüldüğünde bu hız sıfır olarak kabul edilebilir) kadar düşmüştür. Bu zamandan sonra vurucu yön değiştirmiş ve ters yöndeki ivmelenme hareketine devam etmiştir. Vurucunun ulaştığı hız ise 40ms sonra 1073mm/s dir. Aşağıdaki grafikte vurucunun hızının yön değişimi görülmektedir. Burada ters yöndeki başlangıç hızı ile başlamış daha sonra 0,013s sonra hızı giderek azalmıştır. Dolayısı ile 0,013s ile hızının sıfır olduğu 0,0267s arasında var olan kinetik enerjisini jant'a aktarmıştır.

Şekil 7. Test Boyunca Vurucudaki Hız Değişimi

34ms sonra sistem üzerinde maksimum gerilmeye ulaşılmıştır. Von - Mises gerilme değişimi aşağıdaki şekilde gözükmektedir. Maksimum gerilme 207 MPa'dır. Bu değer akma sınırının üzerindedir.

Şekil 8. 34 ms Sonra Gerilme Değişimi

Gerilme bölgeleri incelendiğinde özellikle bijon bölgesinde yığılmaların oluştuğu gözlemlenmiştir. Analiz boyunca kritik bölge olan bijon bölgesinde plastik değişim olduğu gözlemlenmiştir. Mühendislik hesaplamaları bakımından gerilme yoğunluğunun bulunduğu bölgeler kritik bölgeler olarak değerlendirilmektedir. Dinamik darbe sonrasında özellikle jant ayaklarının bijon bölgesi ile bağlandığı bölgeler ve bijon diplerinde maksimum gerilmelerin olduğu görülmüştür. Dinamik darbe testi boyunca jant üzerindeki kalıcı deformasyon bölgeleri incelenmiştir. Darbe boyunca oluşan maksimum plastik değişim aşağıda gözükmektedir. Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi maksimum plastik değişimi bijon bölgesinde oluşmuştur. Ayrıca kritik bölge olan jant ayakları ve jantın uç noktasında da plastik değişim görülmüştür. Bu sonuçta bu jant tasarımı için testi geçememiş sayılabilir. Bu jant tasarımı için bijon bölgelerindeki gömme başı civata bölgelerinde gömme derinliğinin azaltılması ve ayaklardaki et kalınlığının özellikle köşe bölgelerinde değiştirilmesi eğer mümkünse arttırılması gerekebilir.

Şekil 9. Plastik Değişim

Kritik bölge olan bijon bölgesinin darbe boyunca plastik değişimi aşağıda gösterilmiştir. Bijon bölgesindeki plastik değişim incelendiğinde plastik değişim kendini 15ms (0,015s) sonra göstermektedir. 26ms lik zaman dilimine kadar plastik değişim zamanla doğrusala yakın bir artım göstermiştir. 26ms ile 30ms aralığında ise aynı değerini korumuş ve daha sonra bir miktar daha artmıştır. 26ms sonra vurucudaki hız yönünün değişmesinin bilinmesi neticesinde plastik zorlanma değerinin temas kesildiği andan sonraki çok küçük zaman aralığında dahi bir miktar arttığı gözlemlenmiştir. Bu zaman aralığında da jant ucundaki kinetik enerjinin zamanla sisteme aktarılmasın da kullanılmış olabilir.

Şekil 10. Jant Üzerindeki Çökme Değişimi

Darbe sonucunda maksimum çökme 26 ms sonra oluşmuştur. Maksimum çökme değeri ise 16,7mm'dir. Jant üzerinde maksimum çökme değişimi ise aşağıda şekilde gözükmektedir. Çökme değişimi incelendiğinde zamanda jantın alt ucunda darbe etkisiyle hareket yönünde bir sehim olduğu görülmüştür. Bu sehim zamanla artmış ve tam temasın kesildiği anda ise maksimum değere ulaşmıştır. Bu denli çökmenin fazla olmasının nedeni ise jant kolunun uzunluğundan kaynaklanması olarak yorumlanabilir.