2.2. Gövde malzemesi özelliklerinin belirlenmesi

Üst ve alt kabuk, ts= 9,5 mm kalınlığında S460N (Malzeme numarası: 1.8901) sac malzemesinden, preste sıcak olarak şekillendirilmektedir. Malzemenin kimyasal özellikleri Tablo 1'de verilmektedir [3]. Anılan malzemenin işlenmemiş durumdaki mekanik özellikleri literatürden elde edilebilmektedir [4; 5]. Bununla birlikte, şekillendirme öncesinde sac levha 800ºC'ye kadar ısıtılmakta, presleme sırasında malzemenin sıcaklığı 700-750°C aralığında bulunmaktadır. Anılan ısıl ve mekanik işlemler nedeniyle, malzemenin mekanik özelliklerinde ortaya çıkacak değişikliklerin sonlu elemanlar analizinde dikkate alınabilmesi için üretimi tamamlanmış gövde örnekleri üzerinden toplam beş adet numune çıkarılarak çekme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Deneylerden elde edilen akma sınırı Sy, çekme dayanımı Sut, ve kopma uzaması maks değerleri Tablo 2'de verilmektedir. Sonlu elemanlar analizinde kullanılan bu sonuçlar, yapılan beş adet deneyden elde edilen en düşük değerlerdir.

Tablo 1. S460N malzemesinin kimyasal bileşimi (% ağırlık olarak) [3]

Tablo 2. Çekme deneyi sonuçları

2.3. Yükleme modeli

Sonlu elemanlar modeline uygulanan yükleme, düşey yorulma testlerinde kullanılan yük değerleri üzerinden belirlenmiştir. Testler, Şekil 7'de prensip şeması görülen 80 ton kapasiteli bir test standında gerçekleştirilmiştir. Sistem, ayarlanabilir yüklemeye olanak sağlayan elektronik kumandalı iki hidrolik silindir ile tekerlek temas noktalarını temsil eden ve açıklığı aksın iz genişliği TW'ye eşit C ve D desteklerinden oluşmaktadır. Silindirler, gerçek konstrüksiyonda semerlerin monte edildiği A ve B  noktalarına bağlanmaktadır. Gövde Şekil 8'de görülen ve iki adet hava yayıyla desteklenmiş arka aks konstrüksiyonunda uygulanacaktır. Sistemde kullanılan yay taşıyıcının eksenden kaçık yükleme geometrisi nedeniyle, gövde üzerinde yay yükü ile orantılı ilave bir eğilme momenti (M) meydana gelmektedir. Testlerde bu momenti numunelere uygulamak için, hidrolik silindirler aks kollarına Şekil 7'de görüldüğü gibi eksenden c mesafesi kadar kaçık yerleştirilmiştir. Anılan mesafe, Şekil 8'de görülen geometriden yararlanılarak 50,5 mm olarak hesaplanmıştır. Arka aks için nominal tasarım yükü yay başına F= 2850 kg olarak verilmektedir. Hava yaylarının monte edildiği tablalara ZR ve ZL noktalarından düşey doğrultuda etkiyen bu yük, gövde üzerinde A ve B bağlantı noktalarında P= 4550 kg'lık bir statik reaksiyon oluşturmaktadır. Yol düzgünsüzlükleri nedeniyle taşıtın yaylandırılmış kütlesinde meydana gelecek düşey ivmelenme, bu yükü iki kata kadar çıkarabilmektedir.

Şekil 7. Düşey yorulma testinin şeması

Şekil 8. Yay taşıyıcının yükleme geometrisi

RecurDyn® ticari yazılımı kullanılarak hazırlanan bir dinamik taşıt simülasyonu üzerinden, semer bağlantılarındaki düşey yükün engebeli yol koşullarında 182 - 9100 kg aralığında değiştiği belirlenmiştir. Düşey yorulma testlerinde uygulanan yük, bu aralıkta periyodik olarak değiştirilmiştir. En yüksek zorlanma durumunu simüle etmek için sonlu elemanlar analizinde gövdeye, testlerde kullanılan 9100 kg'lık maksimum düşey yük ve bunun oluşturduğu ilave eğilme momenti uygulanmıştır. Aks gövdesinin kaynak [6]'da verilen örnek model üzerinden, M de dikkate alınarak hazırlanan düşey yükleme modeli Şekil 9'da görülmektedir.

Şekil 9. Gövdenin eğilme momenti diyagramı

2.4. Sonlu elemanlar analizi

P ve M modele bağlantı semeri montaj noktalarından, Şekil 9 esas alınarak  uygulanmıştır. Gövdenin gerilme analizi, 1,86 GHz Intel quad-core Xeon işlemcili HP xw8400 Workstation yardımıyla, ANSYS® Workbench V11.0 sonlu elemanlar paketi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Malzemenin davranışı izotropik olarak tanımlanmıştır. Analizlerde, gövde kolu - diferansiyel yatağı geçişinde; F1 ve F2 bölgelerinde gerilme yığılmaları oluştuğu belirlenmiştir. Nominal tasarım yükü P= 4550 kg için yapılan analizde maksimum von Mises gerilmesi maks= 194,33 MPa ve statik yükleme durumundaki emniyet katsayısı n= 2,57 olarak hesaplanmıştır. Taşıt simülasyonundan elde edilen P= 9100 kg'lık maksimum yük yay taşıyıcı semerine statik olarak uygulandığında, maks= 388,7 MPa ve n= 1,28 değerleri elde edilmiştir. Literatürde statik yükleme için minimum emniyet katsayısı n= 1,2 olarak önerildiğinden, gövdenin statik mukavemet bakımından yeterli olduğu söylenebilir [7]. Maksimum yükleme için alt kabuktaki eşdeğer von Mises gerilmesi dağılımı Şekil 10'da verilmektedir. Gerilme yığılma bölgeleri ile testler sırasında ortaya çıkan yorulma hasarının gövde üzerindeki konumları Şekil 11'de karşılaştırılmaktadır.

Şekil 10. Gövde alt yarımında gerilme dağılımı