Formula SAE Aracında Ağırlık Azaltılmasına Yönelik Fren Pedalının Topoloji Optimizasyonu Yöntemiyle Optimum Tasarımı

Year 2019, Volume: 11 Issue: 1, 328 - 334, 31.01.2019

Emre İsa Albak

https://doi.org/10.29137/umagd.467057

Cited By: 6

Abstract

Bu çalışmada Formula SAE aracı için komponent
ağırlıklarının azaltılması doğrultusunda, kompanse edilebilir maliyetler de
olacak şekilde fren pedalı yapısal optimizasyonu çalışması yapılmıştır. Fren
pedalları Formula SAE komitesinin belirlediği kurallara uygun olarak
tasarlanmaktadır. Fren pedalı tasarımında ilk olarak hafifliği, teknik
özellikleri ve maliyeti avantajı nedeniyle alüminyum 7075-T6 malzeme seçimi
yapılmıştır. Fren pedalında en iyi tasarımı ortaya koyabilmek için topoloji
optimizasyonu yapılmıştır. Topoloji optimizasyonunda malzeme dağılım metodu
seçilmiştir. Topoloji optimizasyonu ilk adımı olarak ilk tasarım üzerinden
tasarım hacmi oluşturulmuş ve tanımlamalar yapılmıştır. Topoloji optimizasyonu için
tasarım değişkeni olarak boşalma istenilen bölgeler, kısıt olarak gerilme ve
optimizasyon amacı olarak ise ağırlık belirlenmiştir. Yapılan topoloji
optimizasyonu ve üretim kısıtları dahilinde yeni fren pedalı tasarımı
oluşturulmuştur. Oluşturulan fren pedalı tasarımı ilk tasarıma göre % 11 daha
hafiftir. Araç ağırlığının azaltılması amacına yönelik yapılan çalışmada,
hafifletme öncelikli kriter olduğu için maliyet artış yüzdesi kompanse
edilebilir olarak kabul edilmiştir. Mukavemet açısından istenilen değerler
içinde kalınmıştır, stress değerinde %6 oranında artış olsa da bu değer kısıt
değerlerinin çok altında kalmaktadır. Aynı zamanda yer değiştirme değeri de %5
oranında azalmıştır.

Keywords

Formula SAE, Araçta ağırlık azaltılması, Topoloji Optimizasyon, Alüminyum 7075-T6

Optimum Design Of Brake Pedal Using Topology Optimization Method Intended For Weight Reduction On The Formula SAE Car

Abstract

In
this study, structural optimization of a brake pedal is carried out to reduce
the component weights for the Formula SAE vehicle, with compensatable costs.
Brake pedals are designed to comply with the rules set by the Formula SAE
competition committee. In the brake pedal design, aluminium 7075-T6 material is
chosen because of its lightweight, technical features and cost advantage.
Topology optimization has been done to provide the best design of the brake
pedal. The material distribution method is chosen in topology optimization. As
the first step of topology optimization, the design volume is created and
optimization conditions are defined. For the topology optimization, the design
area is the design variable, stress is constraint and weight is the aim of
optimization is defined. New brake pedal design has been created within
topology optimization and production constraints. The new design is 11% lighter
than the first design. For the purpose of reducing the vehicle weight, the cost
increase rate is regarded as compensatable because the weight reduction is the
priority criterion. Although the stress value is increased by 6%, this value is
much lower than the constraint value and strength is in the desired values. At
the same time, the displacement value decreased by 5%.

Keywords

Formula SAE, Araçta ağırlık azaltılması, Topoloji Optimizasyon, Aluminium 7075-T6

References

• Albak, E. İ. Solmaz, E. Kaya, N. Öztürk, F. (2018). Lightweight foam impact attenuator design for formula SAE car. Turkish Journal of Engineering, 2(1), 17-21. doi:10.31127/tuje.330658
• Başer, T. A. (2013). Alüminyum alaşımları ve otomotiv endüstrisinde kullanımı. Mühendis ve Makine. 53(635), 51-58.
• Bendsoe, M.P. and Kikuchi, N. (1988). Generating optimal topologies in structural design using a homogenization method. Computational Methods Application Mechanics Engineering, 71(2), 197-224. https://doi.org/10.1016/0045-7825(88)90086-2
• Cavazzuti, M. Baldini, A. Bertocchi E, Costi, D. Torricelli, E. Moruzzi, P. (2011). High performance automotive chassis design: a topology optimization based approach. Struct Multidisc Optim 44(1), 45–56. doi: 10.1007/s00158-010-0578-7
• Chiandussi, G. Gaviglio, I. Ibba, A. (2004). Topology optimization of an automotive component without final volume constraint specification. Adv Eng Softw 35(10-11), 609–617. doi:10.1016/j.advengsoft.2003.07.002
• Lee, S.J. Lee, HA. Yi, S.I. Kim, D.S. Yang, H.W. Park, G.J. (2013). Design flow for the crash box in a vehicle to maximize energy absorption proceedings of the institution of mechanical engineers. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineerings, Part D: Journal of Automobile Engineering. 227(2), 179–200. doi:10.1177/0954407012451545
• Optistruct. (2017). Optistruct reference guide. Hyperworks, Altair.
• Öztürk, F. Şendeniz, G. (2014). Yolcu koltuklarında topoloji tasarım yaklaşımları ile optimizasyon, 7. Otomotiv Teknolojileri Kongresi, Mayıs 2017, Bursa.
• Pul, M. (2017). Comparison of surface roughness and tool wear in turning of 7075, 6061 and 2024 aluminum alloys. Uluslararası Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Dergisi, 9(2), 65-75. doi:10.29137/umagd.351746
• Yang, R.J. & Chuang, C.H. (1993). Optimal topology design using lineer programming. Structural Optimization. 68, 265-290.
• S-t, http://www.s-t.com.tr/altair_optistruct_topoloji_optimizasyonu.html, 31.07.2018
• SAE, https://www.fsaeonline.com/content/2017-18-FSAE-Rules-091317.pdf, 31.07.2018
• Sekmen, M. Günay, M. Şeker, U. (2015). Alüminyum alaşımlarının işlenmesinde kesme hızı ve talaş açısının yüzey pürüzlülüğü, yığıntı talaş ve yığıntı katmanı oluşumu üzerine etkisi. Politeknik Dergisi. 18(3), 141-148. Doi: 10.2339/2015.18.3 141-148
• Yildiz, A.R. (2017). Taşıt elemanlarının yapısal optimizasyon teknikleri ile optimum tasarımı. Politeknik Dergisi. 20(2), 319-323. Doi: 10.2339/2017.20.2 319-323
• Yildiz, A.R. Kaya, N. Öztürk, F. Alankuş, O. (2004). Optimal design of vehicle components using topology design and optimisation, International Journal of Vehicle Design 34 (4), 387-398. doi:10.1504/IJVD.2004.004064