Berkay KARACOR, MUSTAFA ATAKAN AKAR, Mustafa ÖZCANLI, Hasan SERİN, Oğuz BAŞ

Feasibility of a composite material formed with a waste granular rubber tire on racing vehicle aerodynamic wings

In recent years, reducing the cost of vehicles, fuel consumption, and producing environmental-friendly vehicles by minimizing exhaust emissions are the main topics that the automotive industry and researchers emphasize. In this way, more environmental-friendly vehicles will be produced and harmful gasses will be released less into nature. The main subject of this study is to obtain a lighter race wing by using waste rubber granule material. Reducing the fuel consumption and exhaust emission emissions of vehicles is possible by producing vehicles directly from lighter materials. The light weighting studies in recent years are provided by the production of composite materials that have better mechanical properties and enable the production of much lighter parts. In this study, a finite element analysis method was used to compare the application of foam core body and waste rubber granule application to formula vehicle racing wings. The results of the analysis are presented in the figures as distribution of total deformation and Von-Mises stresses. As a result, it has been found that the waste rubber granule material has good mechanical properties and reasonable cost, and it can be used in racing vehicles. In particular, it has been found that the cost of parts used per kilogram is reduced by a tenth.

Yarış aracı aerodinamik kanatlarında atık granül kauçuk lastik ile oluşturulan kompozit malzemenin fizibilitesi

Son yıllarda, araç maliyetini azaltmak, yakıt tüketimi ve egzoz emisyonlarını en aza indirerek çevre dostu araçlar üretmek otomotiv endüstrisinin ve araştırmacıların vurguladığı ana konular arasındadır. Bu şekilde çevre dostu olan araçlar üretilecek ve zararlı gazlar doğaya daha az salınacaktır. Bu çalışmanın ana konusu atık kauçuk granül malzemesi kullanarak daha hafif bir yarış kanadı elde etmektir. Doğrudan daha hafif malzemelerden araçlar üreterek araçların yakıt tüketimini ve egzoz emisyonlarını azaltmak mümkündür. Son yıllardaki hafiflik çalışmaları, daha iyi mekanik özelliklere sahip olan ve çok daha hafif parçaların üretilmesini sağlayan kompozit malzemelerin üretimi ile sağlanmaktadır. Bu çalışmada, köpük çekirdek gövdesi ve atık kauçuk granül uygulamasının Formula yarış aracı kanatlarına uygulanmasını karşılaştırmak için sonlu eleman analiz yöntemi kullanılmıştır. Analiz sonuçları şekillerde toplam deformasyon ve Von-Mises gerilmelerinin dağılımı olarak sunulmuştur. Sonuç olarak, atık kauçuk granül malzemesinin hem daha iyi mekanik özelliklere hem de makul maliyete sahip olduğu ve yarış araçlarında kullanılabileceği bulunmuştur. Özellikle, kilogram başına kullanılan parçaların maliyetinin onda bir oranında azaldığı görülmüştür.

PDF

___

[1] Das S. Material use in automobiles, Encycl Energy 2004; 3, 859–869. doi: 10.1016/b0- 12-176480-x/00384-3.

[2] Davies G. Future trends in automotive body materials, In Materials for Automobile Bodies 2007; 252–269.

[3] Ghosh M., Ghosh A., Roy A. Renewable and sustainable materials in automotive ındustry. Elsevier Ltd., 2019.

[4] Freeman WT. The use of composites in aircraft primary structure, Compos. Eng 1993; 3, 7-8, doi: 10.1016/0961- 9526(93)90095-2.

[5] Kirwan K., Wood BW. Recycling of materials in automotive engineering, In Advanced Materials in Automotive Engineering 2012; 299-314.

[6] Savage G. Formula 1 composites engineering, Eng. Fail. Anal 2010; 17 (1): 92–115. doi: 10.1016/j.engfailanal.2009.04.014.

[7] Narayana KJ., Gupta Burela R. A review of recent research on multifunctional composite materials and structures with their applications, In Materials Today: Proceedings 2018; 5(2): 5580-5590, doi: 10.1016/j.matpr.2017.12.149.

[8] O’Leary K., Pakrashi V., Kelliher D. Optimization of composite material tower for offshore wind turbine structures, Renew. Energy 2019; 140, 928 -942. doi: 10.1016/j.renene.2019.03.101.

[9] Vijayanandh R., Naveen Kumar K., Senthil Kumar M., Raj Kumar G., Naveen Kumar R., Ahilla Bharathy L. Material optimization of high speed micro aerial vehicle using FSI simulation, Procedia Comput. Sci 2018; 133, 2 -9. doi: 10.1016/j.procs.2018.07.002.

[10] Calado EA., Leite M., Silva A. Selecting composite materials considering cost and environmental impact in the early phases of aircraft structure design, J. Clean. Prod 2018; 186, 113 -122. doi: 10.1016/j.jclepro.2018.02.048.

[11] Brunner AJ. Fracture mechanics characterization of polymer composites for aerospace applications, in Polymer Composites in the Aerospace Industry 2015; 191 -230.

[12] Balakrishnan P., John MJ., Pothen L., Sreekala MS., Thomas S. Natural fibre and polymer matrix composites and their applications in aerospace engineering, in Advanced Composite Materials for Aerospace Engineering 2016; 365 - 383.Woodhead Publishing.

[13] Mohajerani A., Burnett L., Smith JV., Markovski S., Rodwell G., Rahman MT., Kurmus H., Mirzababaei M., Arulrajah A., Horpibulsuk S., Maghool F. Recycling waste rubber tyres in construction materials and associated environmental considerations: A review, Resour. Conserv. Recycl 2020; 155, 104679, doi: 10.1016/j.resconrec.2020.104679.

[14] Hetawal S., Gophane M., Ajay BK., Mukkamala Y. Aerodynamic study of formula SAE car, Procedia Eng., 2014; 97, 1198 –1207. doi: 10.1016/j.proeng.2014.12.398.

[15] Kurec K., Remer M., Mayer T., Tudruj S., Piechna J. Flow control for a car -mounted rear wing, Int. J. Mech. Sci 2018; 152, 384 –399. doi: 10.1016/j.ijmecsci.2018.12.034.

[16] Formula Student Germany, FS Rules 2020, 1.0. 2019.