Bir Askeri Hizmet Taşıtında Kullanılan Parabolik Yaprak Yayın Yay Karakteristiğinin Doğrusal Olmayan Sonlu Elemanlar Analizi Yardımıyla Belirlenmesi

Dört tekerlekten çekişli çok amaçlı bir hizmet taşıtının sabit ön süspansiyonunda kullanılan parabolik yaprak yayların yük-şekil değişimi karakteristiği, doğrusal olmayan sonlu elemanlar analizi yardımıyla belirlenmiştir. Bu amaçla, taşıtın mevcut parabolik yaprak yaylarının ayrıntılı sonlu elemanlar modeli oluşturulmuş ve sistemin doğrusal olmayan sonlu elemanlar analizi gerçekleştirilmiştir. Bu şekilde yaprak yayın, düşey kuvvete bağlı şekil değişimi karakteristiği elde edilmiştir. Doğrusal olmayan sonlu elemanlar simülasyonundan elde edilen sonuçlar, düşey yükleme testi sonuçlarıyla oldukça uyumludur. Tekerleğin 146 mm’lik düşey yer değişiminde, sonlu elemanlar analizinden hesaplanan yay katsayısının, test sonuçlarından olan sapmasının, % 3,3 değerini aşmadığı belirlenmiştir. Çalışmanın son aşamasında, yay küpesinin yay karakteristiğine etkisi incelenmiştir. Sunulan uygulama yardımıyla, taşıt gövdesi için hedeflenen düşey titreşim frekansını sağlayacak yaprak yayın tasarım boyutlarının belirlenmesi mümkündür.

Anahtar Kelimeler:

Parabolik yaprak yay, yay karakteristiği, taşıt süspansiyonu, doğrusal olmayan sonlu elemanlar analizi, bilgisayar destekli mühendislik

Determinaton of the Spring Characteristic of a Parabolic Leaf Spring Used in a Military Vehicle by Using Non-Linear Finite Element Analysis

The load-deflection characteristic of the parabolic leaf springs used in the solid front suspension of a four-wheel-drive multi-purpose service vehicle is determined by using nonlinear finite element analysis. For this purpose, a detailed finite element model of the parabolic leaf springs of the vehicle was created and the non-linear finite element analysis of the system was carried out. By this way, vertical force-deflection characteristic of the leaf spring was obtained. Results obtained from the non-linear finite element simulation are in good agreement with the results of the vertical loading test. It was determined that the deviation between the spring coefficient obtained from the finite element analysis and the test results does not exceed 3.3% for 146 mm of the wheel travel. In the final stage of the work, the influence of shackle on the spring characteristic was investigated. By using the present application, it is possible to determine the leaf spring design dimensions that will provide the targeted vertical vibration frequency for vehicle body.

Keywords:

Parabolic leaf spring, spring characteristic, vehicle suspension, non-linear finite element analysis, computer aided engineering,

___

[1] Reimpell J., “Fahrwerktechnik: Radaufhängungen”, Vogel Buchverlag, Würzburg, (1988).
[2] Reimpell J., Stoll H., Betzler J.W., “The Automotive Chassis: Engineering Principles”, Butterworth-Heinemann, Oxford, (2002).
[3] Qin P., Dentel G., Mesh M., “Multi-leaf spring and Hotchkiss suspension CAE simulation”, 2002 ABAQUS Users’ Conference, Newport, 1-14, (2002).
[4] Kong Y.S., Omar M.Z., Chua L.B., Abdullah S., “Explicit nonlinear finite element geometric analysis of parabolic leaf springs under various loads”, The Scientific World Journal, Article ID 261926, (2013).
[5] Bhandarkar D.K., Shekhawat S.P., “Design, analysis and optimization of leaf spring”, International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, 3: 13658-13666, (2014).
[6] SAE Spring Committe, “Spring Design Manual”, Society of Automotive Engineers, Warrendale, (1990).
[7] “ANSYS Mechanical, Introduction to Structural Nonlinearities”, ANSYS, Inc., (2014).
[8] Yıldız H., Kırlı O., “Derin çekme işleminin doğrusal olmayan sonlu elemanlar metodu yardımıyla modellenmesi”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 10: 317-326, (2004).
[9] Omar M.A., Shabana A.A., Mikkola A., Loh W.Y., Basch R., “Multibody system modeling of leaf springs”, Journal of Vibration and Control, 10: 1601–1638, (2004).
[10] DIN 17221, “Hot rolled steels for quenched and tempered springs quality specifications”, (1972).