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

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.

Anahtar Kelimeler:

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

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,

PDF

___

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