Ürün tasarım süreçlerinde yenilikçi yapıların dinamik ve mekanik davranışlarının incelenmesi

Abstract

Çarpışma kutuları, taşıtlarda çarpışma anında ortaya çıkan enerjiyi sönümleyerek yolcu kabinine iletilen kuvvetleri azaltmayı amaçlayan, yapının ön kısmında yer alan pasif güvenlik elemanlarıdır. Bu tez çalışmasında, çarpışma kutularında enerji sönümleme kapasitesini artırmak amacıyla kafes (lattice) yapılar ve enerji absorban maddelerle desteklenmiş hibrit sistemlerin mekanik davranışları deneysel olarak araştırılmıştır. AlSi10Mg alaşımı kullanılarak seçici lazer ergitme (SLM) yöntemiyle üretilen kafes yapılar, farklı üretim yönlerinde imal edilmiştir. Numunelerden bazıları poliüretan köpük ile doldurulmuş, bazıları ise PLA kaplama ile desteklenmiştir. Çalışma kapsamında üç faktörlü ve üç seviyeli L9 tipi Taguchi deney tasarımı uygulanarak; enerji absorban madde kullanımı, üretim oryantasyonu ve lattice tipi gibi parametrelerin çarpışma davranışına etkisi incelenmiştir. Numunelere uygulanan basma testleri sonucunda, en büyük çarpışma kuvveti (EÇK), sönümlenen toplam enerji (STE) ve özgül enerji sönümleme kapasitesi (ÖEK) gibi kriterler değerlendirilmiştir. İstatistiksel analizler sonucunda, üretim oryantasyonunun da mekanik performans üzerinde önemli ölçüde etkili olduğu belirlenmiştir. Özellikle yatay üretim yönünde imal edilen numunelerin daha yüksek enerji sönümleme kapasitesine sahip olduğu görülmüş; lattice yapıların tek başına sunduğu enerji sönümleme avantajlarının, uygun dolgu malzemeleriyle birleştirildiğinde daha da artırılabildiği ortaya konmuştur. Bu çalışmanın, darbe dayanımı gerektiren uygulamalarda yapılacak ileri araştırmalara ve tasarım geliştirme çalışmalarına katkı sağlaması amaçlanmaktadır.

Crash boxes are passive safety components located at the front end of vehicles, designed to absorb the impact energy during a collision and reduce the forces transmitted to the passenger cabin. In this thesis study, the mechanical behavior of hybrid systems reinforced with lattice structures and energy-absorbing materials was experimentally investigated with the aim of improving the energy absorption capacity of crash boxes. Lattice structures were manufactured using the AlSi10Mg alloy through the Selective Laser Melting (SLM) method and produced with different build orientations. Some specimens were filled with polyurethane foam, while others were reinforced with PLA coatings. A three-factor, three-level Taguchi L9 experimental design was applied to examine the effects of parameters such as the use of energy-absorbing material, build orientation, and lattice type on crash behavior. Based on compression tests performed on the samples, key performance indicators such as peak crash force (PCF), total absorbed energy (TAE), and specific energy absorption (SEA) were evaluated. Statistical analyses revealed that build orientation significantly influenced mechanical performance. It was observed that specimens manufactured in the horizontal orientation exhibited higher energy absorption capacities. Furthermore, it was demonstrated that the inherent energy absorption advantages of lattice structures can be further enhanced when combined with suitable filler materials. This study aims to contribute to future research and design development efforts in applications requiring impact resistance.