Elektrikli araçlarda kompozit esaslı batarya alt muhafaza sacı malzeme analizleri ve simülasyonu

Abstract

İlerleyen malzeme ve imalat teknolojisi sayesinde mukavemet değerlerinden ödün vermeden daha hafif malzemeler üretilebilmektedir. Sandviç kompozit malzemeler ağırlıklarına oranla yüksek eğilme ve kayma dayanımına sahiptirler. Bu nedenler başta otomotiv ve havacılık olmak üzere gıda, elektronik, inşaat, denizcilik ve uzay sektörlerinde yaygın şekilde kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında elektrikli araçlarda kullanılmak üzere kompozit esaslı batarya alt muhafaza sacı malzeme analizleri ve simülasyonu üzerine çalışılmış, 1mm kalınlığa sahip alüminyum ve titanyum yüzey malzemeler ile alüminyum ve polipropilen malzemeden yapılmış 5 mm, 10 mm ve 20 mm kalınlığa sahip bal peteği geometrisine sahip çekirdek malzemeler kullanılarak sandviç malzeme üretimi yapılmıştır. ASTM standartlarına göre numunelere basma testi, üç nokta eğilme testi ve ağırlık düşürme testleri yapılmıştır. Testler sonucu elde edilen mekanik özellikler grafikler ile karşılaştırılmalı olarak sunulmuştur. Bu testler ile yüzey malzemesinin, çekirdek malzemesinin ve çekirdek malzeme kalınlığının sandviç yapı mekanik özelliklerine etkisi incelenmiştir. En iyi mekanik performans gösteren numunenin doğal frekans testi yapılmıştır. Ardından piyasada üretilmiş olan bir batarya taşıyıcının katı modeli oluşturulmuş ve sandviç yapı entegrasyonu yapılarak modal analiz ve uluslararası standartlarca belirlenmiş direğe yandan çarpma ile penetrasyon simülasyonları yapılıp sonuçlar değerlendirilmiştir.

Advancements in material and manufacturing technologies have enabled the production of lighter materials without compromising their strength properties. Sandwich composite materials exhibit high bending and shear strength relative to their weight. For these reasons, they are widely utilized in industries such as automotive, aerospace, food, electronics, construction, marine, and space. In this thesis study, material analyses and simulations were conducted for a composite-based battery undertray intended for use in electric vehicles. Sandwich materials were produced using aluminum and titanium face sheets with a thickness of 1 mm, as well as core materials made of aluminum and polypropylene in honeycomb geometries with thicknesses of 5 mm, 10 mm, and 20 mm. According to ASTM standards, compression tests, three-point bending tests, and drop weight impact tests were performed on the samples. The mechanical properties obtained from these tests were presented comparatively using graphs. These tests investigated the effects of face sheet material, core material, and core thickness on the mechanical properties of the sandwich structure. The natural frequency test was conducted on the sample that exhibited the best mechanical performance. Subsequently, a solid model of a commercially produced battery tray was created, and the sandwich structure was integrated into it. Modal analysis and pole side impact simulations, as defined by international standards, were carried out to evaluate the results.