Kompozit malzeme ile otobüs koltuk braketlerinin üretimi ve sonlu elemanlar yöntemi ile mekanik analizi

Abstract

Günümüzde artan yakıt tüketimi ve sera gazı emisyonları, taşıtlarda hafif yapısal tasarımların önemini artırmıştır. Özellikle toplu taşıma araçlarında ağırlığın azaltılması, yakıt verimliliğini artırmakta ve çevresel etkileri azaltmaktadır. Bu tez çalışmasında, şehir içi otobüslerde kullanılan yolcu koltuğu braketlerinin yapısal performansı değerlendirilmiş ve geleneksel ST37 çeliği yerine cam elyaf (GFRP) ve karbon fiber (CFRP) takviyeli kompozit malzemeler önerilmiştir. İlk aşamada, mevcut çelik braket tasarımı 68 kg'lık yükleme senaryosu altında sonlu elemanlar yöntemi (FEM) ile analiz edilmiştir. Ardından aynı sınır koşulları korunarak, GFRP ve CFRP malzemelerle üretilen yolcu koltuk braketlerine de uygulanmıştır. İlk GFRP sonlu analiz sonucunda braket yapısında max gerilme ve deformasyonun yüksek olduğu görülmüştür bu doğrultuda yolcu koltuk braket yapısının montaj konumları değiştirilerek optimize edilmiştir ve bu optimize edilen tasarım ile yeniden GFRP ve CFRP'nin sonlu elemanlar analizi yapılmıştır. Analiz sonucunda maksimum gerilme değeri, ST37 çeliğinde 264 MPa seviyesindeyken, GFRP için 37 MPa ve CFRP için 29 MPa düzeylerine düşmüştür. Deformasyon miktarı ise ST37’de 0,39 mm iken GFRP için 0,77 mm ve CFRP için 0,52 mm seviyelerinde kalmıştır. Yapılan ağırlık analizlerinde, GFRP ve CFRP malzemelerle üretilen braketlerin sırasıyla %55 ve %61 oranında hafifleme sağladığı belirlenmiştir. Bu fark, özellikle yakıt tüketimi ve emisyonların azaltılması açısından önemli avantajlar sunmaktadır. Karbon fiber kompozit daha yüksek dayanım sağlarken, cam elyaf takviyeli yapı ise düşük maliyeti sayesinde daha uygulanabilir bir çözüm olarak öne çıkmıştır. Elde edilen bulgular, kompozit malzemelerin taşıtlarda yalnızca ön, arka mask gibi ve dış panellerde değil, aynı zamanda yolcu koltuk braketlerinde de başarıyla kullanılabileceğini göstermektedir.In recent years, increasing fuel consumption and greenhouse gas emissions have heightened the importance of lightweight structural design in vehicles. In public transportation, weight reduction significantly contributes to fuel efficiency and environmental sustainability. This thesis investigates the structural performance of passenger seat brackets used in urban buses and proposes the replacement of conventional ST37 steel with glass fiber (GFRP) and carbon fiber (CFRP) reinforced composite materials. Initially, the steel bracket was analyzed using the finite element method (FEM) under a 68 kg loading condition. The same analysis was then applied to brackets made from GFRP and CFRP, maintaining identical boundary conditions. Preliminary FEM results for GFRP indicated excessive stress and deformation, prompting a redesign of bracket mounting positions. The optimized configuration was subsequently re-analyzed for both GFRP and CFRP. The results showed a significant reduction in maximum stress—from 264 MPa in ST37 to 37 MPa in GFRP and 29 MPa in CFRP. Similarly, deformation decreased from 0.39 mm (ST37) to 0.77 mm (GFRP) and 0.52 mm (CFRP). Weight analysis revealed that GFRP and CFRP brackets achieved reductions of 55% and 61%, respectively. These improvements offer clear advantages in fuel economy and emissions. While CFRP exhibited superior mechanical strength, GFRP emerged as a more cost-effective alternative. Overall, the findings demonstrate that composite materials can be effectively used not only in vehicle body panels but also in load-bearing components such as passenger seat brackets.