Otomotiv sektöründe akıllı yapıların mekanik ve dinamik davranışlarının incelenmesi

Abstract

Otomotiv sektöründe en önemli çalışmalardan biri otomobil güvenlik sistemlerinin geliştirilmesidir. Kazaları önlemek her zaman mümkün değildir ancak neden oldukları etkiyi en aza indirmek birçok hayat kurtarabilir. Çarpışma kutuları, çarpışmadan sonra yüksek hızdan sıfıra düşen kinetik enerjiyi sönümleyerek otomobil içine en az seviyede iletilmesini sağlayan pasif güvenlik sistemleridir. Otomobilin ön ve arka uçlarında bulunur. Çarpışma kutusu tasarımında hafiflik, dayanım ve yüksek enerji emme kapasitesi gibi özelliklere sahip akıllı yapılara ihtiyaç duyulmaktadır. Akıllı yapı üretimi ya yeni bir ürün geliştirilmesiyle ya da geleneksel malzemeye ek özellikler kazandırılmasıyla oluşur. Negatif Poisson oranına sahip olmaları sebebiyle üstün özellikler sergileyen ökzetik yapılar, akıllı yapılara örnek olarak gösterilebilir. Üretim teknolojilerinin gelişmesiyle ve eklemeli imalatın yaygınlaşmasıyla günümüzde kullanım alanları artan ökzetik yapılar, geleneksel(bilinen) malzeme davranışının aksine çekme yükleri altında genişleme ve basma yükleri altında daralma davranışı göstermektedir. Bu çalışmada, çarpışma kutularını hafifletmek ve enerji sönümleme kapasitelerini artırmak amacıyla tasarlanan kare, daire ve altıgen kesitlere sahip, birim hücre yapısı tetra kiral, re-entrant ve dönen kareler olan ökzetik tasarımlı çarpışma kutularının çarpışma performansları sayısal olarak incelenmiştir. Analizler sonucunda, kesit ve ökzetik yapı geometrisinin çarpışma kutusunun hafiflik ve enerji emilimi kapasitesine olan etkilerine yönelik bulgular elde edilmiştir. Elde edilen bulguların, hafif ve enerji emme kapasitesi yüksek akıllı yapıların mühendislik uygulamalarındaki kullanımıyla ilgili ilerideki araştırmalar ile tasarım geliştirme çalışmalarına katkı sağlaması hedeflenmektedir.

One of the most important areas of focus in the automotive industry is the development of vehicle safety systems. Although preventing accidents is not always possible, minimizing their effects can save many lives. Crash boxes are passive safety components that absorb the kinetic energy generated during collisions and reduce the force transmitted to the vehicle interior. They are located at the front and rear ends of vehicles. In crash box design, there is a need for smart structures that are lightweight, strong, and capable of absorbing high amounts of energy. These smart structures can be developed by creating new materials or enhancing the properties of conventional ones. Auxetic structures, which exhibit a negative Poisson’s ratio, are considered examples of smart structures due to their superior mechanical behavior. With advancements in manufacturing technologies and the spread of additive manufacturing, the use of auxetic structures has become more widespread. Unlike conventional materials, auxetic materials expand under tensile loads and contract under compressive loads. In this study, the crash performance of auxetic crash boxes with square, circular, and hexagonal cross-sections, using unit cell types such as tetra chiral, re-entrant, and rotating squares was numerically analyzed to reduce weight and improve energy absorption. The results reveal cross-section shape and auxetic geometry affect the crash box’s weight and energy absorption capacity. The findings are expected to contribute to future research and design development studies concerning the use of lightweight, high energy-absorbing smart structures in engineering applications.