Front-end module development for a light commercial vehicle

Abstract

CO2 emission targets became a crucial obstacle for vehicle producers. In order to overcome this problem, weight reduction potentials are getting more and more critical. In this study, for a light commercial vehicle, a glass fiber reinforced thermoplastic front-end structure has been analyzed. At first, a fully plastic draft design is analyzed and compared with the current metal structure. After that, a topology volume is extracted from the existing vehicle structure, and topology optimizations have been carried out according to the modal and static loading performance targets. Different optimization parameters have been investigated to decide the best solution in terms of performance and weight. Load paths and optimum design are calculated by topology results. Due to the packaging problems with the radiator and headlamp, optimization volume is modified, and the new topology volume and optimizations are completed. Based on the topology results, a feasible design is prepared, and detailed non-linear analyses are started. After the non-linear analyses, free size optimization is applied to the ribs of the part. In this study, a feasible preliminary design at the same performance with less weight respect to the current metal version is completed.

CO2 emisyon hedefleri araç üreticileri için aşılması gereken en önemli engellerin başında gelmektedir. Hedefe ulaşmak için gerekli potansiyeller biri olan araç hafifletmenin önemi gün geçtikçe artmaktadır. Bu çalışmada, hafif ticari bir araç için cam elyaf takviyeli termoplastik ön burun taşıyıcı modülü sonlu elemanlar analizleri kullanılarak geliştirilmiştir. İlk aşamada, geliştirilen termoplastik tasarımın analizleri gerçekleştirilmiş ve mevcut durumda kullanılan metal yapı ile karşılaştırılmıştır. Daha sonra, mevcut yapıdan paketleme ile montaj kısıtları dikkate alınarak bir topoloji dizayn hacmi çıkarılmıştır. İlgili hacim kullanılarak doğal frekans hedefleri ile yapısal performans kriterleri dahilinde topoloji optimizasyonları gerçekleştirilmiştir. Optimizasyonlar sırasında performans ve ağırlık açısından optimum çözüme ulaşabilmek için farklı parametrelerin etkisi araştırılmıştır. Topoloji optimizasyon sonuçları kullanılarak optimum tasarım ve yük yolları belirlenmiştir. Radyatör ile far arasında değişen paketleme kısıtları nedeniyle optimizasyon hacmi değiştirilerek yeni bir topoloji dizayn hacmi oluşturulmuş ve topoloji optimizasyonları tekrarlanmıştır. Optimizasyon sonuçlarına göre yeni bir tasarım oluşturulmuştur. Bu tasarım kullanılarak doğrusal olmayan yapısal analizler gerçekleştirilmiştir. Analizlerin ardından yeni tasarımdaki federlerde kalınlık optimizasyonu yapılmıştır. Bu çalışmada, mevcut metal versiyonuna göre daha hafif olan ve aynı performansta sahip termoplastik bir ön burun taşıyıcı modülü geliştirilmiştir.