Akademik Veri Yönetim Sistemi
7. International Palandöken Scientific Studies Congress, Erzurum, Türkiye, 2 - 03 Aralık 2023, cilt.1, ss.92-94
Çeki kolu (tork çubuğu), her iki ucunda burç bulunan ve ağır ticari araçlarda dingili şasiye bağlayans üspansiyon sisteminin önemli bir bileşenidir. Çok eksenli dinamik yükleme altında çalışması, üstün mekanik özelliklere sahip olmasını gerektirmektedir. Ayrıca günümüzde artan CO2 emisyonları sebebiyle, yakıt tüketiminin azaltılması veya hibrit elektrikli araçlarda menzilin artırılması amacıyla, her parçanın hafif ve düşük maliyetli tasarlanması hedeflenmektedir. Tüm bu hedefler düşünüldüğünde akla ilk gelen, çeki kolunun kompozit bir malzeme kullanılarak üretilmesidir. Ancak mukavemet, ağırlık, geridönüştürülebilirlik, maliyet vb. özellikler düşünüldüğünde tüm kriterleri tek bir kompozit malzemeyle sağlamak oldukça güçtür. Bu sebeple termoplastik matrisli hibrit fiber takviyeli kompozit yapılar tercih edilebilmektedir. Bahsedilen bu kriterlerin hepsini sağlayan kompozit bir çeki kolunun imalatı, tasarım ve sonlu elemanlar analizi çalışmalarında deney tasarımı destekli çok amaçlı optimizasyon uygulamalarını zorunlu kılmaktadır. Bu nedenle bu çalışmada, ağır vasıta araçlarında kullanılan sabit bir dövme çelik çeki koluna ikame olabilecek, artı kesite sahip, üstün mekanik özellikleri olan, minimum maliyeti ve ağırlığı sağlayan sürekli karbon ve cam elyafla takviyelendirilmiş termoplastik matrisli hibrit kompozit bir çeki kolu incelenmiştir. Daha sonra çalışmada, bu hibrit kompozit çeki kolunun bilgisayar destekli tasarım, analiz ve çok kriterli karar verme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Taguchi Metodu L25 ortogonal dizinin deney seti gözetilerek ABAQUS® programında gerçekleştirilen sonlu elemanlar analiz çalışması sonucu mekanik özelliklere, ağırlığa ve teknik hesaplamalar sonucu parça başı üretim maliyetine ait veriler TOPSIS yöntemi kullanılarak çok kriterli optimizasyon işlemine tabi tutulmuştur. Gerçekleştirilen Entropi Ağırlıklandırmalı TOPSIS yöntemi ile çok kriterli optimizasyon çalışması sonucunda uygulanan yük karşısında, çeki kolunun üretiminde dövme çelik malzeme yerine hibrit termoplastik matrisli kompozit malzemenin kullanılmasıyla da üstün mekanik özelliklerin elde edilebileceği görülmüştür. Ayrıca, bu hibrit kompozit çeki kolu ile dövme çelik malzemeye göre ağırlığın %64.76 oranında azaltılabileceği ve parça başı üretim maliyetlerinin ise %37.5 oranında düşürülebileceği tespit edilmiştir.
The torque rod is an important component of the suspension system, which has bushings at both ends and connects the axle to the chassis in heavy commercial vehicles. Operation under multi-axial dynamic loading requires it to have superior mechanical properties. In addition, due to today’s increasing CO2 emissions, it is aimed to design every part as lightweight and low-cost in order to reduce fuel consumption or increase the range of hybrid electric vehicles. Considering all these goals, the first thing that comes to mind is the production of the torque rod using a composite material. However, considering the properties such as strength, weight, recyclability, cost, etc., it is very difficult to meet all criteria with a single composite material. For this reason, hybrid fiber reinforced composite structures with thermoplastic matrix can be preferred. The fabrication of a composite torque rod that meets all of these criteria necessitates the application of multi-objective optimization applications supported by design of experiments in design and finite element analysis studies. Therefore, in this study, a hybrid composite torque rod with a thermoplastic matrix reinforced with continuous carbon and glass fibers which minimum cost and weight is investigated as a substitute for a fixed forged steel towing arm used in heavy commercial vehicles, with increased cross-section, superior mechanical properties. Then, computer-aided design, analysis, and multi-criteria decision-making studies of this hybrid composite torque rod were carried out in the study. As a result of the finite element analysis study perform in the ABAQUS ® program considering the experimental set of the Taguchi Method L25 orthogonal array, the data related to on mechanical properties, weight and production cost per piece as a result of technical calculations were subjected to multi-criteria optimization using the TOPSIS method. As a result of the multi-criteria optimization with the Entropy Weighted TOPSIS method, it was seen that superior mechanical properties can be obtained by using hybrid thermoplastic matrix composite material instead of forged steel material in the production of the torque rod with the applied load. In addition, it has been determined that with this hybrid composite torque rod’s weight can be reduced by 64.76% and the production’s costs per piece can be reduced by 37.5% compared to forged steel material.