Design optimization of a plastic cover under impact loading

Abstract

Otomobil arka aksının taş yükünü maruz kalması sık rastlanan bir durumdur. Taş yükü araç arka aksamında aşınma ve korozoyona sebep olmaktadır. Araç arka aksı genellikle koruyucu plastik kapaklarla korunmaktadır. Otomobil arka aksını koruyan plastik kapaklar genellelikle düşük mekanik davranışına sahip geri dönüşüm plastiğinden üretilmiş polipropilen (PP) malzelerden üretilmektedirler. Bu PP koruyucu kapakların darbe yükü ile kırılması sıkça rastlanan bir durumdur. Plastik koruyucu kapakların darbe yüküne dayanımı fiziksel araç testleri ile kontrol edilmektedir ve hali hazırda performans kriterlerine uygun tasarım yapılıp yapılmadığı kontrol edilememektedir. Fiziki testlerin kalıp imalatından sonra gerçekleşiyor olması ve çeşitli malzeme, yol durumu senaryosunun dikkate alınarak testlerin gerçekleştirilmesi maliyet ve zaman kayıplarına yol açmaktadır. Bu tez darbe yüküne maruz kalan plastik bir koruyucu kapağın farklı çarpan parçalar dikkate alınarak mekanik dayanımlarının incelenmesi ve sonlu elemanlar yöntemi ile analizi ile ilgilidir. Çalışma kapsamında sonlu elemanlar yöntemiyle elde edilen sonuçlarla eğri uydurularak plastik koruyucu kapağın en iyi tasarımının yapılması hedeflenmiştir. Plastik koruyucu kapağın en iyi tasarımı ağırlık sınırlandırılarak yapılmıştır. Ağırlık, kalınlık değişkeni ile tayin edilmiştir. Parça geometrisi ise parametrik olarak tasarlanmıştır ve en iyi tasarım parça geometrisini etkileyen parametrelerin ve kalınlığın en iyilenmesi ile belirlenmiştir.Vehicle rear axle is usually under impact loading during drive due to stone chipping. Stone chipping causes wearing and corrosion on rear axle environment. Rear axle compartment is usually protected with plastic covers. Rear axle covers are usually produced with recycled polypropylene (PP), which have low mechanical characteristics. Breakage of PP rear axle covers under impact loading are often encountered. Dynamic performance tests of rear axle covers are performed with physical vehicle road tests and there is no existing procedure to control whether the cover is design to meet performance criteria or not. The fact that the tests are carried out after the production of the injection mould leads to time and cost losses, considering the different road and material conditions. In this thesis, mechanical behaviour of plastic cover under impact loading is examined experimentally with different impactor types and with finite element analysis in computer environment. In the scope of this study, response surface of Von Misses stress is plotted from geometrical parameters. It is aimed to design a lightweight, optimum rear axle cover that can meet the mechanical strength requirements. Weight is directly related to the thickness parameter. The second parameter that determines the product geometry is the relative angular orientation of the impactor and target plate. It is determined by the angle parameter. The part was modelled parametrically and the thickness and angle values providing the optimum design were investigated.