Otomotiv mühendisliğinde bir araç şasisinin yalnızca statik yükler altında yeterli dayanımı sağlaması, gerçek çalışma koşullarındaki davranışını değerlendirmek için her zaman yeterli değildir. Araç hareket halindeyken yol düzensizlikleri, hızlanma ve frenleme, viraj manevraları, süspansiyon hareketleri ve farklı sürüş koşulları nedeniyle şasi sürekli değişen dinamik yüklere maruz kalır.
Bu yükler; şasinin yapısal davranışını, yük aktarım yollarını, bağlantı noktalarında oluşan kuvvetleri, deformasyonu ve uzun vadeli dayanıklılığı doğrudan etkileyebilir.
Bu nedenle araç geliştirme sürecinde önemli mühendislik sorularından biri şudur:
Araç gerçek çalışma koşullarında hareket ederken şasi hangi dinamik yüklere maruz kalıyor ve bu yükler altında nasıl davranıyor?
Bu sorunun cevaplanmasında RecurDyn çok cisimli dinamik analiz (Multi-Body Dynamics – MBD) yaklaşımı, mekanik sistemin hareketinin ve sistem içerisindeki etkileşim kuvvetlerinin zamana bağlı olarak incelenmesine olanak sağlar.
RecurDyn’ın Multi Flexible Body Dynamics (MFBD) yetenekleri sayesinde rijit ve esnek gövdelerin aynı mekanik sistem içerisinde değerlendirilmesi de mümkündür. Böylece yalnızca aracın hareketi değil, hareket sırasında esnek komponentlerde meydana gelen deformasyon, gerilme ve gerinim gibi yapısal sonuçlar da incelenebilir.
Araç şasisi; süspansiyon, güç aktarma sistemi, gövde ve diğer alt sistemlerden gelen yükleri taşıyan temel yapısal bileşenlerden biridir.
Gerçek sürüş koşullarında şasiye etki eden kuvvetler sabit değildir.
Örneğin bir araç bozuk bir yol yüzeyinden geçtiğinde tekerlekte meydana gelen düşey hareket süspansiyon sistemine aktarılır. Yaylar, sönümleyiciler, burçlar ve bağlantı elemanlarının oluşturduğu tepki kuvvetleri daha sonra bağlantı noktaları üzerinden araç şasisine iletilir.
Benzer şekilde;
şasi üzerinde zamana bağlı olarak değişen kuvvetler oluşturabilir.
Dolayısıyla yalnızca belirli bir anda uygulanan maksimum statik yükün değerlendirilmesi, bazı mühendislik problemlerinde gerçek çalışma koşullarının tamamını temsil etmeyebilir.
RecurDyn ile dinamik analiz, kuvvetlerin nereden oluştuğunun, sistem içerisinde nasıl aktarıldığının ve zaman içerisinde nasıl değiştiğinin incelenmesine yardımcı olur.
Çok cisimli dinamik analiz (Multibody Dynamics – MBD); birbirine mafsallar, bağlantılar, yaylar, sönümleyiciler, temaslar ve farklı kuvvet elemanlarıyla bağlı mekanik komponentlerin hareketlerinin ve aralarındaki etkileşim kuvvetlerinin zamana bağlı olarak incelenmesidir.
Bir araç sistemi düşünüldüğünde model;
şasi, tekerlekler, süspansiyon elemanları, yaylar, sönümleyiciler, burçlar, bağlantılar, direksiyon mekanizması ve diğer mekanik komponentlerden oluşabilir.
Bu komponentleri birbirinden bağımsız değerlendirmek yerine sistem seviyesinde analiz etmek, bir komponentte oluşan hareketin veya kuvvetin diğer komponentler üzerindeki etkisinin belirlenmesini sağlar.
Örneğin tekerleğin belirli bir yol girdisine verdiği tepkinin süspansiyon üzerinden şasi bağlantı noktalarına nasıl aktarıldığı zamana bağlı olarak incelenebilir.
RecurDyn ile gerçekleştirilen MBD analizlerinde sistemin hareketinin yanı sıra komponentler arasındaki etkileşim kuvvetleri de hesaplanabilir.
Bir araç dinamiği modelinde tüm parçaların aynı ayrıntı seviyesinde modellenmesi gerekli değildir. Modelleme yaklaşımı, analizden elde edilmek istenen sonuçlara göre belirlenebilir.
Örneğin bazı komponentler rijit gövde olarak tanımlanırken, yapısal deformasyonunun sistem davranışı üzerindeki etkisinin önemli olduğu düşünülen şasi veya belirli bağlantı elemanları esnek gövde olarak modellenebilir.
Böyle bir yaklaşım sayesinde analiz yalnızca:
“Araç nasıl hareket ediyor?”
sorusuna değil,
“Araç hareket ederken şasi ve diğer yapısal komponentler nasıl davranıyor?”
sorusuna da cevap verebilir.
RecurDyn özellikle bu noktada klasik rijit çok cisimli dinamik analiz yaklaşımını esnek çok cisimli dinamik analiz (MFBD) yetenekleriyle genişletir.
Gerçek mekanik sistemlerde tüm komponentler tamamen rijit değildir.
Özellikle;
dinamik yükler altında belirli seviyelerde deformasyona uğrayabilir.
Bu deformasyonların sistem hareketi ve yük aktarımı üzerinde önemli bir etkisi varsa komponentlerin esnek gövde olarak değerlendirilmesi gerekebilir.
RecurDyn'ın Multi Flexible Body Dynamics (MFBD) teknolojisi, çok cisimli dinamik analiz ile sonlu eleman yaklaşımını aynı sistem içerisinde kullanmaya olanak sağlar.
Böylece rijit gövdelerin hareketleriyle birlikte esnek gövdelerde meydana gelen deformasyon, gerilme ve gerinim sonuçları değerlendirilebilir.
Araç şasisi açısından düşünüldüğünde bu yaklaşım, şasinin yalnızca hareket eden rijit bir yapı olarak değil, sistemden gelen dinamik kuvvetler altında deformasyona uğrayabilen yapısal bir komponent olarak incelenmesini mümkün hale getirir.
RecurDyn esnek gövde modellemesinde farklı mühendislik ihtiyaçlarına yönelik iki temel yaklaşım sunar: FFlex ve RFlex.
FFlex yaklaşımında esnek gövdenin düğüm serbestlik dereceleri doğrudan dikkate alınır.
Bu yaklaşım özellikle daha ayrıntılı esnek gövde davranışının incelenmesi gereken problemlerde kullanılabilir. Geometrik olarak doğrusal olmayan deformasyonların ve uygun malzeme modelleriyle malzeme doğrusal olmayanlığının değerlendirilmesi mümkündür.
FFlex yaklaşımı ayrıca temasın önemli olduğu esnek gövde problemlerinde kullanılabilir.
Örneğin bir araç sisteminde belirli bir bağlantı veya yapısal komponent üzerinde temas kaynaklı yerel davranışın ayrıntılı şekilde incelenmesi gerekiyorsa FFlex yaklaşımı değerlendirilebilir.
RFlex ise esnek gövdenin davranışını modal bilgiler üzerinden temsil eden indirgenmiş esnek gövde yaklaşımıdır.
Özellikle yüksek serbestlik derecesine sahip büyük sonlu eleman modellerinde tüm düğüm serbestlik derecelerinin doğrudan çözüme dahil edilmesi hesaplama maliyetini artırabilir.
RFlex ile esnek gövde davranışının seçilmiş modlar üzerinden temsil edilmesi sayesinde daha büyük sistem modellerinde hesaplama verimliliği sağlanabilir.
Bu nedenle FFlex veya RFlex seçimi, analizden beklenen doğruluk seviyesi, deformasyon davranışı, temas koşulları, model büyüklüğü ve hesaplama maliyeti dikkate alınarak yapılmalıdır.
Araç yol üzerinde ilerlerken yol yüzeyindeki düzensizlikler tekerleklerde hareket oluşturur. Bu hareket süspansiyon sistemi aracılığıyla araç yapısına aktarılır.
Basitleştirilmiş bir yük aktarım zinciri şu şekilde düşünülebilir:
Yol Girdisi → Tekerlek → Süspansiyon → Bağlantı Noktaları → Araç Şasisi
Örneğin bir tekerlek yol üzerindeki bir tümsekten geçtiğinde tekerlekte düşey hareket meydana gelir.
Bu hareket sonucunda yay ve sönümleyici elemanlarda dinamik kuvvetler oluşur. Oluşan kuvvetler süspansiyon bağlantı noktaları üzerinden şasiye aktarılır.
Burada önemli nokta, bütün bu sürecin zamana bağlı gerçekleşmesidir.
Şasi üzerindeki maksimum kuvvet, deformasyon veya gerilme her zaman yol girdisinin maksimum olduğu anda ortaya çıkmayabilir. Sistemin kütlesi, ataleti, sönüm özellikleri, süspansiyon karakteristiği ve komponentler arasındaki etkileşimler sonuçları değiştirebilir.
RecurDyn ile sistemin bu dinamik davranışı zaman alanında incelenebilir.
Araç şasisinin dinamik davranışı süspansiyon sisteminden bağımsız değerlendirilemez.
Süspansiyon sistemindeki;
yol kaynaklı kuvvetlerin şasiye nasıl aktarıldığını doğrudan etkileyebilir.
Bu nedenle çok cisimli dinamik analiz yaklaşımının önemli avantajlarından biri, yalnızca tek bir komponentin değil, mekanik alt sistemlerin birbirleriyle olan etkileşiminin incelenebilmesidir.
Örneğin iki farklı süspansiyon konfigürasyonu aynı yol girdisi altında analiz edilerek şasi bağlantı noktalarında meydana gelen kuvvetler karşılaştırılabilir.
Böylece farklı tasarım alternatiflerinin sistem seviyesindeki etkileri fiziksel prototip üretilmeden önce sayısal ortamda değerlendirilebilir.
Doğru şekilde oluşturulmuş bir RecurDyn araç dinamiği modeli üzerinden projenin kapsamına bağlı olarak farklı mühendislik çıktıları değerlendirilebilir.
Bunlar arasında;
gibi sonuçlar yer alabilir.
Bu sonuçların birlikte değerlendirilmesi sayesinde yalnızca maksimum kuvvet değerleri değil, kuvvetlerin sistem içerisinde hangi yük yolu üzerinden aktarıldığı da incelenebilir.
Özellikle esnek gövde yaklaşımı kullanıldığında dinamik sistem davranışı sonucunda belirli bir komponent üzerinde meydana gelen yapısal etkiler daha ayrıntılı olarak değerlendirilebilir.
Gerçek mekanik sistemlerde komponentler arasındaki etkileşim her zaman yalnızca ideal mafsallar üzerinden gerçekleşmez. Birçok sistemde temas kuvvetleri dinamik davranışın önemli bir parçasıdır.
RecurDyn, rijit ve esnek gövdelerin yer aldığı modellerde temas tanımlamalarının kullanılmasına olanak sağlar.
Bu özellik özellikle hareket sırasında komponentlerin birbirleriyle temas ettiği mekanizmaların analizinde önemlidir.
Esnek gövde ve temas davranışının aynı dinamik model içerisinde değerlendirilmesiyle, temas sonucunda oluşan kuvvetlerin komponent üzerindeki deformasyon ve gerilme davranışına etkisi incelenebilir.
Bu yaklaşım yalnızca otomotiv uygulamalarında değil; raylı sistemler, savunma sanayii, iş makineleri ve karmaşık mekanik sistemlerin analizlerinde de önemli avantajlar sağlayabilir.
Statik ve dinamik analiz birbirinin alternatifi değildir. Her iki analiz yöntemi farklı mühendislik sorularına cevap verir.
Statik analiz, yüklerin zaman içerisindeki değişiminin ve sistem hareketinin etkisinin ihmal edilebildiği problemlerde yapısal davranışın değerlendirilmesine odaklanır.
Dinamik analizde ise sistemin hareketiyle birlikte;
gibi etkiler önem kazanır.
Özellikle araçlar gibi sürekli hareket eden mekanik sistemlerde maksimum statik kuvvetin bilinmesi tek başına yeterli olmayabilir.
Asıl önemli mühendislik sorusu çoğu zaman şudur:
Kuvvet nerede oluşuyor, sistem içerisinde hangi komponentlerden geçiyor ve zaman içerisinde nasıl değişiyor?
RecurDyn çok cisimli dinamik analiz yaklaşımı bu yük aktarım mekanizmasının sistem seviyesinde değerlendirilmesine yardımcı olur.
Geleneksel komponent bazlı analizlerde belirli bir parçaya uygulanacak yüklerin önceden tahmin edilmesi veya başka bir analizden elde edilmesi gerekebilir.
Ancak gerçek mekanik sistemlerde komponentlere gelen yükler çoğu zaman diğer parçaların hareketleri ve etkileşimleri sonucunda oluşur.
RecurDyn ile sistem seviyesinde gerçekleştirilen dinamik analiz sayesinde bu yüklar doğrudan sistem hareketinin bir sonucu olarak hesaplanabilir.
Bu yaklaşım;
yük aktarım yollarının belirlenmesi, kritik bağlantı noktalarının tespit edilmesi, farklı tasarım alternatiflerinin karşılaştırılması, süspansiyon parametrelerinin değerlendirilmesi ve esnek komponentlerin dinamik davranışının incelenmesi gibi çalışmalarda kullanılabilir.
Böylece mühendisler yalnızca bir parçanın dayanımını değil, parçanın içinde bulunduğu mekanik sistemle olan etkileşimini de değerlendirebilir.
Araç geliştirme sürecinde simülasyon çalışmalarının temel amacı yalnızca sonuç görselleri elde etmek değildir.
Asıl amaç, gerçek çalışma koşullarındaki fiziksel davranışı tasarım kararlarında kullanılabilecek mühendislik verilerine dönüştürmektir.
RecurDyn ile gerçekleştirilen çok cisimli dinamik analizler sayesinde farklı çalışma koşulları ve tasarım alternatifleri sayısal ortamda karşılaştırılabilir.
Örneğin;
altında sistemin verdiği dinamik tepkiler incelenebilir.
Elde edilen sonuçlar, kritik çalışma koşullarının belirlenmesine ve fiziksel prototip/test aşamasına geçilmeden önce tasarım hakkında daha fazla mühendislik verisi elde edilmesine yardımcı olabilir.
Simülasyon fiziksel testlerin yerine geçen bir süreç olarak değil, test ve prototip çalışmalarını destekleyen bir mühendislik aracı olarak değerlendirilmelidir.
RecurDyn'ın önemli özelliklerinden biri, klasik Multi-Body Dynamics (MBD) yaklaşımını Multi Flexible Body Dynamics (MFBD) ile aynı analiz ortamında bir araya getirebilmesidir.
Bu sayede bir mekanik sistemde hareket, bağlantı kuvvetleri, temas davranışı ve esnek komponentlerin yapısal tepkileri birlikte değerlendirilebilir.
RecurDyn ayrıca otomotiv uygulamalarında tam araç, süspansiyon, motor ve debriyaj gibi sistemlerin farklı sürüş ve çalışma koşulları altındaki dinamik davranışlarının ve komponentlere aktarılan yüklerin incelenmesine yönelik kullanılabilir.
FFlex ve RFlex gibi farklı esnek gövde yaklaşımlarının bulunması ise analiz ihtiyacına göre model doğruluğu ile hesaplama maliyeti arasında uygun bir denge kurulmasına yardımcı olur.
Bu özellikleri sayesinde RecurDyn; araç dinamiği, mekanizma dinamiği, süspansiyon analizi, esnek çok cisimli dinamik analiz ve dinamik yük analizi gibi mühendislik çalışmalarında güçlü bir çözüm sunar.
FE-TECH olarak karmaşık mekanik sistemlerin gerçek çalışma koşullarındaki davranışlarının değerlendirilmesine yönelik RecurDyn çok cisimli dinamik analiz ve mühendislik simülasyonu çalışmalarında çözümler sunuyoruz.
Araç ve mekanik sistemlerin yalnızca komponent seviyesinde değil, sistem seviyesinde değerlendirilmesi; hareket, yük aktarımı, temas ve yapısal davranış arasındaki ilişkinin daha ayrıntılı incelenmesine yardımcı olur.
RecurDyn'ın MBD ve MFBD yeteneklerinden yararlanılarak sistem içerisindeki dinamik yükler, bağlantı kuvvetleri ve esnek komponentlerin davranışları tasarım sürecinin erken aşamalarında değerlendirilebilir.
Araç şasisi dinamik analizi, süspansiyon sistemi analizi, RecurDyn analizi, esnek gövde analizi, mekanizma dinamiği ve çok cisimli dinamik analiz ihtiyaçlarınız için FE-TECH mühendislik ekibiyle iletişime geçebilirsiniz.