Topoloji optimizasyonu: Çatallı flanş uygulaması

Abstract

Bu projenin ana amacı, agır ticari araç segmentinde kullanılan kardan millerinde, vites kutusu ve diferansiyel flansları ile baglantıyı saglayan çatallı flans parçasının topolojik optimizasyonu gerçeklestirilmesidir. Çalısmada ilk etapta mevcut parçanın mekanik özellikleri belirlenmis ve ardından sonlu elemanlar ile analiz yöntemi kullanılarak statik analizi yapılmıstır. Bir sonraki asamada piyasada bulunan benzer bir çatallı flans parçası bilgisayar destekli tasarım yöntemleri kullanılarak modellenmis ve sonlu elemanlar ile analiz yöntemleri kullanılarak statik analizi yapılmıstır. Ardından her iki modelin analizlerinden elde edilen veriler ısıgında topoloji optimizasyonu sürecinde kullanılacak analiz modeli olusturulmus, tasarım degiskenleri, amaç fonksiyonu, optimizasyon kısıtları ve sınır kosulları belirlenmistir. Optimizasyon için ihtiyaç duyulan tanımlamalar yapıldıktan sonra Altair Optistruct kodları kullanılarak çatallı flansın topoloji optimizasyonu gerçeklestirilmistir. Optimizasyon faaliyeti sonucu ortaya çıkan topolojiden hareket ile çatallı flans parçasına ait yeni geometri modellenmis ve yürütülen sonlu elemanlar ile analiz çalısmaları ile statik analizleri yapılmıs ve sonuçlar önceden tamamlanan analizler ile kıyaslanmıstır. Bilgisayar destekli analiz yazılımları ile dogrulanan yeni çatallı flans geometrisinin üretimine karar verilmis ve üretim sonrasında fiziksel dogrulama testleri yapılmıstır. Yapılan testler sonucunda çatallı flansın tasarımı dondurulmus ve seri imalata geçilmistir. The primary purpose of this project is to implement structural topology optimization methods on driveshaft part called flange yoke, which maintains the connection of a driveshaft between gearbox output and differential input flanges. The first step in this study is to determine the mechanical properties of existing flange yoke part by performing a couple of tensile tests. After identifying the mechanical properties, static analysis is carried out on the existing flange yoke 3D model by using FEA methods in order to determine the stress distribution and total displacement. In the mean time, a similar part which is manufactured by a competitor is also modelled and analysed by FEA methods in order to compare the design with the previous one. The next step is to create a concept model which will be used in topology optimization sequence. After creating the concept model, design variables, objective function, optimization constraints are identified and topology optimization is perfomed by using Altair Optistruct codes on flange yoke concept model. After completing topology optimization activities, a new geometry is derived from the optimized topology and FEA methods are used to perform static analysis in order to compare the stress distribution and total displacement of the new geometry with the existing ones. Finally, rig tests which are simulating real operating contions are used to validate the new geometry of flange yoke which is derived from topology optimization geometry. As a result the new design of flange yoke is freezed and shifted to serial production.