Araç aydınlatma sistemlerinde sızdırmazlık contası tasarımı ve optimizasyonu

Abstract

Kauçuk malzeme türlerinden EPDM esaslı elastomerler elastisite ve sızdırmazlık gibi fiziksel ve mekanik özelliklerinin iyi olmasından dolayı otomotiv endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada MS403 ya da 76-0 ticari isimleri ile EPDM ailesinde bulunan kauçuk malzemeden imal edilen conta sızdırmazlık açısından incelenmiştir. Otomotiv aydınlatma sistemlerinde arka stop lambalarında sızdırmazlık elemanı olarak kullanılan conta, ilişkili olduğu conta kanalı ve üzerine baskı yapan feder parçası ile birlikte tanımlanan parametreler ve sınır şartlar altında deneylere, sonlu elemanlar ile analize ve deneysel tasarım çalışmalarına tabi tutulmuştur. Sızdırmazlık kalitesinin federin contaya basması sonucu, feder-conta arasındaki yüzeyde oluşan basınç değeri ile ölçüldüğü bu çalışmada; Mullin etkisinin de dikkate alındığı çekme deneyi ile elde edilen veriler malzeme karakterizasyonunda ve sonrasında non-lineer statik sonlu elemanlar analizlerinde kullanılarak en uygun tasarım bulunmaya çalışılmıştır. Abaqus yazılımı ile yapılan toplam 27 simülasyonda tüm 3 ana parametrenin (kanalın iç açısı, federin kalınlığı ve federin conta içine gömülme miktarı) ve bunların her birine bağlı 3' er farklı alt seviyenin tamamının dikkate alınması ile tam faktöryel deneysel tasarım yöntemi uygulanmıştır. Analizlerden elde edilen sonuçlar, yanıt yüzey yöntemi ile optimizasyon çalışmalarında kullanılmış; sızdırmazlık problemi, Matlab yazılımında lineer ve non-lineer regresyon modelleri kullanılarak bulunan foksiyonlar ile formüle edilmiştir.

EPDM based elastomers are widely used in the automotive industry because of their good physical and mechanical properties such as elasticity and tightness. In this study, gasket made from EPDM rubber material called as MS403 or 76-0 was examined in terms of sealing. The sealing gasket, which is used in the rear lamps in automotive lighting systems, has been analyzed with finite element methods and experimental design studies within defined parameters and boundary conditions together with it's channel on bulbholder and pressing rib on housing components. In this study, it was aimed to measure the sealing quality by the pressure generated on the surface between the feder and the gasket. The most suitable design was tried to be found by analyzing the material characterization data, obtained by the tensile test which takes the Mullins effect into account, where is being also used in nonlinear static finite element analysis. A full factorial experimental design method has been applied for 27 simulations run via Abaqus software by taking 3 main parameters in consideration (draft angle of channel, feder thickness and penetration of feder through gasket) in 3 different sub-levels. The results were used in optimization studies with response surface method; the sealing problem is formulated in general empirical expressions which were found out via Matlab software in linear and nonlinear regression models.