Metal-kauçuk bileşenli parçaların torsiyonel yük altında mekanik davranışının incelenmesi

Abstract

Günümüz endüstrisinin önemli malzemelerinden olan kauçuklar farklı özelliklerinden dolayı çok geniş kullanım alanlarına sahiptirler. Bu çalışmada, triger kayışı vasıtasıyla motorda hareket aktarımını sağlayan kasnak parçasının mekanik davranışı sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmiş, deneylerle doğrulanmış ve en iyileme çalışması gerçekleştirilmiştir. Kauçuk malzemelerin sonlu elemanlar yöntemiyle analizinde kullanılan hiperelastik malzeme modellerinin oluşturulabilmesi için tek eksenli çekme ve kayma deneyleri gerçekleştirilmiştir. Bu deneylerden elde edilen kuvvet-uzama eğrileri kullanılarak 3 parametreli Mooney-Rivlin malzeme katsayıları hesaplanmıştır ve sonrasında kasnak geometrisi modellenerek farklı burulma açıları altındaki yer değiştirmeler, gerilmeler ve burulmadan kaynaklanan momentler incelenmiştir. Yapılan kasnak analizlerinin doğruluğunun teyit edilebilmesi için kasnak burulma test cihazı tasarlanmış ve imal edilmiştir. Aynı burulma açıları altında kasnak numuneleri test edilerek burulma momenti ve açı değerleri ölçülmüştür. Yapılan çalışma sonunda, kasnak malzemesinin numerik olarak mekanik davranışının ifade edilebildiği görülmüştür. Kullanılan malzeme modeli ve analiz yöntemiyle elde edilen sonuçların deneylerle doğrulanmasından sonra kasnak geometrisi kesiti üzerinde en iyileme çalışması yapılarak aynı yükleme koşulları altında kauçuk malzeme üzerindeki gerilme mertebeleri %28 oranında düşürülmüştür. Böylelikle bu hesaplama yönteminin kullanımıyla kauçuk içerikli ürünlerin geliştirilebileceği ortaya konmuştur.

Rubber is one of the most important materials of modern industry and have a wide range of usage owing to a number of superior properties. In this study, the mechanical behavior of the metal-rubber combination pulley part transferring motion in the engine through the timing belt was examined by the finite element method, confirmed experimentally, and optimized. Uniaxial tension and pure shear tests were carried out physically to develop a hyperelastic material model. 3 parameter Mooney-Rivlin hyperelastic material constants were calculated by using force-elongation values obtained from uniaxial tension and, pure shear tests. Afterwards, pulley geometry was modelled, and displacements, stresses, reaction moments were examined under various torsional loadings. To confirm the accuracy of the pulley analysis, a servomotor driven pulley torsion testing machine was designed and manufactured. Then, torque and angle values were measured by testing the pulley parts at the same torsional angles. By this study, it was proven that mechanical behavior of pulley can be expressed numerically. After validation of the material model and the results obtained using analysis method, the pulley geometry was further improved the stress levels on the rubber material were reduced 28% under the same loading conditions by using optimization tools. Thus, it has been revealed that rubber containing products can be developed using this calculation method.