Kauçuk burcun hiperelastik modellenmesi ve şekil optimizasyonu

Abstract

Kauçuk malzemeler endüstride geniş bir kullanım alanına sahiptirler. Ancak kauçuk ürünlerin çoğunluğu malzeme karakteristiklerinin karmaşıklığı nedeniyle tecrübe ve deneylere dayanarak tasarlanmaktadır. Bu çalışmada araçlarda kullanılan kauçuk burç optimize edilecektir. Burçlar, içi boş iki metal silindir arasına yerleştirilen silindirik kauçuk malzemeden oluşmaktadır. Kauçuk burçların temel fonksiyonu rijit bağlantıların mafsallarla birleştirilmesi ve şasiye aktarılan titreşim ve gürültünün sönümlenmesidir. Sonlu elemanlar yöntemi ürün ve proses tasarımında kullanılmaktadır. Bu çalışmada sonlu elemanlar analizi, deney tasarımı tablosu için deplasman ve reaksiyon kuvvetlerinin elde edilmesinde kullanılacaktır. Malzeme özellikleri sonlu elemanlar analizinin girdisidir. Kauçuk bir malzeme tanımlamak için bazı testler ve bir hiperelastik malzeme modeli gereklidir. Hiperalastik malzeme sabitleri test sonuçları ve matematik model ile elde edilir. Bu sabitler analiz programlarında kauçuk malzemelerin tanımlanmasında kullanılırlar. Sonuç olarak burç optimizasyonu belirlenen bir rijitlik karakteristiğine göre yapılacaktır. Bu çalışma kapsamında bir kauçuk burç geometrisi için şekil optimizasyonu gerçekleştrilmiştir. Amaç tasarım kriteri olarak belirlenen hedef rijitlik eğrisinin sağlanmasıdır. İki farklı hedef rijitlik eğrisi için şekil optimizasyonu gerçekleştirilmiştir.

Rubber materials are widely used in industry. However, most of rubber components have been designed by experiences or experiments because of complicated chacarestics of rubber materials. In this study, rubber bushing which is used in vehicle will be optimized. Rubber bushing consists of a rubber tube bonded on their outer and inner surfaces to rigid metal layers. The main function of a rubber bushing is basically to join the elements between rigid structures in the system, isolate vibration through to chassis and avoid the transmission noise. Finite element method is used for product and process design. In this study, finite element analysis will be used to get displacement and reaction force results for design of experiment table. Material properties are input of finite element analysis. Some experimental tests and a hyperlastic material model are needed to define a rubber material. A hyperelastic material constants' are calculated with experimental test results and mathematical material model. These constans are used to define rubber materails in analysis softwares. Finally, bushing optimization will be done in order to a desired stiffness characteristic. In this study, shape optimization was carried out for a rubber bushing. The target is to obtain a target stiffness curve as a design criteria. Shape optimization was carried out for two different target stiffness curves.