Motor biyel kolunun baş kısmının kırılmasının sonlu elemanlar yöntemi ile nümerik analizi üzerine bir çalışma

Abstract

Bu çalışmada öncelikle motor biyel kolu üretim aşamaları derinlemesine incelenmiştir. Motor biyel kolu üretiminde kullanılan temel malzemelerden biri olan perlitik yapıdaki C70S6 malzemesiyle kırma deneyleri, ve bunun akabinde kırma deneylerinde elde edilen veriler baz alınarak ANSYS ve LS-DYNA programlarıyla bilgisayar destekli analiz yapılmıştır. Deneyler yapılırken elde edilen biyel kolu kırma parametreleri hem motor biyel kolu optimizasyon çalışmalarında, hem de motor biyel kollarının sonlu elemanlar yöntemiyle analizi sürecinde kullanılmıştır. Perlitik yapıdaki C70S6 biyel kolu, başlangıç kırma deneylerinde elde edilen veriler ışığında çeşitli ısıl işlemlere tabii tutulmuştur. Malzemelerin ısıl işlemler yoluyla elde edilen yeni mekanik özellikleri (perlit-ferrit, martenzit ve temperlenmiş martenzit) ANSYS programına tekrar tanımlanmış ve yeniden bilgisayar destekli analize tabi tutularak deneysel sonuçlarla simülasyon analizi sonuçları karşılaştırılmıştır. Kırma deneyleri hem gerçek ortamda hem de simülasyon ortamında motor biyel kolu başlık kısmına açılan kırılma başlangıç çentiğinin yardımıyla başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Sonlu elemanlar yöntemiyle analiz işleminde ANSYS Workbench13 ve LS-DYNA R7.4 v5358 (Ls Prepost) programları kullanılmıştır. Analizler neticesinde motor biyel kolu için en uygun malzeme bileşimi tespit edilmiş, bu bulgu sonlu elemanlar yöntemi ile yapılan testlerle desteklenmiştir. Bu çalışma, motor biyel kollarının optimizasyonunun sonlu elemanlar yöntemiyle derinlemesine incelenmesi ve elde edilen bulguların karşılaştırılması noktasında, geçmişte yapılan çalışmalardan ayrılmaktadır.

In this study, firstly the production phases of engine connecting rod has been examined thoroughly. By using pearlitic-structured C70S6, one of the basic materials used in connecting rod production, fracture splitting examinations, and followingly finite element analysis have been performed by using ANSYS and LS-DYNA (Ls Prepost) depending on the parameters obtained during the scientific. The fracture parameters collected during the experimental phase have been used in both the connecting rod optimization studies and finite element anlysis of connecting rods. The pearlitic-structured C70S6 connecting rod, with the help of the collected data during the experimental phase, has been subjected to different heat treatment operations. The newly obtained mechanical (pearlitic-ferritic, martensitic and tempered martensitic structures) properties of the materials by heat treatment operations re-defined into ANSYS software, and the results have been compared with the experimental results. The fracture experiments have been performed successfully in both real and simulation environments by the help of starting notches designed on the inner wall of the connecting rod's head section. ANSYS Workbench 13 and LS-DYNA R7.4 v5358 have been used to perform finite element analysis. At the end of the experiments and simulation analysis, the best material composition has been defined and, this finding has been supported by the finite element analysis results. This study is completely different from the former studies in terms of the thorough investigation of engine connecting rods via finite element method and the camparision of the findings.