Kompozit Malzemelerin Yaprak Yay Elemanı Olarak Kullanılması

Abstract

Bu çalışmada çelik yaprak yaylara alternatif olabilecek kompozit malzemenin, yaprak yay elemanı olarak kullanılması incelenmiştir. Yay malzemesi olarak, kompozit cam elyaf-epoksi malzeme seçilmiştir. Üretilen ve standartlarına göre kesilen kompozit malzemenin mekanik özelliklerine çekme, basma ve üç nokta eğilme deneyleriyle ulaşılmıştır. Cam elyaf-epoksi malzeme için fiber yönündeki ve fibere dik yöndeki çekme mukavemetine, basma mukavemetine, elastisite modülüne, kayma mukavemetine, kayma modülüne, poisson oranına, eğilme emniyet gerilmesine ve eğilme elastisite modülüne ulaşılmıştır. Kompozit malzemeden prototip bir yaprak yay boyutlandırması yapılmış, her bir yaprağı (8) tabakalı olan, (0˚) elyaf yönlenmeli ve (6) katlı prototip bir yaprak yay imal edilmiştir. Yaprak yayda (n=1’den, n=6’ya kadar) artan yaprak sayısıyla, (P=9.81 N’luk) yük altındaki teorik ve deneysel çökme, gerilme ve yay katsayıları hesaplanmıştır. Böylece artan yaprak sayısı ile yay katsayısı değişim grafiği, artan tabaka sayısı ile maksimum deneysel ve analitik olarak elde edilen gerilmelerin değişim grafiği çizilmiştir. Tasarlanan bu yaprak yay, üç boyutlu sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak modellenmiştir. ANSYS programında yayın statik analizi yapılmıştır. Sonlu elamanlar modelinde SOLID 46 elemanı kullanılmıştır. (6) yapraklı yay için, (180 N) yük altında ANSYS programıyla modelleme sonucunda uzunluk ve kalınlık boyunca gerilme dağılımlarına, uzunluk boyunca meydana gelen çökmenin dağılımına ulaşılmış ve grafiklerden de çökme ve gerilme dağılımlarına bakıldığında, analitik ve deneysel sonuçların, sonlu elemanlar modeli ile yapılan numerik analizin sonuçlarının birbiriyle uyuştuğu görülmüştür.

In this study, composite material, which may be an alternative to the steel leaf springs, was examined as using leaf spring element. The composite glass fiber-epoxy material is chosen to be used as the spring material. Glass fiber epoxy material is produced and cut according to standarts. The mechanical properties; tensile strength, compression and flexure tests are conducted. The values of tensile strength, compressive strength, modulus of elasticity, shear strength, shear modulus and poisson's ratio in the fiber and in the direction perpendicular to the fiber has been reached. Dimensions are determined to make a prototype of a leaf spring. The prototype composed of glass fiber epoxy composite has six layers and each of these layers consist of eight zero degree fiber orientational plates. Both theoretical and experimental compression, tensile and spring coefficients are calculated under P=9,81 N force with gradually increasing leaf numbers from 1 to 6. Leaf number-spring coefficient and leaf number-maximum experimental and analitical tensile strength graphs are presented. The spring designed with six leaves is modelled using 3D finite element analysis method. Statical analysis are carried out by the ANSYS computer program. SOLID 46 element is used in the finite element model. At the end of the modelling of the spring having six leaves under 180 N weight, stress distribution along the length and thickness and displacement graphics along the length are attained. The displacement and stress distribution graphs are analyzed. According to the test results obtained, analytical and experimental results comply with the test results obtained from the finite element modelling.