Topoloji optimizasyonu ve üretken tasarım yaklaşımlarının uçak yolcu koltukları üzerinde uygulanması ve analizleri

Abstract

Teknolojinin her geçen gün hızla gelişmesiyle birlikte, var olan sistemlerin performans gereksinimleri de doğru orantılı olarak artmaktadır. Bu bağlamda, her üretimin temel başlangıcı olan tasarım aşaması da bu gereklilikler doğrultusunda değişip gelişmektedir. Yeni gelişmeler, tasarım aşamalarını iyileştirmekte ve mühendis odağını bir sonraki üretim aşamasına daha hızlı aktarmalarını sağlamaktadır. Bu tez çalışmasında, bu gelişmelerin ilk denemelerinden olan topoloji optimizasyonu ve yapay zekâ ile daha gelişmiş bir versiyonu olan üretken tasarım yaklaşımları üzerinde çalışılmıştır. Topoloji optimizasyonu ve üretken tasarım yaklaşımlarının temel amacı, performans gerekliliklerini karşılayan daha hafif yapılar oluşturmaktır. Bu sayede malzemeden tasarruf edilebilmekte, çevresel etkiler azaltılmakta ve eklemeli imalat gibi gelişmiş üretim teknikleri ile üretilebilen, çoklu parçalı yapılar tek bir yapı halinde sunulabilmektedir. Ağırlıktan tasarruf sağlamak, havacılık ve uzay sanayisinde büyük öneme sahiptir. Bu sebepten dolayı, bu tez çalışmasında uçaklarda çok sayıda bulunan yolcu koltukları üzerinde topoloji optimizasyonu ve üretken tasarım yaklaşımları incelenmiştir. Üretken tasarım sonucu oluşturulan 34 tasarım alternatifi arasından seçilen yapıda %36,2 ağırlıktan tasarruf sağlanmıştır. Üretken model, havacılık ve uzay sanayisinde çokça tercih edilen Al 6061 alaşımı kullanılarak tasarlanmıştır. Topoloji optimizasyonu tasarım kriterleri doğrultusunda, hedef gövde koltuk ayakları ve kol ile ayak arasındaki bağlayıcı gövde olarak belirlenmiştir. Sonucunda %67 ağırlık tasarrufu elde edilmiştir. Gerilme dayanımı, maksimum yer değiştirme ve güvenlik faktörü ele alındığında, yapılan analizler sonucu üretilen iki farklı yenilikçi model de güvenlik kriterlerini karşılamaktadır.

With the rapid development of technology, the performance requirements of existing systems are also increasing proportionally. In this context, the design phase, which is the fundamental starting point of any production, is evolving and adapting to meet these requirements. New advancements are improving design stages and enabling engineers to move on to the next production phase more quickly. This thesis focuses on topology optimization, one of the initial attempts at these advancements, and generative design approaches, a more advanced version enhanced by artificial intelligence. The primary objective of topology optimization and generative design approaches is to create lighter structures that meet performance requirements. This not only saves material but also reduces environmental impacts and allows for the production of complex multi-part structures as a single unit using advanced manufacturing techniques such as additive manufacturing. Weight savings are of great importance in the aerospace industry. Therefore, this thesis examines topology optimization and generative design approaches applied to passenger seats, which are numerous in aircraft. Among the 34 design alternatives generated through generative design, the selected structure achieved a 36.2% weight reduction. The generative model was designed using the Al 6061 alloy, which is widely used in the aerospace industry. Based on the design criteria for topology optimization, the target structure was identified as the seat legs and the connecting body between the leg and the arm. This resulted in a 67% weight reduction. Considering stress resistance, maximum displacement, and safety factor, the analyses conducted indicate that both innovative models produced meet the safety criteria.