Bir elektrikli aracın kompozit batarya taşıyıcısının sonlu elemanlar yöntemiyle yapısal analizi / Muhammed Enes Maral; thesis advisor Erdem Acar.

Tez (Yüksek Lisans)--TOBB ETÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Ağustos 2025

Enerji ihtiyacının hızla artması ve çevre sorunlarının derinleşmesi, otomotiv sektöründe önemli dönüşümlere neden olmaktadır. Bu bağlamda, elektrikli ve hibrit araçlar, çevre dostu yapıları ve yüksek verimlilikleriyle ön plana çıkmaktadır. Elektrikli araçlarda kritik mühendislik problemlerinden biri, batarya taşıyıcıların güvenlik ve performans açısından doğru şekilde tasarlanmasıdır. Batarya taşıyıcılar, bataryayı darbelere karşı korurken, aracın toplam ağırlığını mümkün olduğunca düşük tutmalıdır; çünkü araç ağırlığı, enerji tüketimi ve menzil üzerinde doğrudan etkilidir. Bu tez çalışmasında, alüminyum ve kompozit batarya taşıyıcıların yapısal performansları; ayrıca kompozit malzemelerde serim açısının taşıyıcılar üzerindeki etkisi ve taşıyıcı parçaların bireysel performansları ayrıntılı olarak incelenmiştir. Yapısal performans beş temel kriter doğrultusunda değerlendirilmiş; eğilme direngenliği, burulma direngenliği, modal analiz, direğe yandan çarpma ve alttan darbe senaryoları analiz edilmiştir. Kompozit malzemelerin hasar mekanizmaları da çalışmada dikkate alınmıştır. Analizler, Sonlu Elemanlar Yöntemi ile ANSYS LS-DYNA yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, kompozit malzemelerin batarya taşıyıcıların ağırlığını önemli ölçüde azaltırken, yapısal performansta yüksek dayanım ve güvenilirlik sağladığını göstermiştir. Ayrıca, serim açılarının yapısal performans üzerinde belirgin etkileri olduğu ve taşıyıcı parçaların bireysel özelliklerinin bütün tasarım üzerinde kritik rol oynadığı tespit edilmiştir.

The fast increase in energy demand and growing environmental problems are causing big changes in the automotive industry. Electric and hybrid vehicles stand out because they are environmentally friendly and efficient. One important engineering challenge in electric vehicles is designing battery enclosures that are safe and perform well. Battery enclosures need to protect the battery from impacts while keeping the vehicle's weight as low as possible, since the vehicle's weight directly affects energy use and driving range. In this thesis, the structural performance of aluminum and composite battery enclosures is studied in detail. The effect of fiber orientation angles in composite materials and the performance of individual parts of the enclosure are also examined. The structural performance is evaluated using five main criteria: bending stiffness, torsional stiffness, modal analysis, side impact, and bottom impact tests. Damage in composite materials is also considered. All analyses are done using Finite Element Method with ANSYS LS-DYNA software. The results show that composite materials help reduce the weight of battery enclosures a lot, while still providing strong and reliable structures. Also, fiber orientation angles affect the performance, and the properties of each enclosure part are important for the overall design.