IJE TRANSACTIONS B: Applications Vol. 30, No. 11 (November 2017) 1776-1783   

downloaded Downloaded: 94   viewed Viewed: 1305

K. Reza Kashyzadeh, G. H. Farrahi, M. Shariyat and M. T. Ahmadian
( Received: August 12, 2017 – Accepted in Revised Form: September 08, 2017 )

Abstract    The main aim of this research is to determine the best material for manufacturing of steering knuckle in order to reduce the weight using aluminum alloy and Metal Matrix Composite (MMC). To achieve this purpose, the Modal test has been performed to study vibrational behavior of steering knuckle. CAD Model has been prepared by using coordinate measuring machine (CMM). Finally, the Finite Element Analysis (FEA) has been performed to evaluate natural frequencies and mode shapes of knuckle. The results of the Finite Element Model (FEM) have been compared with experimental data to validate the simulation. Three groups of materials (iron, aluminum alloy and metal matrix composite with different fiber volume ratio) have been investigated to determine the best material for manufacturing. DIN 1.7035, unreinforced alumina and MMC-Al 15% Ti-C have been reported as the best materials in each groups. The MMC material has higher vibrational rigidity and by using it, about 63.65 percent weight reduction is possible. FEM results for different models including Coordinate-Measuring Machine (CMM) and smooth model have been compared with test data. The CMM model is closer to reality and it contains all details such as barcode, data and surface defects. It is obvious that meshing of smooth surface is easier than CMM model, but some details will be ignored which could affect the results. However, it has been shown that use of CMM model creates about 5.21% errors related to test data in comparison with 2.58% when the smooth model is used.


Keywords    Steering knuckle, Modal test, Finite Element Analysis, CMM model, Natural frequency, Weight reduction


چکیده    هدف اصلی این پژوهش، تعیین بهترین ماده برای تولید سگدست خودرو به منظور کاهش وزن آن با به کارگیری آلیاژ آلومینیوم و کامپوزیت زمینه فلزی است. به منظور دستیابی به این هدف، آزمایش مودال برای بررسی رفتار ارتعاشی سگدست انجام شده است. مدل هندسی با استفاده از دستگاه اندازهگیری سه بعدی CMM آماده شده است. سپس، تحلیل المان محدود به منظور استخراج فرکانسهای طبیعی سگدست و شکل مودهای متناطر با آنها انجام شده است. به منظور اعتبارسنجی شبیهسازی، نتایج المان محدود با دادههای تجربی مقایسه شدند. سه گروه از مواد (آهن، آلیاژ آلومینیوم و کامپوزیت زمینه فلزی با درصد حجمی الیاف متفاوت) به منظور تعیین بهترین ماده برای ساخت سگدست بررسی شدند. فولاد DIN 1.7035، آلومینیوم تقویت نشده و کامپوزیت زمینه آلومینیومی با درصد حجمی 15% الیاف کاربید تیتانیوم به عنوان بهترین مواد در هر گروه گزارش شدند. کامپوزیت زمینه فلزی دارای صلبیت ارتعاشی بیشتری است و با به کارگیری آن، امکان 63.65% کاهش وزن وجود دارد. نتایج المان محدود به دست آمده برای مدلهای مختلف CMM و smooth با دادههای تجربی مقایسه شدند. مدل CMM به واقعیت نزدیکتر بوده و شامل تمام جزئیات، اعم از شماره بارکد حک شده و عیوب سطحی در قطعه است. مشخص است که مشبندی سطوح هموار به مراتب راحتتر از مدل CMM است. اما، برخی جزئیات در آن نادیده گرفته میشود که ممکن است در نتایج اثرگذار باشند. با این وجود، نشان داده شد که استفاده از مدل CMM منجر به خطای 5.21%و استفاده از مدل smooth منجر به خطای 2.58% در نتایج المان محدود در مقایسه با دادههای تجربی میگردند.


1.      Vivekananda, R. and Mythra Varun, A.V., "Finite element analysis and optimization of the design of steering knuckle", International Journal of Engineering Research,  Vol. 4, No. 1, (2016), 121-135.

2.      Dumbre, P., Mishra, A., Aher, V. and Kulkarni, S.S., "Structural analysis of steering knuckle for weight reduction", International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering,  Vol. 4, No., (2014).

3.      Sivananth, V., Vijayarangan, S. and Aswathaman, R., "Fatigue and impact analysis of automotive steering knuckle under operating load cases", in Altair Technology Conference. (2015).

4.      Sharma, M.P., Denish, S.M., Joshi, H. and Patel, D.A., "Static analysis of steering knuckle and its shape optimization", IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering,(ICAET-2014), page,  Vol., No. 34, (2014).

5.      Khalkhali, A., Nikghalb, E. and Norouzian, M., "Multi-objective optimization of hybrid carbon/glass fiber reinforced epoxy composite automotive drive shaft", International Journal of Engineering,  Vol. 28, No. 4, (2015), 583-592.

6.      Delkhosh, M., SaadatFoumani, M. and Rostami, P., "Application of multi-objective optimization for optimization of half-toroidal continuously variable transmission", Distances,  Vol. 1, (2014), R3.

7.      Kashyzadeh, K.R., "Mass reduction for arm suspension of vehicle by using optimal design parameters", International Journal of Vehicle Systems Modelling and Testing,  Vol. 11, No. 4, (2016), 271-284.

8.      Chavan, P.M. and Patnaik, M., "Performance evaluation of passenger car tie rod using numerical and theoretical approach with different materials", IJRET: International Journal of Research in Engineering and Technology,  Vol. 3, No. 08, (2014), 2319-1163.

9.      Patil, M.A., Chavan, D. and Ghorpade, M., "Fea of tie rod of steering system of car", International Journal of Application or Innovation Engineering and Management,  Vol. 2, No. 5, (2013), 222-227.

10.    Bhokare, K.S., Kakandikar, G. and Kulkarni, S.S., "Predicting the fatigue of steering knuckle arm of a sport utility vehicle while deploying analytical techniques using cae", International Journal of Scientific Research and Management Studies (IJSRMS), ISSN,  Vol. 23493771, No. 372-381.

11.    Tagade, P.P., Sahu, A.R. and Kutarmare, H., "Optimization and finite element analysis of steering knuckle", in International Journal Of Computer Applications International Conference On Quality Up-Gradation In Engineering, Science And Technology (ICQUEST2015),(0975 8887)., (2015).

12.    Shelar, M.L. and Khairnar, H., "Design analysis and optimization of steering knuckle using numerical methods and design of experiments",  (2014).

13.    Babu, B., Prabhu, M., Dharmaraj, P. and Sampath, R., "Stress analysis on steering knuckle of the automobile steering system", International journal of Research in Engineering and Technology,  Vol. 3, No. 3, (2014), 363-366.

14.    Kulkarni, V.R. and Tambe, A.G., "Optimization and finite element analysis of steering knuckle", in Altair technology conference. (2013), 12-21.

15.             Pingqing, F., Bo, Z. and Long, Q., "The analysis on destruction forms of steering knuckle", in Measuring Technology and Mechatronics Automation (ICMTMA), 2011 Third International Conference on, IEEE. Vol. 3, (2011), 677-679.

International Journal of Engineering
E-mail: office@ije.ir
Web Site: http://www.ije.ir