Blog

Raylı Sistemlerde Statik&Dinamik Mukavemet Analizleri

  • Raylı Sistemlerde Araç Gövdesi Statik Mukavemet Analizleri

Yük vagonları için yapısal statik analizler ve kaynak yorulma hesapları yapılmaktadır. Yapılan analiz senaryoları, uygulanan sınır şartları ve analiz sonuçların değerlendirilmesinde TS-EN-12663_2 ve DVS 1612 standartlarının talimatları göz önünde bulundurulmaktadır.

TS-EN-12663_2 standardı, yük vagonu gövdeleri ve tavan, yan duvar ve uç duvarlar, kapı, destek, bağlama elemanı ve eklentiler gibi ilgili özel donanımlar için en düşük yapısal gerekleri kapsamaktadır.

Vagon boş ve dolu iken;

  1. Sıkıştırma,
  2. Diyagonal sıkıştırma,
  3. Aşağıdan sıkıştırma,
  4. Çekme senaryoları gerçekleştirmekteyiz.

Araç dolu iken;

  1. Dikeyde ve yanalda yorulma yükleri,
  2. Uçtan kaldırma,
  3. Kriko vurma,
  4. Komple araç kaldırma,
  5. Frenleme gibi analizleri gerçekleştirmekteyiz.

DVS 1612 standardına göre raylı araç üretiminde çelik malzemelerle kaynaklı bağlantıların tasarımı ve yorulma sınırı değerlendirmesi yapılmaktadır. Burada kaynaklı bağlantılar için yorulma sınır ispatı nominal gerilimlerle gerçekleşir. Konstrüksiyon ve kaynak dikişi şekline göre sebep olunan gerilim artışı çentik durumuna bağlı yorulma sınırı değerleriyle birlikte dikkate alınır.

 

  • Raylı Sistemlerde Dinamik Mukavemet Analizleri

Dinamik modeller; yapının serbestliklerinin ve hareket karakteristiğinin hareket denklemleri yardımıyla görülebilmesi sağlamaktadır. Dinamik analizler ile yapının titreşim karakteristiği, doğal frekansları, mode şekilleri ve girilen değişkenler altında yapının hız konum, ivme değerleri elde edilebilmektedir.

Raylı sistem dinamik analizleri;

  • TS EN 14363
  • UIC 505-1
  • TS EN 12299

 

başta olmak üzere çeşitli standartlara göre gerçekleştirilmektedir.

Bu standartlardan yola çıkarak öncelikle;

  1. Teker-Ray Uyumu,
  2. Modal Analiz,
  3. Kritik Hız Analizi,
  4. Tekerlek Yük Boşalması Analizi (Twist Curve),
  5. Hat Üzerinde Dönüş Performansı İncelemesi,
  6. Yolcu Konforu (Yolcu Vagonları için),
  7. Esneklik Analizi (Souplesse),
  8. Dinamik Optimizasyonu çalışmalarını gerçekleştirmekteyiz.
  1. Teker-Ray Uyumu

Teker- Ray uyumu aracın çıkabileceği maksimum hız, dönüş performansı ve ray üzerindeki hareketi etkilemektedir. Teker- Ray uyumunda eşdeğer koniklik, tekerlek temas noktaları incelenmektedir. Eşdeğer konikliğinin artması dönüşlerde tekerin ray üzerinde kaymasını ve teker üzerindeki aşınmaları azaltmaktadır. Fakat eşdeğer koniklikte yapılan artış aracın çıkabileceği maksimum hızı büyük ölçüde etkilemektedir ve aracın hunting hareketine daha düşük hızlarda maruz kalmasına neden olmaktadır. Dinamik analizlerde çeşitli eşdeğer koniklik değerlerinde aracın performansını değerlendirmekteyiz. Değerlendirme sonucunda yeni tekerlek ve aşınmış tekerleğin dinamik performansını görmekteyiz. İhtiyaç olması durumunda analizleri farklı tekerlek profilleri ile tekrarlayıp uygun tekerlek seçimine yardımcı olmaktayız.

  1. Modal Analiz

Aracın; doğal frekansları, mode şekilleri, frekanslara ait öz sönümleri hakkında bilgi verir. Modelin yapısında hata olup olmadığı kontrolü amacıyla yapılır.

  1. Kritik Hız Analizi

Aracın ray üzerinde hem yanal hem de yalpa hareket moduna yakalanmasına ve sönümleyememesine hunting fenomeni denir. Kritik hızın üstüne çıkılması sonucu ortaya çıkmaktadır.

Kritik hız analizinde aracın hunting fenomenine yakalandığı hızı tespit etmekteyiz. Kritik hız analizi Non-lineer ve lineer olmak üzere iki farklı yöntem ile gerçekleştirilmektedir.

Lineer kritik hız sistemin çeşitli hızlardaki karakteristik matrisinin köklerinin incelenmesidir. Sistemin özdeğerlerinin reel değerinin negatif ve sönümünün pozitif olması durumunda sistem kararlıdır. Özdeğerlerinin en az birinin sönümünün %2’nin altına düştüğü hızlar sistemin kritik hızının üstünde olduğu kabul edilir.

Non-lineer kritik hız analizi Polach metodu ile yapılmaktadır. Polach metodunda başlangıç durumu olarak araca yanal tahrik verilir ve araç sabit hızla düz yolda ilerletilir. Araç yanal tahriği sönümleyemeyecek hız ulaşana kadar analiz tekrarlanır. Aracın yanal tahriği sönümleyebildiği en yüksek hız aracın kritik hızı olarak belirtilir. 

İkinci bir yöntem olarak belirli bir hızda olan araç sabit ivme ile yavaşlatılmaktadır analiz başında verilen yanal tahriğin sönümlediği nokta aracın kritik hızı kabul edilmektedir(Oldrich Polach yazısında değinmiştir).

  1. Twist Curve Analizi

Twist Curve analizi; En 14363 standardında belirtilen birçok araç için zorlu bir dönüş senaryosudur. Twist Curve senaryosu R150 Kurp dönüşünde önce + 45mm ardından -45mm dever verilmesi durumudur. Bu senaryoda 3 zorlayıcı aşama bulunmaktadır;

  • R150 kurp girişi: Aracın geçiş eğrisi bulunan 45 mm deverli R150 kurbu geçebiliyor olması gerekmektedir.
  • Tekerlek Yük Boşalması: Aracın R150 kurbun 30 m lik kısmında +45mm deverden -45mm devere geçmesi gerekmektedir.
  • R150 Kurp çıkışı: Aracın R150 kurp -45mm deverden geçiş eğrisi olmaksızın çıkabilir olması gerekmektedir.

Twist curve analizi sonucunda tekerleklerin yatak/dikey yük oranı (Y/Q Derailment ratio) ve tekerlekler ray açıklığı (Wheel Rise) kontrol edilmektedir. Derayman oranının 1.2 ve teker ray açıklığının 5 mm altında olması gerekmektedir.

  1. Hat Üzerinde Dönüş Performansı İncelemesi

Aracın Belirtilen hat üzerinde simülasyonları gerçekleştirilir. Kurplarda aracın dinamik elemanlarına ilişkin hareket, hız, ivme değerlerine ulaşılabilir. Dönüş sırasında Aracın tepkileri olan derayman oranları ripage kuvvetleri kontrol edilir. Ulaşılan sonuçlar ile seçilen dinamik elemanların esneme limitlerinin hat için uygun olup olmadığı görülebilir.

  1. Konfor Analizi

Konfor analizi ERRI B176(ORE B176) yol bozukluğu verilen düz hat üzerinde çeşitli hızlarda gerçekleştirilir. Konfor analizi sonuçları yolcu noktalarına yerleştirilen ivmeölçer sensörlerden elde edilir. Elde edilen ivme verileri EN 12299 standardına uygun olarak filtrelenir(RMS değerleri alınır). Filtrelenmiş ivmeler EN 12299 standardındaki konfor indeksleri ile karşılaştırılır.

  1. Esneklik Analizi

Esneklik oranı(souplesse ratio) UIC 505-1’de belirtilmektedir ve aracın yuvarlanma davranışını ifade eder.

160mm dever bulunan düz hat üzerinde 10km/h quasi-static hareket eden aracın yuvarlanma açısının dever açısına oranına esneklik oranı denir.

S= a/d 

a: Yuvarlanma açısı

d: Dever açısı 

Analizlerden elde edilen esneklik oranı gabari hesapları için de gerekmektedir.

  1. Dinamik Optimizasyon

Bahsi geçen herhangi bir analizde standarttaki değerin altında kalınması ya da iyileştirme talep edilmesi durumunda araçta dinamik optimizasyon çalışması yapmaktayız.

Dinamik optimizasyon çalışmasında aracın dinamik elemanlarının parametrelerini ayrı ayrı değiştirerek araca etkisini test etmekteyiz. Elde etiğimiz sonuçları derlememiz sonucunda en uygun parametreleri bir arada bulunduran çeşitli kombinasyon önerileri hazırlamaktayız.