Y32 Bojisinin Yapısal Analizleri, Bölüm 1: Statik Analizler

Structural Analysis of Y32 Bogie Under Exceptional Conditions Part 1: Static Analysis

Özet

Bojiler, demiryollarında kullanılan araçları taşımaya yarayan mekanik sistemlerdir. Tekerlek setleri, aks kutusu, fren donanımı, bolster,yatay damper, birincil ve ikincil süspansiyonlar boji şasisi üzerinde yer alır. Düz hatve kurplarda aracın dengeli şekilde ilerlemesinisağlamak, araç hızla ilerlerken raydaki düzensizliklerden kaynaklanan titreşimleri absorbe etmek ve raylardaki aşınmayı minimizeetmek bojinin görevleri arasındadır. Raylı taşıtlarda kullanılan en kritik elemanlardan birisi olan boji şasisinin son derece güvenlitasarlanması ve imal edilmesi önemli bir gerekliliktir. Bunun için raylı sistemlerde güvenlik açısından katı kuralları içeren standartlarkullanılmaktadır. TS EN 13749 standardı Türkiye tarafından kabul edilen ve uygulanan bir standarttır. Bu standart boji şasilerinin yapısalgerekliliklerini belirler. İki bölümden oluşan bu çalışmanın birinci bölümünde; Y32 boji şasisinin aşırı yük durumlarındaki statikanalizleri sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak (SEY) gerçekleştirilmiş ve TS EN 13749 standardınca uygunluğu değerlendirilmiştir.Analizleri gerçekleştirmek için öncelikle Y32 Bojisinin üç boyutlu (3B) katı modeli oluşturulmuştur. 3B katı modelleme işlemiSolidworks yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Yapısal analizler için ise sonlu elemanlar yöntemi tabanlı Ansys Workbenchyazılımı kullanılmıştır. Oluşturulan 3B katı model sonlu elemanlara hazırlık aşaması ve çözüm ağı oluşturulması amacıyla AnsysWorkbench yazılımına aktarılarak, gerekli görülen geometrik düzenlemeler ve çözüm ağına ayırma işlemi gerçekleştirilmiştir.Modelleme işleminde herhangi bir basitleştirmeye gidilmemiş olup, gerçekçi bir model kurulmuştur. Modelde uygun şekilde çözüm ağıoluşturulmuş, TS EN 13749 standardı dikkate alınarak sınır şartları ve kuvvetler uygulanmıştır. Yapısal analizlerde kullanılanmalzemelerin mekanik özellikleri tanımlanmış ve parçalar arası bağlantılar Ansys Workbench yazılımı içerisinde kurulmuştur. Yapısalanalizler neticesinde elde edilen sonuçlar TS EN 13749 standardında izin verilen malzeme limit değerleri dikkate alınarakdeğerlendirilmiş uygun olmayan koşullar için çözüm önerileri sunulmuştur. Çalışmanın ikinci bölümünde ise, normal servis yüklemesikoşulu altında Y32 bojisinin yorulma analizleri gerçekleştirilmiş olup, her düğüm noktasına karşılık gelen ortalama gerilme ve gerilmegenliği değerleri hesaplanmış ve yorulma sonuçları Haigh ve Goodman Diyagramları’nda ayrı ayrı değerlendirilmiştir.

Abstract

Bogies are mechanical systems which carry vehicles in railway systems. Wheelsets, axle boxes, brake equipment, bolster, horizontal damper, primary and secondary suspensions are assembled to the bogie frame. Balancing the vehicle on straight rails and curves, absorbing the vibrations caused by irregularities on the track, causing minimum wear and irregularity on the rails are also among the tasks of the bogie. It is an important requirement that the bogie frame, which is one of the most critical elements used in rail vehicles, is designed and manufactured safely. For this purpose, safety standards which have strict rules are used in rail systems. EN 13749 is a standard which is accepted and implemented by Turkey. This standard determines the structural conditions of the bogie frame. The aim of the first part of this two-series study is to investigate the conformity with the EN 13749 standard by performing the finite element method under exceptional loads and to offer solutions for unfavorable conditions. 3D solid modeling has been performed using Solidworks software. Ansys Workbench has been used for structural analyses. The 3D solid model was transferred to Ansys Workbench software for the preparation of finite elements and the necessary geometric arrangements have been performed. No simplification method has made in the modeling process and a realistic model has been established. In the model, a suitable finite element mesh has been established and boundary conditions and forces have been applied in accordance with TS EN 13749 standard. The mechanical properties of the materials used in the structural analysis have been defined and the connections have been done in Ansys Workbench environment. The results obtained from the structural analyses have been evaluated considering the material limit values allowed in TS EN 13749 standard and suggestions have been proposed for non-suitable conditions. In the second part of this study, fatigue analysis of Y32 bogie has been performed under normal service loading condition. In fatigue analysis, mean stress and alternating stress results of each node have been deduced and these results have been evaluated on the High Diagram and also Goodman Diagram too.