Çarpışma sönümleyici konstrüksiyonun yapısal optimizasyon yöntemleri kullanılarak hafifletilmesi

Abstract

Toplu taşımacılık ve raylı sistemler sektöründe hafifletme konusu özellikle dikkat edilen araç şartnamelerinde karşımıza çıkan, enerji verimliliğini etkileyen, dolayısı ile maliyetler üzerinde önemli etkisi bulunan bir konudur. Tüm taşımacılık kollarında ağırlık azaltmak için çeşitli çalışmalar yapılmakta, farklı tip malzeme kullanımları, optimizasyon, parça eksiltme vb. çalışmalarla daha fazla hafiflik amaçlanmaktadır. Hafifletme konusu kara taşımacılığında, çok yoğun kullanımlara ve üretim adetlerinin fazla olmasına bağlı olarak çok daha fazla önem kazanmaktadır. Ağırlık konusunun önem kazanması ile aslında araçların gerek kendi ağırlığı gerekse genel taşıdığı ağırlığa bakılmaksızın sağlanan en ufak miktardaki hafiflikler bile yapılan işe, kullanım miktarlarının azalmasına ve dolayısıyla ülke ekonomisine yüksek miktarda değer katmaktadır. Günümüzde yapılan ARGE çalışmalarının çoğunun temeli Bilgisayarlı Destekli Tasarım ve Bilgisayar Destekli Sonlu Elemanlar Analizidir. Bu durum hem prototip maliyetlerinde hem de gerçek test sayısında hatırı sayılır bir azalma gerçekleştirmektedir. Bu tez kapsamında şehir içi toplu taşımada kullanılan hafif raylı sistem taşıtı olan tramvayın çarpışma sönümleyici yapısının EN 12663 standardı kapsamında yapısal analizleri gerçekleştirilmiştir. Konstrüksiyon yapının Hyperworks Programı ile statik analiz yapılması, gerilme ve yer değiştirmelerini güvenli değerlerde tutarak topoloji ve şekil optimizasyonu yapılmıştır. Bunun sonucunda gerilme ve yer değiştirme miktarları korunarak %24,1 daha hafif bir tasarım ortaya çıkmıştır. Sonlu elemanlar modeli oluşturulurken 3 boyutlu tetrahedron elemanlar kullanılmıştır. Malzeme bilgisi olarak ST-37 çeliğinin mekanik özellikleri tanımlanmıştır. Analizler için gerekli ve uygun mesh boyutunu belirlemek için Ansys sonlu elemanlar yazılım programı, üç boyutlu modelin oluşturulması ve değişikliklerinin yapılması için ise Catia v5 tasarım programı kullanılmıştır.

The issue of mitigation in the public transportation and rail systems sector is an issue that is directly encountered in vehicle specifications, which directly affects energy efficiency, and therefore has a significant impact on costs. Various studies are carried out to reduce weight in all transportation branches, different types of materials are used, optimization, part reduction, etc. more lightness is aimed with the works. The subject of lightening gains much more importance in land transportation due to very intensive use and high production numbers. As the weight issue gains importance, even the smallest amount of lightness provided, regardless of the vehicle's own weight or the overall weight, adds a high amount of value to the work done, the decrease in the amount of use, and therefore the national economy. Computer Aided Design and Computer Aided Finite Element Analysis are the basis of most of today's R&D studies. This results in a significant reduction in both prototype costs and the number of actual tests. Within the scope of this thesis, structural analyzes of the collision damping structure of the tram, which is a light rail system vehicle designed to be used in urban public transportation, were carried out within the scope of EN 12663 standard. Static analysis of the construction structure in front of the collision dampers was made with Hyperworks Program, and topology and shape optimization were made by keeping the stress and displacements at safe values. As a result, a %24,1 lighter design has emerged while maintaining the stress and displacement amounts. Three-dimensional tetrahedron elements were used while creating the finite element model. Mechanical properties of ST-37 steel are defined as material information. Ansys finite element software program was used to determine the necessary and appropriate mesh size for the analysis, and the Catia v5 design program was used to create and modify the three-dimensional model.