Y32 boji şasisinin statik analizi ve yorulma bakımından incelenmesi
Static analysis of Y32 bogie frame and investigation of fatigue
Yazar: OĞUZHAN KONEZ
Danışman: DR. MUZAFFER METİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Ulaşım = Transportation

Özet:
Bojiler raylı sistemlerde kullanılan araçları taşımaya yarayan mekanik sistemlerdir. Tekerlek setleri, aks kutusu, fren donanımı, bolster, yatay damper, birincil ve ikincil süspansiyonlar boji şasisine montajı yapılan ekipmanlardır. Düz raylarda ve kurplarda aracın dengeli şekilde ilerlemesini sağlamak, araç hızla ilerlerken raydaki düzensizliklerden kaynaklanan titreşimleri absorbe etmek, raylarda minimum aşınmaya ve düzensizliğe neden olmak bojinin görevleri arasındadır. Raylı taşıtlarda kullanılan en kritik elemanlardan birisi olan boji şasisinin son derece güvenli tasarlanması ve imal edilmesi önemli bir gerekliliktir. Bunun için raylı sistemlerde güvenlik açısından katı kuralları içeren standartlar kullanılmaktadır. TS EN 13749 standardı Türkiye tarafından kabul edilen ve uygulanan bir Avrupa standardıdır. Bu standart boji şasilerinin yapısal şartlarını belirler. Y32 Bojileri TÜVASAŞ tarafından üretilir. Tezin amacı Y32 Boji şasisinin aşırı yük durumlarındaki statik analizlerini gerçekleştirmek ve bunun yanında normal servis yükleme durumundaki (yorulma) analizlerini yaparak TS EN 13749 standardınca uygunluğunu araştırmaktır. Standarda uygunluğu bulunmayan durumlarda boji şasisi tasarımı için revizyon önerileri getirilmiştir. Analizleri gerçekleştirmek için Y32 Bojisi üç boyutlu olarak uygun şekilde modellenmiştir. Modelleme işleminde herhangi bir basitleştirmeye gidilmemiştir. Modelde uygun şekilde çözüm ağı oluşturulmuş, TS EN 13749 standardına uygun şekilde sınır şartları ve kuvvetler uygulanmıştır. Analiz için Ansys Workbench programı kullanılmıştır. Analizde kullanılan malzemelerin mekanik özellikleri programa girilmiştir ve parçalar arası bağlantılar kurulmuştur.  Statik analizde aşırı yük durumları incelenmiştir. Yorulma analizinde her düğüm noktasına (node) karşılık gelen ortalama gerilme (mean stress) ve gerilme genliği (alternating stress) sonuçları çıkartılmış ve bu sonuçlar Haigh Diyagramı'nda değerlendirilmiştir.  Buna ek olarak yorulma analizi Ansys Workbench programında Goodman Diyagramı kullanılarak da çözdürülmüştür. Y32 Boji şasi tasarımının aşırı yük durumlarında (statik analiz) ve normal servis yüklemesi durumlarında (yorulma analizi) TS EN 13749 standardının gerekliliklerine sahip olup olmadığı incelenmiştir. Tezin ek bölümünde Y32 Boji şasisinin modal analizi gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Bogies are mechanical systems which carry vehicles in railway systems. Wheelsets, axle boxes, brake equipments, 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 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 European standard which is accepted and implemented by Turkey. This standard determines the structural conditions of bogie frame. Y32 bogies have been produced by TUVASAS. The aim of the thesis is to investigate the conformity with the EN 13749 standard by performing the static analysis under exceptional loads and normal service loads (fatigue analysis). In cases where there is no conformity to the standard, revision proposals have been made for bogie frame design. Y32 Bogie has been modeled properly in three dimensions to perform the analyzes. In the remodeling process, no simplification has been made on the model. A suitable mesh has been formed on the model, boundary conditions and forces have been applied in accordance with EN 13749 standard. Ansys Workbench program has been used for the analysis. The mechanical properties of the materials used in the analysis have been entered into the program and connections between parts have been established. Exceptional load cases have been examined in static analysis. 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. In addition, fatigue analysis has been also solved using the Goodman Diagram in the Ansys Workbench program. It has been investigated whether Y32 bogie frame design is convenient or not under exceptional load cases (static analysis) and normal service load cases (fatigue analysis) according to TS EN 13749 standard. Modal analysis of Y32 Bogie frame has been made in the additional part of the thesis.