Kent içi raylı sistem araçlarının tasarım kriterleri, örnek bir metro tasarımı, araç gövdesinin sonlu elemanlar yöntemiyle aerodinamik ve statik analizi
Design criteria of urban rail system vehicles, an example metro design, aerodynamic and static analysis of the vehicle body by finite element method
Yazar: MUHAMMED EMİN ARI
Danışman: DOÇ. DR. İSMAİL ESEN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Ulaşım günlük yaşamımızın en önemli ihtiyaçlarından biridir. Kentlerde artan nüfus yoğunluğuyla birlikte trafikteki araç sayıları da artmakta ve trafik sıkışıklıkları yoğun bir şekilde yaşanmaktadır. Ayrıca, oluşan emisyonlardan kaynaklanan hava kirliliği de çok önemli bir problem haline gelmektedir. Hat trafiğinde oluşan bu yoğunluğu gidermek için toplu taşıma araçlarının kullanımları oldukça önemlidir. Raylı sistem araçlarının kentlerde kullanımları; kent trafiğinden bağımsız bir hat üzerinde ilerlemesi, taşıma kapasitelerinin yüksek olması, pik saatlerde kapasitelerinin eklenebilen araçlarla artırılabilmesi, ekonomik olması ve çevreye zarar vermemeleri yönüyle öne çıkmaktadır. 

Kentsel raylı araçlar içerisinde en fazla yolcu taşıma kapasitesine sahip olanı metrolardır. Özellikle büyük şehirlerdeki aşırı yoğun nüfus için en uygun toplu  
ulaşım aracıdır. Yolcu seyahat alanları, yolcu yoğunluğuna karşı özel olarak tasarlanmıştır.  Yolculara kolay iniş ve biniş imkanı sunar. Metrolar çoğunlukla yer altı tünellerinde çalışırlar. Tam sinyalli ve tam korumalı olduklarından oldukça güvenlidir. 

Bu çalışmada kent içi raylı sistem araçlarının karakteristik özelliklerine değinilmiş ve bu araçların tasarım kriterleri hakkında araştırmalar yapılmıştır. Elde edilen literatür araştırmaları verileri ve uluslararası standartlar çerçevesinde, bilgisayar ortamında örnek bir metro tasarımı yapılmıştır. Başlangıçta üç farklı ölçüde tren ön kafa modeli tasarlanarak aerodinamik açıdan bu üç modelin analizleri yapılmıştır. CFD analiz sonuçlarına göre en uygun model tespit edilerek bu modele uygun araç gövdesi tasarımı yapılmıştır. TS EN 12663 standardında belirtilen koşullara göre araç gövdesinin statik-mukavemet analizleri gerçekleştirilmiştir. Araç gövde şasisinde SUS304 paslanmaz çeliği kullanılmıştır. Analiz sonucunda oluşan deformasyondan kaynaklanan maksimum yer değiştirme miktarları ve Von Mises gerilmeleri tespit edilmiştir. 

Sonuç olarak, tasarımı yapılan metro aracında hem aerodinamik analizlerin hem de statik-mukavemet analizlerinin sonuçları değerlendirilmiştir.

Abstract:
Transportation is one of the most important needs of our daily life. With the increasing population density in cities, the number of vehicles in traffic also increases and traffic jams are experienced intensely. In addition, air pollution resulting from emissions is becoming a very important problem. The use of public transportation vehicles is very important in order to eliminate this density in line traffic. Use of rail system vehicles in cities; It stands out as it moves on a line independent of urban traffic, has a high carrying capacity, can be increased with vehicles that can be added during peak hours, is economical and does not harm the environment.

Among the urban rail vehicles, metros have the highest passenger carrying capacity. It is the most suitable means of public transportation, especially for the extremely  
dense population in big cities. Passenger travel areas are specially designed against passenger density. It offers passengers easy boarding and disembarkation. Metros mostly operate in underground tunnels. It is quite safe as they are full signaled and fully shielded.

In this study, the characteristic features of urban rail system vehicles were mentioned and researches were made on the design criteria of these vehicles. An exemplary metro design was made in the computer environment within the framework of the literature research data and international standards. Initially, three different sizes of train front head models were designed and these three models were analyzed in terms of aerodynamics. According to the CFD analysis results, the most suitable model was determined and the vehicle body design was made according to this model. Static-strength analyzes of the vehicle body were carried out according to the conditions specified in the TS EN 12663 standard. SUS304 stainless steel is used in the vehicle body chassis. As a result of the analysis, the maximum displacements caused by the deformation and Von Mises stresses were determined.

As a result, the results of both aerodynamic analyzes and static-strength analyzes of the designed metro vehicle were evaluated.