Evaluation of Contact Models on Wheel Rail Pairs in Railways. Raylı Sistemlerde Tekerlek Ray Çifti Arasındaki Temas Modellerinin Değerlendirilmesi



Benzer belgeler
Elastisite Teorisi Hooke Yasası Normal Gerilme-Şekil değiştirme

ELASTİSİTE TEORİSİ I. Yrd. Doç Dr. Eray Arslan

Yığma yapı elemanları ve bu elemanlardan temel taşıyıcı olan yığma duvarlar ve malzeme karakteristiklerinin araştırılması

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

KAYMA GERİLMESİ (ENİNE KESME)

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

RİJİT CİSİMLERİN DÜZLEMSEL KİNEMATİĞİ

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

MMU 420 FINAL PROJESİ

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

DÜZ DİŞLİLERDE SÜRTÜNME KUVVETİNİN HASAR OLUŞUMU ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI

KATI CİSİMLERİN DÜZLEMSEL KİNEMATİĞİ

Saf Eğilme(Pure Bending)

Kirişlerde Kesme (Transverse Shear)

Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi

RÜZGAR YÜKÜNÜN BİR TİCARİ ARAÇ SERVİS KAPISINA OLAN ETKİLERİNİN İNCELENMESİ

BASMA DENEYİ MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ. 1. Basma Deneyinin Amacı

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY 9B - BURULMA DENEYİ

MMU 420 FINAL PROJESİ. 2015/2016 Bahar Dönemi. Bir Yarı eliptik yüzey çatlağının Ansys Workbench ortamında modellenmesi

Elastisite Teorisi Düzlem Problemleri için Sonuç 1

DİNAMİK - 7. Yrd. Doç. Dr. Mehmet Ali Dayıoğlu Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi. Tarım Makinaları ve Teknolojileri Mühendisliği Bölümü

BURULMA DENEYİ 2. TANIMLAMALAR:


DİŞLİ ÇARKLAR II: HESAPLAMA

JFM 301 SİSMOLOJİ ELASTİSİTE TEORİSİ Elastisite teorisi yer içinde dalga yayılımını incelerken çok yararlı olmuştur.

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Mühendislik Mekaniği Dinamik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

MAKİNE ELEMANLARI DERS SLAYTLARI

MUKAVEMET DERSİ. (Temel Kavramlar) Prof. Dr. Berna KENDİRLİ

Pnömatik Silindir Tasarımı Ve Analizi

Sistem Dinamiği. Bölüm 3- Rijit Gövdeli Mekanik Sistemlerin Modellenmesi. Doç.Dr. Erhan AKDOĞAN

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

BÖLÜM 4: MADDESEL NOKTANIN KİNETİĞİ: İMPULS ve MOMENTUM

DİŞLİ ÇARKLAR II. Makine Elemanları 2 HESAPLAMALAR. Doç.Dr. Ali Rıza Yıldız. BURSA TECHNICAL UNIVERSITY (BTU) Department of Mechanical Engineering

BURSA TECHNICAL UNIVERSITY (BTU) 2 DİŞLİ ÇARKLAR I: GİRİŞ

DİNAMİK. Ders_9. Doç.Dr. İbrahim Serkan MISIR DEÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü. Ders notları için: GÜZ

BURULMA DENEYİ 2. TANIMLAMALAR:

YAPI MALZEMELERİ DERS NOTLARI

SOLIDWORKS SIMULATION EĞİTİMİ

9. TOPRAKTA GERİLME DAĞILIMI VE YANAL TOPRAK BASINCI

9. TOPRAKTA GERİLME DAĞILIMI VE YANAL TOPRAK BASINCI

EĞİLME. Köprünün tabyası onun eğilme gerilmesine karşı koyma dayanımı esas alınarak boyutlandırılır.

MMU 402 FINAL PROJESİ. 2014/2015 Bahar Dönemi

İNŞAAT MALZEME BİLGİSİ

YARI RİJİT BİRLEŞİMLİ ÇELİK ÇERÇEVELERİN ANALİZİ

Doç. Dr. Bilge DORAN

kılavuz rayı konsolları ve tırnakları hakkında sınırlı sayıda yayınlanmış çalışma bulunmaktadır.

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

Kırılma Hipotezleri. Makine Elemanları. Eşdeğer Gerilme ve Hasar (Kırılma ve Akma) Hipotezleri

BÖLÜM 1: MADDESEL NOKTANIN KİNEMATİĞİ

Fizik 101-Fizik I Dönme Hareketinin Dinamiği

İleri Diferansiyel Denklemler

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM HAFTA 6 COSMOSWORKS İLE ANALİZ

Güçlendirme Alternatiflerinin Doğrusal Olmayan Analitik Yöntemlerle İrdelenmesi

STATİK AĞIRLIK MERKEZİ. 3.1 İki Boyutlu Cisimler 3.2 Düzlem Eğriler 3.3 Bileşik Cisimler. 3.4 Integrasyon ile ağırlık merkezi hesabı

BARTIN ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ METALURJĠ VE MALZEME MÜHENDĠSLĠĞĠ

idecad Çelik 8 Kullanılan Yönetmelikler

DİŞLİ ÇARKLAR I: GİRİŞ

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

MALZEME BİLGİSİ DERS 7 DR. FATİH AY. fatihay@fatihay.net

QUANTILE REGRESYON * Quantile Regression

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM HAFTA 6 COSMOSWORKS İLE ANALİZ

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Malzemelerin Mekanik Özellikleri

RCRCR KAVRAMA MEKANİZMASININ KİNEMATİK ANALİZİ Koray KAVLAK

34. Dörtgen plak örnek çözümleri

Elastisite Teorisi Polinomlar ile Çözüm Örnek 2

L KESİTLİ KİRİŞTE KAYMA MERKEZİNİN ANSYS İLE VE DENEYSEL YOLLA BULUNMASI

YORULMA ANALİZLERİNDE ARAÇ DİNAMİĞİ MODELLERİNİN KULLANIMI

T.C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER II DERSİ

İÇİNDEKİLER. ÖNSÖZ... iii İÇİNDEKİLER... v

Tanım: Boyuna doğrultuda eksenel basınç kuvveti taşıyan elemanlara Basınç Çubuğu denir.

MAKİNE ELEMANLARI DERS SLAYTLARI

MAK Makina Dinamiği - Ders Notları -1- MAKİNA DİNAMİĞİ

Mukavemet. Betonarme Yapılar. Giriş, Malzeme Mekanik Özellikleri. Dr. Haluk Sesigür İ.T.Ü. Mimarlık Fakültesi Yapı ve Deprem Mühendisliği

Tablo 1 Deney esnasında kullanacağımız numunelere ait elastisite modülleri tablosu

Temel bilgiler-flipped Classroom Akslar ve Miller

MAK4061 BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM

29. Düzlem çerçeve örnek çözümleri

BİRİM ŞEKİLDEĞİŞTİRME DÖNÜŞÜMÜ

Mühendislik Mimarlık Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü

KATI CİSİMLERİN BAĞIL İVME ANALİZİ:

TORNA TEZGAHINDA KESME KUVVETLERİ ANALİZİ

BELĐRLĐ BĐR SIKMA KUVVETĐ ETKĐSĐNDE BĐSĐKLET FREN KOLU KUVVET ANALĐZĐNĐN YAPILMASI

EKSENEL YÜKLERDEN OLUŞAN GERILME VE ŞEKİL DEĞİŞİMİ Eksenel yüklü elemanlarda meydana gelen normal gerilmelerin nasıl hesaplanacağı daha önce ele

Doç. Dr. Muhammet Cerit Öğretim Üyesi Makine Mühendisliği Bölümü (Mekanik Ana Bilim Dalı) Elektronik posta ( ):

YAPI MÜHENDİSLİĞİ BİLGİSAYAR UYGULAMALARI

Mühendislik Mekaniği Dinamik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Burma deneyinin çekme deneyi kadar geniş bir kullanım alanı yoktur ve çekme deneyi kadar standartlaştırılmamış bir deneydir. Uygulamada malzemelerin

DÜZLEMDE GERİLME DÖNÜŞÜMLERİ

Rijit Cisimlerin Dengesi

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY - 3 ÜÇ NOKTALI EĞİLME DENEYİ

UYGULAMALI ELASTİSİTE TEORİSİ

2009 Kasım. MUKAVEMET DEĞERLERİ KONU İNDEKSİ M. Güven KUTAY

İleri Diferansiyel Denklemler

Sıvı Depolarının Statik ve Dinamik Hesapları

KİRİŞLERDE PLASTİK MAFSALIN PLASTİKLEŞME BÖLGESİNİ VEREN BİLGİSAYAR YAZILIMI

Kılavuz Rayları ve Emniyet Freni Mekanizmaları Üzerindeki Gerilmelere Dair Araştırma

Direksiyon Aksonlarının Statik Hasar Analizi

2. Amaç: Çekme testi yapılarak malzemenin elastiklik modülünün bulunması

Transkript:

7 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 13), 30 October-1 November 2013, Istanbul, Turkey Evaluation of Contact Models on Wheel Rail Pairs in Railways Raylı Sistemlerde Tekerlek Ray Çifti Arasındaki Temas Modellerinin Değerlendirilmesi E. Yücel 1 ve C. Göloğlu 2 1 Düzce Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, 81620 Düzce/Türkiye, emreyucel@duzce.edu.tr 2 Karabük Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, 78050 Karabük/Türkiye, cgologlu@karabuk.edu.tr Abstract Mechanical action components of railway systems work in contact one another. Depending on contact forces in related surfaces of mechanical action components; mechanisms such as wear, fatigue and fracture are emerged and these mechanisms damage to component life and sustainability of system. In determining contact condition, dynamic (kinematic) variables were used and the changes in contact zone were presented. In this study, contact models on wheel rail pairs of railways are evaluated and different configuration structures of contact models are compared. Differences of conventional and innovative contact models are presented. The advantages of improved contact models in recent years are evaluated and the constraints of contact models are examined. Keywords Railway systems, Contact analysis, Contact model, Wheel rail contact. Özet Raylı sistemlerin mekanik hareket elemanları birbiri ile temas halinde çalışmaktadır. Temas kuvvetlerine bağlı olarak ilgili mekanik hareket elemanlarının yüzeylerinde; aşınma, yorulma ve kırılma gibi parça ömrüne ve sistemin sürdürülebilirliğine zarar veren mekanizmalar ortaya çıkmaktadır. Temas durumunun belirlenmesinde dinamik (kinematik) değişkenler kullanılmış ve temas bölgesinde meydana gelen değişmeler sunulmuştur. Çalışmada raylı sistemlerdeki tekerlek-ray çifti arasındaki temas modellerinin değerlendirilmesi yapılmış, farklı biçimlerdeki yapılar karşılaştırılmıştır. Geleneksel ve yenilikçi temas modellerinin farkları ortaya konulmuş, yeni geliştirilen temas modellerinin üstünlükleri değerlendirilmiş ve temas modellerin sınırlılıkları irdelenmiştir. Anahtar sözcükler Raylı sistemler, Temas analizi, Temas modeli, Tekerlek ray teması. R I. GİRİŞ AYLI sistemleri meydana getiren makine elemanlarının pek çoğu birbirleri ile sürekli temas halinde çalışmaktadır. Makine parçalarının birbirleriyle teması neticesinde, bu parçalar üzerinde aşınma, yorulma, çatlama ve kırılma gibi parçaya zarar veren durumlar meydana gelebilmektedir. Temas halindeki mekanik parçaların temas durumunu dinamik (kinematik) değişkenler belirlemektedir. Bu değişkenlerin uygunsuz süre ve büyüklüklerde oluşmalarının engellenmesi sistemin servis ömrü açısından önem taşımaktadır. Birbiri ile temas halinde pek çok parçadan oluşan, çoklu gövdeye sahip bu sistemlerin davranışlarını incelemek, meydana gelebilecek olumsuz durumları önceden tahmin etmek ve ona göre önlem alabilmek için temas modelleri oluşturulmuştur. Raylı sistemlerde hareket halindeki tekerlek ile ray arasındaki temas durumunu incelemek için tekerlek ray temas modelleri kullanılmaktadır. Ülkemizde raylı sistemlere yapılan yatırımların artması ve ulaşımda her geçen gün tercih edilme oranının yükselmesiyle, raylı sistemlerin temel yapılarının başında gelen tekerlek ray çiftini incelenmek için böyle bir çalışma önem arz etmektedir. Bu çalışmada, raylı sistemlerdeki tekerlek ray çifti arasındaki temas modelleri değerlendirilmiş, geleneksel ve yenilikçi temas modelleri analiz edilmiştir. II. TEMAS ANALİZİ Temas analizi, birbiri ile temas halindeki parçalarda temas süresince değişimleri inceler. Temas analizi, Hertz ve Kalker teorileri gibi fizik teorilerine dayanır. Bu teorilerin uygulanabilmesi için problemin kısıtlarının net olarak ortaya konulması gerekir. Ayrıca bu teoriler pek çok durum için doğrulanmaya ihtiyaç duyar. Hertz Teorisi, yuvarlak gövdeli iki parçanın birbirine kuvvet altında temasını ve oluşan deformasyonu inceler. Bu temas yüzeylerindeki basma gerilmeleri "Hertz Yüzey Basıncı" olarak adlandırılır [1]. Oluşan gerilmeler Hertz Teorisine göre hesaplanır ve aşağıdaki kabuller yapılır: Malzeme homojen ve izotroptur; 137

Hooke kanunu geçerlidir; Küçük bir alan olarak kabul edilen temas noktasında veya çizgisinde yalnız normal kuvvet varsayılır. Kayma gerilmesi dikkate alınmaz; Temas durumundaki deformasyon parçanın diğer boyutlarına oranla çok küçük varsayılır; Kuvvetin bütün temas alanına eşit olarak dağıldığı varsayılır [2,3]. Kalker Teorisi, üç boyutlu elastik gövdelerin yuvarlanmalı temas durumlarını incelemektedir. Tekerlek ve ray arasındaki teğetsel kuvvetleri ve döndürme momentini belirlemek için kullanılır. Bu teori ile raylı sistemler taşıtlarının dinamik davranışları tespit edilmeye çalışılmaktadır [4]. Hertz ve Kalker teorilerini uygulanabilmesi için mevcut problemlerin, teorilerin sunduğu kısıtlara göre düzenlenmesi, bu teorilerin şartlarına uygun hale getirilerek çözümlenmesi gerekmektedir [5]. demiryolunun haritası tanımlanırken sadece γ(s) nin eğriliği K(s) ve demiryolunun eğimi p(s) bilinir, bu parametrelerin bilinmesi eğriliği γ(s) kurmak için yeterlidir [5,7]. Yapılan çalışmalarda yanal taşıt dinamikleri, lokal referans sistemi O RX RY RZ R, X R demiryoluna O R= γ(s) noktasında eksenden teğet ve Z R raylarının düzlemine eksenel normal olarak tanımlanacaktır. Eğri çizgisel apsis s(t) ve O R= γ(s(t)) nin düşünülen durum zamanlamasının bilindiği varsayılmaktadır (örneğin taşıt dinamiklerinden bağımsız olarak hesaplanabilmektedir). Lokal sistem, bütün modelin demiryolu boyunca hareketini izler. Bu sebeple gövdelerin kütlesinin merkezleri her zaman Y RZ R düzlemindedir. Araba gövdesi ve boji sadece Y RZ R boyunca çevrilip X R etrafında dönebilirken, tekerlek takımı simetri ekseni etrafında dönebilir. III. TEKERLEK RAY ÇİFTİ TEMAS MODELLERİ Tekerlek ray çifti temas modelleri, temas analizi kuralları esas alınarak, tekerlek ile rayın temasını açıklamak için oluşturulmaktadır. A. Temas Modelinin Yapısı Sonradan üçüncü referans sistemi O WX WY WZ W tanımlanmıştır. Orijin O W, tekerlek takımın kütlesinin merkezi ile onun simetri ekseni Y W nin kesim noktasıdır. Bu sistem tekerlek takımını kendi ekseni etrafındaki dönüşler hariç sabitlemektedir. Son olarak iki referans sistemi ObXbYbZb ve O BX BY BZ B sırasıyla boji ve araba gövdesini sabitlemek için tanımlanmıştır. Orijinler kütlelerin merkezlerinde kesişmektedir (Şekil 1). Temas modeli, girdiler (kinematik değişkenler) ve çıktılar (temas değişkenleri) olmak üzere iki ana bölümden oluşur. Girdiler (Kinematik Değişkenler): Pozisyon (O) Yönlendirme (Õ) Yönlendirme (R) Açısal Hız (ω) Çıktılar (Temas değişkenleri): Kuvvetler (F c) Temas Bölgesi (A c) Gerilmeler (σ) Yer değiştirme (u) B. Geleneksel (Diferansiyel) Temas Modelleri Tekerlek ray çifti arasındaki temasın modellenmesinde, ilk yöntem olarak matematiksel modeller olan diferansiyel temas modelleri kullanılmıştır. Diferansiyel temas modelinde tekerlek ile ray elastik gövde olarak ele alınmaktadır ve uygun analitik temas şartları ile modelleme yapılmaktadır [6]. Diferansiyel temas modelleri tanımlanırken referans sistemlerinden faydalanılır. Ray yolu üç boyutlu eğri şeklinde düşünülebilir. γ(s) ile sabitlenmiş O fx fy fz f referans sisteminde ifade edilir (burada s γ nin apsisidir). Genellikle Şekil 1:Tanımlanmış referans sistemi [8]. Diferansiyel temas modelini doğru olarak tanımlayabilmek için, her tekerlek-ray çifti için iki ilave referans sistemi tanımlanmıştır. Basitleştirmek için sadece sol çift Şekil 2 de gösterilmiştir. İlk sistem OlwXlwYlwZlw, OwXwYwZw ye paraleldir ve orijin Olw tekerleğin simetri eksenine uzanır. Sistem tekerleği Ylw etrafında dönme hariç sabitler. Ayrıca orijin Olw nominal yuvarlanan düzleme aittir. İkinci sistem OlrXlrYlrZlr, O RX RY RZ R ye paraleledir. Orijin Olr Y R eksenine aittir. O R ile Olr arasındaki mesafede raylar 138

arasında doğru ölçü sağlamaktadır. Bu tanımlan iki referans sistemi de çok önemlidir çünkü global ve lokal temas değişkenleri (kuvvetler, temas bölgesi, gerilmeler, yer değiştirmeler) temas modelinde, sadece bu sistemlere göre değerlendirilir. ile ilgili olarak Ωw ve Ωr sırasıyla ΓwD, ΓwC ve ΓrD, ΓrC olmak üzere iki bağlantısız bölgeye ayrılmıştır. Bölgeler ΓwD ve ΓrD nin yer değiştirmeleri sabittir (ve sıfıra eşittir). ΓwC, ΓrC de (taralı bölgeler) yer değiştirme mümkündür. Temasın olması durumda ΓwC ve ΓrC yüzeylerinin kesişmesinde (ve bu yüzden deforme olmamış durum arasında) ÃwcC ΓwC ve ÃrcCΓrC şeklinde iki bölge tanımlanmasına izin verir [8]. Şekil 2: Temas modelinin bağlı olduğu referans sistemleri [8]. Son olarak, dikkate alınan dış kuvvetlerin etkisindeki gövdelerin göz önüne alınması gereken bazı yönleri vardır. Daha önce vurgulandığı üzere yanal taşıt dinamikleri, lokal referans sisteminde O RX RY RZ R sisteminde çalışır ancak bu sistem eylemsiz değildir. Bu yüzden çoklu gövde modeli hayali kuvvetleri (merkezkaç kuvveti ve Coriolis kuvveti) dikkate alır. Bu nicelikler eğrilik K(s) fonksiyonu ve demiryolu eğim p(s) fonksiyonu ile hesaplanabilir [7]. Üç boyutlu diferansiyel temas modelinde z değişkeni de model katılır. Z temas değişkeni için aşağıdaki kurallar benimsenmiştir: Zwo ve Zwr gösterecektir ki, değişken tekerleğe, OlwXlwYlwZlw ve OlrXlrYlrZlr referans sistemleri bağımlıdır. Zr ve Zrw gösterecektir ki, değişken raya, OlrXlrYlrZlr ve OlwXlwYlwZlw referans sistemleri bağımlıdır. Tekerlek ve ray Şekil 3 te Ωw ve Ωr şeklinde iki lineer elastik gövde olarak tanımlanır. Temas bölgelerinin boyutları Şekil 3: Temas geometrisi problemi [8]. C. Yenilikçi Temas Modelleri Geleneksel (diferansiyel) temas modelleri, yapılacak modellemelerde gerekli esnekliği sağlamadığı için, yenilikçi temas modelleri geliştirilmiştir. Yeni temas modelleri tamamen üç boyutludur ve tüm özellikler bilgisayar ortamında oluşturulan modelin üstünde tatmin edici bir şekilde tanımlanabilir. Geliştirilen bu modellerde elastik temas probleminin ayrıştırılması (analitik temas şartı) doğrusal olmayan ayrık problemin sonradan çözümünü gerektirir. Bu adımları gerçekleştirmek için raylı sistemlere çözüm sunan Simpack Rail ve Adams Rail gibi özel ticari yazılımların yanı sıra MATLAB/Simulink SimMechanics modülü de kullanılabilmektedir [9,10]. Saat yönünde dönmekte olan bir raylı sistem aracının Simpack Rail ve MATLAB/Simulink SimMechanics ile modellenmiş hali, zamana ve dikey yüke göre temas durumları Şekil 4'te sunuluştur. 139

üstünlükleri bulunmaktadır. Temas modellerinin özellikleri temas probleminin çözümü açısından önemlidir. Bu temas modellerinin yapılarından kaynaklan sınırlılıklar ve üstünlükler Çizelge 1'de birbirleri ile karşılaştırılarak sunulmuştur. Şekil 4: Ticari yazılım ile yenilikçi temas modeli uygulaması [8]. Şekil 4'te verildiği üzere, hazırlanan yenilikçi temas modeli, tekerlek ray çifti arasındaki teması inceleyen ticari yazılımların yardımı ile; temas bölgesinde uygulanan kuvvetin zamana göre değişimini, dikey kuvvetin etkisi altında oluşan deformasyonları, dönüş yönüne bağlı meydana gelen ilave temasları hesaplayıp, görsel olarak sunmaya imkan sağlamaktadır. Yenilikçi temas modellerinin bir başka uygulaması olarak sonlu elemanlar yöntemi ile oluşturulan temas modelleri gösterilebilir [11]. Bir sonlu elemanlar programı ile hazırlanan tekerlek ray çifti modeli üzerinden, temas bölgesinin mekanik davranışı incelebilir (Şekil 5). Sonlu elemanlar yöntemi ile oluşturulan tekerlek ray çifti temas modellerinde, temas bölgesinde Von Mises gerilmesi ve artık eşdeğer gerilmeyi noktasal olarak ölçmek mümkündür [12,13]. Ayrıca son zamanlarda geliştirilen eleman örme teknikleri, temas modelini daha hassas olarak oluşturmaya imkan sağlamaktadır. Şekil 5: Sonlu elemanlar ile yenilikçi temas modeli uygulaması (a) Von Mises gerilmesi, (b) Artık eşdeğer plastik gerinim [14]. Geleneksel Temas Modeli Çizelge 1: Temas modellerinin sınırlılıkları ve üstünlükleri Üstünlükleri Yüksek oranda kesinlik sağlar. İşlem basamakları açıkça görülür. Sınırlılıkları Çözüm için fazla zaman alır. İşlemci hafızasını yorar. IV. GELENEKSEL (DİFERANSİYEL) VE YENİLİKÇİ TEMAS MODELLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI Yenilikçi Temas Modeli Çözüm yolu kısa ve pratiktir. Kullanıcıya esneklik sağlar. Genelleme yapar, çok kesin değildir. İşlem basamakları örtülüdür. Raylı sistemlerde tekerlek ray çiftinin temas modelini oluşturmak için kullanılan, geleneksel (diferansiyel) ve yenilikçi temas modellerinin birbirlerine göre sınırlılıkları ve Çizelge 1'de görüldüğü üzere, temas modeli seçilirken, o temas modelinin üstünlükleri ve sınırlılıkları göz önüne 140

alınmalı, temas problemine uygunluğu araştırılmadır. En iyi çözümü sağlayacak olan temas modeli seçilirken, öncelikli olarak mevcut temas problemi tam olarak tanımlanmalıdır. Temas modelinin girdileri (kinematik değişkenler) ve çıktıları (temas değişkenleri) tahlil edilmelidir. Problemin altyapısına en uygun model tek başına kullanılabileceği gibi, bu modeller birbirleri ile etkileşim halinde de kullanılabilir. [14] M. Busquet, L. Baillet, C. Bordreuil, Y. Berthier, " 3D finite element investigation on the plastic flows of rolling contacts correlation with railhead microstructural observations," Wear, vol. 258, pp. 1071-1080, 2005. V. SONUÇLAR Raylı sistemlerde tekerlek ray çifti arasındaki bir temas probleminin çözülmesinde temas modellerinden birini kullanmak gerekmektedir. Uygun temas modelinin seçilmesi zaman ve hassasiyet bakımından önem taşımaktadır. Bu çalışmada günümüzde hızla gelişen raylı sistemler alanında önemli bir yer tutan tekerlek ray çiftinin teması ve bu temas sonucu oluşan hasarların mühendislik çözümleri konusunda genel bir değerlendirme yapılmıştır. Kullanılan temas modelleri tanıtılmış ve birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Günümüzde raylı sistemlerin öneminin artması ile birlikte raylı sistemlerde çözüm üretmenin değeri de artacaktır. Temas modelleri kullanılmadan önce, genel ve bölgesel olarak temas olayı açıkça tanımlanmalıdır. Temas modellerinin temelinde, temas analizi bulunmaktadır. Uygun temas modelinin kullanılabilmesi için temas modelleri genel olarak bilinmelidir. Geleneksel (Diferansiyel) ve Yenilikçi temas modelleri ayrı ayrı kullanılabileceği gibi, birbirine entegre olarak da kullanılabilir. KAYNAKLAR [1] K.L. Johnson, Contact Mechanics. New York: Cambridge University Press, 1985. [2] P. Wriggers, Computational Contact Mechanics. New York: Springer- Verlag Berlin Heidelberg, 2006. [3] V.L. Popov, Contact Mechanics and Friction. New York: Springer- Verlag Berlin Heidelberg, 2010. [4] J.J. Kalker, Three-Dimensional Elastic Bodies in Rolling Contact, Netherlands: Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1990. [5] M. Malvezzi, E. Meli, S. Falomi, A. Rindi, Determination of wheel-rail contact points with semianalytic methods, Multibody System Dynamics, vol. 4, pp. 327-358, 2008. [6] A. Klarbring, "A mathematical programming approach to threedimensional contact problem with friction," Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, vol. 58, pp. 175 200, 1986. [7] C. Esveld, Modern Railway Track, Netherlands: Delft University of Technology, 2001. [8] S. Magheri, M. Malvezzi, E. Meli, A. Rindi," An innovative wheel rail contact model for multibody applications," Wear, vol. 271, pp. 462-471, 2011. [9] G. Schupp, C. Weidemann, L. Mauer, " Modelling the contact between wheel and rail within multibody system simulation," Vehicle System Dynamics, vol. 41, pp. 349 364, 2004. [10] E. Magel, J. Kalousek, R. Caldwell, " A numerical simulation of wheel wear," Wear, vol. 258, pp. 1245 1254, 2005. [11] Y. Liu, L. Liu, S. Mahadevan, " Analysis of subsurface crack propagation under rolling contact loading in railroad wheels using FEM," Engineering Fracture Mechanics, vol. 74, pp. 2659 2674, 2007. [12] A. Sladkowski, M. Sitarz, " Analysis of wheel rail interaction using FE software," Wear, vol. 258, pp. 1217-1223, 2005. [13] J. Zhang, S. Sun, X. Jin, " Numerical Simulation of Two-Point Contact Between Wheel and Rail," Acta Mechanica Solida Sinica, Vol. 22, pp. 352-359, 2009. 141