Not: Bu yazı, ilk defa TurkCADCAM.net Dergisi Ocak-Şubat 2006 Sayısında yayınlanmıştır.

TÜVASAŞ "Türkiye Vagon Sanayii Anonim Şirketi", TCDD Genel Müdürlüğü'nün "Bağlı Ortaklığı" olarak faaliyet göstermektedir. Demiryollarımızdaki 1600 civarındaki yolcu vagonunun üreticisi olarak tamamının bakım ve onarımını yapmaktadır.

TÜVASAŞ, şu an kullanımda olan yolcu ve yemek vagonlarının mukavemet hesaplarını uluslararası ERRI ve UIC standartlarına uygun olarak gerçekleştirmek istemiştir. Bu standartlarda belirtilen testler gerçek fiziksel prototipler üzerinde yapılmaktadır. Bu testlerin tamamını gerçekleştirmek için gerekli test altyapısı mevcut olmamakla beraber oldukça pahalı ve zor bir işlemdir. Uluslararası standartlar artık testler yerine sonlu elemanlar simülasyonlarını da kabul etmektedir. TÜVASAŞ da ilgili analizlerini sonlu elemanlar yöntemi kullanarak Bias Müh. ile beraber gerçekleştirmiştir.

Mevcut vagonların yapısının çeşitli yükler altındaki davranışının belirlenmesi ve bundan sonra üretilecek vagonların kalitesinin arttırılması yönünde çalışmalara başlamıştır. Bu amaçla MSC.Software'in sanal ürün geliştirme platformunda bulunan MSC.Sofy, MSC.Patran, MSC.Fatigue ve MSC.Nastran yazılımları kullanılmıştır.

TÜVASAŞ yetkilileri ile beraber mukavemete etki eden parçalar tespit edilmiş ve bu parçaların orta yüzeylerinden geçen üç boyutlu CAD yüzey modelleri oluşturulmuştur. Bu modeller kullanılarak sonlu elemanlar ağı oluşturulmuş ve kaynak bağlantıları yapılmıştır. Sonlu elemanlar ağı ve kaynak bağlantısı MSC.Sofy ve MSC.Patran ile gerçekleştirilmiştir.

Şekil 1. Basma yüklemesi altında abartılı deforme olmuş şekli ve gerilme dağılımı

Vagonların sonlu elemanlar ağı, gerek yapılan analiz tipleri ve gerekse istenilen çıktılara bağlı olarak, MSC.Nastran'ın geliştirilmiş kabuk elemanları ile gerçekleştirilmiştir. Kaynak bağlantısı için RBE2 adlı MPC (Multi point constraint) tipi rijit elemanlar kullanılmıştır. Her iki vagonun sonlu elemanlar modelinde de yaklaşık 350.000 kabuk ve mpc eleman kullanılmıştır. Modeller yaklaşık 2.000.000 serbestlik derecesinden oluşmaktadır.

Şekil 2. Vagonun 1. Eğilme mod şekli

Statik mukavemet hesapları yapılırken, yükleme şekilleri, UIC 566 OR, UIC 577 OR ve ERRI Standartları çerçevesinde TÜVASAŞ yetkilileri ile belirlenmiştir. 8 farklı yükleme şekli uygulanmıştır. Standartlarda verilen yükleme koşulları altında vagon sandığı gerilme analizleri, orta nokta deplasman hesabı, doğal frekansları hesabı ve yorulma ömrü hesapları gerçekleştirilmiştir. Vagonun tamponlardan çarpma kuvvetine maruz kaldığı durum için genleşme (strain) enerjisi dağılımı incelenmiştir. Analiz sonuçları standartlarda belirtilen sınır değerler ile karşılaştırılmıştır.

Şekil 3. Ana komponentlerin gerilme dağılımı

Analizlerde elde edilen sonuçlar standartlarda izin verilen maksimum değerler ile karşılaştırılmıştır. Vagon sandığı yapısında meydana gelen gerilmeler ve deplasmanlar, hesaplanmıştır ayrıca vagon sandığının doğal frekans analizleri yapılmak suretiyle operasyonel tahrik frekanslarının vagonun doğal modlarıyla çakışmadığı belirlenmiştir.

Optimizasyon amacıyla fazla mukavim görülen ve sınır değerlere yakın bölgelerde iyileştirici öneriler geliştirilmiştir. Bu sayede emniyet katsayısı artırılarak aynı zamanda ağırlıktan da tasarruf edilmesi amaçlanmıştır. Gerçekleştirilen sonlu eleman analiz çalışmaları neticesinde yolcu ve yemek vagonlarının uluslararası standart testlerinin simülasyonları yapılmış olup ileriye dönük olarak da muhtemel değişikliklerin kolayca test edileceği sanal prototipler geliştirilmiş.

Projede Kullanılan MSC.Software yazılımları:

MSC.Patran: Sonlu eleman modelleme yazılımı
MSC.Nastran: Dünyanın en çok kullanılan sonlu eleman analiz programı
MSC.Fatigue: Sonlu eleman tabanlı ömür ve dayanıklılık yazılımı
MSC.Sofy: İleri düzey sonlu eleman modelleme ve montaj programı

TÜVASAŞ hakkında (www.tuvasas.com.tr):

TÜVASAŞ, tesis, makina parkı ve üretim teknolojileri, bilgi birikimi ve nitelikli personeli ile yolcu vagonu üretimi ve onarımı konusunda Türkiye'de ve bölgedeki ülkeler arasında lider bir kuruluştur. Raylı taşımacılığın önem kazandığı ve raylı araç kullanımının hızla arttığı günümüzde, Türkiye'de ve bölge ülkeleri arasında TÜVASAŞ'ın önemi hızla artmaktadır.

TÜVASAŞ, 1986 yılında Türkiye Vagon Sanayii A.Ş. adıyla TCDD'nin bağlı ortaklığı olarak yeniden yapılanmış, bu yapı kuruluşta modern işletmeciliğin uygulanmasını sağlamıştır. Bu tarihten itibaren, Ar-Ge çalışmalarının da başlamasıyla tasarımdan üretime kadar TÜVASAŞ markası taşıyan araçlar yapılmıştır.

CAD programları ile araçların tasarımı, statik ve dinamik mukavemet hesaplarının bilgisayar ortamında yapılabilmesi TÜVAŞAŞ'ı daha kapsamlı projeleri yapabilecek seviyeye ulaştırmıştır.

Modernizasyon projeleri çerçevesinde değişik dönemlerde imal edilmiş yolcu vagonları standardize edilmiş projeler ile yeniden servise alınmaktadır. Bu projeler çerçevesinde modüler tasarlanmış WC modülleri, iç kaplama elemanları, sahanlık kaplama elemanları kullanılmaktadır. Farklı üretilmiş araçlara standardize edilmiş ekipmanlar adapte edilmektedir. Böylece demiryolu işletmeleri için kolay kullanım, uzun ömür sağlanmakta ve yedek parça stok seviyeleri düşürülmektedir.

Modernize edilen araçlarda yolcu konforunun arttırılması amacıyla akustik ve termal izolasyon iyileştirilmektedir. Böylece daha az gürültü ve termal olarak daha homojen bir ortam sağlanmaktadır. Görsel konfor için modern görünüşlü iç ortam oluşturulmaktadır.

Bias Mühendislik hakkında (www.bias.com.tr):

1997'den beri Ar-Ge sektöründe faaliyet gösteren Bias, mühendisliğin çeşitli dallarına yönelik proje hizmeti vermekte ve ürün satışı yapmaktadır. Bilgisayar Destekli Mühendislik (CAE) yazılımları alanında MSC.Software'in temsilciliğini üstlenmiştir. Sonlu eleman yöntemi, dinamik simülasyon, ömür analizleri, sistem simülasyonu alanlarında hizmet veren MSC.Software, Sanal Ürün Geliştirme (Virtual Product Development) felsefesi altında ürün geliştirme sürecinin başından sonuna kadar yapılacak mühendislik çalışmalarında tek ve ortak bir platform sunmaktadır.

Test ve ölçüm cihazları konularında da dünyanın önde gelen firmaları ile ortak çalışan Bias Mühendislik, Ar-Ge faaliyetlerinde yan sanayii olarak görev almak ve firmaların ürün geliştirme süreçlerine katkı sağlamak amacındadır.