Topology Optimization Application for Coupling Link of Rail System Vehicles

Abstract

Yük ve yolcu taşımacılığında kullanılan raylı sistem araçlarının (vagon, lokomotif, tren vb.) birlikte hareket edebilmesini sağlayan bağlantı ekipmanlarının genel adı koşum takımıdır. Koşum takımları, araçlara gelen statik yüklerin iletimini sağlamanın yanı sıra elektriksel ve hava bağlantılarının aktarılmasında görevli olup, sistemi oluşturan elemanların tasarımı ve imalatı çeşitli standartlara göre yapılmaktadır. Diğer yandan, lojistik sektöründe daha hızlı ve aynı zamanda güvenli taşımacılık açısından araçları oluşturan tüm parçaların hafifletilmesi önemlidir. Bu çalışmada, minimum ağırlıkta ve yüksek performanslı parçaların tasarımında etkili bir araç olan topoloji optimizasyonu ile koşum takımı elemanlarından üzenginin tasarımı iyileştirilerek ağırlığının azaltılması hedeflenmiştir. Topoloji optimizasyonunda yoğunluk yöntemi olarak da bilinen cezalandırmalı katı izotropik malzeme (SIMP) yönteminden faydalanılmıştır. Öncelikle, standarda uygun olarak modellenen koşum takımı üzengisine 120 kN ve 150 kN yükleme durumları için sonlu elemanlar analizi uygulanmıştır. Daha sonra, topoloji optimizasyonu ile geliştirilen model için aynı şartlarda FEA uygulanarak gerilme dağılımları ve yer değiştirme miktarları karşılaştırılmıştır. Her iki yükleme durumu için en yüksek Von Mises gerilmesi sırasıyla 176,30 MPa ve 220,40 MPa olarak elde edilmiştir. Ayrıca, yeni tasarım üzengiler için en yüksek yer değiştirme miktarları 0,23 mm ve 0,28 mm olarak hesaplanmış olup, bu değerler ilgili standartta belirtilen sınırlar içindedir. Sonuç olarak, topoloji optimizasyonu başarıyla uygulanarak üzenginin kütlesi %9,04 azaltılmıştır. Ayrıca, topoloji optimizasyonu ile geliştirilen model geometrisindeki karmaşıklıktan dolayı üzenginin eklemeli imalat teknolojisiyle üretiminin daha elverişli olduğu kanaatine varılmıştır. Tüm sonuçlar, topoloji optimizasyon metodolojisinin raylı sistem araçlarının ağırlığının azaltılmasında güvenle uygulanabileceğini ve böylece sürdürülebilirliğe önemli katkılar verilebileceğini göstermektedir.