Demiryolu Kaynaklı Titreşimlerin Optimal Üstyapı Tasarımı ile Azaltılması
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, -, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Arif Ulu
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Muzaffer Metin
Eş Danışman: Aytaç Arıkoğlu
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Şehir içi ve şehirler arası ulaşımda yeni hatların tasarlanması sürecinde yolcu konforu ön plana çıkmakla beraber çevreye yayılan demiryolu kaynaklı titreşimlerin azaltılması da önem arz etmektedir. Çevreye yayılan bu titreşimleri gidermenin temel mantığı zemine aktarılan kuvvetin azaltılmasıdır. Bunu en uygun maliyetle sağlamak bir mühendislik problemidir. Maliyet ve kuvvet izolasyonu arasında doğru bir orantı olduğu için ikisi arasında optimal bir seçim yapmak gereklidir. Bu çalışmada esas olarak maliyet ve kuvvet izolasyonu bakımından elastomerlerin optimal seçimi üzerine odaklanılmıştır. Doğru bir üstyapı modeli kurmak için rayın, ray pedinin farklı modelleme teknikleri üzerine durulmuştur. Ray modelleri için Euler-Bernoulli ve Timoshenko kiriş teorilerinin kısmi diferansiyel denklemleri Hamilton Prensibiyle çıkartılmıştır. Yeni dağıtık ray pedi modelleri olan ve yarı analitik çözümlerde kullanılabilen Yerel Sürekli Mesnet Modeli (YSMM) ve Genişletilmiş Yerel Sürekli Mesnet Modelleri (GYSMM) tanıtılmıştır. Pedlerin imal edildiği elastomerlerin davranışları sıcaklık ve frekansa bağlı değiştiğinden viskoelastik malzeme olarak tanımlanmalıdır. Bu çalışmada piyasada bulunan 12 farklı ped Dinamik Mekanik Analiz (DMA) ile test edilmiş ve alınan deneysel veriler ışığında elastomer malzemeler için en uygun modelleme şeklinin kesirli türevli viskoelastik modeller olduğu görülmüştür. Ancak bunların zaman uzayında ifadesi zor ve maliyetli olduğundan klasik viskoelastik malzeme modellerini kullanmak için yeni bir yöntem geliştirilmiş, malzeme cevapları Kalıtımsal İntegral'in nümerik çözümüyle sağlanmıştır. Kurulan iki farklı tipteki analitik model hem saha ölçümleriyle hem de sonlu elemanlar yöntemiyle doğrulanmıştır. Bu üstyapıların optimizasyonu için Çok Amaçlı Genetik Algoritmalar (ÇAGA)'dan birisi olan NSGA-II kullanılmış, amaç fonksiyonları olarak zemine iletilen kuvvet ve maliyet seçilmiştir. Algoritma içinde viskoelastik malzeme özelliklerinin yanında pedlerin geometrik özellikleri de dikkate alınmıştır. Pareto optimal cephelerden seçilen birer örnek mevcut hatlarla frekans uzayında mukayese edilmiştir. Üstyapı ve araç etkileşimindeki bozuklukların frekans düzeylerine bakılarak optimal çözümlerin hangi bozukluklara karşı etkili olduğu incelenmiştir. Sonuçta, malzeme verilerinin elde edilmesinden Pareto optimal sonuçların incelenmesine kadar bütün aşamalar bir sistematik içinde aktarılmıştır. Demiryolu üstyapı tasarımında raylı sistemlerin çevreye etkilerini ve üst yapı maliyetini en aza indirmeyi hedefleyen, optimal çözüm üreten bir yöntem ortaya konmuştur.