Öz: Demiryolu aracı fren sürtünme elemanlarında, uzun süre fren yapılmasına bağlı olarak disk ve balata yüzeyinde sıcaklık artışı meydana gelmektedir. Artan sıcaklıkla birlikte fren performansını düşüren ve zayıflama (fading) olarak adlandırılan önemli bir problem ortaya çıkmaktadır. Sürtünme elamanı tasarımcıları, zayıflama problemini öngörebilmek amacıyla tasarım aşamalarında genelde dinamometre gibi deneysel test yöntemleri kullanmaktadırlar. Bu tarz deneysel yöntemler kabul görmüş güvenilir yöntemler olsa da zaman ve maliyet açısından dezavantajlıdır. Bu çalışma, fren sürtünme elemanı tasarımlarında zayıflama problemine karşı deneysel yöntemler yerine bilgisayar destekli sonlu elemanlar yöntemlerini kullanarak termal öngörüde bulunulmasını sağlamayı ve böylece zamandan ve maliyetten tasarruf elde edilmesini amaçlamaktadır. Bu amaçla geleneksel deney yöntemleri yerine sonlu elemanlar yöntemi ile modelleme yapılarak termal analiz yapılmış ve bu analiz sonuçları gerçek demiryolu testleri ile doğrulanmıştır. Gerçek demiryolu testlerinde diskte oluşan maksimum sıcaklıklar K tipi bir termokupl yardımıyla ölçülmüş ve elde edilen sonuçlar analiz sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda sonlu elemanlar yöntemi sonucunda elde edilen değerlerin gerçek demiryolu testleri sonucunda elde edilen değerler ile büyük oranda örtüştüğü gözlemlenmiştir. Aracın maksimum hızı olan 140 km/h hızda yapılan frenleme sonucunda deneysel olarak ölçülen maksimum ortalama sıcaklık 384 °C iken simülasyon sonucunda ölçülen maksimum sıcaklık 400 °C'dir. Elde edilen veriler zayıflama problemini tespit etmek için sonlu elemanlar yönteminin fren sürtünme elemanı tasarımında kullanılabileceğini ve böylece zamandan ve maliyetten tasarruf sağlanabileceğini göstermektedir.

In this study, the effects of using coke dust in brake pad mixtures against the problem of friction coefficient reduction occurring at high temperatures in railway vehicle brake pads were investigated. For this purpose, the average friction coefficients and wear rates of the brake pads produced by using different amounts of coke dust were tested with the help of a dynamometer at different temperature values and the brake pad mixture containing coke dust with optimum ratio was determined. Brake pads with optimum coke dust ratio were tested in a train set under real railway conditions and the stopping distances of the train set and the temperatures during braking were measured. Using the stopping distances measured during railway tests and the average friction coefficients of the brake pads were analyzed analytically and compared with the dynamometer results. As a result of these tests, it has been observed that the coke dust material reduces the friction coefficient at low temperatures, but increases the friction coefficient at high temperatures and significantly reduces the amount of wear.

Öz: Hidrojen enerjisi dizel tren setlerinin yol açtığı hava kirliliği, gürültü kirliliği gibi dezavantajları ortadan kaldırdığı gibi elektrikli tren setlerinin ihtiyaç duyduğu pahalı elektrifikasyon alt yapısı ve görüntü kirliliğinin de olumsuz etkilerini ortadan kaldırmaktadır. Bu olumlu özelliklere karşı hidrojenin yüksek basınç altında depolanması gerekmektedir. Bu çalışmada hidrojenin alternatif bir enerji kaynağı olarak demiryolu araçlarında kullanılması ve hidrojen tüplerinin yüksek hızlı darbeye karşı dirençleri sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmiştir. Bu amaçla yüksek iç basıncı olan ve olmayan Karbon Fiberle Güçlendirilmiş Plastik (CFRP) kompozit tüp üzerine darbe yüklemesinin etkisi FEM simülasyonu ile araştırılmıştır. Alüminyum silindirli ve karbon fiber ile sarılmış kompozit tüp 3 boyutlu model kullanılarak simüle edilmiştir. MARC-Mentat ticari kodu, hesaplama aracı olarak seçilmiştir. Silindirin geometrisi, Mentat ön-son arayüz yazılımı kullanılarak oluşturulmuştur. Alüminyum 6061T astar ve TORAY T 700SC + Epoksi kompozit katmanların malzeme özellikleri sırasıyla izotropik ve ortografik olarak simülasyonlara dâhil edilmiştir. Tüpün kubbe bölgesi simülasyonlara dâhil edilmemiştir. Simülasyonun modeli, başka bir araştırmacı tarafından yapılan gerçek deney dikkate alınarak oluşturulmuştur. Simülasyonların sonuçları, çarpma tertibatı hasarı altındaki bazı bölgelerin, genellikle inanılan gerilim deformasyonundan ziyade sıkıştırma gerilmelerine maruz kalacağını göstermektedir.