Raylı taşıtlar i̇çin doğrusal olmayan vagon-yolcu modeli ile konfor optimizasyonu ve iso 2631-1, en 12299 ve sperling kriterlerine göre konfor analizi

Abstract

Bu çalışmada, demiryolu taşıtlarında yolcu konforunu taşıt dinamiği ile insan biyomekaniğini bütünleşik biçimde ele alarak değerlendiren 7 serbestlik dereceli doğrusal olmayan bir vagon-biyomekanik modeli geliştirilmiştir. İkincil süspansiyon sistemi, lineer olmayan kübik sertleşme ve sönüm modeli ile temsil edilmiştir. Yolcu ise pelvis, sırt ve baş kütlelerinden oluşan üç katmanlı bir yapıyla modellenmiştir. Ray profilinden kaynaklanan dikey yöndeki uyarım, Federal Demiryolu İdaresi (FRA) Tip 1-6 sınıflarına karşılık gelen güç spektral yoğunluğu (GSY) fonksiyonlarından Shinozuka yöntemiyle 108 km/h sabit hızda elde edilmiştir. Elde edilen doğrusal olmayan hareket denklemleri MATLAB ortamında Runge-Kutta Dormand-Prince 4(5) şemasına (ode45) dayanan değişken adımlı sayısal entegrasyon ile çözülmüştür. Koltuk ve gövdenin dikey yöndeki ivme yanıtları ISO 2631-1, EN 12299 ve Sperling indeksi ile eş zamanlı olarak değerlendirilmiştir. Koltuk katılık ve sönüm parametreleri (k_sc, c_sc), biyomekanik çok amaçlı bir maliyet fonksiyonu üzerinden statik çökme ve dinamik strok kısıtları altında optimize edilmiştir. Pasif koltuk modelleme sınırları dahilinde elde edilen optimum değerler k_sc=31,17 kN/m ve c_sc=6380,7 Ns/m olarak belirlenmiştir. Yapılan bu çok amaçlı optimizasyon sayesinde Tip 1 ray profilinde ISO 2631-1 ağırlıklandırılmış RMS koltuk ivmesi %35 azalmış, Tip 2 ve Tip 3 profillerinde güvenli maruziyet süresi sırasıyla 117'den 211'e ve 341'den 663 dakikaya uzamıştır. Ayrıca Sperling İndeksi Tip 1'de 3,233'ten 2,912'ye gerilemiş ve Tip 4-6 ray profillerinde tüm bileşenler ISO 2631-1 sağlık uyarı bölgesinin altında kalmıştır.