Multibody system dynamics modelling of electrical locomotives
Elektriksel lokomotifin çoklu gövdeli dinamik benzeşimi
- Tez No: 377201
- Danışmanlar: PROF. DR. ABDÜLKERİM KAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 286
Özet
Raylı taşıtların çoklu gövdeli sistemlerinin dinamiği, doğrusal olmayan hareket denklemlerinin diferansiyel eşitliklerinin çıkarılmasında kullanılır. Benzeşime giren ray kuvvetleri ile ilgili bilgi raylı taşıtların ray standartları kalitesinden belirlenir. Bu ray standartları bütün dünyada kritik hızı hesaplamak için geliştirilmiştir. Maalesef bu standartlar ülkemizde benzeşim tekniğinde kullanım amaçlı olduğu bilinip kullanılmamıştır. Ayrıca, hesaplamalı çoklu gövdeli lokomotif dinamik benzeşim yazılımları yurtdışında mevcut olmasına rağmen (Universal Mechanisms gibi) Türkiye'de buna benzer tam bir benzeşim yazılımı mevcut değildir. Türkiye kendi yazılımını gerçek zamanlı ve mertebesi düşürülmüş olarak kendisi geliştirmek mecburiyetindedir. Çünkü UM gibi yazılımların arka planda çalışan düşürülmüş gerçek zamanlı yazılımları verilmemektedir. Bu araştırmanın amacı kısaca şöyle özetlenebilir: • Lokomotif için çoklu gövdeli dinamik benzeşimi geliştirilmesi. • Çoklu gövdeli dinamik benzeşimin UM benzeşimi ile karşılaştırılması ve ona göre başarı değerlendirilmesi. • Geliştirilen matematiksel lokomotif çoklu gövdeli dinamik benzeşimi, TUBİTAK tarafından geliştirilmekte olan tren benzeşim projesinden gelecek deneysel verilerle geçerliliğinin denetlenmesi ve doğrulanması. Çoklu gövdeli dinamik benzeşimin, genelleştirilmiş hareket denklemleri yörünge eksen takımına göre Lagrange dinamiği yöntemi ile raylı taşıtlar için çıkarılmıştır. Bu genelleştirilmiş denklemler önce tekerlek takımı için MATLAB®'ın MUPAD™ Sembolik matematik kısmında programlanmıştır. Tekerlek takımının hareket denklemleri çıkarılmış ve oluşturulan MATLAB® dosyası ile özdeğerleri farklı hızlar için çıkarılmıştır. Ayrıca burada bulunan kritik hızı ve doğal frekansı tekerlek takımı için yapılan benzer önceki çalışmalarla uyuşmaktadır (Abood, K. H., & Khan, R. (2011)). Gerçekçi sonuçların varlığı tekerlek takımı için çıkarılan hareket denklemlerinin doğruluğunu teyit etmektedir. Çalışmanın ilk bölümünde yörünge eksen takımına göre geliştirdiğimiz genelleştirilmiş çoklu gövdeli dinamik hareket denklemleri boji için başarı ile uygulanmıştır. Çoklu gövdeli dinamik benzeşim için genelleştirilmiş denklemler çıkarılması bitirilmiş ve boji üzerinde gerçekçiliği irdelenip başarılı bulunmuştur. 22 serbestlik dereceli boji için 44x44 boyutlu matrislerin analizi ve bilgisayarda testi başarı ile tamamlanmıştır. Ayrıca benzeşim cevabının deneysel veri ile karşılaştırılması ve gerçek veri girişine göre benzeşimin performansı başarı ile boji için tamamlanmıştır. Boji modelinin çıkarılması ve performansının incelenmesinden sonra çalışmalar tüm lokomotif için genelleştirilmiştir. UM® Lab modeli ile karşılaştırma tüm taşıt modeli üzerinden sürücü kompartımanında veri alınmış olan nokta için yapılmıştır. Tüm taşıt modelimiz 84 serbestlik dereceli ve 168x168 boyutlu matrislerin analizi ile yapılmıştır. Hem boji hem de lokomotif için yörünge eksen takımına göre bu kadar fazla serbestlik dereceli sembolik hareket denklemlerini içeren bir çalışma şu ana kadar ki araştırmalarımızda bulunamamıştır. Bu da çalışmamızın özgünlüğünü teyit etmektedir. Bunun yanında gerek çoklu gövdeli dinamik sistemin hareket denklemlerinin MATLAB® MUPAD® içinde çıkarılabilmesi gerekse analizinde kullanılan sistematik yaklaşım da çalışmamızın özgün değerlerinden biridir. Bu tümleşik çoklu gövdeli dinamik hareket denklemlerinin çıkarılıp özdeğerlerinin, mevcut ölçülen gerçek verilerin MATLAB® System Identification Toolbox yardımıyla incelenerek doğal frekans ve sönüm oranlarının bulunarak karşılaştırılması yapılmıştır. Yörünge eksen takımına göre geliştirdiğimiz genelleştirilmiş çoklu gövdeli dinamik hareket denklemleri lokomotif için düz yolda ve virajlı yolda başarı ile uygulanmıştır. Böylece tüm taşıtın hareket denklemleri farklı yol topolojileri için tamamlanmıştır. Çoklu Gövdeli Dinamik Benzeşim modellemesi tamamlanmıştır. Benzeşim cevabının deneysel veri ile karşılaştırılması ve gerçek veri girişine göre benzeşimin performansı başarı ile lokomotif için tamamlanmıştır. Hem boji hem de lokomotif için yörünge eksen takımına göre bu kadar fazla serbestlik dereceli sembolik hareket denklemlerini içeren bir çalışma şu ana kadar ki araştırmalarımızda bulunamamıştır. Bu da çalışmamızın özgünlüğünü teyit etmektedir. Bunun yanında gerek çoklu gövdeli dinamik sistemin hareket denklemlerinin MATLAB® MUPAD® içinde çıkarılabilmesi gerekse analizinde kullanılan sistematik yaklaşım da çalışmamızın özgün değerlerinden biridir. Genelleştirilmiş modelin 245 metre düz yol, 245 metre giriş klotoid tipi, 490 metre 300 metrelik yatay kurb, 245 metre çıkış klotoid tipi yol ve 52,5 metre düz yoldan oluşan yol üzerinde benzeşim çalışmaları yapılmış. Alınan neticeler modellerin uygun bir şekilde çalıştığını göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Safety, comfort and easiness of usage for the railway vehicles including metros are improved by the analysis of the dynamics for the behaviour of the vehicles. Also, the railway vehicle accidents can be reduced by the computational and the real time simulation of these systems. Real time computational multibody dynamics simulation is becoming more reality than before since the computational speed is increasing. The trajectory axis system which is a generalized axis system is being used in the applied mechanics for the railway systems (Shabana, Zaaza, ve Hiroyuki, 2008). The advantage of the trajectory coordinate system is the road data can directly be used without coordinate transformation when compared with other coordinate systems (Shabana, Zaaza, ve Hiroyuki, 2008). Also, using the road coordinate data in the equations of motion is making the constraint equations simple. The equations of motion are derived using symbolic mathematics toolbox of the MUPAD™ from MATLAB™. The equations of motion for the MBD E43000 locomotive are derived for both curved and tangent tracks using the real time track data received from TRENSİM project. Then, the results are compared with the limited real time results. The work here is contributing to the similar studies made previously. The summary of the purpose of dissertation is as follows: • Multibody dynamics modeling and simulation for locomotive is developed. • The comparison of the MBD simulation results are compared with Universal Mechanism (UM™) results. • The developed mathematical MBD locomotive simulation is compared with the limited experimental data from TRENSİM project. Computational MBD locomotive simulation softwares are available in the foreign countries (e.g. Universal Mechanism) though Turkey does not have any nationally made domestic computational MBD locomotive software. Turkey has to develop her own real time software with reduced order computational MBD software, since the UM type of foreign computational MBD software is not making available the real time reduced order software details. The EOMs for locomotive are developed in this thesis successfully.
Benzer Tezler
- Simplified multibody system dynamics modeling and performance evaluation of electrical locomotives
Elektrikli lokomotiflerin basitleştirilmiş çoklu gövdeli sistemler yoluyla dinamik modellenmesi ve performanslarının değerlendirilmesi
ŞAFAK ALKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Mühendislik BilimleriMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKERİM KAR
- Çamaşır makinesi körüğünün dinamik özelliklerinin belirlenmesi ve makinenin dinamiğine etkisi
Determination of washing machine gasket characteristics and its effect on machine dynamics
MERVE EMEKSİZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KENAN YÜCE ŞANLITÜRK
- Path defined directed graph vector (pgraph) method for multibody dynamics
Çoklu gövde dinamiğine yönelik yol tanımlı ve yönlü grafik vektörü metodu
MUSA NURULLAH YAZAR
Doktora
İngilizce
2018
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SIDDIK MURAT YEŞİLOĞLU
- Esnek sistemlerde aktif titreşim kontrolü
Active vibration control of flexible systems
ARZUMAN CAN KUTLUCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AFİFE LEYLA GÖREN SÜMER
- Modelling, analysis and experimental validation of vibration of electric motors
Elektrik motorlarının titreşimlerinin modellenmesi, analizi ve deneysel olarak doğrulanması
DENİZ BİLGİLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KENAN YÜCE ŞANLITÜRK