Metrobüs gövde karkasının sonlu elemanlar analizi ile yapısal performansının incelenerek hafifletilmesi

Abstract

Enerji kaynaklarındaki azalma ve küresel ısınma gibi sorunlar, sürdürülebilirlik kavramını ön plana çıkararak enerji verimliliğini artırmayı zorunlu hale getirmiştir. Bu bağlamda, ulaşım sektörü sürdürülebilir çevre hedeflerine doğrudan etki eden önemli bir alan olarak öne çıkmaktadır. Bu çalışmada, toplu taşıma sektöründe kullanılan metrobüsün gövde karkası incelenmiştir. Araç için sonlu elemanlar modeli oluşturulmuş ve 4 temel senaryo üzerinden 11 farklı yapısal analiz sınır koşulu belirlenerek statik analizler yapılmıştır. Gerçek yol koşullarından elde edilen dinamik veriler ile sonlu elemanlar analiz sonuçları karşılaştırılmış ve model doğrulanmıştır. Gerilme ölçerler ve ivmeölçerlerden elde edilen veriler ile simülasyon sonuçları arasında %93’e kadar bir korelasyon sağlanmıştır. Bu doğrultuda, metrobüs gövde karkasında topoloji optimizasyonu, tasarım değişiklikleri ve farklı malzemeler kullanılarak hafifletme çalışmaları yapılmıştır. Çalışmalar sonucunda, metrobüsün gövde karkasında güvenlik ve yolcu kapasitesinden ödün verilmeden yaklaşık %14,1 oranında bir ağırlık azaltımı sağlanmış ve 1056 kg’lık bir hafifletme elde edilmiştir. Bu hafifletme, metrobüsün ömrü boyunca emisyonlarını azaltarak sürdürülebilir ulaşım hedeflerine katkı sağlamaktadır. Elde edilen sonuçlar, enerji verimliliği ve çevre dostu ulaşım çözümleri açısından önemli bir bulgu olarak değerlendirilmektedir.The depletion of energy resources and global warming have made sustainability a priority, necessitating increased energy efficiency across all industries. In this context, the transportation sector plays a key role in achieving sustainable environmental goals. This study examines the body frame of the articulated bus, a crucial component of the public transportation sector. A finite element model of the vehicle was created, and static structural analyses were performed under 11 different boundary conditions across 4 main scenarios. Dynamic data obtained from real road conditions were compared with the results of the finite element analysis, and the model was validated. A correlation of up to 95% was achieved between the data from strain gauges and accelerometers and the simulation results. In line with this, lightweighting studies were carried out on the bus body frame using topology optimization, design modifications, and alternative materials. As a result, approximately 14.1% weight reduction was achieved in the body frame of the articulated bus without compromising safety and passenger capacity, resulting in a weight reduction of 1056 kg. This weight reduction contributes to sustainable transportation by lowering emissions throughout the bus's lifespan. The results obtained are considered a significant finding in terms of energy efficiency and environmentally friendly transportation solutions.