Investigation of High Speed Impact Resistance of Hydrogen Tubes Used in Hydrogen-Powered Railway Vehicles by Finite Element Method

Abstract

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.