Parametric sizing study for the design of a lightweight composite railway axle

Mistry, Preetum Jayantilal; Johnson, M. S.; Li, Shuguang; Bruni, Stefano; Bernasconi, A.

doi:10.1016/j.compstruct.2021.113851

Cited by 15 publications

(8 citation statements)

References 6 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Demir yolu aksı, demir yolları üzerinde seyahat eden raylı sistemler taşıtının, ray üzerinde bulunan tekerlerinin bağlı olduğu yapısal bileşen olup, demiryolu akslarının hafifletilmesi potansiyeli, öncelikle bir raylı taşıtın aksının yay olmadan ağırlığının azaltılması araştırılmıştır [20]. Raylı aracın, en çok gerilmeye maruz kalan bileşenlerinden biri olan yaysız aks kütlenin azaltılması; ray hasarını, enerji tüketimini, emisyon değerlerini ve toplam işletme maliyetlerini azaltmaya yardımcı olacak ve daha hafif bir taşıt elde edilecektir [21], [22], [23] Ray tekerlek takımı hafiflemesi açısından, bir yük vagonu ile ilgili Shahverdi vd.…”

Section: Demiryolu Aksıunclassified

Raylı Sistem Araçlarında Kullanılan Kompozit Malzemelerin Termografik Muayene ile Kontrolü

Diltemiz

EROĞLU

2023

Demiryolu Mühendisliği

View full text Add to dashboard Cite

Endüstriyel ihtiyaçlarda artış ve yeni mühendislik malzemelerinin gelişmesiyle birlikte her türlü makine ve araçta teknolojik gelişmeler büyük bir hız kazanmıştır. Raylı sistem teknolojilerinde seyahat sürelerinin azalması amacıyla yüksek hızlı araçların geliştirilmesini sağlamıştır. Bu araçların artan hızı ile yapısal olarak daha dayanıklı malzemelerin araştırılması ortaya çıkmıştır. Metalik malzemeler, özgül dayanım kapasiteleri, şekillendirilebilirlikleri ve yüksek iletkenlikleri nedeniyle raylı sistem uygulamalarında ihtiyaçları karşılamamaktadır. Alternatif olarak kompozit malzemelerin kullanımı bulunmaktadır. Ancak kompozit malzemelerin kullanımını sınırlayan etmenler vardır. Bunlardan biri tahribatsız kontrol metotlarının metalik malzemelere göre zor ve karmaşık olmasıdır. Tahribatsız muayene yöntemlerinden biri olan Termografik (TR) analiz yöntemi kompozitlerin muayenesinde kullanılmaktadır. Hızlı, düşük maliyet ve işlem kolaylığı TR’nin avantajlarını arasındadır. Bu çalışma iki kısımdan meydana gelmektedir. İlk bölümünde raylı sistem araçlarında kullanılan kompozit yapısal bileşenler hakkında literatür araştırılması yapılmıştır. Çalışmanın ikinci kısmında, raylı sistemlerde kullanılan katmanlı polimer matrisli kompozit numuneler üretilmiştir. Termografik yöntemi ile bu numunelerin tahribatsız kontrolü incelenmiştir. İncelemenin sonunda, üretilen kompozit parçalarda termografik test metodunun kusur tespitinde başarılı olduğu gözlenmiştir.

show abstract

Section: Demiryolu Aksıunclassified

Raylı Sistem Araçlarında Kullanılan Kompozit Malzemelerin Termografik Muayene ile Kontrolü

Diltemiz

EROĞLU

2023

Demiryolu Mühendisliği

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…aluminum alloys, or plastic-rubber materials, which can greatly improve machine performance and reduce production costs [18][19][20].…”

Section: Motor Cylinder Parametersmentioning

confidence: 99%

“…To reduce carbon dioxide emissions, new and high-performance materials are used to operate on these mechanical components [16,17]. For example, parts are made of composite materials, aluminum alloys, or plastic-rubber materials, which can greatly improve machine performance and reduce production costs [18][19][20]. Composite materials are very advantageous for structural components because of their excellent mechanical properties and markedly low density [21,22], and for these reasons they have applications in other fields besides construction machinery [23,24].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Cylinder Fatigue Design of Low-Speed, High-Torque Radial Piston Motor

2022

View full text Add to dashboard Cite

Through the comparison of fatigue properties of components made of composite materials and high-strength structural steel materials, this study proves that composite materials can replace traditional steel materials used in the production of mechanical structural components. The focus of this study was a low-speed, high-torque radial piston motor mounted on a roadheader. According to different theories, the motor block was designed using a composite material made of carbon fiber, a classic high-strength structural steel, and an aluminum alloy. The thickness of the motor cylinder obtained by theoretical calculation was verified by finite-element numerical simulation technology, and the fatigue phenomenon caused by the time change of the piston cylinder pressure was considered. The results showed that the stress results of the numerical simulation verify the rationality of the theoretical calculation of the cylinder size. In terms of safety factors, the motor cylinder made of composite materials was close to the motor cylinder made of high-strength structural steel, and the difference between the static safety factor and fatigue safety factor was only 0.8 and 0.86. The weight of the motor cylinder made of composite material was reduced from 32 N to 7 N compared with steel material, which was about 78% lighter. This is of great significance for improving the use efficiency of equipment and reducing fuel costs.

show abstract

“…The final design and composite layup of the selected HMC railway axle that evolved from concept 3 was the subject of parametric study carried out by Mistry et al 6 and the final solution is shown in Figure 3. The design is based on the procedure set out in the Standard BS 8535.…”

Section: Initial Design Conceptsmentioning

confidence: 99%

A vision for a lightweight railway wheelset of the future

Bruni

Mistry

Johnson

et al. 2022

Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F:

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

Rail vehicle lightweighting using fibre reinforced polymer composite materials is essential for the future of rail. This is recognised as a means of reducing carbon dioxide production through lower energy consumption, as well as reducing the impact on track degradation, thus delivering improved rail capacity and performance. This paper presents an overview of the work conducted within work package three of the NEXTGEAR project focused on the ‘wheelset of the future’. Three concepts for a hybrid metallic-composite railway axle are proposed and their strengths and weaknesses are assessed. A finite element analysis on the selected concept was conducted, including a solution for the bonded joints of the metallic collars which provide the interface to the wheels and bearings. An axle mass reduction of over 63% was shown. An overview is also provided regarding the analysis of manufacturability of the axle, non-destructive methods for axle inspection/structural health monitoring and effects of impacts from ballast stones. Finally, a preliminary evaluation of the benefits arising from the reduction of the unsprung masses is provided, based on multibody simulations of vehicle dynamics.

show abstract

Parametric sizing study for the design of a lightweight composite railway axle

Cited by 15 publications

References 6 publications

Raylı Sistem Araçlarında Kullanılan Kompozit Malzemelerin Termografik Muayene ile Kontrolü

Raylı Sistem Araçlarında Kullanılan Kompozit Malzemelerin Termografik Muayene ile Kontrolü

Cylinder Fatigue Design of Low-Speed, High-Torque Radial Piston Motor

A vision for a lightweight railway wheelset of the future

Contact Info

Product

Resources

About