Demiryollarında contalı ve uzun kaynaklı rayların sonlu elemanlar yöntemi ile analizi

Demiryolların raylar, contalı ( kısa raylar ) ve uzun kaynaklı (sürekli kaynaklı) raylar olmak üzere ikiye ayrılır. Contalı raylar kısa uzunluktaki rayların birleştirilmesiyle oluşurlar. Uzun kaynaklı raylar ise contaların kaldırılarak rayların kaynaklanmasıyla oluşurlar. Ray döşemesi yapılırken, rayların döşeneceği bölgenin yıl içinde görülen en yüksek ve en düşük sıcaklıkları dikkate alınarak bir ray serim sıcaklığı belirlenir. Havanın soğuk ve sıcak olma durumuna bağlı olara, her bir travers tarafından rayın hareketini önlemeye yönelik bir tepki kuvveti oluşur. Ray uç noktasından itibaren rayın hareketini önleyen kuvvetler travers sayısına bağlı olarak değişiklik göstermektedir. Simetri noktasında bu değer maksimum değere ulaşır. Kısa raylar (contalı raylar) kısa uzunluktaki rayların cebire demiri ve bulonlarla bağlanmasıyla oluşurlar. Özellikle yaz dönemlerinde artan sıcaklıkla birlikte raylarda genleşme meydana gelir. Contalı raylarda sıcaklıktan dolayı meydana gelen termal kuvvetlere, conta bölgesindeki cebire demiri ve bağlantı malzemesiyle birlikte traversler karşı yönde bir direnç gösterirler. Ancak bu direnç yetersiz olup raylar yönde bir uzama yaparlar. Rayın termal kuvvetler etkisinde uzamasından dolayı, iki ray arasında bir boşluk bırakılır. İki ray arasındaki bu boşluğa genleşme aralığı ( diletasyon payı) adı verilir. Uzun kaynaklı raylar, contaların kaldırılarak ray birleşim yerlerinin kaynaklanarak, rayların sürekli hale getirilmesiyle oluşurlar. Rayların kaynağı yerinde üç farklı yöntemle yapılır. Bunlar; yakma alın kaynağı, elektrik ark kaynağı ve alüminotermit ray kaynağıdır. Uzun kaynaklı rayların uzunluğu hat kesimine bağlı olup makas noktalarına ya da hat başı ve sonuna kadar sürekli olabilmektedir. Uzun kaynaklı raylarda, termal kuvvet ve direnim kuvvetlerinin toplamının sıfır olduğu uzunluk genleşmeyen kısım olarak dikkate alınır. Bu tez çalışmasında, contalı ve uzun kaynaklı rayların sonlu elemanlar yöntemiyle analizi yapılmıştır. Contalı raylarda; termal kuvvetler altındaki raylarda meydana gelen uzamalar ve gerilmeler hesaplanmıştır. Demiryolu üstyapı ve raylara etki eden termal kuvvet modeli oluşturulduktan sonra rayların termal yükler altındaki davranışı incelenmiştir.