휠-레일 다중 접촉 알고리즘 및 동특성 해석 모듈 개발에 관한 연구
A Study on Development of a Multi-contact Algorithm between the Wheel-Rail and a Module to Analyze the Dynamic Behavior of the Railway Vehicle
초록/요약
철도 차량의 고속화 개발 경향에 따라 주행 성능 및 안정성에 관한 관심이 높아지고 있다. 따라서 이에 대한 제작 및 실험 이전에 차량의 동역학적 기반의 해석 중요성이 주목받고 있다. 철도 차량 동적 특성은 기본적으로 휠-레일 간 접촉의 영향을 받는다. 이러한 휠-레일의 접촉은 형상과 주행 조건에 의해 정의될 수 있다. 이로부터 접촉을 기반으로 한 주행 중 휠셋의 동적 거동 및 침투량을 계산해 낼 수 있다. 이를 기반으로 크리피지와 반력 등의 동특성 분석을 위한 항목들을 산출해 낼 수 있을 것이다. 본 연구는 다물체 동역학 이론을 바탕으로 하여 트랙 상 휠-레일의 주행을 통해 동특성을 분석할 수 있는 해석 모듈 개발에 목표를 두고 있다. 접촉에 대한 기본적인 이론은 Hertz 의 접촉 이론 및 Kalker, Polach 의 크립 이론을 기반으로 하였다. 곡선 주행에 따른 휠-레일 간의 다중 접촉을 고려하며, 주행 시 발생할 수 있는 플랜지 영역의 접촉에 대한 동적 해석을 구현하였다. 다중 접촉을 고려함으로써 보다 현실적인 주행 조건에 대한 해석 구현이 가능하도록 하였다. 이 모든 일련의 과정은 구속식에 의한 연산이 아닌 반력 기반의 해석 연산으로 주행에 따른 동특성 해석을 진행한다. 이를 통해 실제 주행과 더욱 유사한 휠-레일의 동적 거동 현상들의 해석적 구현이 가능하였다.
more목차
제 1 장 연구 개요 1
제 1 절 연구 배경 1
제 2 절 연구 목표 4
제 2 장 휠-레일 모델 6
제 1 절 동역학 해석의 이론적 배경 6
제 1 항 구속 방정식 7
제 2 항 구속 기계계의 운동 방정식 9
제 2 절 휠-레일 모델링 13
제 1 항 휠-레일 좌표계 13
제 2항 휠-레일 형상 세부 정의 16
제 3 항 트랙 형상 세부 정의 19
제 3 장 휠-레일 접촉점 탐색 및 접촉력 연산 23
제 1 절 접촉점 탐색 알고리즘 23
제 2 절 침투량 연산 24
제 3 절 접촉점 탐색 26
제 4 절 다중접촉점 탐색 30
제 5 절 휠-레일 접촉력 연산 32
제 1 항 수직력 연산 32
제 2 항 크리피지 연산 36
제 3 항 크립력 연산 37
제 4 장 휠-레일 주행 특성 해석 44
제 1 절 휠-레일 주행 특성 해석 44
제 1 항 접촉접 탐색 및 정적 해석 44
제 2 항 곡선 트랙 생성 47
제 3 항 곡선 트랙 주행 해석 49
제 5 장 결 론 54
제 6 장 참고 문헌 55
