틸팅차량의 주행 안정화를 위한 동역학 해석
Dynamic analysis for running stability of the tilting train
초록/요약
틸팅철도차량은 곡선부 주행 시 차체를 곡선의 안쪽으로 기울이게 하는 기술로써 곡선부를 주행함으로써 발생하는 원심가속도의 횡방향 성분을 중력가속도의 횡방향 성분으로 감쇄시켜 결과적으로 승객이 느끼는 횡가속도를 저감시키는 기술이다. 차량에 이와 같은 틸팅 기술을 적용하면 승차감의 향상뿐만 아니라 곡선부 통과속도를 증가시킬 수 있게 됨으로써 운행시간이 단축되어진다. 따라서 틸팅차량의 가장 큰 특징인 틸팅 구동시에 차량의 안정성에 대해서 동적안정성을 확인하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 틸팅 차량의 틸팅 유/무 및 속도변화에 따른 동적 특성에 관하여 살펴 보기로 한다. 우선 틸팅 차량의 3차원 모델에 공기스프링 도입, 실측 레일 가진원 데이터를 적용 및 축하중 해석을 통해 모델의 신뢰성을 확보하였다. 또한 기존속도에서 틸팅 유/무에 따른 차량의 특성과 25% 향상된 속도에서의 틸팅 유/무에 따른 차량의 특성을 살펴 보았다. 이런 차량 특성들을 UIC 518을 안전기준을 통해 타당성을 검증하였다. 틸팅철도차량은 곡선부 주행 시 차체를 곡선의 안쪽으로 기울이게 하는 기술로써 곡선부를 주행함으로써 발생하는 원심가속도의 횡방향 성분을 중력가속도의 횡방향 성분으로 감쇄시켜 결과적으로 승객이 느끼는 횡가속도를 저감시키는 기술이다. 차량에 이와 같은 틸팅 기술을 적용하면 승차감의 향상뿐만 아니라 곡선부 통과속도를 증가시킬 수 있게 됨으로써 운행시간이 단축되어진다. 따라서 틸팅차량의 가장 큰 특징인 틸팅 구동시에 차량의 안정성에 대해서 동적안정성을 확인하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 틸팅 차량의 틸팅 유/무 및 속도변화에 따른 동적 특성에 관하여 살펴 보기로 한다. 우선 틸팅 차량의 3차원 모델에 공기스프링 도입, 실측 레일 가진원 데이터를 적용 및 축하중 해석을 통해 모델의 신뢰성을 확보하였다. 또한 기존속도에서 틸팅 유/무에 따른 차량의 특성과 25% 향상된 속도에서의 틸팅 유/무에 따른 차량의 특성을 살펴 보았다. 이런 차량 특성들을 UIC 518을 안전기준을 통해 타당성을 검증하였다.
more목차
제1장 서론 = 1
1.1 연구배경 및 필요성 = 1
1.2 연구내용 = 3
제2장 동역학 모델링 = 5
2.1 동역학 해석의 이론적 배경 = 5
2.1.1 구속 방정식 = 6
2.1.2 구속 기계계의 운동 방정식 = 9
2.2 철도 차량의 휠/레일 구름 접촉 이론 = 13
2.2.1 크립(Creep) = 13
2.2.2 크립 힘 = 16
2.2.3 휠/레일의 타원 접촉 = 16
2.2.4 휠/레일의 구름 접촉 문제 = 19
2.2.5 휠/레일의 구름 접촉 이론(Kalker’s linear Theory) = 23
2.3 철도차량의 동역학 모델링 = 26
2.3.1 틸팅 메커니즘 모델링 = 26
2.3.2 곡선 궤도 모델링 = 37
2.3.3 공기스프링 모델링 = 42
2.4 후처리(UIC 518) = 46
제3장 정적해석 = 51
3.1 축하중 해석(static analysis) = 51
3.2 액츄에이터 변위와 틸팅각 = 52
제4장 동역학 해석 = 54
4.1 주행해석 시나리오 = 54
4.2 CASE 1 [틸팅 없이 80km/h 시험속도 주행시] = 56
4.2.1 가속도 = 56
4.2.2 후처리 = 58
4.3 CASE 2 [틸팅 없이 기존속도 주행시] = 61
4.3.1 가속도 = 61
4.3.2 후처리 = 63
4.4 CASE 3 [틸팅을 포함하여 기존속도 주행시] = 66
4.4.1 가속도 = 66
4.4.2 후처리 = 68
4.5 CASE 4 [틸팅없이 향상속도 주행시] = 71
4.5.1 가속도 = 71
4.6 CASE 5 [틸팅을 포함하여 향상속도 주행시] = 73
4.6.1 가속도 = 73
4.6.2 후처리 = 75
제5장 결론 = 79
제6장 참고문헌 = 80
제7장 Abstract = 83
