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열차의 충돌사고는 승객 및 열차에 막대한 손실을 가져다 주기 때문에 승객 안전도 확보를 위한 연구가 끊임없이 진행되어오고 있으며 국내 충돌안전 규정에서도 이러한 충돌 안전설계를 의무적으로 하도록 하고 있다. 충돌 동역학 1차원 모델을 이용해 길이방향의 충격력 및 압괴량 등을 통하여 충돌에너지 흡수량을 예측할 수 있고 설계단계에서 변형구간과 강체구간을 구분하고 설정하여 전체거동을 예측할 수 있다. 또한 설계 후 평가단계에서 3차원 모델의 후방 차량은 상대적으로 충돌의 영향을 덜 받음을 감안하여 1차원 모델을 연결하여 사용할 수 있다. 본 연구에 사용된 차량은 한국형 고속전철이고 전체 차량 편성 20량 중에서 전방에 위치한 3량만을 3차원 유한요소로 ...

열차의 충돌사고는 승객 및 열차에 막대한 손실을 가져다 주기 때문에 승객 안전도 확보를 위한 연구가 끊임없이 진행되어오고 있으며 국내 충돌안전 규정에서도 이러한 충돌 안전설계를 의무적으로 하도록 하고 있다. 충돌 동역학 1차원 모델을 이용해 길이방향의 충격력 및 압괴량 등을 통하여 충돌에너지 흡수량을 예측할 수 있고 설계단계에서 변형구간과 강체구간을 구분하고 설정하여 전체거동을 예측할 수 있다. 또한 설계 후 평가단계에서 3차원 모델의 후방 차량은 상대적으로 충돌의 영향을 덜 받음을 감안하여 1차원 모델을 연결하여 사용할 수 있다. 본 연구에 사용된 차량은 한국형 고속전철이고 전체 차량 편성 20량 중에서 전방에 위치한 3량만을 3차원 유한요소로 모델링 하였다. 본 연구의 목적은 설계단계에서 사용하는 1차원 모델과 검증 및 평가 단계에서 사용하는 3차원 유한요소모델을 비교하여 모델간의 차이점을 최소로 하고 동일한 압괴 거동을 도출할 수 있는 1차원 모델링 방법을 개발하는데 있다. 3차원 모델을 이용해서 충돌해석을 할 경우 실제에 가까운 시뮬레이션을 할 수 있는 장점이 있으나 모델을 개발하는데 매우 많은 시간과 노력이 필요하다. 따라서 3차원 모델의 경우 최종 설계의 검증단계에서 더욱 적합하다. 1차원 모델의 경우에는 설계단계에서 전체열차의 1차원 충돌동역학 해석을 통하여 충돌의 결과를 평가하는 도구로 사용하고, 충돌안전설계를 위한 에너지 흡수 부품 및 구조의 압괴 특성 등을 수정하고 보완하는데 용이하다. 1차원 모델을 만드는데 있어서 가장 중요한 것은 각 구간별로 정확한 하중-변형량 특성곡선을 도출하는 절차이다. 특성 곡선을 도출하기 위한 방법으로는 전방의 3량의 차량에 각 구간의 경계면에 차체단면(cross-section plane - Ls-Dyna의 option card)을 설정하여 경계면에 작용하는 하중을 추출하였다. 여기서 도출되는 하중-변형량 곡선을 1차원 요소에 입력한 결과 3차원 모델과 매우 유사한 압괴 거동 특성이 나타났다. 또한 두 모델간의 평균가속도를 비교한 결과 차체단면을 사용한 경우에 두 모델 간의 평균가속도 값이 유사하였다. 최대 가속도 역시 기존의 방법보다 차체단면을 사용한 방법이 대체적으로 차이가 더 작게 발생하였다. 최대 가속도를 평가하기 위해서는 각 구간별로 적절한 주파수를 선정하여 필터링 해야 한다. 본 연구에서는 각 구간별 최대 충돌가속도를 평가하기 위하여 속도곡선 비교법을 통해 적절한 주파수를 선정하고 필터링하였다. 각 구간별로 각기 다른 주파수가 선정되었고 실제 거동과 유사한 3차원 모델의 결과에서 주파수를 선정하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper studied on a new 1-D crash dynamic model made out of the each sectional 3-D crush characteristics of KHST(Korean High Speed Train). We compared the analysis results of 1-D model with them of 3-D model on a same condition. By solving these two models of KHST, differences such as crush data...

This paper studied on a new 1-D crash dynamic model made out of the each sectional 3-D crush characteristics of KHST(Korean High Speed Train). We compared the analysis results of 1-D model with them of 3-D model on a same condition. By solving these two models of KHST, differences such as crush data, accelerations of passenger sections are exist. We need to eliminate the differences of the numerical results by using analysis results of sectional crush characteristics in coupled 3-D model. We consider the collision reference scenarios for KHST, and then get crush characteristic data from each section parts of its carbody using 3-D finite element analysis. The suggested 1-D model made out of the 3-D crush characteristics is simulated under the collision scenarios, and the simulation results were evaluated and discussed. In order to evaluate the acceleration of each sectional part, appropriate frequency was selected and filtered through the comparing method of velocity curve. Each segment was selected by the different filtering frequencies. Consequently, the acceleration of each section should be filtered by the filtering frequency selected appropriately.