열차의 주행안정성 및 탈선방지를 위해 레일 피로파단에 대한 신뢰성 확보는 엄격히 요구되고 있다. 이러한 레일의 갑작스런 피로파단을 예방하고 주행안전에 대한 신뢰성을 확보하기 위해 각국에서는 누적통과톤수에 의한 레일교체주기를 설정하고 있으며, 레일교체기준에 의한 레일교체비용은 전체 궤도유지보수비용의 50%이상을 차지하고 있어 레일 피로수명에 대한 보다 정확한 분석 및 예측이 필요한 실정이다. 특히, 고속화, 고밀화 철도운영, 콘크리트궤도의 사용 등 새로운 철도환경의 적용과 레일표면요철의 발생 및 진전, ...
열차의 주행안정성 및 탈선방지를 위해 레일 피로파단에 대한 신뢰성 확보는 엄격히 요구되고 있다. 이러한 레일의 갑작스런 피로파단을 예방하고 주행안전에 대한 신뢰성을 확보하기 위해 각국에서는 누적통과톤수에 의한 레일교체주기를 설정하고 있으며, 레일교체기준에 의한 레일교체비용은 전체 궤도유지보수비용의 50%이상을 차지하고 있어 레일 피로수명에 대한 보다 정확한 분석 및 예측이 필요한 실정이다. 특히, 고속화, 고밀화 철도운영, 콘크리트궤도의 사용 등 새로운 철도환경의 적용과 레일표면요철의 발생 및 진전, 궤도지지강성의 변화, 자갈궤도에서의 뜬 침목 발생 등 궤도재료 열화에 따른 레일 피로수명 예측을 통해 주행안전성을 확보할 필요가 있다. 본 연구에서는 국내․외 문헌조사를 통한 레일 피로손상 유형 및 메커니즘을 조사하고, 레일 피로수명 예측을 위한 피로해석이론을 검토하였다. 또한, 실제 현장시험에서 구현할 수 없는 다양한 매개변수들에 대한 영향을 검토하기 위해 차량/궤도 상호작용해석을 수행하였고, 국내 고속철도 레일용접부에 대한 실물 휨 피로시험과 현장시험을 수행하였다. 본 연구를 통해 도출된 결론은 다음과 같다. 1) 차량/궤도 상호작용해석을 통해 열차속도, 레일표면요철, 궤도지지강성, 뜬 침목량 및 뜬 침목 개수 등 차량 및 궤도조건에 따른 레일 휨응력 예측식을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 레일 휨응력 예측식은 국내 KTX 고속열차에 대한 다양한 궤도조건에서의 레일 휨응력을 예측할 수 있기 때문에 향후 궤도설계 시 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 2) 국내 고속철도에서 일반적으로 사용되고 있는 UIC60 테르밋용접레일과 플래쉬 버트 용접레일에 대한 실내 피로시험을 통해 파괴확률(50, 1, 0.1, 0.01%)에 따른 레일용접부 S-N선도를 제시하였다. 본 연구에서 제시한 UIC60 레일용접부 S-N선도는 다양한 차량 및 궤도조건에서의 레일 피로수명을 평가할 수 있으며, 레일용접부 특성 분석자료로 활용되어질 수 있을 것이다. 3) 차량 및 궤도조건에 따른 레일 피로수명 예측을 통해 열차속도 및 레일표면요철량 증가는 레일의 피로수명을 감소(열차속도 100km/h 증속 시 레일피로수명은 자갈궤도의 경우 약 9%, 콘크리트궤도의 경우 약 4% 감소)시키는 것으로 분석되었고, 궤도지지강성의 감소는 레일의 피로수명을 감소시키며, 일정 크기 이상의 궤도지지강성에서 점차 수렴하는 것으로 분석되었다. 또한, 자갈궤도에서 주로 발생하는 뜬 침목의 경우, 일정 크기의 뜬 침목량 및 개수에서 점차 수렴하였으며, 뜬 침목 발생 시 레일의 피로수명이 크게 감소(최대 약 67%)하는 것으로 분석되었다. 따라서 자갈궤도의 경우 레일표면요철 및 뜬 침목이 레일 피로수명에 가장 큰 영향을 미치며, 콘크리트궤도의 경우에는 레일표면요철 및 패드지지강성이 레일 피로수명에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 즉, 레일 피로수명 향상을 위해서는 뜬 침목 및 레일표면요철에 대한 관리가 매우 중요한 것으로 나타났다. 4) 다양한 차량 및 궤도조건을 고려한 레일 피로수명 예측은 레일용접부 S-N선도의 파괴확률로 고려할 수 있으며, 파괴확률 0.1% 적용 시 초기 레일표면요철, KTX 열차속도 400km/h, 뜬 침목 발생 및 궤도지지강성의 변화 등을 고려한 안전측의 레일 피로수명 예측이 가능한 것으로 분석되었다. 따라서 국내 고속철도 레일의 피로수명 예측을 위해 레일용접부 S-N선도의 파괴확률을 0.1%로 적용하는 것이 적절할 것으로 판단된다.
열차의 주행안정성 및 탈선방지를 위해 레일 피로파단에 대한 신뢰성 확보는 엄격히 요구되고 있다. 이러한 레일의 갑작스런 피로파단을 예방하고 주행안전에 대한 신뢰성을 확보하기 위해 각국에서는 누적통과톤수에 의한 레일교체주기를 설정하고 있으며, 레일교체기준에 의한 레일교체비용은 전체 궤도유지보수비용의 50%이상을 차지하고 있어 레일 피로수명에 대한 보다 정확한 분석 및 예측이 필요한 실정이다. 특히, 고속화, 고밀화 철도운영, 콘크리트궤도의 사용 등 새로운 철도환경의 적용과 레일표면요철의 발생 및 진전, 궤도지지강성의 변화, 자갈궤도에서의 뜬 침목 발생 등 궤도재료 열화에 따른 레일 피로수명 예측을 통해 주행안전성을 확보할 필요가 있다. 본 연구에서는 국내․외 문헌조사를 통한 레일 피로손상 유형 및 메커니즘을 조사하고, 레일 피로수명 예측을 위한 피로해석이론을 검토하였다. 또한, 실제 현장시험에서 구현할 수 없는 다양한 매개변수들에 대한 영향을 검토하기 위해 차량/궤도 상호작용해석을 수행하였고, 국내 고속철도 레일용접부에 대한 실물 휨 피로시험과 현장시험을 수행하였다. 본 연구를 통해 도출된 결론은 다음과 같다. 1) 차량/궤도 상호작용해석을 통해 열차속도, 레일표면요철, 궤도지지강성, 뜬 침목량 및 뜬 침목 개수 등 차량 및 궤도조건에 따른 레일 휨응력 예측식을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 레일 휨응력 예측식은 국내 KTX 고속열차에 대한 다양한 궤도조건에서의 레일 휨응력을 예측할 수 있기 때문에 향후 궤도설계 시 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 2) 국내 고속철도에서 일반적으로 사용되고 있는 UIC60 테르밋용접레일과 플래쉬 버트 용접레일에 대한 실내 피로시험을 통해 파괴확률(50, 1, 0.1, 0.01%)에 따른 레일용접부 S-N선도를 제시하였다. 본 연구에서 제시한 UIC60 레일용접부 S-N선도는 다양한 차량 및 궤도조건에서의 레일 피로수명을 평가할 수 있으며, 레일용접부 특성 분석자료로 활용되어질 수 있을 것이다. 3) 차량 및 궤도조건에 따른 레일 피로수명 예측을 통해 열차속도 및 레일표면요철량 증가는 레일의 피로수명을 감소(열차속도 100km/h 증속 시 레일피로수명은 자갈궤도의 경우 약 9%, 콘크리트궤도의 경우 약 4% 감소)시키는 것으로 분석되었고, 궤도지지강성의 감소는 레일의 피로수명을 감소시키며, 일정 크기 이상의 궤도지지강성에서 점차 수렴하는 것으로 분석되었다. 또한, 자갈궤도에서 주로 발생하는 뜬 침목의 경우, 일정 크기의 뜬 침목량 및 개수에서 점차 수렴하였으며, 뜬 침목 발생 시 레일의 피로수명이 크게 감소(최대 약 67%)하는 것으로 분석되었다. 따라서 자갈궤도의 경우 레일표면요철 및 뜬 침목이 레일 피로수명에 가장 큰 영향을 미치며, 콘크리트궤도의 경우에는 레일표면요철 및 패드지지강성이 레일 피로수명에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 즉, 레일 피로수명 향상을 위해서는 뜬 침목 및 레일표면요철에 대한 관리가 매우 중요한 것으로 나타났다. 4) 다양한 차량 및 궤도조건을 고려한 레일 피로수명 예측은 레일용접부 S-N선도의 파괴확률로 고려할 수 있으며, 파괴확률 0.1% 적용 시 초기 레일표면요철, KTX 열차속도 400km/h, 뜬 침목 발생 및 궤도지지강성의 변화 등을 고려한 안전측의 레일 피로수명 예측이 가능한 것으로 분석되었다. 따라서 국내 고속철도 레일의 피로수명 예측을 위해 레일용접부 S-N선도의 파괴확률을 0.1%로 적용하는 것이 적절할 것으로 판단된다.
Rail maintenance involves enormous operational expenses and rails are replaced at periodic intervals. Rails are replaced at periodic intervals, so a lot of costs are incurred by its maintenance and management. Reliability analysis for rail failures in order to ensure comfortable riding and prevent d...
Rail maintenance involves enormous operational expenses and rails are replaced at periodic intervals. Rails are replaced at periodic intervals, so a lot of costs are incurred by its maintenance and management. Reliability analysis for rail failures in order to ensure comfortable riding and prevent derailment is necessary. Accurate analysis is necessary for the calculation of reasonable track maintenance costs, since the surface irregularity of rail causes large impact loads between wheel and rail and it reduces the fatigue life in welded joints having structural weakness. In this study, defection types and mechanism of rail failures were investigated and fatigue analysis theories were reviewed for the prediction of fatigue life of rail. Also, interactions between wheel and rail were investigated to review the effects in accordance with varying parameters which are impossible to realize in field test. Mock-up and on-site test for bending fatigue on the rail welds in the high speed railway were carried out. The conclusions of this study are as follows; 1) Prediction equations of bending stress of rail are suggested according to conditions of train and track such as train speed, surface irregularity of rail, track stiffness, gap and number of loose sleeper through the vehicle/track interaction analysis. Prediction equations suggested in this study could be utilized to design tracks since it could predict bending stress of rail in various track conditions for KTX. 2) S-N curves according to the probability of failure(50, 1, 0.1, 0.01%) are presented thorough laboratory fatigue tests regarding UIC 60 flash-but welding rail and thermit welding rail which are generally used in the domestic high speed railway. 3) It is analyzed that the increase of train speed and surface irregularity of rail result in the decrease of the fatigue life of rail. Also, the decrease of track stiffness and the generation of loose sleeper reduce fatigue life of rail. The more increase track stiffness and gap of loose sleeper will be expected, the more convergence fatigue life of rail will be developed. Especially, it is analyzed that fatigue life of rail can be reduced up to about 67% at most with loose sleeper. Therefore, for improvement of fatigue life of rail, the maintenance for the surface irregularity of rail and loose sleeper is very important. Because the surface irregularity of rail and loose sleeper have a large influence in fatigue life of rail on the ballast track and the surface irregularity of rail and stiffness of rail pad have a large influence in fatigue life of rail on the concrete track. 4) The prediction of fatigue life of rail in consideration of various train and track conditions can be assumed by the fracture probability of s-n curve. When applying 0.1% of fracture probability, the fatigue life of rail could be predicted considering the surface irregularity of rail, 400km/h of train speed, the decrease of track stiffness and the loose sleeper with 3mm gaps. Therefore, it is concluded that 0.1% of fracture probability of s-n curve is suitable for prediction of fatigue life of high speed railway in Korea.
Rail maintenance involves enormous operational expenses and rails are replaced at periodic intervals. Rails are replaced at periodic intervals, so a lot of costs are incurred by its maintenance and management. Reliability analysis for rail failures in order to ensure comfortable riding and prevent derailment is necessary. Accurate analysis is necessary for the calculation of reasonable track maintenance costs, since the surface irregularity of rail causes large impact loads between wheel and rail and it reduces the fatigue life in welded joints having structural weakness. In this study, defection types and mechanism of rail failures were investigated and fatigue analysis theories were reviewed for the prediction of fatigue life of rail. Also, interactions between wheel and rail were investigated to review the effects in accordance with varying parameters which are impossible to realize in field test. Mock-up and on-site test for bending fatigue on the rail welds in the high speed railway were carried out. The conclusions of this study are as follows; 1) Prediction equations of bending stress of rail are suggested according to conditions of train and track such as train speed, surface irregularity of rail, track stiffness, gap and number of loose sleeper through the vehicle/track interaction analysis. Prediction equations suggested in this study could be utilized to design tracks since it could predict bending stress of rail in various track conditions for KTX. 2) S-N curves according to the probability of failure(50, 1, 0.1, 0.01%) are presented thorough laboratory fatigue tests regarding UIC 60 flash-but welding rail and thermit welding rail which are generally used in the domestic high speed railway. 3) It is analyzed that the increase of train speed and surface irregularity of rail result in the decrease of the fatigue life of rail. Also, the decrease of track stiffness and the generation of loose sleeper reduce fatigue life of rail. The more increase track stiffness and gap of loose sleeper will be expected, the more convergence fatigue life of rail will be developed. Especially, it is analyzed that fatigue life of rail can be reduced up to about 67% at most with loose sleeper. Therefore, for improvement of fatigue life of rail, the maintenance for the surface irregularity of rail and loose sleeper is very important. Because the surface irregularity of rail and loose sleeper have a large influence in fatigue life of rail on the ballast track and the surface irregularity of rail and stiffness of rail pad have a large influence in fatigue life of rail on the concrete track. 4) The prediction of fatigue life of rail in consideration of various train and track conditions can be assumed by the fracture probability of s-n curve. When applying 0.1% of fracture probability, the fatigue life of rail could be predicted considering the surface irregularity of rail, 400km/h of train speed, the decrease of track stiffness and the loose sleeper with 3mm gaps. Therefore, it is concluded that 0.1% of fracture probability of s-n curve is suitable for prediction of fatigue life of high speed railway in Korea.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.