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철도차량은 구조적 안전성 및 차체 경량화라는 2가지 접근방법이 중요하다. 이런점에서 구조최적설계는 철도차량에 적용하기 좋은 방법이다. 최근 많은 철도차량이 알루미늄 압출재로 이루어져 있다. 알루미늄 철도차량은 Unit과 Unit사이가 용접되어진 Sandwich panel로 이루어져 있다. Sandwich panel은 Web과 Rib로 구성된다. Sandwich panel의 Web과 Rib는 그 형상에 따라서 무게나 강성에 많은 영향을 받는다. 따라서 Web과 Rib의 형상은 알루미늄 철도차량에서 매우 중요한 요소라 할수 있다. 본 연구는 철도차량의 Sandwich panel을 설계할 수 있는 설계방법론을 제시한다. 제시한 설계방법론의 흐름은 크게 개념설계와 ...

철도차량은 구조적 안전성 및 차체 경량화라는 2가지 접근방법이 중요하다. 이런점에서 구조최적설계는 철도차량에 적용하기 좋은 방법이다. 최근 많은 철도차량이 알루미늄 압출재로 이루어져 있다. 알루미늄 철도차량은 Unit과 Unit사이가 용접되어진 Sandwich panel로 이루어져 있다. Sandwich panel은 Web과 Rib로 구성된다. Sandwich panel의 Web과 Rib는 그 형상에 따라서 무게나 강성에 많은 영향을 받는다. 따라서 Web과 Rib의 형상은 알루미늄 철도차량에서 매우 중요한 요소라 할수 있다. 본 연구는 철도차량의 Sandwich panel을 설계할 수 있는 설계방법론을 제시한다. 제시한 설계방법론의 흐름은 크게 개념설계와 직교배열표를 이용한 설계, 마지막으로 상세설계의 단계로 이뤄진다. 제안한 설계방법을 실제 객차에 적용하여 객차의 Rib형상 설계에 활용한다. 먼저 위상최적설계를 사용하여 철도차량의 Sandwich panel에서 재료의 보강이 필요한 부분에한 판단을 이끌어낸다. 위상최적설계 결과는 설계 초기안을 결정하는 매우 좋은 정보를 제공하여 Rib의 대략적인 위치를 알수 있기 때문이다. 직교배열표를 이용한 설계 단계에서는 설계대상물에 적용 가능한 2가지 전형적인 Rib형상(V-core, I-core)과 위상최적설계 결과를 반영한 2가지 Rib형상(TV-core, TI-core)으로 특성함수를 최소화하는 각 Unit별 Rib형상의 최적조합을 찾는다. 마지막으로 상세설계 단계에서는 직교배열표로 도출된 모델에 대하여 치수최적설계를 적용한다. 이 과정으로 제한조건으로 설정한 각 하중별 최대응력과 최대처짐량을 만족하는 Web과 Rib의 두께를 찾아내어 경량화를 기대한다. 모든 해석과 최적화 과정은 NASTRAN을 사용한다.

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