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문제 정의
- 본 연구에서는 기초물성데이터가 존재하지 않는 KTX고속열차 구조물을 대상으로 가속수명시험 조건을 도출해 내기위한 S-N 선도 추정법을 제시하였다. 피로해석을 위한 입력하중인 고속열차의 하중이력은 실차실험을 통해 획득하였으며, rainflow counting 법으로 사이클 집계하였다.
- 93이다. 이 결과를 통해 가변하중인 KTX고속열차의 하중이력을 실험실에서 재현할 수 있도록 동등한 일정진폭하중인 등가하중(equivalent stress, Seq)으로 변환하고자 한다. 등가하중은 S-N 선도 추정 결과를 식 (5)에 대입하여 구할 수 있다.
- 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 연구에서는 다년간의 현장 운용으로 축적된 부품수명 데이터와 실차실험을 통하여 획득한 하중이력을 이용하여 KTX 구조물의 기초 물성 및 하중(S)-고장시 누적사이클수(N) 선도를 역으로 추정하고, 이를 통한 가속피로시험 조건을 도출하고자 한다.
가설 설정
- 7은 S-N 선도 추정을 위한 반복 계산과정을 나타낸다. S-N 선도를 추정하기 위해서는 우선 식 (4)와 같은 임의의 S-N 선도를 가정한다. 가정한 임의의 회귀식과 싸이클 카운팅을 통해 획득한 하중이력으로부터 각각의 하중에 따른 수명을 계산하고, 이때 누적손상율 D의 합이 1을 만족하는지 여부를 판단한다.
- 한국에서 다년간의 실제 운용경험을 통해 얻은 부품의 교체수명은 운행거리로 환산하여 60만 km로 알려져 있으며 이는 서울-부산을 1439회 운행한 것에 상당한다. 따라서 실차실험을 통해 획득한 Fig. 2와 같은 하중이력이 1439회 반복 되었을 때 부품의 수명이 끝난다고 가정한다. 또한 운행거리에 따른 부품의 누적손상율은 선형적이라 가정한다.
- 2와 같은 하중이력이 1439회 반복 되었을 때 부품의 수명이 끝난다고 가정한다. 또한 운행거리에 따른 부품의 누적손상율은 선형적이라 가정한다.
- (17) 비고속철로와 고속전용철로가 혼합된 한국의 하중이력 분포와 고속 전용철로로만 이루어진 프랑스의 하중이력분포(18)를 Table 1에 비교하여 나타낸다. 이 하중분포의 차이가 KTX 구조물의 수명곡선에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 하중-진폭 분포성분을 제외한, 나머지 조건(주파수성분, 사용 환경, 운행거리당 Damage 누적손상율 등)은 동일하다는 가정 하에 본 연구에서 제시한 추정법을 이용하여 S-N 선도를 구해 Fig. 9에 나타내었다. 기존선이 혼합된 KTX고속열차의 피로수명이 TGV고속열차보다 Fig.
- 일반적으로 재료의 피로시험결과를 통해 가속 수명시험에 적용하는 파괴시의 사이클 수는 10 3~ 10 7 싸이클 범위로 정하므로 본 연구에서 추정한 S-N 선도도 이 범위에서 가속시험이 가능하다고 가정한다. 본 실험에서 사용한 커넥팅로드 끝부분에 연결된 실드너클(sealed knuckle)부품은 열차운행중에 마모피로를 받게 되는데 이에 따라 현재 2년주기로 부품을 교체하고 있다.
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