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문제 정의
- 식 (2)로부터 고유치 해석을 수행하면 차량의 안정성을 평가할 수 있다. 고유치 해석에서 얻어진 고유치의 실수부 또는 모달댐핑값으로부터 시스템의 안정성을 평가할 수 있는 것이다. 식 (2)를 보면 상태 행렬이 차량의 속도에 의존하는 것을 볼 수 있다.
- 본 기고에서는 철도 차량 동특성 해석 기술에 대해 소개하고 다물체 동역학 기술이 어떻게 현장에서 활용되고 있는지를 예와 함께 살펴보았다. 향후 철도의 고속화와 안전에 대한 요구 증대 그리고 유지보수 비용의 절감이라 측면에서 차량과 인프라간의 인터페이스를 고려한 시스템적 접근법을 통한 문제 해결의 요구가 증대할 것임으로 이런 요구를 만족시킬 수 있는 동역학 해석 기술에 대한 요구는 증가하리라 생각된다.
- 또한 철도전문 연구기관에서 개발된 프로그램들로써 오랜 기간 실험을 통하여 발전되어 온 프로그램으로 BR에서 개발되어 상용화된 철도차량 해석 패키지인 VAMPIRE, 미국에서 화물열차 해석용으로 개발된 NUCARS 등이 알려져 있다. 본 기고에서는 철도차량 동특성 해석 기술에 대해 소개하고 다물체 동역학 기술이 어떻게 현장에서 활용되고 있는지를 예와 함께 살펴보고자 한다.
- 이 진동현상의 원인 규명과 방지를 위하여 다방면의 시험이 수행되었고 연구가 진행되었다. 이런 맥락에서 당시 KTX차량의 다량편성 모델링을 통하여 후미 진동을 해석적으로 재현하고, 2차 공기스프링 특성과 차륜답면구배가 후미진동에 미치는 영향에 대하여 해석적으로 연구하였다. KTX차량의 동특성 해석은 영국 AEA에서 개발한 철도차량 동력학 전용해석 프로그램인 VAMPIRE를 이용하여 수행되었다.
- 차량 동역학 해석 기술의 적용 사례로서 본장에서는 현재 성공적으로 운행되고 있는 KTX의 시험운행 중에 발생했던 차량 진동 현상의 규명에 차량동역학 해석 기술이 어떻게 사용되었는지를 보여주고자 한다. 당시 KTX는 2004 년 4월 개통을 목표로 최고속도 300Km/h의 시험운행 중에 있었다.
가설 설정
- Fig. 2에서와 같이 단면이 원형인 곡면의 경우 접촉 부위에 작용하는 수직 응력은 Hertz이론으로 접촉점을 중심으로 타원형으로 분포하는 것으로 가정하여 계산한다. 접촉영역 부위의 수직응력의 합은 하중과 같고 크립힘은 전단응력의 합으로 계산된다.
- 이 방법을 적용시 계산시간이 작으면서도 만족할 만한 해석 결과를 주고 있기 때문에 현재는 많은 철도차량 동역학 해석 프로그램들이 Kalker가 제안한 방법을 적용하고 있다. Kalker 는 오염이 없는 금속대 금속 접촉으로 가정하여 마찰계수를 Q6으로 하여 특성을 유도하였다. 그러나 실제 특성은 환경 조건에 따라 이보다 작은 마찰계수를 가져 보통 0.
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