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실물 휨 피로시험을 통한 철도레일의 휨 피로거동 분석
The Bending Fatigue Behavior Analysis of Rail by Bending Fatigue Test 원문보기

한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway, v.13 no.2 = no.57, 2010년, pp.201 - 207  

성덕룡 (대원대학 철도건설과) ,  박용걸 (서울산업대학교 철도전문대학원) ,  고동춘 (서울산업대학교 철도전문대학원) ,  이시용 (서울산업대학교 철도전문대학원) ,  민낙기 (서울산업대학교 철도전문대학원)

초록
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철도 레일의 누적통과톤수에 의한 교체주기기준은 레일의 휨 피로수명에 의해 결정된다. 레일의 휨 피로수명을 평가하기 위해서는 기본적으로 레일의 휨 피로거동(S-N선도)에 대한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 국내에서 사용되고 있는 50kg/m, 60kg/m 레일에 대하여 신품 및 사용 용접레일(모재부, 테르밋용접부, 가스압접부)로 구분하여 실물 휨 피로시험을 수행하였으며, 휨 피로시험결과를 바탕으로 파단유형 및 파단면 분석, 파괴 확률에 따른 휨 피로거동(S-N선도) 분석을 수행하였다. 이를 통해 레일종류별, 용접방법별, 신품 및 사용레일에 대한 S-N선도를 도출하였다. 이는 향후 누적통과톤수에 의한 레일 피로수명 평가를 위해 반드시 필요한 기초 자료로서 활용될 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The replacement criterion of rail by accumulated passing tonnage was estimated by the bending fatigue life of rail. In order to estimate the bending fatigue life, it is basically needed to analyze bending fatigue behavior on the rail. In this study, the bending fatigue test were performed for 50kg/m...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 50% 파괴확률 S-N선도식을 중심으로 하는 정규분포함수를 가정한 후 표준편차에 따른 확률분포를 고려하여 S-N선도식의 Y절편값을 산정함으로써 파괴확률에 따른 S-N선도식을 도출하고자 하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 국내외 레일 휨 피로시험방법을 조사하여 실제 철도궤도현장에서의 휨 거동에 가까운 레일 휨 피로시험용 지그(test-jig)를 제작하였으며, 신품 및 사용 용접레일에 대한 휨강도시험 및 실물 레일 휨 피로시험을 수행하여 국내에서 사용되고 있는 레일의 휨 피로거동에 대해 분석하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 국내 50kg/m, 60kg/m 레일의 휨 피로거동을 분석하고자 국내외 문헌조사를 통해 실제 철도궤도조건을 고려한 실물 레일 휨 피로시험용 지그를 제작하였으며, 신품 및 사용레일의 용접방법별 휨 피로시험을 수행하였다. 본 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 피로하중을 받은 레일의 파단면을 검토하여 휨 피로에 의한 초기 균열 발생위치를 파악하고자 하였다. Fig.
  • 이러한 실물 레일 휨 강도시험결과는 실물 레일 휨 피로시험 시 항복강도 이하에서 하중이 재하될 수 있도록 최대하중의 크기를 제공해주며, 본 연구에서는 실물 레일 휨 피로시험을 위한 최대하중을 700kN 이하로 제한하여 적용하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
레일의 피로수명 예측을 현실적으로 실제 상황과 같게 재현하여 하는 것이 불가능하기 때문에 진행하는 방식으로는 어떤 것이 있는가? 또한, 발생 응력범위가 피로한도 이하일 경우, 실제 하중을 실제 피로수명동안 시험하는 것은 오랜 시간과 많은 비용이 소요되므로 비경제적이다. 따라서 실제 레일에 단순 반복하중을 가하여 얻은 수명데이터(S-N선도)로부터 피로해석을 수행하여 수명을 예측하거나, 노치(Notch)시험편을 이용한 피로시험으로부터 얻은 데이터로 레일의 수명을 예측하는 것이 일반적이다. 하지만 노치 시험편 시험으로부터 피로수명을 예측하는 방법은 하중효과, 치수효과, 표면처리효과 등 여러 가지 사항을 고려하여야 하며, 이상화된 시험편을 이용하기 때문에 실제 피로수명과는 다르게 평가될 수 있다.
철도 레일의 누적통과톤수에 의한 교체주기기준은 무엇으로 결정되나? 철도 레일의 누적통과톤수에 의한 교체주기기준은 레일의 휨 피로수명에 의해 결정된다. 레일의 휨 피로수명을 평가하기 위해서는 기본적으로 레일의 휨 피로거동(S-N선도)에 대한 분석이 필요하다.
레일의 휨 피로수명을 평가하려면 어떤 분석을 해야 하는가? 철도 레일의 누적통과톤수에 의한 교체주기기준은 레일의 휨 피로수명에 의해 결정된다. 레일의 휨 피로수명을 평가하기 위해서는 기본적으로 레일의 휨 피로거동(S-N선도)에 대한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 국내에서 사용되고 있는 50kg/m, 60kg/m 레일에 대하여 신품 및 사용 용접레일(모재부, 테르밋용접부, 가스압접부)로 구분하여 실물 휨 피로시험을 수행하였으며, 휨 피로시험결과를 바탕으로 파단유형 및 파단면 분석, 파괴 확률에 따른 휨 피로거동(S-N선도) 분석을 수행하였다.
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참고문헌 (12)

  1. Y.-G. Park, S.-K. Suh, and J.-Y. Choi (2008) Logicality estimate for the periodic replacement criteria of CWR based on accumulated passing tonnage, The Journal of the Korean Society for Railway, 11(3), pp. 326-333. 

  2. H. Chen and M. Ishida (2006) Influence of rail surface roughness formed by rail grinding on rolling contact fatigue, QR of RTRI, 47(4), pp. 216-221. 

  3. T. Deshimaru and H. Kataoka (2006) Estimation of service life of aged continuous welded rail, QR of RTRI, 47(4), pp. 211- 215. 

  4. F. V. Lawrence, Y-R. Chen, and J. P. Cyre (2004) Reliability of improved thermite field welds, IDEA Project HSR-41 Final Report, Transportation Research Board, National Research Council, pp. 10-11. 

  5. 한국철도기술연구원 (1998) 레일용접부 특성에 관한 연구, 철도청, pp. 219-230. 

  6. 서울산업대학교 철도전문대학원 뉴레일연구소 (2006) 노후레일 교체주기 산정을 위한 연구, 서울메트로, pp. 88-94. 

  7. 김창주 (2003) 재료시험, 학문사, pp. 300-311. 

  8. S.-H. Na and S.-c. Yang (2008) A study on the characteristics of thermit welded rail, 01' Autumn Conference of the Society for Railway, pp. 512-518. 

  9. M. Ishida and N. Abe (1990) Relationship between rail surface irregularity and bending fatigue of welded part in long rails, RTRI Report, 4(7), pp. 8-15. 

  10. Y.-G. Park, Y.-S. Kang, D.-C. Go, and D.-Y. Sung (2009) The parametric study effecting on the fatigue life of rail on high speed railway, The Journal of the Korean Society for Railway, 12(3), pp. 396-404. 

  11. Y.-G. Park, D.-Y. Sung, H.-K. Park, and S.-Y. Kong (2008) Bending fatigue life assessment of aged CWR using the field test, The Journal of the Korean Society for Railway, 11(3), pp. 317-325. 

  12. 서울산업대학교 철도전문대학원 뉴레일연구소 (2009) 고 속선 선로구축물 성능향상 및 유지보수기술개발, 차세대고 속철도기술개발사업 1단계(1, 2차년도) 보고서, pp. 136-141. 

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