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[국내논문] 차세대 고속철도 차량용 알루미늄 압출재의 차음 설계
Sound-Insulation Design of Aluminum Extruded Panel in Next-Generation High-Speed Train 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.35 no.5, 2011년, pp.567 - 574  

김석현 (강원대학교 기계.메카트로닉스공학과) ,  서태건 (강원대학교 기계.메카트로닉스공학과) ,  김정태 (홍익대학교 기계시스템디자인공학과) ,  송달호 (우송대학교 철도차량 시스템학과)

초록
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알미늄 압출재는 고속열차의 경량화를 위하여 기존의 주름강판을 대체하여 널리 사용된다. 알미늄 압출재는 고속열차 적층재 가운데 가장 큰 차음 기여도를 보이나, 동일한 중량의 평판과 비교할 때, 국부공진 주파수 대역에서 투과손실이 크게 떨어진다. 이 연구에서는 차세대 400km/h급 고속철도 차량용 알미늄 압출재를 대상으로 차음 문제를 검토하고, 차음성능의 향상 방안을 제시한다. 코어 구조를 변경시켜 국부공진 대역을 높이고, 우레탄 폼을 코어에 충진시킬 때의 차음성능 향상효과를 실험적으로 확인한다. 최종적으로 제시된 방법이 바닥 적층재의 총 투과손실을 어느 정도 개선시키는가를 평가한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Aluminum extruded panels are widely used instead of corrugated steel panels for weight reduction in high-speed trains. Of the layers in the train body, it makes the largest contribution to the sound insulation. However, compared with that of a flat panel with the same weight, the TL of the aluminum ...

주제어

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문제 정의

  • 이러한 구조는 강성을 크게 높이나 동일한 중량의 평판 및 기존의 주름강판에 비해서 차음 성능이 매우 떨어진다. 그 원인은 국부 공진 모드가 발생하는 주파수 대역에서 국부 공진이 투과손실을 악화시키는 데에 기인한다. 이러한 현상은 반복되는 단면을 갖는 주름강판에서 먼저 발견되었다.
  • 결과적으로 중요 주파수 대역에서의 차음성능 악화가 예상된다. 실제로 KTX-sancheon이 300km/h로 주행할 때 측정한 실내 소음에서 500Hz 아래 주파수 대역의 파워가 매우 큰 것으로 보고되고 있으므로,(8) 이에 대한 대책으로. 국부 공진대역을 훨씬 위로 올리고, 적절한 댐핑 처리가 필요하다.
  • 이 연구에서는 현재 개발중인 최고 시속 400km/h의 차세대 고속 차량인 HEMU-400x에 사용되는 알미늄 압출재를 대상으로 차음성능 개선방안을 검토한다. 당초 이 압출재의 초기 모델은 현재 운행중인 KTX-sancheon 고속 철도차량의 압출재구조를 기반으로, 중량을 조금 낮추고 약간의 치수를 조정하여 설계되었다.
  • 그러나 유한요소해석 결과, 초기 모델의 경우, 코어 구조의 국부공진주파수 대역이 너무 낮아 사용 주파수 대역에서의 차음 성능에 불리할 것으로 예상되었다. 이에 본 연구에서는 국부 공진 주파수 대역을 높이도록 코어수를 늘리고, 우레탄폼을 코어에 충진시켜 중량대비 차음 성능을 개선시키는 방안을 제시하고 그 효과를 실험적으로 평가하였다. 이를 위하여, KTX- sancheon과 HEMU- 400x의 바닥재용 압출재 시편을 제작하였고, ASTM E2249-02에 따라 인텐시티 투과손실을 측정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
KTX는 언제 처음 개통되었는가? 2004년 4월 KTX의 개통 이후 국내의 고속 철도 산업은 비약적인 발전을 이루어 왔다. 2007년부터는 국토해양부의 ‘차세대 고속철도기술 개발 사업’이 최고 속도 400km/h급 동력분산형 고속철도시스템의 핵심기술 개발을 목표로 수행 중에 있다.
2007년 국토해양부의 "차세대 고속철도기술 개발 사업"의 목표는 무엇인가? 2004년 4월 KTX의 개통 이후 국내의 고속 철도 산업은 비약적인 발전을 이루어 왔다. 2007년부터는 국토해양부의 ‘차세대 고속철도기술 개발 사업’이 최고 속도 400km/h급 동력분산형 고속철도시스템의 핵심기술 개발을 목표로 수행 중에 있다. 철도차량의 고속화를 위해서는 경량화가 필수적인데, 고속철도 차량에는 알미늄 압출재를 주 요소로 하는 적층 구조를 사용함으로써, 종래의 강 구조물을 상당 부분 경량화 시키고 있다.
알미늄 압출재의 트러스 단위가 반복되는 단면 구조가 가지는 특징은 무엇인가? 1과 같이 트러스 단위가 반복되는 단면 구조를 갖는다. 이러한 구조는 강성을 크게 높이나 동일한 중량의 평판 및 기존의 주름강판에 비해서 차음 성능이 매우 떨어진다. 그 원인은 국부 공진 모드가 발생하는 주파수 대역에서 국부 공진이 투과손실을 악화시키는 데에 기인한다. 이러한 현상은 반복되는 단면을 갖는 주름강판에서 먼저 발견되었다.
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참고문헌 (11)

  1. Windle, R. M. and Lam, Y. W., 1993, "Prediction of the Sound Reduction of Profiled Metal Cladding," Inter-Noise'93, Vol. 2, pp. 999-1002. 

  2. Ng, C. F. and Zheng, H., 1998, "Sound Transmission through Double-leaf Corrugated Panel Construction," Applied Acoustics, Vol. 53(3), pp. 15-34. 

  3. Kim, S.H., Jang, H. and Kim, J., 2001, "Characteristics of Local Vibration Modes of the Aluminum Extruded Panels for Rail Road Vehicles," Journal of the Korean Society for Railway, Vol. 4(3), pp. 87-93. 

  4. Kim, S.H., et al., 2000, "Sound Transmission Loss of Aluminum Extruded Panels for Railway Vehicles," Transactions of KSNVE, Vol. 10(4), pp. 662-668. 

  5. Kim, S.H., Paek, I.S., Lee, H. and Kim, J.T., 2008, "Prediction Model of the Sound Transmission Loss of Honeycomb Panels for Railway Vehicles," Journal of the Korean Society for Railway, Vol. 11(5), pp. 465-470. 

  6. Xie, G., Thompson, D.J. and Jones, C.J.C., 2006, "A Modeling Approach for the Vibroacoustic behavior of Aluminum Extrusions Used in Railway vehicles," Journal of Sound and Vibration, Vol. 293, pp. 921-932. 

  7. Thomson, W.T. and Dahleh, M.D., "Theory of Vibration," 5thed., PrenticeHall. 

  8. Park, B., et al., 2010, "Sound Quality Evaluation for Transient Interior Noise of High Speed Train," Proceedings of the KSNVE Annual Autumn Conference. 

  9. ASTM E 2249 - 02 : 2003, American Standards for Testing and Materials; Standard Test Method for Laboratory Measurement of Airborne Transmission Loss of Building Partitions and Elements Using Sound Intensity, American Standard Association. 

  10. Beranek, L.L. and Ver, I.L., 1992, "Noise and Vibration Control Engineering," John Wiley and Sons, INC., pp. 281-291. 

  11. Kim, S.H., Seo, T.G. and Kim, J.T., 2010, "Improvement Effect of the Sound Insulation Performance of the Corrugated Steel Panel by Sound Absorbing and Damping Materials," Journal of the Korean Society for Railway, Vol. 13(5), pp. 476-480. 

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