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NTIS 바로가기한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.14 no.8, 2013년, pp.3631 - 3637
강길현 ((주) 현대로템) , 김철수 (한국교통대학교 철도차량시스템공학과)
Gangway bellows in this study is the double wrinkled neoprene rubber component to accept various deviations between the carriage end parts of the articulated type high speed railway vehicle(HSRV). The fatigue failure of the bellows has a harmful effect on the riding comfort for the passengers with t...
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핵심어 | 질문 | 논문에서 추출한 답변 |
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철도차량에 고무부품이 사용되는 목적은 무엇인가? | 비선형 및 대변형 특성을 갖는 고무는 초탄성 재료(hyperelastic material)로 분류되며, 철도차량[1-3] 고무부품은 소음 및 진동을 억제하기 위하여 매우 다양하게 적용되고 있다. 이중에서 갱웨이 벨로우즈는 현재 운용중인 KTX-series와 같은 고속 철도차량 객차 사이 ‘통로연결막 '이다. | |
벨로우즈의 피로파손은 어떠한 문제를 발생시키는가? | 실제 운행중에 Fig. 1의 하단사진과 같은 벨로우즈의 피로파손은 터널 통과시 기밀 파손으로 인한 이명 현상 발생(예: 고속/터널주행시 심각) 및 소음 증가로 승객의 승차감에 심각한 영향을 미치므로 이에 대한 건전성 평가가 중요하다. | |
갱웨이 벨로우즈의 역할은 무엇인가? | 이 부품은 관절대차 형식 고속철도차량의 객차 끝단부 갱웨이 프레임사이에 위치하며, 고무의 초탄성에 의한 수축과 이완 특성을 이용한 주름형태의 2중 구조이다. 이 부품은 곡선 및 터널 주행시 차량한계 이내에서 3축 회전변위(롤링, 요잉, 피칭) 모드조건하에 공기 기밀성(air tightness) 유지와 소음을 차단하는 중요한 역할을 한다. 실제 운행중에 Fig. |
C. S. Kim, G. H. Kang, "Fatigue Analysis of Reduction Gears Unit in Rolling Stock Considering Operating Characteristics", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 12, No. 3, pp.1085-1090, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2011.12.3.1085
S. H. Ahn, K. W. Chung, S. H. Jang, C. S. Kim, "Durability Evaluation of the Korean Gauge-Adjustable Wheelset System", Journal of the Korea Academia- Industrial cooperation Society, Vol. 13, No. 12, pp.5669-5675, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2012.13.12.5669
M. H. Park and C. S. Kim, "Conceptual Design on Doorstep Equipments Used for Low and High Level Railway Platforms", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 13, No. 9, pp.3882-3888, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2012.13.9.3882
J. H. Kim, H. M. Hur, "A Study on the Change of the Fatigue Life and The Fracture Morphology Due to the Carbon Black on the Natural Rubber for Vibration-Proof", Journal of the Korean Society for Railway, Vol. 8, No. 1, pp.21-26, 2005.
국내외 고무부품에 관한 연구[4-7]는 성분배합 등의 경험적인 수법에 의존하거나 유한요소해석을 이용하여 단축 하중모드조건하에 변형거동을 예측하여 설계에 적용하고 있다.
예를 들어, 철도차량용 고무부품 기존연구는 재질 특성[4]과 단축 모드하에서 방진고무부품의 특성을 평가하였다[5].
C. S. Woo, H. S. Park, D. C. Park, "Characteristics and Useful Life Prediction of Rubber Spring for Railway Vehicle", Journal of the Korean Society for Railway, Vol. 10, No. 2, pp.211-216, 2007.
국내외 고무부품에 관한 연구[4-7]는 성분배합 등의 경험적인 수법에 의존하거나 유한요소해석을 이용하여 단축 하중모드조건하에 변형거동을 예측하여 설계에 적용하고 있다.
예를 들어, 철도차량용 고무부품 기존연구는 재질 특성[4]과 단축 모드하에서 방진고무부품의 특성을 평가하였다[5].
고무 재료의 초탄성 거동은 대변형 범위내에서 등방성이라는 가정하에네오-후크(Neo-Hookean), 무니-리브린(Mooney-Rivlin), 오그덴(Ogden), 말로우(Marlow) 모델 등 다양한 형식으로 표현되어 왔으며[7], 이중에서 범용적으로 고무 부품 해석에 사용되는 변형률에너지 함수는 식 (1)의 오그덴 모델과 식 (2)의 무니-리브린 모델이다[5,7,9,10].
3은 등2축 인장시험의 시험편 형상이다[5].
C. S. Woo, W. D. Kim, J. D. Kwon, "A Study on the Fatigue Life Prediction and Evaluation of Rubber Components for Automobile Vehicle" , Transactions of Korea Society of Automotive Engineers, Vo. 13. No. 6, pp.56-62, 2005.
국내외 고무부품에 관한 연구[4-7]는 성분배합 등의 경험적인 수법에 의존하거나 유한요소해석을 이용하여 단축 하중모드조건하에 변형거동을 예측하여 설계에 적용하고 있다.
본 벨로우즈의 기계적 거동은 고무의 초탄성 비선형 재료거동을 고려하여 최대 주응력보다 최대 주변형률 (maximum principal strain)로서 평가하였다[6,7,9,10].
W. V. Mars, A. Fatemi, "A literature survey on fatigue analysis approaches for rubber", International Journal of Fatigue, Vol. 24, pp.949-961, 2002. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0142-1123(02)00008-7
국내외 고무부품에 관한 연구[4-7]는 성분배합 등의 경험적인 수법에 의존하거나 유한요소해석을 이용하여 단축 하중모드조건하에 변형거동을 예측하여 설계에 적용하고 있다.
고무 재료의 초탄성 거동은 대변형 범위내에서 등방성이라는 가정하에네오-후크(Neo-Hookean), 무니-리브린(Mooney-Rivlin), 오그덴(Ogden), 말로우(Marlow) 모델 등 다양한 형식으로 표현되어 왔으며[7], 이중에서 범용적으로 고무 부품 해석에 사용되는 변형률에너지 함수는 식 (1)의 오그덴 모델과 식 (2)의 무니-리브린 모델이다[5,7,9,10].
본 벨로우즈의 기계적 거동은 고무의 초탄성 비선형 재료거동을 고려하여 최대 주응력보다 최대 주변형률 (maximum principal strain)로서 평가하였다[6,7,9,10].
Ministry of Government Legislation, Regulation of Railway Construction Criteria, Article 28 and 29, Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, 2009.
또한 현재까지 안전성 인증위한 관련 법규[8]에서도 본 벨로우즈는 이의 화재성능과 기본 재료특성을 평가하는 수준에 머물러 있다.
M. Mooney, "A Theory of Large Elastic Deformation", Journal of Applied. Physics. Vol. 11, pp.585-592, 1940. DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.1712836
고무 재료의 초탄성 거동은 대변형 범위내에서 등방성이라는 가정하에네오-후크(Neo-Hookean), 무니-리브린(Mooney-Rivlin), 오그덴(Ogden), 말로우(Marlow) 모델 등 다양한 형식으로 표현되어 왔으며[7], 이중에서 범용적으로 고무 부품 해석에 사용되는 변형률에너지 함수는 식 (1)의 오그덴 모델과 식 (2)의 무니-리브린 모델이다[5,7,9,10].
본 벨로우즈의 기계적 거동은 고무의 초탄성 비선형 재료거동을 고려하여 최대 주응력보다 최대 주변형률 (maximum principal strain)로서 평가하였다[6,7,9,10].
R. W. Ogden, Non-linear Elastic Deformation, Dover Published, INC., Mineola, New York. 1984.
고무 재료의 초탄성 거동은 대변형 범위내에서 등방성이라는 가정하에네오-후크(Neo-Hookean), 무니-리브린(Mooney-Rivlin), 오그덴(Ogden), 말로우(Marlow) 모델 등 다양한 형식으로 표현되어 왔으며[7], 이중에서 범용적으로 고무 부품 해석에 사용되는 변형률에너지 함수는 식 (1)의 오그덴 모델과 식 (2)의 무니-리브린 모델이다[5,7,9,10].
본 벨로우즈의 기계적 거동은 고무의 초탄성 비선형 재료거동을 고려하여 최대 주응력보다 최대 주변형률 (maximum principal strain)로서 평가하였다[6,7,9,10].
Hyubdai-Rotem, Gangway Bellows, KTX-II Internal Report, 2009.
제시된 조건은 정차상태 기준으로 최소곡선 R250, 캔트 조건, 레일 불규칙도 최대공차, 풍속 45 m/s, 차륜 마모조건 등을 고려하여 차량중심과 단부 형상의 차이로부터 각 모드의 회전변위를 계산한 값이다[11].
(※α , β , γ : a given value by means of production company[11]
Klyosov, A. A., Wood-Plastic Composites, John Wiley & Sons, Inc, hoboken, New Jersey in USA, pp.370-371, 2007
여기서 최대 주변형률값은 코너부 주름사이 7번 골위치에서 해석 결과이며, 마찰계수 범위는 고무접촉면 건마찰조건 하의 정지마찰계수 1.16에서 윤활조건 0.116까지이다[12].
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