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문제 정의
- 본 연구에서는 Carter, Kalker 등 기존 접촉 이론을 한국형 고속철도에 적용가능한지를 알아보기 위하여 실제 KTX 차륜 모델로 전산해석 한 뒤 이론해석 결과와 비교하였다. 또한 마찰의 크기에 따라 발생되는 미끄러짐과 점착현상을 고려하여 이론해석을 수행하였고, 마찰 및 토크를 고려한 차륜과 레일을 두 개 원통의 구름 접촉 현상으로 가정하고 평행 접촉을 하는 경우와 90o 틀어져 접촉하는 경우에 대하여 Hertz 이론을 바탕으로 전산해석을 수행하였으며, 실제 KTX 차륜과 레일사이의 접촉력을 전산해석하고, 크리프를 계산함으로써 기존 Carter, Kalker 등의 이론과 비교, 검증하였다.
- 본 연구에서는 철도차륜과 레일의 접촉 문제를 마찰과 토크가 작용하는 두 개 원통의 접촉문제로 해석하여 구름과 미끄러짐이 있는 크리프 현상을 설명하고, 실제 차륜과 레일 문제에 적용하기 위해 수직하중, 견인력, 마찰력을 동시에 고려하는 전산해석을 수행하여 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다.
- 차륜과 레일의 접촉을 해석하는 것은 크리프와 크리프력에 의해 차륜의 운동과 차륜에 가해지는 힘과 모멘트를 알고자 함이다. 크리프와 크리프힘은 철도차량의 동특성을 결정하는 주요 요소이다.
가설 설정
- Fig. 2(b)의 밑금친 부분은 쿨롱 이론에 의해 마찰계수가 일정하다고 가정하고 해석한 결과와 동적마찰계수까지 고려하여 해석한 경우의 접촉면에서의 전단력 분포 차이이다. 실제로 미끄러짐이 일어나는 순간 동적마찰계수가 적용되므로 Fig.
- - 철도 차륜과 레일 접촉은 토크에 의한 견인력이 최대 정지마찰력보다 작은 구간에서는 순수구름이 발생하나 최대 정지마찰력을 초과하는 구간부터 미끄러짐이 발생하고, 이때 정적 마찰계수보다 작은 동적 마찰계수가 작용하므로 견인력은 약간 줄어든다.
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