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고속철도차량 갱웨이 통로연결막의 최적설계
Optimal Design of Gangway Connections for the High Speed Railway Vehicle 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.15 no.7, 2014년, pp.4087 - 4092  

김철수 (한국교통대학교 철도차량시스템공학과)

초록
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관절형 고속철도차량 갱웨이 통로연결막은 객차 끝단부 사이에 다양한 회전각 변위하에 통로의 기밀을 유지하는 이중 주름구조 고무부품이다. 비선형구조해석결과로부터 본 부품의 심각한 작용하중조건 중의 하나는 차량기지내 작은 곡선반경의 인입선 통과시 발생하는 혼합모드(롤링+요잉)회전 각변위조건이다. 본 연구에서는 고속철도차량 통로연결막의 안전성 향상 연구일환으로서, 통로연결막의 단면형상에 대하여 SIMP 기법을 이용하여 최적설계를 수행하였다. 비선형 구조해석결과로부터 본 최적설계안의 최대 주변형률은 혼합모드 및 롤링모드하에서 기존모델보다 각각 68% 및 39% 감소함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The gangway connection of the articulated high speed railway vehicles (HSRV) is a double wrinkled rubber component to seal the air of the corridor under a range of angular deviations between the carriage end parts. From the results of non-linear structural analysis, one of the severe loading conditi...

주제어

#Finite Element Analysis   #Gangway connection   #High-Speed Railway Vehicle   #Topology Optimization Method  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 고무 소재의 초탄성거동을 고려한 비선형 유한요소해석시 해의 정확도를 높이기 위하여 본 연구에서는 등2축인장시험을 수행하였다. 해석 입력자료로 사용되는 기계적 특성은 Fig.
  • 본 연구에서는 관절형 고속철도차량[6] 통로연결막의 안전성 향상 연구일환으로서, 비선형 위상 최적설계 프로그램인 ATOM(Abaqus Topology Optimization Module)을 이용하여 본 부품의 단면형상에 대한 최적설계(안)을 제안하고자 한다. 또한 주요 하중모드(롤링, 혼합조건(롤링+요잉))하에 기존모델과 개선안에 대한 비선형 구조해석(nonlinear structural analysis) 결과로부터 개선여부를 검토하고자 한다.
  • 본 연구에서는 관절식 고속철도차량 통로연결막의 안전성 향상 연구일환으로서, 본 고무부품의 단면형상에 대한 위상최적설계를 수행하였으며, 이로부터 얻어진 결론은 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 관절형 고속철도차량[6] 통로연결막의 안전성 향상 연구일환으로서, 비선형 위상 최적설계 프로그램인 ATOM(Abaqus Topology Optimization Module)을 이용하여 본 부품의 단면형상에 대한 최적설계(안)을 제안하고자 한다. 또한 주요 하중모드(롤링, 혼합조건(롤링+요잉))하에 기존모델과 개선안에 대한 비선형 구조해석(nonlinear structural analysis) 결과로부터 개선여부를 검토하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
통로연결막의 부품 파손은 어떤 문제를 일으키는가? 1과 같이 단면변형과 함께 주름사이에서 찢어지는 현상이 발생한다. 이러한 부품 파손은 실제 주행동안 승객의 이명 현상(예:고속/터널주행시 심각) 및 소음 증가로 인하여 승차감에 악영향을 미친다. 또한 네오플렌 재질의 고무부품인 통로연결막은 관절형 철도차량 조립조건을 감안하면 이의 파손에 따른 빈번한 유지보수 및 교체가 어려운 실정이다.
갱웨이 통로연결막이란 무엇인가? 관절형 고속철도차량(articulated high speed railway vehicle)의 갱웨이 통로연결막(gangway connection)은 객차 끝단부 사이에서 3축 회전각변위(롤링, 요잉 및 피칭)조건하에 연결통로의 공기 기밀을 유지하는 이중 주름구조 고무부품이다. 본 통로연결막은 갱웨이 프레임 상부 양쪽 코너부분에서 주행동안 Fig.
통로연결막의 파손방지 및 수명연장을 위해서는 무엇이 필요한가? 또한 네오플렌 재질의 고무부품인 통로연결막은 관절형 철도차량 조립조건을 감안하면 이의 파손에 따른 빈번한 유지보수 및 교체가 어려운 실정이다. 따라서 기존 통로연결막의 파손방지 및 수명연장을 위해서는 단면형상의 최적 설계연구가 필요하다.
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참고문헌 (11)

  1. 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. 

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  3. J. J. Kim and H.Y. Kim, "Optimum Shape Design of Engine Mounting Rubber Using a Parametric Approach", The Korean Society of Automotive Engineers, Vol. 2, No.2, pp.33-41, 1994. 

  4. J. H. Kim and S. T. Kim, "A Study on Shape Optimization for Seal Groove of Disc Caliper using Finite Element Method and Taguchi's Method", Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers, Vol. 15, No.1, 2006. 

  5. C. H. Park, H. J. Shim, D. H. Choi, J.K. Kim and S. M. Lee, "Shape Optimization Of Rubber Isolators in Automotive Cooling Modules For The Maximization Of Vibration Isolation And Fatigue Life", International Journal of Automotive Technology, Vol. 13, No. 1, pp. 61-75, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s12239-012-0006-7 

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  6. C. S. Kim and 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. 

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  9. Hyubdai-Rotem, "Gangway Bellows", KTX-II Internal Report, 2009. 

  10. Bendsoe, M. P., and O. Sigmund, "Material Interpolations in Topology Optimization," Archive of Applied Mechanics, vol. 69, pp. 635-654, 1999. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s004190050248 

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  11. O. Sigmund, "Deisgn of Multiphysics Actuators Using Topology Optimization tress Characteristics Using Tures", Copmput. Methods. Appl. Mech. Eng. vol.190, pp. 6577-6604, 2001. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0045-7825(01)00252-3 

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