[논문]탈선열차와 구조물 간의 충돌해석 모델

배현웅; 고용석; 임남형

[국내논문] 탈선열차와 구조물 간의 충돌해석 모델
FE Model for Collision Analysis between Derailed Train and Structure 원문보기

전산 구조 공학 = Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea, v.29 no.1, 2016년, pp.40 - 45

배현웅 (충남대학교 철도연구소) , 고용석 (국토교통부 철도건설과) , 임남형 (충남대학교 토목공학과)

초록이 없습니다.

AI 본문요약
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문제 정의

본 기사에서는 탈선열차와 DCP와 같은 구조물 간의 3차원 충돌해석 모델을 소개하고자 한다.

가설 설정

116kJ로 거의 유사하게 나타났다. 충돌 후 열차의 운동에너지(Kinetic Energy)는 감소하게 되며 동시에 내부에너지(Internal Energy)는 증가하게 된다. 앞서 언급했듯이 본 열차 모델은 동력차 전두부의 흡수구조의 상세를 생략하였기 때문에 급격한 에너지 변화율을 보인다.

제안 방법

국내 탈선방호시설을 참고로 하여, 이미 탈선된 열차가 특정한 입사(충돌)각도와 속도를 가지고 벽체와 충돌할 때의 특성을 분석하였다. 탈선된 열차의 방호성능을 확보해야 하는 DCP는 파괴가 발생되지 않아야 하므로 벽체를 탄성 체로 고려하였으며, 벽체의 높이는 그림 8과 같이 차축중심에 접촉하는 조건과 차축전체에 접촉하는 조건 두 가지를 고려하였다.
본 기사에서는 열차가 탈선이 발생된 이후 탈선방지시설 (DCP)과 같은 구조물과 충돌할 때의 충돌해석 모델을 이용하여 탈선열차와 구조물 간의 충돌거동을 분석하였다. 추후 개발된 해석모델을 통해 열차의 실제 탈선거동을 최대한 모사하기 위해서는 후속 객차의 연결에 따른 영향, 레일상에서의 탈선 거동 모사에 따른 충돌거동의 상이함에 대해 분석할 필요가 있다.

이론/모형

3차원 열차의 해석모델링을 위해 동적거동 해석(Explicit)을 위한 비선형 유한요소해석 프로그램 LS-DYNA를 사용하 였다. 열차는 KTX(Korea Train eXpress)를 기준으로 하였다.
열차 모델의 시뮬레이션에 대한 수치적 검증을 위하여 철도 안전법에 의한 철도차량의 표준충돌사고 각본 1, 정면충돌사고 시나리오에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 이 시나리오는 정지 상태의 동일열차와 36km/h로 정면충돌하는 조건으로, 해석 시에는 에너지 등가성을 고려하여 강체벽에 18km/h로 충돌하는 조건을 적용하였다(그림 6).

성능/효과

이론적으로 운동에너지를 산정할 수 있으며(852.113kJ), 그림 7의 에너지 평형 시뮬레이션 결과에서 볼 수 있듯이 초기 운동에너지가 852.116kJ로 거의 유사하게 나타났다. 충돌 후 열차의 운동에너지(Kinetic Energy)는 감소하게 되며 동시에 내부에너지(Internal Energy)는 증가하게 된다.

후속연구

본 기사에서는 열차가 탈선이 발생된 이후 탈선방지시설 (DCP)과 같은 구조물과 충돌할 때의 충돌해석 모델을 이용하여 탈선열차와 구조물 간의 충돌거동을 분석하였다. 추후 개발된 해석모델을 통해 열차의 실제 탈선거동을 최대한 모사하기 위해서는 후속 객차의 연결에 따른 영향, 레일상에서의 탈선 거동 모사에 따른 충돌거동의 상이함에 대해 분석할 필요가 있다.
또한 지속적인 연구를 통해 탈선열차와 구조물과의 충돌 시뮬레이션 기법을 이용하여 다양한 시설조건(교량, 토공, 인접 교통 등)에 대한 탈선 안전성 및 방호성능 평가에 활용할 수있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	탈선열차에 대한 '방호' 개념은 무엇인가?	인명피해로 이어지는 열차사고는 대부분 탈선 또는 충돌에 의한 사고이며, 이에 대한 피해를 최소화하기 위한 대비로 방호시설을 설치하게 된다. 원천적으로 탈선이 발생되지 않도록 예방하는 것이 가장 이상적인 대비이나, 인적･자연적 재해 등 예기치 못한 사고에 대비하여 그 피해를 경감/최소화하기 위한 물리적 수단을 강구할 필요성이 있으며 이를 탈선열차에 대한 ‘방호’ 개념으로 볼 수 있다. 철도를 운영 중인 세계의 일부국가에서는 열차의 탈선 발생 후 피해 확대를 최소화하기 위한 대책으로 DCP(Derailment Containment Provisions)를 적용하고 있다.
	열차 탈선사고의 특징은 무엇인가?	열차 탈선사고는 그 발생빈도는 낮으나 피해 정도가 상당히 큰 재난사고이다. 그러나 최근 들어 전 세계적으로 선진철도기술 보유국인 유럽, 미국, 일본, 중국 그리고 국내에서 열차 탈선에 의한 사고가 종종 발생되었다.
	열차 탈선사고에 대한 피해를 최소화하기 위한 대비는 무엇인가?	인명피해로 이어지는 열차사고는 대부분 탈선 또는 충돌에 의한 사고이며, 이에 대한 피해를 최소화하기 위한 대비로 방호시설을 설치하게 된다. 원천적으로 탈선이 발생되지 않도록 예방하는 것이 가장 이상적인 대비이나, 인적･자연적 재해 등 예기치 못한 사고에 대비하여 그 피해를 경감/최소화하기 위한 물리적 수단을 강구할 필요성이 있으며 이를 탈선열차에 대한 ‘방호’ 개념으로 볼 수 있다.

참고문헌 (13)

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