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문제 정의
- 본 연구에서는 기초물성데이터가 존재하지 않는 KTX 구조물을 대상으로 가속수명시험 조건을 도출해 내기위한 S-N 선도 추정법을 제시하였다. 피로해석을 위한 입력하중인 고속열차의 하중이력은 실차실험을 통해 획득하였으며, rainflow counting 법으로 사이클 집계하였다.
- 93이다. 이 결과를 통해 가변하중인 KTX의 하중이력을 실험실에서 재현할 수 있도록 동등한 일정진폭하중인 등가하중(equivalent stress, Seq)으로 변환하고자 한다. 등가하중은 S-N선도 추정 결과를 식(4)에 대입하여 구할 수 있다.
- 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 연구에서는 다년간의 현장 운용으로 축적된 부품수명 데이터와 실차실험을 통하여 획득한 하중이력을 이용하여 KTX 구조물의 기초 물성 및 하중(S)-고장시 누적사이클수(N) 선도를 역으로 추정하고, 이를 통한 가속내구시험 조건을 도출하고자 한다.
가설 설정
- 3은 S-N 선도 추정을 위한 반복 계산과정을 나타낸다. S-N 선도를 추정하기 위해서는 우선 식 (3)과 같은 임의의 S-N 선도를 가정한다. 가정한 임의의 회귀식과 싸이클 카운팅을 통해 획득한 하중이력으로부터 각각의 하중에 따른 수명을 계산하고, 이때 누적손상율 D의 합이 1을 만족하는지 여부를 판단한다.
- Goodman 선도을 사용하기 위해서는 인장강도 (Su)의 값을 알아야 하나 본 연구의 대상이 되는 구조물의 경우 기초물성데이터가 없기 때문에 인장강도 또한 추정해서 대입해야 한다. S-N 선도에서 싸이클 횟수 1회일때의 파괴하중이 정적 인장하중 이므로 식 (2)과 같이 S-N선도 회귀식에 싸이클수(N) 1을 대입하여 최대인장하중을 가정한다.
- 이를 통해 하중이력의 차이가 KTX의 피로해석에서 가장 민감한 변수임을 알 수 있다. 따라서 본 연구에서는 하중조건만을 가속인자로 고려했다.
- 다년간의 실제 운용경험을 통해 얻은 부품의 수명은 60만km이며 이는 서울-부산을 1439회 운행한 것과 동일하다. 따라서 실차실험을 통해 획득한 Fig. 2와 같은 하중이력이 1439회 반복 되었을 때 부품의 수명이 끝난다고 가정한다. 또한 운행거리에 따른 부품의 누적손상율은 선형적이라 가정한다.
- 2와 같은 하중이력이 1439회 반복 되었을 때 부품의 수명이 끝난다고 가정한다. 또한 운행거리에 따른 부품의 누적손상율은 선형적이라 가정한다.
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