초록 ▼

본 연구에서는 철도 궤도의 진동소음 발생특성을 이용한 구조건전도 모니터링 알고리즘 및 실제 관측시스템을 제안하였으며 상세 연구 내용은 다음과 같다.
구조 건전도 모니터링에 활용하기 위한 철도 궤도의 진동 특성 해석을 위한 이론모델과 정량적인 궤도 지지단 동특성 측정 방법을 제안하여 실제 다양한 궤도 시스템에 적용 후 구조건전도 시스템을 구축을 위한 결함 파악 알고리즘을 제안하였다. 구조건전도 진단 시스템 구축을 위해서 철도 궤도 구조의 진동특성 분석을 위해 이론적으로 모델링하고 파동전파특성을 파악하였다. 이를 통해 열차운행에

본 연구에서는 철도 궤도의 진동소음 발생특성을 이용한 구조건전도 모니터링 알고리즘 및 실제 관측시스템을 제안하였으며 상세 연구 내용은 다음과 같다.
구조 건전도 모니터링에 활용하기 위한 철도 궤도의 진동 특성 해석을 위한 이론모델과 정량적인 궤도 지지단 동특성 측정 방법을 제안하여 실제 다양한 궤도 시스템에 적용 후 구조건전도 시스템을 구축을 위한 결함 파악 알고리즘을 제안하였다. 구조건전도 진단 시스템 구축을 위해서 철도 궤도 구조의 진동특성 분석을 위해 이론적으로 모델링하고 파동전파특성을 파악하였다. 이를 통해 열차운행에 필요한 동역학적 지지강성의 실험적 측정방법을 제안하였다. 궤도 주기구조물을 연속지지 스프링으로 모델링하고 굽힘파 전파 특성을 이용한 간단한 실험으로 구조물의 동특성을 정확하게 측정할 수 있는 실험방법을 제시하였다. 실험모델을 확장하여 실제 매립형 궤도 구조물의 등가 지지강성을 측정 후 비교 분석하여 궤도의 구조 음향 특성을 정량화 하는데 활용하였다. 제안된 철도 궤도 모델에서 결함이 파동 전파 특성에 미치는 영향을 분석함으로써 결함 파악 알고리즘에 적용하였다. 레일 체결 장치의 결함에 따라 실제 측정된 진동특성 변화를 보 전달함수법을 이용해 예측한 결과와 비교 분석하여 궤도 구조물에서 결함의 유무와 위치를 파악하였다. 레일 체결 장치의 결함위치를 실험 모델에서 측정함으로써 제안된 결함 파악 방법의 우수성을 검증하였다.
철도 궤도에서 발생하는 소음 특성을 분석하기 위해서 열차 운행 중 레일에 작용하는 이동하중에 의한 레일 진동 및 소음 방사 특성을 예측할 수 있는 이론 모델을 제시하였다. 제안된 철도 궤도 지지단 동특성 측정 결과를 이용해 열차 차륜 이동 시 레일에 작용하는 이동하중에 의한 레일의 진동을 예측하고 지지단 동특성과 이동하중의 속도에 따른 진동과 방사 소음 특성 변화를 분석하였다. 이동하중에 의한 레일의 방사 소음 해석 모델은 콘크리트, 자갈 궤도 등 궤도의 종류와 조건을 고려한 진동 및 소음 예측이 가능하도록 구현하여 궤도 시스템에 따라 적용이 용이하도록 구성하였다.
결함 존재 시 구조물에서 발생하는 소음 특성을 음질인자를 통해 분석함으로써 소음을 이용해 결함을 파악하고 궤도의 진동과 소음을 저감할 수 있는 주기적인 구조물을 제안하였다. 궤도 구조물의 결함에 따른 진동 특성과 소음 방사 경향의 상관관계를 파악하기 위하여 보 모델을 이용해 결함의 크기에 따른 소음 특성 변화를 측정하고 결함 파악 인자를 분석하였다. 이러한 건전도 모니터링 방법에서 나아가 차륜 가진에 의한 레일의 진동과 소음 발생 저감을 위한 동흡진기를 이론적으로 모델링하고 레일 지지단과 동흡진기 특성에 따른 진동 감소 효과를 분석하였다.
본 과제에서 제안한 궤도의 진동과 소음 예측 모델 및 결함 파악 알고리즘은 간단한 측정과 엄밀해를 이용하기 때문에 계산시간이 짧은 장점이 있어서 실시간 구조물 건전도 모니터링에 적합하다. 또한 본 과제의 연구성과는 레일의 진동 및 소음 저감을 극대화하고 궤도 구조물의 안전성 향상 뿐만 아니라 건축물, 다리 등과 같은 대형 구조물의 유지 관리 자동화 시스템 기술 개발에 활용이 가능하다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목 차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 10
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 10
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 11
• Ⅲ. 연구성과 ... 12