초록 ▼

본 과제에서는 복합소재를 철도차량분야에 적용하기 위해 필요한 핵심요소기술을 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 본 연구에서는 복합소재의 철도분야적용시 안전성 확보 및 친환경성 향상 측면에서 반드시 확보되어야하는 아래와 같은 핵심요소기술을 개발하였다.
우선 복합소재 대차프레임을 적용하여 2차현가장치, 댐퍼, 제동장치, 축상 및 차축 제작 및 설치 하고, 대차프레임 주변장치 조립을 통한 무현가 복합소재 대차프레임 1set을 제작 하였다. 무현가 대차프레임 적용에 따른 철도차량의 시스템거동에 미치는 영향을 분석하고, 무현가 복합소재

본 과제에서는 복합소재를 철도차량분야에 적용하기 위해 필요한 핵심요소기술을 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 본 연구에서는 복합소재의 철도분야적용시 안전성 확보 및 친환경성 향상 측면에서 반드시 확보되어야하는 아래와 같은 핵심요소기술을 개발하였다.
우선 복합소재 대차프레임을 적용하여 2차현가장치, 댐퍼, 제동장치, 축상 및 차축 제작 및 설치 하고, 대차프레임 주변장치 조립을 통한 무현가 복합소재 대차프레임 1set을 제작 하였다. 무현가 대차프레임 적용에 따른 철도차량의 시스템거동에 미치는 영향을 분석하고, 무현가 복합소재 대차프레임 적용시 차량의 동적거동 분석을 통해 2차 현가장치, 댐퍼 등에 미치는 영향을 분석하였다. 이러한 연구를 통하여 향후 무현가 대차프레임 적용시 기존 2차 현가장치, 댐퍼 등의 특성치를 도출하였다. 또한 무현가 복합소재 대차프레임의 주행안정성 특성 평가를 통하여 다물체 동역학 해석에 기반한 차량 동력학 해석을 통한 유연대차프레임 적용시 곡선부 주행성능을 평가하고, 운행속도대역별 대차 프레임의 진동 특성을 평가하였다.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 목차 ... 5
• 표 목차 ... 10
• 그림목차 ... 12
• 제1장 연구개발의 필요성 ... 22
• 제1절 연구개발의 배경 ... 22
• 제2절 연구개발의 목적 및 중요성 ... 22
• 제3절 연구개발 목표 및 내용 ... 24
• 제2장 국내외 관련기술 및 산업 동향 ... 28
• 제1절 국내기술 및 산업동향 ... 28
• 제2절 국외기술 및 산업동향 ... 32
• 제 3 장 복합재 대차 프레임 ... 38
• 제1절 복합재 대차 상세 모델 제작 ... 38
• 1. 복합재 대차 상세 모델 제작 개요 ... 38
• 2. 복합재 대차 상세 설계 ... 39
• 1.3 복합재 대차용 주요 부품 수정 및 보완설계 ... 63
• 제2절 광주 복합소재 대차프레임의 구조해석 ... 74
• 가. 개요 ... 74
• 나. 복합소재 대차프레임 모델 해석 과정 ... 75
• 다. 복합소재 대차프레임의 해석 결과(continuum distributing option) ... 80
• 라. 복합소재 대차프레임의 피로내구성 평가 ... 83
• 마. 복합소재 대차프레임 볼트 체결부에서 응력해석 ... 86
• 바. 제동브라켓 용접부에서 응력해석 ... 92
• 3. 복합소재 대차프레임 형상별 특성분석 ... 97
• 가. 굽힘응력분포 ... 97
• 나. 강성변화 ... 99
• 4. 복합소재 대차프레임 최종모델 선정을 위한 설계 ... 101
• 가. 하중조건 ... 101
• 5. Shell모델과 solid모델 비교 ... 103
• 가. 하중조건 ... 103
• 6. 복합소재 대차프레임 고유치 해석 ... 106
• 가. 해석모델 ... 106
• 7. Submodeling기법을 적용한 볼트체결부 강도평가 ... 109
• 가. Submodeling기법 ... 109
• 제3절 복합소재 대차프레임의 볼트 체결부 내구성 향상을 위한 인서트 최적 설계 연구 ... 119
• 3.1 서론 ... 119
• 3.1.1 연구목적 ... 119
• 3.1.2 연구의 필요성 및 연구방법 ... 122
• 3.2 연구 개발 수행 내용 및 결과 ... 128
• 3.2.1 적층 복합재 볼트 체결부의 해석적 평가 ... 128
• 3.2.2 적층 복합재 볼트 체결부의 시험적 평가 ... 146
• 3.3 결 론 ... 157
• 제4절 복합 소재 대차의 동특성 해석 ... 158
• 4.1 연구 개발 과제의 개요 ... 158
• 4.1.1 연구 배경 및 목적 ... 158
• 4.1.2 연구개발 내용 및 범위 ... 158
• 4.2 연구개발 수행 및 결과 ... 160
• 4.2.1 ADAMS/Rail을 이용한 표준전동차 database 구축 ... 160
• 4.2.2 구조역학과 연계한 유연체 모델 구축 ... 180
• 4.2.3 유연체 동역학(Flexible Body Dynamics) 모델링 ... 193
• 4.2.4 ADAMS/rail을 이용한 광주 도시 철도 차량에 대한 동 특성 해석 ... 197
• 4.3 결 론 ... 208
• 제5절 복합소재 대차프레임 T-joint Part 강도평가 ... 209
• 5.1 연구 배경 및 필요성 ... 209
• 5.2 복합소재 대차프레임의 물성 ... 210
• 5.3 T-joint 제작 및 Test setup ... 211
• 5.3.1 T-joint 제작 ... 211
• 5.3.2 굽힘 하중 시험 설치 ... 214
• 5.4 Test result ... 216
• 5.4.1 Adhesive-only joint ... 216
• 5.4.2 Joint with the adhesive and skin ... 218
• 5.4.3 시험 및 해석 결과 비교 ... 219
• 5.5 결 론 ... 224
• 제6절 복합소재 대차프레임 시험시제 개념모델 제작 ... 225
• 6.1 오토클레이브 성형법을 이용한 복합소재 대차프레임용 사이드프레임 제작 ... 225
• 가. 오토클레이브 성형법 ... 225
• 나. 제작 순서 ... 226
• 다. 제작 과정 ... 233
• 2. 오토클레이브 성형기법을 이용한 복합소재 대차프레임 제작 ... 241
• 가. 제작 순서 ... 241
• 나. 제작 과정 ... 250
• 제7절 복합소재 대차프레임 시험 ... 279
• 1. 복합소재 대차프레임 정하중 시험 절차 ... 279
• 가. 적용범위 ... 279
• 나. 시험조건 ... 279
• 다. 시험 방식 ... 280
• 라. 평가 기준 ... 284
• 마. Strain gauge 위치 ... 286
• 2. 복합소재 대차프레임 정하중 시험 ... 289
• 가. Strain gauge 부착 ... 289
• 나. 시험체 설치 ... 290
• 다. 수직하중 ... 292
• 라. 비틀림하중 ... 293
• 마. 좌우하중 ... 294
• 바. 제동하중 ... 294
• 사. 전후하중 ... 295
• 3. 복합소재 대차프레임 정하중 시험결과 ... 297
• 가. 허용응력 ... 297
• 나. 피로내구선도 ... 297
• 4. 복합소재 대차 동적특성 시험 절차 ... 299
• 가. 개요 ... 299
• 나. 관련 근거 및 규격 ... 299
• 다. 시험체 구성 및 사양 ... 299
• 라. 대차동특성시험장비 ... 300
• 마. 시험항목 및 시험조건 ... 302
• 바. 측정데이터 분석 및 평가 방법 ... 307
• 사. 시험결과 기록서 ... 308
• 아. 시험결과 ... 309
• 제8절 복합소재 대차프레임 및 제동장치 브라켓 최적설계 ... 310
• 8.1 복합소재 대차프레임 최적설계의 개요 ... 310
• 8.1.1 최적설계의 목적 ... 310
• 8.1.2 최적설계 내용 및 범위 ... 310
• 8.2 표준 전동차용 대차프레임 Skin부 최적 설계 ... 311
• 8.2.1 연구 배경 및 필요성 ... 311
• 8.2.2 복합소재 대차프레임의 피로강도 평가방법 ... 311
• 8.2.3 최적설계 문제 정의 ... 315
• 8.2.4 Initial shape ... 316
• 8.2.5 Size optimization ... 318
• 8.2.6 Shuffling optimization ... 319
• 8.2.7 결 론 ... 322
• 8.2.8 복합소재 대차프레임 스킨부 최적화과정 상세 설명 ... 323
• 8.3 제동장치 브라켓 위상최적화 ... 333
• 8.3.1 연구 배경 및 필요성 ... 333
• 8.3.2 위상 최적화 정의 ... 333
• 8.3.3 최적설계 문제 정의 ... 336
• 8.3.4 유한요소 모델링 ... 337
• 8.3.5 위상최적화 과정 ... 338
• 8.3.6 최적화 결과 ... 340
• 8.3.7 결 론 ... 343
• 8.3.8 위상최적화 방법 상세 설명 ... 344
• 부록 ... 351
• 참고문헌 ... 380
• 서지정보 ... 385