초록 ▼

○ 용접부의 기계적 거동 연구
- 열처리 전후 시편의 모재, 열영향부, 용접금속의 마이크로 경도 측정
- 첨단 계장화 압입시험에 의한 모재, 열영향부, 용접금속에 대해 열처리 전후의 응력-변형률 관계 규명
- 철도차량 구조물의 대표적 용접 이음이라 할 수 있는 이중 V-그루브 횡방향 맞대기 용접 시편, 이중 V-그루브 종방향 맞대기 용접 시편, 하중 지지 십자형 시편, 하중 비 지지 십자형 시편 그리고 실물크기의 박스 빔 용접 부재 제작 및 피로 시험
- 형상 측정기를 이용한 각 유형의 용접 시편에 대한 용접

○ 용접부의 기계적 거동 연구
- 열처리 전후 시편의 모재, 열영향부, 용접금속의 마이크로 경도 측정
- 첨단 계장화 압입시험에 의한 모재, 열영향부, 용접금속에 대해 열처리 전후의 응력-변형률 관계 규명
- 철도차량 구조물의 대표적 용접 이음이라 할 수 있는 이중 V-그루브 횡방향 맞대기 용접 시편, 이중 V-그루브 종방향 맞대기 용접 시편, 하중 지지 십자형 시편, 하중 비 지지 십자형 시편 그리고 실물크기의 박스 빔 용접 부재 제작 및 피로 시험
- 형상 측정기를 이용한 각 유형의 용접 시편에 대한 용접 비드 형상 측정 및 DB 구축
- 각 유형의 시편에 대해 열처리 전후 파손 확률별 S-N 곡선 작성 및 DB 구축, 파손 모드 규명
- 천공법, 절단법을 이용한 각 유형의 용접시편에 대한 잔류응력 측정
- 유한요소법에 의한 용접 온도, 잔류응력, 용접후열처리 공정 해석기법 정립 및 측정값과의 비교 분석
○ 차량 구조물의 취약부 평가 기술
- 하니콤 차체 취약부 해석 시 쉘 요소와 솔리드 요소의 비교 검토
- 하니콤 구조 알루미늄 전동차 차체 실물 모델 유한요소 해석 및 실험값과의 비교검토를 통한 취약부 평가기법 정립
- 전동차 대차 실물 모델 유한요소 해석 및 실험값과의 비교검토를 통한 취약부 평가기법 정립
- 피로 균열 진전 해석을 위한 유한요소 모델 개발 및 시뮬레이션
○ 구조물의 부식열화에 관한 연구
- 철도차량의 부식 원인 규명
- 대기부식, 산세처리, 피트 깊이 측정, 피로수명 평가, 부식평가 절찰 확립
- 전기화학 부식 시험에 의한 경시변화 특성 규명
- 부식의 속도론적 고찰
- 실제 운행 차량의 운향년수별 부식 두께 측정 및 DB 구축
○ 구조물의 수명평가 기술
- 화물열차, 전동차 실제 운행차량에서의 하중이력 측정 및 파형 분석
- 잔류응력, 노치, 후열처리를 고려한 용접부 수명 평가 독자 모델 개발
- 개발된 모델로 제작 시험한 각 시편에 대한 수명 평가 및 시험값, 기존 모델 결과와의 비교분석
- 구조물의 확률론적 수명평가 기법 정립

Abstract ▼

IV. Results
■ Mechanical behavior of weldments
- For a material SM 490 A the micro hardness in weld metal is higher than in parent material and heat affected zone by 20-40 Hv
- The measured residual stresses are in the order of yield stress The predicted residual stresses by finite element

IV. Results
■ Mechanical behavior of weldments
- For a material SM 490 A the micro hardness in weld metal is higher than in parent material and heat affected zone by 20-40 Hv
- The measured residual stresses are in the order of yield stress The predicted residual stresses by finite element analysis are in a good agreement with measured values
- The effect of holding time is estimated by the finite element analysis of post weld heat treatment; initial residual stress did not relax completely.
- The case that a large welded plate is cut to several pieces of small specimens is analyzed by finite element method; initial residual stress is redistributed around cutting lines but maximum stress changes little.
- The finite element analysis of residual stress -relaxation in weldments was carried out when an external loading is applied; initial tensile stress changes to compressive stress and vice verse, which depends on weld details.
- Fatigue tests on several welded specimens and components were conducted; S-N curves for 16 types of welded joints were obtained.
■ Evaluation of structural weak areas by finite element analysis
- A formula to predict stress concentration factors for butt welded joints was developed; it is in a good agreement with values with finite element analysis.
- Predicted structural weak areas and stress values by finite element analysis for a bogie frame and car body are in a good agreement with experimental values; the maximum order of error is below 10 %.
- A cohesive model for simulation of fatigue crack propagation was developed and the simulation of fatigue crack propagation agrees well with experimental trend qualitatively.
■ Corrosion of rolling stock structures
- Investigation on the actual condition of corrosion in rolling stock structures; measurement of corrosion thickness of rolling stock structures in interval of about 5 years.
- Atmospheric corrosion tests and fatigue tests on corrosion specimens were conducted; microscopic examination and measurement of pit depths due to corrosion were canied out
- Through electrochemical corrosion tests on specimens of SM 490 A and SS 400, polarization curves are obtained. SS 400 is more sensitive to corrosion.
■ Life estimation techniques
- Stress histories of structures of a freight train and subway electric car were measured on service lines and analyzed
- A fatigue life estimation model taking into account residual stress relaxation was developed and applied to estimate the fatigue life of welded specimens.
The developed model is superior to existing models
- Probabilistic estimation methods of structural integrity used in reliability engineering was introduced and applied to evaluate the failure probability of a bogie frame.
- Existing fatigue life estimation codes were examined and basic plans for a fatigue life estimation code for rolling stock structures were made.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 10
• CONTENTS ... 15
• 목차 ... 17
• 제 1 장 과제 개요 ... 19
• 제 1 절 연구 목적 ... 19
• 제 2 절 연구의 필요성 및 배경 ... 19
• 제 3 절 연구 내용 및 범위 ... 22
• 1. 용접부 기계적 거동 연구 ... 22
• 2. 차량 구조물 취약부 평가 기술 ... 22
• 3. 차량 구조물 부식 특성 연구 ... 23
• 4. 수명평가 기술 ... 23
• 5. 차량 구조물 수명 예측 시스템 개발 ... 23
• 제 2 장 국내외 기술 개발 현황 ... 24
• 제 1 절 용접부 기계적 거동 연구 ... 24
• 1. 현재의 기술 수준 또는 현황 ... 24
• 2. 본 연구개발 결과의 수준 ... 26
• 제 2 절 차량 구조물 취약부 평가 기술 ... 27
• 1. 현재의 기술 수준 또는 현황 ... 27
• 2. 본 연구개발 결과의 수준 ... 28
• 제 3 절 차량 구조물 부식 특성 연구 ... 30
• 1. 현재의 기술 수준 또는 현황 ... 30
• 2. 본 연구개발 결과의 수준 ... 31
• 제 4 절 수명평가 기술 ... 32
• 1. 현재의 기술 수준 또는 현황 ... 32
• 2. 본 연구개발 결과의 수준 ... 33
• 제 5 절 차량 구조물 수명 예측 시스템 개발 ... 35
• 1. 현재의 기술 수준 또는 현황 ... 35
• 2. 본 연구개발 결과의 수준 ... 36
• 제 3 장 연구 개발 수행 내용 및 결과 ... 37
• 제 1 절 용접부 기계적 거동 연구 ... 37
• 1. 용접부의 물성 평가 ... 37
• 2. 용접 잔류응력 측정 및 해석 ... 58
• 3. 용접 후열처리 해석 ... 74
• 4. 절단공정 해석 ... 79
• 5. 외력에 의한 잔류응력 이완 현상 모델링 ... 85
• 6. 시편의 피로시험 및 S-N 선도 ... 100
• 7. 부재의 피로시험 및 S-N 선도 ... 136
• 8. 용접 비드의 형상 측정 및 확률론적 특성 평가 ... 146
• 제 2 절 차량 구조물 취약부 평가 기술 ... 151
• 1. 맞대기 용접 취약부 해석 ... 151
• 2. 차체의 취약부 유한요소 해석 ... 162
• 3. 대차의 취약부 유한요소 해석 ... 178
• 4. 균열성장 모델 개발 ... 189
• 제 3 절 차량 구조물 부식 특성 연구 ... 202
• 1. 부식 현황 및 실태 조사 ... 202
• 2. 부식 발생 원인 규명 ... 205
• 3. 전기 화학적 부식 특성 ... 207
• 4. 부위별 경시변화 특성 ... 214
• 5. 속도론적 고찰 ... 239
• 제 4 절 수명평가 기술 ... 251
• 1. 운행차량 하중이력 측정 및 평가 ... 251
• 2. 결정론적 수명평가 기술 ... 273
• 3. 확률론적 수명평가 기술 ... 315
• 제 5 절 차량 구조물 수명 예측 시스템 개발 ... 333
• 1. 기존의 수명 평가 시스템 ... 333
• 2. 수명평가 시스템의 구성 ... 337
• 제 4 장 연구개발 목표 달성도 및 대외 기여도 ... 340
• 제 1 절 연구 개발 목표 달성도 ... 340
• 제 2 절 대외 기여도 ... 342
• 제 5 장 연구 개발 결과의 활용계획 ... 343
• 제 6 장 연구개발 과정에서 수집한 해외 과학 기술 정보 ... 345
• 제 7 장 참고문헌 ... 357
• 첨부2 ... 366
• 끝페이지 ... 407