초록 ▼

철도차량의 고속화 및 철도운송 효율화로 인한 견인력, 제동력 및 축중의 증가는 차륜/레일표면의 피로/마모 손상을 가중시키고 있으며, 이러한 구름접촉피로(rolling contact fatigue : RCF)에 의한 손상은 2000년 영국 Hatfield에서 발생한 탈선사고(원인 : 피로손상에 의한 레일절손)를 계기로 하여 매우 활발하게 연구되고 있다. RCF는 차량궤도 상호작용, 차륜/레일 접촉특성, 손상 발생 및 진전특성 등 매우 다양한 요소에 의해 영향을 받으므로 실제 현장에서 적용할 수 있는 실질적인 연구성과는 아직까지 도출되

철도차량의 고속화 및 철도운송 효율화로 인한 견인력, 제동력 및 축중의 증가는 차륜/레일표면의 피로/마모 손상을 가중시키고 있으며, 이러한 구름접촉피로(rolling contact fatigue : RCF)에 의한 손상은 2000년 영국 Hatfield에서 발생한 탈선사고(원인 : 피로손상에 의한 레일절손)를 계기로 하여 매우 활발하게 연구되고 있다. RCF는 차량궤도 상호작용, 차륜/레일 접촉특성, 손상 발생 및 진전특성 등 매우 다양한 요소에 의해 영향을 받으므로 실제 현장에서 적용할 수 있는 실질적인 연구성과는 아직까지 도출되지 않고 있는 실정이다.
본 연구에서는 철도차량 고속화 및 축중 증가에 따라 급속히 증가하는 차륜/레일의 구름접촉 손상으로 인한 주행 안전성 저하 및 유지보수비용의 증가, 승차감(소음, 진동) 저하 등의 문제를 예방 및 저감하기 위하여 구름접촉손상 발생원인 분석, 미소균열 탐상 및 유지보수기술에 대한 종합적인 기술을 개발하였다.
본 연구의 최종목표는 고속화, 축중 증가에 대비한 차륜/레일 구름접촉 손상저감 핵심기술을 개발하는 것으로 구름접촉 손상발생 및 진전메커니즘 이해를 통한 최적 유지보수기술 개발, 경제적 레일손상관리를 위한 육성용접 기술 개발, 경제적 차륜답면 손상관리를 위한 열피로 관리기술 개발 및 철도차량 브라켓 연결부 진단시스템 평가 및 레일 파상마모 측정 평가를 세부목표로 하고 이를 달성하기 위한 1차년도 연구를 수행하였다.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 보고서 요약서 ... 5
• 목차 ... 7
• 제 1 장 서론 ... 11
• 1.1 과제의 필요성 ... 11
• 1.2 과제 개요 ... 13
• 1.3 보고서의 구성 ... 15
• 제 2 장 접촉조건별 구름접촉 메커니즘 분석 ... 17
• 2.1 서론 ... 17
• 2.2 윤활조건에 따른 마모 및 피로손상 메커니즘 분석 ... 19
• 2.2.1 레일 재료의 파괴인성 및 균열진전 특성 평가 ... 19
• 2.2.2 윤활 및 싸이클에 따른 마모특성 평가 ... 39
• 2.2.3 윤활 및 슬립율에 따른 마모특성 평가 ... 53
• 2.2.4 하중에 따른 접촉피로손상 ... 66
• 2.3 실물시험기 구름접촉시험을 통한 손상특성 분석 ... 73
• 2.3.1 공격 각 변화에 따른 접촉특성 해석 ... 73
• 2.3.2 실물시험기 구름접촉시험 ... 90
• 2.4 참고문헌 ... 103
• 제 3 장 레일육성용접부 손상원인분석 및 평가모델 개발 ... 105
• 3.1 서론 ... 105
• 3.2 육성용접부 파손분석 ... 107
• 3.2.1 육안 및 마이크로 조직검사 ... 107
• 3.2.2 경도측정 ... 110
• 3.2.3 화학성분분석 ... 111
• 3.3 잔류응력 측정 ... 115
• 3.3.1 신품레일 잔류응력 ... 115
• 3.3.2 사용레일 잔류응력 ... 117
• 3.3.3 육성용접레일 잔류응력 ... 118
• 3.3.4 용접 깊이에 따른 레일 잔류응력3. ... 119
• 3.4 레일육성용접 해석모델 개발 ... 122
• 3.4.1 유한요소 해석 이론 ... 122
• 3.4.2 유한요소 해석모델 개발 ... 125
• 3.5 주요 용접변수에 대한 민감도 분석 ... 140
• 3.5.1 용접패스에 따른 잔류응력 결과 ... 140
• 3.5.2 예열과정에 따른 잔류응력 결과 ... 149
• 3.5.3 후열처리에 따른 잔류응력 결과 ... 155
• 3.6 결론 ... 162
• 3.7 참고문헌 ... 163
• 제 4 장 차륜열피로 균열발생/진전 시험 및 발생원인 분석 ... 165
• 4.1 차륜 열피로 균열 평가에 대한 연구동향 ... 165
• 4.2 비파괴검사법을 이용한 차륜 열피로사이클에 따른 균열발생 평가 ... 174
• 4.2.1 비파괴적 조직검사 방법과 답면 경도, 잔류응력 측정 ... 176
• 4.2.2 열손상 차륜에서의 금속학적 조직변화 ... 178
• 4.2.3 정상차륜과 열손상차륜의 경도, 잔류응력 비교평가 ... 185
• 4.2.4 잔류응력 측정과 해석결과와 비교 ... 188
• 4.2.5 요약 ... 196
• 4.3 참고문헌 ... 197
• 제 5 장 차량 브라켓연결부 진단시스템 평가 및 레일파상마모 측정평가 ... 199
• 5.1 적외선 와전류법 진단시스템을 이용한 브라켓부 결함 평가 ... 199
• 5.1.1 용접부 시편을 이용한 표면결함과 내부결함 검출 평가 ... 203
• 5.1.2 표면 결함에 대한 검출시험 ... 206
• 5.1.3 내부 결함에 대한 검출시험 ... 212
• 5.1.4 브라켓 용접부의 무전처리(도장피막)에 대한 검출능 평가 ... 213
• 5.1.5 실물 브라켓 연결부의 표면결함 평가 ... 217
• 5.1.6 요약 ... 222
• 5.2 레일두부 손상측정 시스템에 의한 파상마모 측정 및 관리방안 ... 223
• 5.2.1 레일두부 손상 측정 시스템 ... 223
• 5.2.2 레일 두부손상 측정시스템에 의한 현장 측정 평가 ... 268
• 5.2.3 레일 파상마모의 발생원인별 특징과 관리방안 ... 287
• 5.2.4 레일 파상마모 저감을 위한 효율적인 관리방안 제시 ... 291
• 5.2.5 요약 ... 296
• 5.3 참고문헌 ... 297
• 제 6 장 결론 ... 299
• 끝페이지 ... 301