초록
본 연구에서는 현재 운행 중인 도시철도차량의 전동차 출입문에 규칙적 다공질 금속, 즉, 트러스 요소로 이루어진 피라미드 트러스 코어를 적용 가능한가에 대해 구조 강성 측면에서 검토하였다. 전동차 출입문은 내외피 사이 심재부에 허니콤과 보강재로 구성된 샌드위치 구조이며, 충분한 굽힘 강성과 내구성 등이 요구된다. 현재, 전동차 출입문의 기계적 성능은 한국철도표준규격(KRS)과 도시철도용품 품질규격에서 명시되고 있는데, 3점굽힘시험을 수행하여 중앙부의 처짐량을 측정하여 구조강성의 만족 여부를 판정하고 있다. 기존의 허니컴 코어를 채용한 출입문에 비해 피라미드 트러스 코어로 대체한 출입문의 구조강성 비교를 위하여 기존의 허니콤 코어와 동일한 무게의 두 종류의 피라미드 트러스 코어를 설계, 고려하였다. 이후 한국철도표준규격에 명시한 시험조건에 따라 유한요소해석을 실시하였다. 피라미드 트러스 코어를 적용한 전동차 출입문의 3점굽힘해석 결과 피라미드 트러스 심재 출입문은 기존의 허니콤 심재에 비해 약 2.5%의 처짐량이 더 발생하였지만, 규격에서 요구한 강성 조건을 충분히 만족시켰다. 따라서, 다기능성에 유리한 규칙적 다공질 금속인 피라미드 트러스 심재는 기존의 허니콤 기반의 출입문을 대체할 수 있을 것으로 판단된다.
A preliminary study was carried out to investigate the feasibility of replacing honeycomb cores with pyramidal truss cores in the doors of urban transit railway vehicles. The doors in current operation are sandwich structures comprising a honeycomb core and reinforcements between two facesheets. The structural requirements of doors for urban transit vehicle are specified in the KRS and KRT and standards, according to which the deflections from three-point bending tests must be limited. To this end, two types of pyramidal truss cores with equivalent mass to a honeycomb core were designed. The structural stiffness of doors with pyramidal truss cores and honeycomb cores were numerically calculated via finite element analysis. The three-point bending models were constructed and simulated, and then the calculated deflections were compared with the requirements specified in the regulations. The results show that doors with pyramidal truss cores satisfied the stiffness requirements, although their deflections were 2.5% larger than that of the honeycomb cores. Therefore, the pyramidal truss cores could replace the aluminum honeycomb cores, and their multi-functional capability could be exploited.