Abstract
This study examined the problems of existing vehicles to propose alternatives to improve the crashworthiness of railway freight cars through collision acceleration analysis using a one-dimensional collision analysis method. A collision scenario of railway shunting and crash accidents was selected from the collision accident cases and international standards. A one-dimensional collision simulation using LS-DYNA was performed according to those scenarios. As a result, the acceleration level of the freight wagon was calculated to be under 2g and was predicted to meet the EN 12663 standard in the shunting situation. On the other hand, the result of crash simulation with an impact velocity between 10 and 15 km/h revealed the shock absorber capacity of the railway coupler to be insufficient in a crash situation, resulting in increased acceleration, and carbody deformation could be predicted. As a method of improving the crashworthiness, a deformation tube-type energy absorber was applied to the coupler system, and collision analysis was performed again with new energy absorption strategy. Overall, the simulation showed that the acceleration level was decreased by 12% of the conventional freight-car energy absorption system.
본 연구에서는 1차원 충돌해석 방법을 이용하여 기존 철도차량 화물차량의 충돌 가속도 분석을 통해 기존 차량의 문제점을 확인하고, 충돌 안전성 향상 대안을 제시하고자 한다. 화물 철도차량의 국내 충돌사고 사례 및 유럽 및 북미 규격 분석을 통해 입환충격 상황과 충돌사고 상황 시나리오를 선정하였다. 차량의 질량과 연결기의 하중-변위 특성을 고려하여 화차용 1차원 충돌해석 모델을 개발하였으며, 상용 유한요소 해석솔버인 LS-DYNA를 이용한 1차원 충돌 해석을 수행하였다. 해석 결과 충돌속도 10km/h 이내의 입환충격 상황에서 화차의 가속도 레벨은 EN 12663 규격에서 제시하는 2g 이하로 안정된 수준으로 예측되었지만, 충돌속도 15~30 km/h 사이의 충돌사고 상황에서는 연결기의 완충용량 부족으로 차체의 변형 및 가속도 레벨의 증가가 예측되어 차체 구조 및 적재 화물의 안전에 취약한 구조임을 확인하였다. 충돌안전성 향상 방안으로 화차에 재료의 소성변형을 이용한 비가역적 충돌에너지 흡수장치를 적용하여 동일 시나리오로 충돌해석을 수행하였고, 기존 차량 대비 최대 12% 수준으로 가속도 레벨이 감소된 것을 확인하였다.