Abstract
The purpose of this study is to investigate the distribution patterns of displacement and acceleration fields in a nonlinear soil ground based on the interaction of high-speed train, wheel, rail, and ground. For this purpose, a high-speed train in motion was modeled as the actual wheel, and the vertical contact of wheel and rail and the lateral contact, caused by meandering motion, were simulated; this simulation was based on the moving mass analysis. The soil ground part was given the nonlinear behavior of the upper ground part by using the modified the Drucker-Prager model, and the changes in displacement and acceleration were compared with the behavior of the elastic and inelastic grounds. Using this analysis, the displacement and acceleration ranges close to the actual ground behavior were addressed. Additionally, the von-Mises stress and equivalent plastic strain at the ground were examined. Further, the equivalent plastic and total volumetric strains at each failure surface were examined. The variation in stresses, such as vertical stress, transverse pressure, and longitudinal restraint pressure of wheel-rail contact, with the time history was investigated using moving mass. In the case of nonlinear ground model, the displacement difference obtained based on the train travel is not large when compared to that of the elastic ground model, while the acceleration is caused to generate a large decrease.
본 논문에서는 고속열차-차륜-레일-지반부의 상호작용에 따른 지반부의 변위장과 가속도장의 분포양상을 연구하고자 하였다. 이를 위해 고속열차 주행을 실제 차륜으로 모형하여 차륜-레일간의 연직접촉과 사행동에 의한 횡접촉을 모사하고, 이동질량해석을 근간으로 하였다. 이 때 지반부는 Modified Drucker-Prager 모델을 이용하여 상면 지반부의 비선형 거동을 부여하고 이에 따른 변위, 가속도의 변화를 탄성지반의 거동과 비탄성지반의 거동을 상호 비교하였다. 이를 통해, 실제 지반거동과 가까운 변위와 가속도 범위를 예측하고자 하였다. 이 때 지반부의 von-Mises응력과 등가소성변형도를 검토하고, 각 파괴면에서의 등가소성변형도, 전체 체적변형도 등을 검토하였다. 이동질량을 이용한 차륜-레일 접촉부의 수직응력, 횡압, 종방향 구속압 등의 시간이력에 따른 응력변화도 검토하였다. 비선형 지반모델의 경우 탄성 지반모델에 비해 열차 주행에 따른 변위 차이는 크지 않는 반면에 가속도의 경우는 큰 감소를 발생시키는 것으로 나타났다.
