Abstract
The purpose of this study is to evaluate the structural risk and weakness of a railway tank car through nonlinear collision analysis according to overseas collision safety standards. The goal is to propose a crash safety design guideline for railway tank cars for transporting dangerous goods in Korea. We analyzed the buffer impact test procedure of railway freight cars prescribed in EN 12663-2 and the tank puncture test criteria prescribed in 49CFR179. A nonlinear finite element model according to each standard was modeled using LS-DYNA, a commercial finite element analysis solver. As a result of the buffing impact test simulation, it was predicted that plastic deformation would not occur at a collision speed of 6 km/h or less. However, plastic deformation was detected at the rear of the center sill and at the tank center supporting the structure at a collision speed of 8 km/h or more. As a result of a head-on test simulation of tank puncture, the outer tank shell was destroyed at the corner of the tank head when 4% of the kinetic energy of the impacter was absorbed. The tank shell was destroyed in the area of contact with the impacter in the test mode analysis of tank shell puncture when the kinetic energy of the moving vehicle was reduced by 30%. Therefore, the simulation results of the puncture test show that fracture at the tank shell and leakage of the internal material is expected. Consequently, protection and structural design reinforcement are required on railway tank cars in Korea.
본 연구의 목적은 국내 위험물 운송용 탱크화차의 충돌안전설계 가이드라인 제안을 위해 해외 충돌안전 기준에 따른 국내 위험물 운송화차에 대하여 비선형 충돌해석을 하여 위험성을 평가하고, 구조적 취약부를 분석하는데 있다. 유럽의 EN 12663-2에서 규정하는 화차의 완충시험 및 북미 49CFR179에서 규정하는 탱크 펑크시험기준을 분석하였으며, 상용 유한요소 해석 솔버인 LS-DYNA를 이용하여 각각 기준에 따른 비선형 유한요소모델을 모델링하였다. EN 규격의 완충시험 해석결과 충돌속도 6 km/h 이하에서는 소성변형이 발생하지 않을 것으로 예측하였지만, 8 km/h 이상의 충돌속도에서 중앙연결기를 통한 하중 전달으로 차체의 센터실 후방 및 탱크 중앙 지지부에서 소성변형을 확인하였다. 북미 법규의 탱크 펑크시험 해석결과 국내 탱크화차는 두부 충돌모드에서 충돌차량의 운동에너지를 4 % 이상 흡수시 두부의 코너부에서 탱크 외벽의 파괴가 발생하였으며, 측면 충돌모드에서 운동에너지 30 % 이상 흡수시에 충격체가 접촉하는 탱크 외벽의 파괴가 발생하여 내부 적재물의 누출을 예상하였다. 국내 유류 운송용 탱크화차의 해외 충돌안전 기준의 만족을 위해서는 차체 구조보강 설계 및 탱크 방호설계 수준을 향상시킬 필요가 있다.
