• 대한기계학회논문집A
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• 제37권9호
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• pp.1099-1107
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• 2013

본 연구에서는 알루미늄 압출재로 구성된 한국형 표준전동차모델(K-EMU)의 차체를 대상으로 치수 최적설계와 구조체 소재 변경을 통한 경량화방안에 대해 연구하였다. 우선 K-EMU 차체의 하부구조, 측벽구조, 단부구조의 부재별 두께를 현재의 압출가능 두께를 적용하여 치수 최적화 기법으로 약 14.8% 경량화 하였다. 그리고 치수최적설계 된 K-EMU 차체에 유지보수성이 좋은 고장력강(SMA570)재질의 프레임타입 하부구조를 적용하여 초기 K-EMU 차체대비 약 3.8% 경량화 된 하이브리드 차체를 도출하였다. 마지막으로 샌드위치 복합재를 하부구조와 지붕구조에 적용하여 초기 K-EMU 차체대비 약 30% 경량화 된 초경량 하이브리드 차체를 도출하였다. 도출된 차체 모델들은 모두 전동차 구조체 하중시험법을 만족하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권10호
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• pp.1063-1068
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• 2015

본 논문에서는 도시철도차량의 타고오름 평가를 위한 충돌시뮬레이션 기법을 제안하였다. 시뮬레이션모델은 대차의 동적 거동을 표현하는 대차 동역학 모델과 붕괴거동을 표현할 수 있는 차체 유한요소 모델로 구성된다. 유럽 및 국내 충돌안전규정의 타고오름 평가를 위해 40 mm 오프셋 정면충돌 사고 각본에 따른 시뮬레이션을 수행하여 충돌 후 차체의 구조적 거동과 차체와 연계된 대차 모델의 동적 거등을 확인하였으며 타고오름 판단기준인 윤축의 상승거리로 타고오름을 평가하였다. 최종적으로 본 연구에서 제안한 시뮬레이션 기법을 적용하면 도시철도차량 충돌안전규정에 따라 충돌사고 시 타고오름에 대하여 평가할 수 있음을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권2호
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• pp.213-221
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• 2011

알루미늄 재질의 도시철도차량 차체의 경량화를 위해 이중 판재구조로 이루어진 철도차량용 알루미늄 압출재의 최적설계를 수행하였다. 위상최적설계 기법을 이용하여 알루미늄 차체에서 가장 큰 중량을 차지하는 하부 프레임 베이스 플레이트의 경량화된 위상을 도출하였고, 이를 기반으로 압출재 부재별 치수 최적화를 수행하였다. 하부 프레임 다음으로 큰 중량을 차지하는 측면 프레임 압출재에 대해서는 치수 최적화를 통하여 경량설계를 수행하였다. 최적설계안과 현재 설계의 최대발생응력과 최대 변형량을 비교하여 최적설계결과의 타당성을 검증하였다. 이 과정을 통하여 언더프레임과 사이드프레임의 중량을 현재보다 평균 12% 줄일 수 있었고, 차체 전체로는 8.5%의 경량화 효과를 얻었다.

• 한국철도학회논문집
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• 제15권4호
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• pp.323-328
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• 2012

본 연구의 목적은 설계자 전용 알루미늄 압출재 철도차량 차체 구조물의 자동화 구조해석 지원프로그램을 개발하는 것이다. 본 연구에서 개발된 프로그램 명칭은 "AUTO-RAP"이며, 알루미늄 압출재 철도차량 설계 및 구조해석에 대해 전문적인 지식과 경험이 없는 엔지니어도 설계와 검증이 동시에 가능하도록 하였다. 설계자는 기존의 알루미늄 압출재의 데이터베이스를 활용하거나 사용자 정의에 의한 지식기반설계가 가능하도록 하였으며, 설계검증은 철도안전법과 도시철도차량 안전기준에 관한 규칙에 의거하여 철도차량 차체 구조 안전성을 자동으로 평가하도록 프로그래밍 하였다. 또한, 본 프로그램은 MFC(Microsoft Foundation Classes)를 사용하여 GUI 환경을 구축하였으며, ANSYS와 ABAQUS 같은 다양한 상용 유한요소해석 프로그램 및 CAD 프로그램과의 호환성을 위해 .stp, .iges 등의 파일 생성을 지원한다. 결론적으로, 본 프로그램을 통하여 알루미늄 압출재 철도차량 차체 구조물의 제품 설계 비용과 시간 단축에 기여할 것으로 판단된다.

• Composites Research
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• 제18권6호
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• pp.19-25
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• 2005

본 논문에서는 하이브리드 복합재 틸팅차량 차체에 대한 시험적 연구를 수행하였다. 시험에 적용된 하이브리드 복합재 틸팅차량 차체는 길이가 23m이며 40mm두께의 알루미늄 하니콤 코어와 2mm의 직조된 탄소/에폭시 면재로 구성된 샌드위치 구조물이다. 하이브리드 복합재 틸팅차량 차체의 구조적 거동과 안전성을 규명하기 위해 수직하중- 차단압축하중, 비틀림하중 및 3점지지 하중조건하에서 정적인 하중시험을 수행하였다. 시험은 JIS E 7105규격에 근거하여 수행되었다. 시험을 통해 수직하중하에서 최대처짐은 최대 12.3mm이며 굽힘강성은 $0.81\times10^{14}\;kgf{\cdot}mm^2$로 도시철도차량성능기준을 만족하고 있었다. 또한 강도 측면에서도 탄소/에폭시 면재의 파단변형률의 $20\%$ 이내로 안전도를 만족하였다.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2003년도 추계학술대회 논문집(III)
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• pp.287-294
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• 2003

본 논문은 철도차량의 출입문과 역사의 플랫홈 사이에서 승객의 승하차시에 발생할 수 있는 안전사고를 방지하기 위한 안전발판장치에 관한 것으로서, 특히 출입문의 개폐작동에 따라 연동하여 작동되는 안전발판을 구비하는 것에 의해 별도의 동력과 제어장치를 필요로 하지 않음은 물론, 오작동 없이 정확하게 동작되도록 한 철도차량의 안전발판장치에 관한 것이다. 일반적으로, 지하철 역사의 플랫홈과 철도차량 간에는 열차의 원활한 안전주행을 위해 일정한 간격(이하 "연단간격"이라 함)이 유지된다. 이러한 연단간격은 가능한 한 좁게 형성되도록 구축되는 것이 바람직하나 그러기 위해서는 역사를 직선으로 건설해야 하지만, 통상 지하철은 도심의 인구집중지역의 기존 대로를 따라 노선이 결정되어 공사가 이루어지므로 도시가스배관, 도로주변의 고층대형건물, 기존도로의 형상 및 지하수와 같은 여러 가지 조건에 의해 많은 역사들이 곡선부분을 포함하여 건설될 수밖에 없다. 이 때문에, 철도차량과 플랫홈 간의 연단간격이 크게 벌어지는 구간이 형성되어 짧은 정차시간에 많은 사람들이 승하차하면서 연단간격으로 승객의 발이 빠지는 등의 안전사고가 빈번히 발생하고 있다. 이와 같이, 연단간격이 커짐에 따른 사고발생을 줄이기 위하여 연단간격이 큰 부분에 경고등을 설치하거나 경보음을 발생시키는 방법을 사용하였다. 이러한 경보장치는 차량이 지정된 궤도로 진입하면, 경고등에서 빛을 발산하여 차량과 플랫홈 사이의 공간에 대한 위험성을 승객에게 주의시키면서 경보나 안내방송이 나오게 하고, 차량이 역사를 출발하여 궤도를 지나면 그 작동이 멈추는 장치이다. 그러나, 이러한 경보장치는 위험성을 승객에게 알려 승객 스스로가 위험에 대처하도록 하는 주의정보제공의 기능만을 가지는 장치로서, 바쁜 출퇴근 시간이나 혼잡한 상황에서는 만족할 만한 효과를 기대하기 어려웠고, 특히 위험 대처능력이 떨어지는 어린아이나 노약자에게는 위험성이 그대로 상존하는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점으로 인하여 경전철이 있는 나라에서는 경전철용 차량에 승객이 안전하게 승하차할 수 있도록 계단식 발판을 설치하는 차량용 발판이 제공되어 있으나, 국내 지하철에 적용하기에는 차체 및 역사의 구조상 불가능하였다. 차량의 바닥이 플랫홈과 거의 동일 레벨상에 위치하므로 안전발판이 차량의 바닥과 수평이 되도록 작동되어야 하고, 차량에 있어서도 스테인레스 차량인 경우 사이드 빔(Side beam), 알루미늄 차량인 경우 솔바(Sole bar)에 구멍을 뚫으면 전체적인 차체의 강도 및 구조상의 문제가 발생되기 때문이다. 본 논문에서 이전에 개발된 국내외 안전발판장치를 소개하고 연단간격과, 차량 플랫홈의 높이의 차이에서 발생하는 문제를 함께 해결하는 안전발판장치를 해결책으로 제시하고자 한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권11호
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• pp.617-623
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• 2020

다수의 승객을 운송하는 도시철도 전동차는 도시 철도교통시스템의 핵심이다. 따라서 차량의 동적성능이 확보가 차량 안전 확보 및 승객서비스 차원에서 선행되어야 한다. 철도차량의 진동, 승차감과 같은 동적거동은 현가시스템 구조 및 현가요소에 따라 크게 영향을 받는다. 철도차량의 현가시스템은 윤축과 대차간 1차현가시스템, 대차와 차체간 2차현가시스템으로 구성되어 있다. 본 논문에서는 국내에서 운용되고 있는 전동차 현가구조에 따른 전동차의 동적거동에 대하여 분석하고자 한다. 현가구조가 상이한 2종류의 전동차에 대하여 실제 선로에서 동일 주행조건으로 주행시험을 수행하였으며 차량의 진동을 계측하였고 진동과 승차감, 진동감쇠율과 같은 동적거동 특성을 분석하였다. 시험결과, 차체 진동성능은 좌우방향은 B대차가, 상하방향은 A대차가 상대적으로 우수하게 나타났다. 승차감은 전반적으로 A대차가 B대차에 비하여 우수하게 나타났다. 진동감쇠율을 보면, 1차현가시스템은 고무스프링이 적용된 A대차에 비하여 코일스프링이 적용된 B대차의 진동감쇠 성능이 우수하며 2차현가시스템은 코일스프링에 비하여 공기스프링이 적용된 A대차의 진동감쇠 성능이 우수하다. 본 논문의 결과는 향후 철도차량 신차 설계 과정에서 현가구조 설계 및 현가요소 선정 시, 유용한 자료로 활용될 것이라 기대된다.

• 한국철도학회논문집
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• 제12권3호
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• pp.329-334
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• 2009

지하철은 지상교통과 비교하여 정확성, 신속성, 안전성, 대량성외에도 배기가스 배출이 없다는 이점 때문에 대도시 교통 문제 해결을 위한 유용한 수송 수단이 되고 있다. 그러나 콘크리트 도상에 의한 터널 구조로 객실내 소음이 사회적으로 문제가 되고 있다. 이에 객실 소음을 분석하기 위하여 임시열차 운행을 통하여 실측 된 결과를 토대로 소음의 경로와 위치별 소음의 특성을 분석하였다. 객실내 소음 저감을 위해서는 차량측면은 저주파 대역을 차량 바닥은 중대역구간의 소음 대비책을 강구 하여야 하며, 차량의 투과 손실 향상 및 차체의 기밀을 유지하는 것이 필요하다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2003년도 추계학술대회
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• pp.1051-1055
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• 2003

Aluminum carbody for rolling stocks is light and perfectly recycled, but includes severe defects which are very dangerous to fatigue strength. Structural integrity assessment for the carbody by static load test has been performed up to date. In this study, to evaluate fatigue strength of the aluminum carbody of urban transit unit. a testing method to simulate dynamic loading condition was proposed and the fatigue strength of the carbody was evaluated. The dynamic load test results showed that the alternating stress ranges were different from the estimated ranges based on the static test results. Excessive stress ranges at the center are thought to come from the flexible motion of the carbody. published fatigue test data for aluminum components, but variation of alternating acceleration along the length due to flexibility of carbody yielded unexpected results. Because fatigue strength based on the static test results may be overestimated at the center, modification of testing method is necessary.