• 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.

• 한국철도학회논문집
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• 제14권3호
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• pp.203-210
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• 2011

본 논문에서는 열차 충돌로 발생되는 충격으로 차축에 큰 수직하중 및 수평하중이 부과될 때 플랜지가 레일을 타고 오르는 탈선현상을 예측할 수 있는 단일 윤축의 이론적 탈선 모델을 연구하였다. 철도차량 충돌 시 크게 타고오름(wheel-climbing), 들려오름(lift-up), 전복(roll-over) 등과 이들의 복합유형탈선이 발생할 수 있다. 타고오름 및 복합 유형의 탈선은 세 가지(Climb-over, Climb/roll-over, Roll-over)로 정의할 수 있다. 본 논문에서는 충돌 후 탈선거동을 예측하기 위하여 타고오름 및 복합 유형 탈선에 대한 단일윤축 이론모델을 제안하고, 정의한 세 가지 탈선거동이 발생하기 위한 조건을 제시하였다. 타고오름 및 복합 유형의 탈선거동을 예측하기 위하여 제안된 단일윤축 이론모델의 타당성을 단순플랜지 형상 윤축모델을 사용한 동역학 시뮬레이션을 통하여 검증하고, 타당성을 보인다.

• 한국철도학회논문집
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• 제14권1호
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• pp.11-18
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• 2011

본 논문은 열차의 타고오름 해석을 위한 새로운 2차원 다물체 동역학 모델링 방법을 제안하였다. 본 동역학 모델은 에너지 흡수구조/부품뿐만 아니라 차체의 변형도 고려하여 비선형 스프링, 댐퍼, 질량으로 구성되며 철도차량의 충돌에너지흡수량, 승객구간의 가속도, 연결 장치의 충격력, 차량간 타고오름 변위 등을 잘 예측할 수 있다. 제안된 방법으로 한국형고속열차를 차체 각 부분의 압괴 특성을 구하고 2차원 다물체 충돌동역학 모델을 구성하였다. 열차 대 열차 충돌 시나리오조건으로 2차원 동역학 모델을 시뮬레이션하고 3차원 가상시험 모델로 평가하였다. 그 결과 2차원 동역학 모델은 타고오름 거동을 잘 예측하였으며 차체변형을 고려한 모델링 기법이 타고오름 평가에 중요함을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권8호
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• pp.711-719
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• 2016

본 연구에서는 철도차량의 대형사고의 주요원인 되는 타고오름 충돌에 대해 이론 모델을 정립하여 선두차량의 타고오름 거동에 대한 이론식을 도출하였다. 이론식을 검증하기 위하여 상용 소프트웨어인 LS-DYNA를 사용하여 이론모델과 동일한 단순 2차원 모델과 실제 동력대차 모델이 적용된 단순 3차원 모델을 만들어 시뮬레이션으로 비교하였다. 타고오름 현상에서 가장 중요한 전두 완충기 수직변위에 대해 시뮬레이션과 이론식을 비교한 결과 최대 편차율은 0.5 [%]과 3.9 [%] 발생하여 이론식이 실제 모델에도 잘 적용될 수 있음을 확인하였다. 또한, 고무 완충기와 유압 버퍼 2가지를 적용한 여러 가지 충돌조건에 대해 이론식을 적용하여 선두 차량 간 타고오름 량을 분석하고, 사고 후 재현 시뮬레이션이나 전두부 충돌완충 설계 시 활용할 수 있는 이론적 방법을 제시하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권7호
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• pp.699-709
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• 2014

본 논문에서는 단일윤축 탈선이론을 적용하여 측풍 조건에서 주행 중인 철도차량의 탈선을 예측하는 방법을 제시하였다. 기존 연구에서는 측풍에 의한 탈선은 모두 전복탈선이라고 가정하여 탈선 예측 이론을 개발하였다. 그러나 이러한 가정은 특수한 주행조건하에서 차륜 타고오름 탈선의 가능성을 무시하고 있다. 또 기존의 측풍 탈선 이론은 주행 중 발생하는 차륜-궤도 사이의 마찰력, 동적상호작용과 같은 주행조건이 탈선에 미치는 영향을 고려할 수 없었다. 본 논문의 방법은 차륜-궤도 사이의 동적 영향, 횡가속도 및 켄트 영향, 측풍 영향 등을 동시에 고려할 수 있었다. 본 이론의 결과를 기존 이론 및 시뮬레이션 결과와 비교하여 타당성을 검증하였다.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2010년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.604-608
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• 2010

This paper proposed a new 2D multibody dynamic modeling technique to analyze overriding behavior taking place during train collision. This dynamic model is composed of nonlinear spring, damper and mass by considering the deformable characteristics of carbodies as well as energy absorbing structures and components. By solving this dynamic model of rollingstock, collision energy absorption capacity, acceleration of passenger sections, impact forces applied to interconnecting devices, and overriding displacements can be well estimated. For a case study, we choose KHST (Korean High Speed Train), obtained crush characteristic data of each carbody section from 3D finite element analysis, and established a 2D multibody dynamic model. This 2D dynamic model was suggested to describe the collision behavior of 3D Virtual Testing Model.

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권9호
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• pp.885-892
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• 2015

본 연구에서는 서울메트로 2 호선 상왕십리역에서 발생한 전동열차 충돌사고에 대하여 사고재현 시뮬레이션을 수행하고 사고 발생 시 피해를 최소화할 수 있는 개선방안을 제시한다. 사고재현을 위해 상용 충돌해석 소프트웨어인 LS-DYNA를 사용하여 1 차원 및 3 차원 시뮬레이션을 수행하였다. 1 차원 시뮬레이션을 통해 각 차량 연결기의 하중, 변위, 충격흡수 에너지 및 차량의 가속도를 분석하여 사고 시 충돌안전도를 평가하였으며, 3 차원 시뮬레이션을 통해 차량의 변형 및 타고오름 현상을 분석하였다. 또한 사고 전동차의 충돌안전도 향상을 위한 개선방안들을 제시하고, 그 중 선두차량에 고용량 완충장치를 적용하는 방안에 대하여 1 차원 시뮬레이션을 통해 충돌안전도의 개선 여부를 확인하였다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제20권3호
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• pp.67-76
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• 2012

In this paper, collision analysis of the full rake for the Next Generation High-speed EMU is conducted using a 3D/1D hybrid model, which combines 3-dimensional (3D) front-end structure of finite element model and 1-dimensional (1D) multi-body dynamics model in order to analyze train collision with a standard 3D deformable obstacle. The crush forces, passengers' accelerations and energy absorptions of a full rake train can be easily obtained through a simulation of a 1D dynamics model composed of nonlinear springs, dampers and masses. Also the obtained simulation results are very similar to those of a 3D model if an overriding behavior does not occur during collision. The standard obstacle in TSI regulation has been changed from a rigid body to a deformable body, and therefore 3D collision simulations should be conducted because their simulation results depends on the front-end structure of a train. According to the obstacle collision analysis of this study, the obstacle collides with the driver's upper structure after overriding over the front-end module. The 3D/1D hybrid model is effective to evaluate a main energy-absorbing module that is frequently changed during design process and reduce the need time of the modeling and analysis when compared to a 3D full car body.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권10호
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• pp.1207-1218
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• 2013

나달식 등 한쪽 차륜과 레일의 접촉력에 기반한 기존 탈선계수식으로는 열차 주행 시 여러 가지 요인에 의해 발생하는 다양한 유형의 탈선을 이론적으로 예측하기 어렵다. 이를 보완하기 위하여 개발된 단일윤축 탈선계수는 타고오름탈선, 미끄러져오름 탈선, 전복탈선 및 이들의 복합유형 탈선을 잘 예측할 수 있고, 접촉부 마찰계수, 플렌지 각 등 기존의 탈선계수식에서 고려하던 기계적 인자뿐만 아니라 윤중감소/증가, 궤간, 차륜직경, 축상 베어링 위치 등 다양한 탈선영향인자들도 고려할 수 있다. 본 논문에서는 단일윤축 탈선계수식으로 이러한 다양한 탈선영향인자들을 고려하여 기존의 나달식, 바인스톡 식 등으로 구할 수 없었던 탈선현상을 분석한다. 마지막으로 동역학 시뮬레이션을 이용하여 이론적인 단일윤축 탈선계수식 결과들의 타당성을 입증한다.