Maglev vehicles, which are levitated and propelled by electromagnets, often run on elevated guideways comprised of steel, aluminum and concrete. Therefore, an analysis .of the dynamic interaction between the Maglev vehicle and the guideway is needed in the design of the critical speed, ride, controller design and weight reduction of the guideway. This study proposes a dynamic interaction simulation technique using a flexible beam model based on multi-body dynamics. The vehicle and the elevated guideway are represented as a multi-body dynamics model and a two-dimensional flexible beam, respectively. The proposed model was applied to an urban transit Maglev vehicle, UTM01, which is undergoing test drive. As a result of the proposed method, we concluded that it is possible to analyze the dynamic interaction between the Maglev vehicle and the guideway.
In this study, the new three-dimensional finite element analysis model of guideway structures considering ultra high-speed magnetic levitation train-bridge interaction, in which the various improved finite elements are used to model structural members, is proposed. The box-type bridge deck of guideway structures is modeled by Nonconforming Flat Shell finite elements with six DOF (degrees of freedom). The sidewalls on a bridge deck are idealized by using beam finite elements and spring connecting elements. The vehicle model devised for an ultra high-speed Maglev train is employed, which is composed of rigid bodies with concentrated mass. The characteristics of levitation and guidance force, which exist between the super-conducting magnet and guideway, are modeled with the equivalent spring model. By Lagrange's equations of motion, the equations of motion of Maglev train are formulated. Finally, by deriving the equations of the force acting on the guideway considering Maglev train-bridge interaction, the complete system matrices of Maglev train-guideway structure system are composed.
As a vehicle moves on multiple equal-span beams at constant speed, the running vehicle would be subjected to repetitive excitations from the beam vibrations under it. Once the exciting frequency caused by the vibrating beams coincides with any of the vehicle's frequencies, resonance would take place on the vehicle. A similar resonance phenomenon occurs on a beam subject to sequential moving loads with identical axle-intervals. To reduce both resonant phenomena of a vehicle moving on guideway girders, this study proposed an additional feedback controller based the condensed virtual dynamic absorber (C-VDA) scheme. This condensation scheme has the following advantages: (1) the feedback tuning gains required to adapt the control currents or voltages are directly obtained from the tuning forces of the VDA; (2) the condensed VDA scheme does not need additional DoFs of the absorber to control the vibration of the maglev-vehicle/guideway system. By decomposing the maglev vehicle-guideway coupling system into two sub-systems (the moving vehicle and the supporting girders), an incremental-iterative procedure associated with the Newmark method is presented to solve the two sets of sub-system equations. From the present studies, the proposed C-VDA scheme is a feasible approach to suppress the interaction response for a maglev vehicle in resonance moving on a series of guideway girders.
This study presents an effective methodology on integrated monitoring system for a maglev guideway using WDM-based FBG sensors. The measuring quantities include both local and global quantities of the guideway response, such as stains, curvatures, and vertical deflections. The strains are directly measured from multiplexed FBG sensors at various locations of the test bridge followed by curvature calculations based on the plane section assumption. Vertical deflections are then estimated using the Bernoulli beam theory and regression analysis. Frequency contents obtained from the proposed method are compared with those from a conventional accelerometer. Verification tests were conducted on the newly-developed Korean Maglev test track. It has been shown that good agreement between the measured deflection and the estimated deflection is achieved. The difference between the two peak displacements was only 3.5% in maximum and the correlations between data from two sensing systems are overall very good. This confirms that the proposed technique is capable of tracing the dynamic behavior of the maglev guideway with an acceptable accuracy. Furthermore, it is expected that the proposed scheme provides an effective tool for monitoring the behavior of the maglev guideway structures without electro magnetic interference.
이 연구에서는 자기부상열차-가이드웨이 상호작용 해석기법을 현장에서 계측된 자료를 활용하여 검증한다. 자기부상열차의 차체와 대차는 병진운동과 회전운동을 하는 강체 질량으로 모사한다. 대차의 부상전자석에서 발생하는 부상력은 능동 제어 알고리즘에 의해 제어된다. 가이드웨이는 Euler-Bernoulli beam을 사용하여 수치 모형을 구성한다. 대차의 회전 운동으로 인한 부상공극의 변화와 가이드웨이에 작용하는 위치의 변화를 엄밀히 고려하여 자기부상열차-가이드웨이 상호작용계의 동적거동 해석을 수행한다. 인천공항 자기부상철도 노선에서 계측된 실측 자료를 이용하여 해석기법을 검증한다. 해석 결과와 현장 계측 결과의 비교를 통해 해석 기법의 정확성을 검증하고, 대상 구조물이 설계 기준을 만족하도록 안전하게 설계되고 시공되었음을 확인한다.
The main aim of this study was to evaluate the bending and torsional behaviors of representative regular type cap beams in elevated guideway structures. A1/2 scale model copping beam, excluding the column portion, was designed, constructed, and tested. The copping beam was subjected to horizontal monotonic and cyclic loads with a constant vertical load over the loading stage. The damage was very much dominated by torsion. Experiment results showed that the spiral confinement in the beam helped to restrain the opening of torsional cracks in the column zone. Hence, the torsional strength of the cap beam contributesgreatly to the confinement conditions of the column.
모노레일시스템은 차량외관의 친밀성, 교량 상하부의 슬림한 구조, 저렴한 공사비, 짧은 시공기간 등 미관, 경제성, 시공성에서 다양한 장점이 인정되어 시가지 경량전철의 유력한 대안으로서 여러도시에서 검토 및 제안되고 있다. 또한, 최근에 대구시에서는 도시철도3호선의 시스템으로 모노레일을 채택하여 기본설계를 진행하고 있다. 이러한 국내의 추세에 맞추어 본 고에서는, 해외사례와 현재 수행중인 대구도시철도 기본설계를 중심으로 하여, 모노레일교량의 계획 및 설계에 관한 주요사항을 소개하였다. 먼저, 해외의 모노레일 교량 사례를 분석하였으며, 대구도시철도3호선 기본설계에서 적용하고 있는 주요설계기준을 소개하였다. 또한, 과좌형 모노레일의 대표적인 구조형식인 PSC궤도빔과 강궤도빔에 대하여 계획, 설계 및 제작 방법을 개괄적으로 설명하였다. 본 고의 내용이 모노레일 교량의 계획 및 설계에 관심이 있는 기술자들에게 도움이 되기를 기대한다.
This paper focuses on the dynamic interaction between travelling vehicle and flexible guideway rail system. From a numerical analysis on the simply supported beam vibration excited by a sequence of magnetic force, we studied the dynamic response of MAGLEV.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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