Post-construction subgrade settlement especially differential settlement, has become a key issue in construction and operation of non-ballasted track on high-speed railway soil subgrade, which may also affect the dynamic performance of passing trains. To estimate the effect of differential subgrade settlement on the mechanical behaviors of the vehicle-slab track system, a detailed model considering nonlinear subgrade support and initial track state due to track self-weight is developed. Accordingly, analysis aiming at a typical high-speed vehicle coupled with a deteriorated slab track owing to differential subgrade settlement is carried out, in terms of two aspects: (i) determination of an initial mapping relationship between subgrade settlement and track deflections as well as contact state between track and subgrade based on a semi-analytical method; (ii) simulation of dynamic performance of the coupled system by employing a time integration approach. The investigation indicates that subgrade settlement results in additional track irregularity, and locally, the contact between the concrete track and the soil subgrade is prone to failure. Moreover, wheel-rail interaction is significantly exacerbated by the track degradation and abnormal responses occur as a result of the unsupported areas. Distributions of interlaminar contact forces in track system vary dramatically due to the combined effect of track deterioration and dynamic load. These may not only intensify the dynamic responses of the coupled system, but also have impacts on the long-term behavior of the track components.
International Journal of Computer Science & Network Security
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v.23
no.9
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pp.8-16
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2023
In Japan, high-speed ground transportation service using linear motors at speeds of 500 km/h is scheduled to begin in 2027. To accommodate 5G services in trains, a subcarrier spacing frequency of 30 kHz will be used instead of the typical 15 kHz subcarrier spacing to mitigate Doppler effects in such high-speed transport. Furthermore, to increase the cell size of the 5G mobile system, multiple base station antennas will transmit identical downlink (DL) signals to form an expanded cell size along the train rails. In this situation, the forward and backward antenna signals are Doppler-shifted in opposite directions, respectively, so the receiver in the train may suffer from estimating the exact Channel Transfer Function (CTF) for demodulation. In a previously published paper, we proposed a channel estimator based on Delay and Doppler Profiler (DDP) in a 5G SISO (Single Input Single Output) environment and successfully implemented it in a signal processing simulation system. In this paper, we extend it to 2×2 MIMO (Multiple Input Multiple Output) with spatial multiplexing environment and confirm that the delay and DDP based channel estimator is also effective in 2×2 MIMO environment. Its simulation performance is compared with that of a conventional time-domain linear interpolation estimator. The simulation results show that in a 2×2 MIMO environment, the conventional channel estimator can barely achieve QPSK modulation at speeds below 100 km/h and has poor CNR performance versus SISO. The performance degradation of CNR against DDP SISO is only 6dB to 7dB. And even under severe channel conditions such as 500km/h and 8-path inverse Doppler shift environment, the error rate can be reduced by combining the error with LDPC to reduce the error rate and improve the performance in 2×2 MIMO. QPSK modulation scheme in 2×2 MIMO can be used under severe channel conditions such as 500 km/h and 8-path inverse Doppler shift environment.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.6D
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pp.905-913
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2008
Recently, concrete tracks are introduced into high-speed railroads as an alternative to ballast tracks. Concrete tracks are superior to ballast tracks in the aspect of durability, maintenance and safety. However, deteriorated stiffness of railroad bed and settlement of soft ground induced by trapped or seepage water lead to problems in safety of train operation. In this research, flexural rigidity of concrete tracks was employed as an index of track displacement and a new seismic technique called FRACTAL (Flexural-Rigidity Assessment of Concrete Tracks by Antisymmetric Lamb Waves) method was proposed to delineate flexural rigidity of concrete tracks in a 2-D image. In this paper, to establish theoretical background, parametric research was performed using numerical simulations of stress-wave tests at concrete tracks. Feasibility of the FRACTAL technique was proved at a real concrete track for Korean high-speed trains. Validity of the FRACTAL technique was also verified by comparing the results of impulse-response tests performed at the same measurement array and the results of DC resistivity survey performed at a shoulder nearby the track.
Choi, Don Bum;Kim, Min-Soo;Lee, Kangmi;Kim, Young-Guk
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.1
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pp.61-69
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2020
This study examined the braking characteristics of a heavy haul freight train with P4a distribution valves applied to domestic high-speed freight trains. A freight train was composed of 50 cars, which is twice the normal operation. A braking test was performed to confirm the characteristics of the braking of a heavy haul. The brake cylinder pressures were measured for emergency and service braking on the 1st, 10th, 20th, 30th, and 50th cars. Because the brake signal is transmitted to the pressure through the braking tube connected to the end of the train, the rear vehicle is braking later than the vehicle ahead. Therefore, it is necessary to predict the brake pressures in all cars in a train to supplement the results of the limited tests and calculate the braking distance. The pressure in each car was determined using empirical models of linear interpolation, stepwise, and exponential models, which provided reliable information. The predictive results of the empirical models were compared with the measured results, and the exponential model was predicted relatively accurately. These results are expected to contribute to the safe operation of heavy haul freight trains and can be used to predict the braking distance and calculate the level of impact between vehicles during braking.
The contribution of exterior devices such as bogie fairings and pantographs to running resistance was estimated on the basis of coasting tests at up to 350 km/h with the help of the Korean Next Generation High speed train (HEMU-430X). In order to assess the reduction of air resistance by nose car's bogie fairing, coasting tests were conducted with a removable bogie fairing at various speed ranges. And, the contribution of the pantograph to air resistance was also estimated with coasting tests that include the pantograph's rising and descent modes. The linear regression method was used to examine decelerations from time-velocity data and the equation of resistance to motion is proposed from the deceleration data. From the aerodynamic term of the equation of resistance to motion, the contribution to air resistance by nose car's bogie fairing and pantograph was estimated. The results show that the air resistance was reduced by about 3.8% by the nose car's bogie fairing. And, the 3.9% increase of air resistance by the pantograph (open knee mode) has been found.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.2
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pp.9-17
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2022
To take into account of the increasing speed of next generation high-speed trains, a new design code for the traffic safety of railway bridges is required. To solve dynamic responses of the bridge, this research offers a numerical analyses of PSC (Pre-stressed Concrete) box girder bridge, which is most representative of all the bridges on Gyungbu high-speed train line. This model takes into account of the inertial mass forces by the 38-degree-of-freedom and interaction forces as well as track irregularities. Our numerical analyses analyze the maximum vertical deflection and DAF (Dynamic Amplification Factor) between simple span and two-span continuous bridges to show the dynamic stability of the bridge. The third-order polynomial regression equations we use predict the maximum vertical deflections depending on varying running speeds of the train. We also compare the vertical deflections at several cross-sectional positions to check the influence of running speeds and the maximum irregularity at a longitudinal level. Moreover, our model analyzes the influence lines of vertical deflection accelerations of the bridge to evaluate traffic safety.
Recently, the high speed railway comes into the spotlight as the important and convenient traffic infrastructure. In Korea, Kyung-Bu high speed train service began in bout 400 km section in 2004, and the Ho-Nam high speed railway will be constructed by 2017. The high speed train will run with a design maximum speed of 300-350 km/hr. Since the trains are operated at high speed, the differential settlement of subgrade under the rail is able to cause a fatal disaster. Therefore, the differential settlement of the embankment must be controlled with the greatest care. Furthermore, the characteristics and causes of settlements which occurred under construction and post-construction should be investigated. A considerable number of studies have been conducted on the settlement of the natural ground over the past several decades. But little attention has been given to the compression settlement of the embankment. The long-term settlement of compacted fills embankments is greatly influenced by the post-construction wetting. This is called 'hydro collapse' or 'wetting collapse'. In spite of little study for this wetting collapse problem, it has been recognized that the compressibility of compacted sands, gravels and rockfills exhibit low compressibility at low pressures, but there can be significant compression at high pressures due to grain crushing (Marachi et al. 1969, Nobari and Duncan 1972, Noorany et al. 1994, Houston et al. 1993, Wu 2004). The characteristics of compression of fill materials depend on a number of factors such as soil/rock type, as-compacted moisture, density, stress level and wetting condition. Because of the complexity of these factors, it is not easy to predict quantitatively the amount of compression without extensive tests. Therefore, in this research I carried out the wetting collapse tests, focusing on various soil/rock type, stress levels, wetting condition more closely.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.5
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pp.1-9
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2016
Railroad bridges account for 25% of the entire high-speed rail network. Railway bridges are subject to gradual structural degradation or fatigue accumulation due to consistent and repeating excitation by fast moving trains. Wireless sensing technology has opened up a new avenue for bridge health monitoring owing to its low-cost, high fidelity, and multiple sensing capability. On the other hand, measuring the transient response during train passage is quite challenging that the current wireless sensor system cannot be applied due to the intrinsic time delay of the sensor network. Therefore, this paper presents a framework for monitoring such transient responses with wireless sensing systems using 1) real-time excessive vibration monitoring through ultra-low-power MEMS accelerometers, and 2) post-event time synchronization scheme. The ultra-low power accelerometer continuously monitors the vibration and trigger network when excessive vibrations are detected. The entire network of wireless smart sensors starts sensing through triggering and the post-event time synchronization is conducted to compensate for the time error on the measured responses. The results of this study highlight the potential of detecting the impact load and triggering the entire network, as well as the effectiveness of the post-event time synchronized scheme for compensating for the time error. A numerical and experimental study was carried out to validate the proposed sensing hardware and time synchronization method.
This paper is focused on application of recursive least squares method to estimate rail irregularities from the acceleration measurement on an axle-box or a bogie for the rail condition monitoring with in-service high-speed trains. Generally, the rail condition was monitored by a special railway inspection vehicle but the monitoring method needs an expensive measurement system. A monitoring method using accelerometers on an axle-box or a bogie was already proposed in the previous study, and the displacement was successfully estimated from the acceleration data by using Kalman and frequency selective band-pass filters. However, it was found that the displacement included not only the rail irregularities but also phase delay of the applied filters, and effect of suspension of the bogie and conicity of the wheel. To identify the rail irregularities from the estimated displacement, a compensation filter method is proposed. The compensation filters are derived by using recursive least squares method with the estimated displacement as input and the measured rail irregularity as output. The estimated rail irregularities are compared with the true rail irregularity data from the rail inspection system. From the comparison, the proposed method is a useful tool for the measurement of lateral and vertical rail irregularity.
In this paper, rail vibration and its sound radiation are investigated, then the rail noise measurement by using microphone array is explored theoretically. A concrete slab track for domestic high speed trains is modeled as a Timoshenko beam on elastic support, regarding the moving of the excitation force on the rail. From the radiation characteristics of rail noise generated by a line source, the effect of moving load on sound radiation is obtained. Also it is found that the beam angle of the microphone array is a prominent factor to measure the rail noise level reliably because the rail noise propagates as a plane wave. In this investigation, a proper beam angle for the rail noise measurement by microphone array is suggested.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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