The safety evaluations of railway wheelsets make use of the static fracture toughness obtained in ingot materials. The static fracture toughness of wheelset materials has been extensively studied by experiments, but the dynamic fracture toughness with respect to wheelset materials has not been studied enough yet. It is necessary to evaluate the characteristics of the fracture mechanics depending on each location for a full-scale wheelset for high-speed trains, because the load state for each location of the wheelset while running is different the contact load between the wheel and rail, cyclic stress in the wheel plate, etc. This paper deals with the fracture toughness depend on load rates. The fracture toughness depending on load rate data shows that once the downward curve from quasi-static values was reached, subsequent values showed a slow increase with respect to the impact velocity. This means that dynamic fracture toughness should be considered in the design code of the wheelset material.
An important source of noise from railways is rolling noise caused by wheel and rail vibrations induced by acoustic roughness at the wheel-rail contact. The main contributors to rolling noise are the sleepers, rail, and wheels. In order to analyze and predict rolling noise, it is necessary to understand the vibrating behaviors of railway tracks, as well as of the wheels. In the present paper, theoretical modeling methods for railway track are reviewed in terms of rolling noise; these methods are applied for the three representative types of domestic railway tracks operated: the conventional ballasted track, KTX ballasted track and KTX concrete track. The characteristics of waves propagating along rails are investigated and compared among the types of tracks. The tracks are modeled as discretely supported Timoshenko beams and are compared in terms of the averaged squared amplitude of velocity, which is directly related to the sound radiation from the rails.
Contact between wheel and rail leads to the creep phenomenon. Linear creep theory, assuming linear increase in the creep force vs creep, results in a critical speed at which the vibration of a railway vehicle goes to infinity. However, the actual creep force converges to a limited value, so that the vibration of a railway vehicle cannot increase indefinitely. In this study, the dynamics of a railway vehicle is investigated with a 6 DOF bogie model includingthe nonlinear creep curves of Vermeulen, Polach, and a newly calculated creep curve with strip theory. Strip theory considers the profiles of the wheel and rail. The results show that the vibration of a railway vehicle results in a limit-cycle over a specific running speed, and this limit-cycle becomes smaller as the slope of the creep-curve steepens. Moreover, a hunting phenomenon is caused due to flange contact, which restricts the magnitude of the limit-cycle.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.10
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pp.758-765
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2002
KITECH and ODS performed a study of internal and external noise prediction of the Korean high speed prototype test train(HSR 350X). The object of this study was 3 kinds of cars, trailer car(TT2), motorized car(TMI ) and power car(TPI) and the predicted noise was for the two different driving speeds in free field and tunnel conditions. Data of carbody design and noise sources were delivered from manufactures. Some of noise sources which were not available in the project team, were chosen by experiences of ODS. Internal noise level of each car was predicted for two cases i.e, at 300 km/h and 350 km/h. In addition sound transmission path and dominant noise sources were also investigated for each section of the car, which is circular shell typed part of whole carbody. In case of TT2, the dominating sound transmission path is the (floor in terms of structure-borne noise and air-borne noise. The main noise sources are structure-borne noise from the yaw-damper and air-borne noise from the wheel/rail contact, whereas the dominating sound transmission path of TMI are floor and sidewall below the window in terms of structure-borne noise. The main noise sources of TMI are structure-borne noise from motor/gear unit and the yaw-damper in the free field, and air-borne noise from the wheel/rail contact and structure-borne noise from motor/gear unit in the tunnel. Through the external noise prediction for the KHST test train formation, the noise form the wheel/rail contact is estimated as one of the major sources. In addition, the noise specification of sub-component was proposed for managing each sub-surpplier to reach the KHST noise requirement. The specification provide the sound power of machinery part and transmission loss of component of carbody structure. The predicted noise level in each case exceeded the required limit. Through this study, the noise characteristics of the test train were investigated by simulation, and then the actual test will be performed in near future. Both measured and calculated data will be compared and further work for noise reduction will be continued.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.917-923
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2002
KITECH and ODS performed a study of internal and external noise prediction of the KHST test train. The object of this study was 3 kind of cars; trailer car(TT2), motorized car(TM1) and power car(TP1) and the predicted noise was calculated for the two different driving speeds in free field and tunnel conditions. Data of carbody design and noise sources were delivered from each manufactures. Some of noise sources which were not available in project team, were chosen by experiences of ODS. Internal noise level of each car were predicted for two cases i.e, at 300 km/h and 350 km/h. In addition sound transmission path and dominant noise sources were also investigated of each section of car, which is circular shell typed part of whole carbody. In case of TT2, the dominating sound transmission path is floor in terms or structure-borne noise and air-borne noise. The main noise sources are structure-borne noise from the yaw-damper and air-borne noise from the wheel/rail contact, whereas the dominating sound transmission path of TM1 are floor and sidewall below the window in terms of structure-borne noise. The main noise sources of TM1 are structure-borne noise from motor/gear unit and the yaw-damper in the free field, and air-borne noise from the wheel/rail contact and structure-borne noise from motor/gear unit in the tunnel. Through the external noise prediction for the KHST test train formation, the noise form the wheel/rail contact is estimated as one of the major sources. In addition, the noise specification of sub-component was proposed for managing each sub-surpplier to reach the KHST noise requirement. The specification provide the sound power of machinery part and transmission loss of component of carbody structure. The predicted noise level in each case exceeded the required limit. Through this study, the noise characteristics of the test train were investigated by simulation, and then the actual test will be performed in near future. Both measured and calculated data will be compared and further work for noise reduction will be continued.
Recently, railroad construction has been increased all over the world and as the train is getting high-speeded, there has been a need for guaranteed safety, so that a requirement for heath monitoring techniques for destruction that generated by gradually accumulated damages is now increasing. Especially the rail is crucial part that contact with wheel directly and delivers the train's load to a sleeper. It needs a technique that can guarantee a safety by sensing the possible cracks. In this paper, when train's load applied to the rail, strain distribution that introduced to entire length of rail is monitored using optical fibre. Optical fibre is used as a medium for measuring the strain and BOCDA (Brillouin Optical Correlation Domain Analysis) system is organized for measuring the distributed variation that implied to optical fibre. Optical fibre is attached at lower flange where tension is maximized when the load of train applied to the rail and strain gauge is implied together to compare the accuracy of measurement.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.21
no.3
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pp.451-458
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2012
This study aims at the structural analysis with fatigue according to the configuration of railway vehicle wheel. Maximum equivalent stress or deformation is shown at the lower face in contact with wheel and rail. As model B has the maximum stress or deformation which becomes lower than model A, model B is shown to have more durability than model A. Among the cases of nonuniform fatigue loads, 'SAE bracket history' with the severest change of load becomes most unstable but 'Sample history' becomes most stable. In case of 'Sample history' with the average stress of 0 to $-10^{11}$ Pa and the amplitude stress of 0 to $10^{10}$ Pa, the possibility of maximum damage becomes 3%. This stress state can be shown with 6 times more than the damage possibility of 'SAE Bracket history' or 'SAE transmission'. The structural result of this study can be effectively utilized with the design of railway vehicle wheel by prevention and durability against its damage.
Curved squeal noise may result when railway vehicles run on curved tracks. Contact between the wheels and the rails causes a stick-slip phenomenon, which generates squeal noise. In order to identify the mechanism of the squeal noise systematically, a scaled test rig has been fabricated. Knowledge of the contact forces between the wheels and the rail rollers is essential for investigating the squeal noise characteristics; however, it is difficult to measure there contact force. In this study, contact forces have been calculated indirectly according to the modal behavior of the subframe that supports the rail roller and the responses at specific positions of that subframe. In order to verify the estimated contact forces, the displacements at the contact points between the wheels and rail rollers have been calculated from the estimated forces; the resulting values have been compared with the measured displacement values. The SPL at the specific location has been calculated using the estimated contact forces and this also has been compared with the SPL, measured in a semi-anechoic chamber. The comparisons in displacements and SPLs show good correlation.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.4
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pp.1178-1185
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2010
Recently, high speed of container freight cars is causing fatigue damage of wheel. Sudden failure accidents cause a lot of physical and human damages. Therefore, damage analysis for wheel prevents failure accident of container freight car. Wheel receives mechanical and thermal loads at the same time while rolling stocks are run. The mechanical loads applied to wheel are classified by the horizontal load from contact of wheel and rail in curve line section and by the vertical force from rolling stocks weight. Also, braking and deceleration of rolling stocks cause repeated thermal load by wheel tread braking. Specially, braking of rolling stocks is frictional braking method that brake shoe is contacted in wheel tread by high breaking pressure. Frictional heat energy occurs on the contact surface between wheel tread and brake shoe. This braking converts kinetic energy of rolling stocks into heat energy by friction. This raises temperature rapidly and generates thermal loads in wheel and brake shoe. There mechanical and thermal loads generate crack and residual stress in wheel. Wetenkamp estimated temperature distribution of brake shoe experimentally. Donzella proposed fatigue life using thermal stress and residual stress. However, the load applied to wheel in aforementioned most researches considered thermal load and mechanical vertical load. Exact horizontal load is not considered as the load applied to wheel. Therefore, above-mentioned loading methods could not be applied to estimate actual stress applied to wheel. Therefore, this study proposed safety estimation on wheel of freight car using heat-structural coupled analysis on the basis of loading condition and stress intensity factor.
Station is an important building in high-speed railway, and its vibration and noise may significantly affect the comfort of waiting passengers. A coupling vibration model for train-structure system is established to analyze and evaluate the vibration level of a typical waiting hall under dynamic train load. The motion of a four-axle vehicle with two suspension system is modeled in multi-body dynamics with linear springs and dampers employed. The station is modeled as a whole finite element structure which is 113 m in longitudinal and 163.5 m in lateral, and the stiffness of the station foundation is considered. According to the assumptions that both wheel and rail are rigid bodies and keep contact to each other in vertical direction, and the wheel/rail interaction and displacement coordination in horizontal direction is defined by the simplified Kalker creep theory, the vehicle spatial vibration model has 27 degrees-of-freedom. An overall analysis procedure is made of the train moving through the station, by which the dynamic responses of the train and the station are calculated. According to the comparison between analysis and test results, the actual connection status between different parts of the station is estimated and the vibration level of the waiting hall is evaluated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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