• 한국정밀공학회지
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• 제17권11호
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• pp.176-184
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• 2000

Recently, it becomes a very important issue to consider the mechanical systems such as high-speed vehicle and railway train moving on a flexible beam structure. Using general approach proposed in the first part of this paper, it tis possible to predict planar motion of constrained mechanical system and elastic structure with various kinds of foundation supporting condition. Combined differential-algebraic equations of motion derived from both multibody dynamics theory and Finite Element Method can be analyzed numerically using generalized coordinate partitioning algorithm. To verify the validity of this approach, results from simply supported elastic beam subjected to a moving load are compared with exact solution from a reference. Finally, parameter study is conducted for a moving vehicle model on a simply supported 3-span bridge.

• 한국정밀공학회지
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• 제17권11호
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• pp.165-175
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• 2000

In recent years, it becomes a very important issue to consider the mechanical systems such as high-speed vehicles and railway trains moving on elastic beam structures. In this paper, a general approach, which can predict the dynamic behavior of constrained mechanical system and elastic beam structure, is proposed. Also, various supporting conditions of a foundation support are considered for the elastic beam structures. The elastic structure is assumed to be a nonuniform and linear Bernoulli-Euler beam with proportional damping effect. Combined Differential-Algebraic Equations of motion are derived using multibody dynamics theory and Finite Element Method. The proposed equations of motion can be solved numerically using generalizd coordinate partitioning method and Predictor-Corrector algorithm, which is an implicit multi-step integration method.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권11호
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• pp.1413-1420
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• 2012

철도차량의 동적 거동 및 안정성 등을 예측하고 물리적인 특성을 이해하기 위하여 철도선진국인 영국, 프랑스, 일본 등에서는 축소모델 제작 및 시험하는 방법과 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 해석적으로 접근하는 방법이 사용되고 있다. 실물 규모의 동특성 시험은 대규모의 시험설비 구축에 따른 많은 비용과 시간의 소요, 그리고 시험 환경 설정의 어려움 등의 문제점이 발생하게 된다. 이러한 단점들을 극복하고자 상사법칙을 적용한 축소대차 모델을 이용하여 동적 시험 및 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 해석적 연구를 수행하고 있다. 본 연구에서는 소형탈선시뮬레이터를 이용한 1/5 축소대차의 주행안정성 시험에서 신뢰성이 검증된 해석모델을 이용하여 주행안정성에 미치는 매개변수 중 주행속도, 차체 하중의 2가지 변수에 따른 1/5 축소대차의 주행안정성 해석을 수행하고, 그에 따른 동적특성을 검토하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권3호
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• pp.303-309
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• 2015

본 연구에서는 무현가 복합소재 대차프레임의 철도차량 적용 가능성을 검토하기 위해 동특성 해석과 시험을 수행하였다. 복합소재 대차에서 윤축의 가이드 역할을 하는 고무부싱의 강성을 10MN/m에서 100MN/m까지 10MN/m 단위로 변화시키면서 차량 동특성을 해석적으로 평가하였다. 평가 결과 고무부싱의 강성이 40MN/m 이상에서는 성능요구조건을 만족하고 있음을 알 수 있었다. 또한, 81MN/m의 강성을 갖는 고무부싱을 제작하여 대차에 설치하고 주행 동특성 시험을 수행하였다. 시험결과 임계속도는 약 363km/h로 나타났으며, 주행 해석에서 얻은 330km/h와 약 10%의 오차를 보였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권9호
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• pp.84-90
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• 2018

철도차량의 거동을 해석하기 위하여 다물체 동역학 모델을 구성함에 있어 현가시스템을 구성하는 스프링, 댐퍼와 같은 현가요소에 대한 스프링강성이나 감쇠계수와 같은 물성치 파악은 매우 중요하다. 그 중 1차, 2차 현가시스템에 주로 활용되고 있는 코일스프링에 대한 동역학 모델을 구성함에 있어 축방향 강성은 도면이나 설계자료에 명확하게 명시되어 있지만 횡방향에 대한 물성은 명시되어 있지 않아 동역학 해석 모델 구성에 어려움을 안고 있다. 따라서 본 논문에서는 철도차량의 현가시스템에 폭 넓게 적용되고 있는 코일스프링에 대한 횡강성을 해석하기 위한 모델에 대하여 검토하고자 한다. 코일스프링 시료에 대한 횡강성을 해석하고자 유한요소해석 방법을 수행하였고 Krettek와 Sobczak의 코일스프링 횡강성 해석모델을 적용하여 수치해석을 수행하였다. 그리고 코일스프링 시료를 대상으로 횡강성 특성시험을 수행하여 해석모델과의 적합성을 검토하였다. 시험결과와 비교한 결과, Krettek와 Sobczak의 코일스프링 횡강성 해석모델을 적용하고 보정계수를 수정한 결과가 시험결과에 근사한 결과를 얻을 수 있었다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2001년도 춘계학술대회논문집B
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• pp.501-506
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• 2001

Computer modeling is essential to evaluate possible design of suspension for a railway vehicles. By creating a simulation, the engineers are able to assess the feasibility of a given design and change the design factors to get a better design. But if one wishes to perform complex analysis on the simulation, such as railway vehicle dynamic, the computational time can become overwhelming. Therefore, many researchers have turned to surrogate modeling. A surrogate model is essentially a regression performed on a data sampling of the simulation. In the most general sense, metamodels(surrogate model) take the form $y(x)=f(x)+{\varepsilon}$, where y(x) is the true simulation output, f(x) is the metamodel output, and $\varepsilon$ is the error between the two. In this paper, a second order polynomial equation is partially used as a metamodel to represent the forty-six dynamic performances for high speed train. The number of factors as design variables of the metamodel is twenty-nine, which are composed the dynamic characteristics of suspension. This metamodel is used to search the optimum values of suspension characteristics which minimize the dynamic responses for high speed train. This optimization is a multi-objective problem which have many design variables. This paper shows that the response surface model which is made through the design of analysis of computer experiments method is very efficient to solve this complex optimization problem.

• 한국철도학회논문집
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• 제16권2호
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• pp.110-116
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• 2013

궤도틀림은 철도차량의 주행안전성 및 승차감에 매우 큰 영향을 미치는 중요 인자 중 하나이다. 따라서, 차량의 주행안전성과 승차감의 확보를 위해서는 주행속도, 차량의 동적특성, 궤도틀림 검측차의 검측특성, 검측주기등을 고려하여 적정한 궤도틀림 기준을 설정하고, 관련 기준에 따라 궤도틀림을 철저히 관리하여야 한다. 본 논문에서는 궤도틀림 중에서 방향틀림이 KTX 차량의 거동에 미치는 영향을 조사하기 위하여 철도차량 동특성 해석프로그램인 VAMPIRE를 이용하여 방향틀림의 파장과 진폭에 대한 매개변수해석을 수행하였다. 방향틀림 크기와 파장에 따른 KTX의 탈선계수, 대차가속도, 차체가속도 및 궤도횡압 등의 주행거동을 조사하였으며, 방향틀림이 KTX차량의 주행안전성과 승차감에 미치는 영향을 분석하였다. 방향틀림은 차량주행안전성에 미치는 영향이 크며, KTX 주행안전성 확보를 위하여 방향틀림을 엄격하게 관리하여야 함을 알 수 있었다.

• 한국입자에어로졸학회지
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• 제9권2호
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• pp.79-87
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• 2013

In this study, the characteristics of turbulent flow and collection efficiency for an one-stage electrostatic precipitator(ESP) with slit type collecting electrode for urban railway underground tunnels were obtained using computational fluid dynamics(CFD) commercial code FLUENT 6.3 and lab-scale experiments. The electrostatic precipitator was operated under high gas velocity(3~12m/s). Five different designs of collecting electrode, flat plate-type and a slit-type of 3mm, 5mm, 7mm and 10mm slit width and four various gas velocity(3, 6, 9, and 12m/s) were used and applied. A standard k-${\varepsilon}$ model in CFD commercial code FLUENT 6.3 was used for flow simulation. The flow simulation results showed that the turbulent intensity of flat plate-type was higher than slit-type under all gas velocity conditions and also the turbulent intensity of flat plate-type was increased continuously, but in case of slit-type was maintained at constant range. And, the turbulent intensity was decreased according to increasing of slit width. The experimental results showed that the collection efficiency of slit-type was higher than flat plate-type under all gas velocity conditions. And, over 6m/s gas velocity condition, the collection efficiency of 5mm and 7mm was highest, when compared to 3mm and 10mm.

• 한국철도학회논문집
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• 제10권5호
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• pp.499-505
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• 2007

본 연구의 주목적은 고속선 콘크리트 슬래브 궤도시스템에서 레일패드의 피로효과에 따른 영향을 분석하는 데에 있다. 이에 3차원 해석모델 및 실내시험을 통해 도출된 레일패드의 피로효과(경화, 스프링계수 증가)가 고속선 궤도의 역학적 거동에 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구에서는 콘크리트 슬래브 궤도의 적정 탄성력 확보여부를 의미하는 레일패드의 적정스프링계수 산정에 관한 연구의 일환으로 고속철도 콘크리트 슬래브 궤도에 적용된 레일체결시스템에 대한 실내시험을 통한 레일패드의 정적스프링계수를 산정하고 체결시스템에 대한 피로시험을 통해 도출된 피로효과가 고려된 레일패드의 스프링계수 변화를 해석모델에 적용함으로써 향후 고속선 콘크리트 슬래브 궤도운영에서의 열차 주행안정성 확보 및 합리적인 궤도유지관리를 위한 기초데이터를 확보하고자 한다.

• Wind and Structures
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• 제20권2호
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• pp.143-168
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• 2015

A numerical model for analyzing air-train-track interaction is proposed to investigate the dynamic behavior of a high-speed train running on a track in crosswinds. The model is composed of a train-track interaction model and a train-air interaction model. The train-track interaction model is built on the basis of the vehicle-track coupled dynamics theory. The train-air interaction model is developed based on the train aerodynamics, in which the Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) method is employed to deal with the dynamic boundary between the train and the air. Based on the air-train-track model, characteristics of flow structure around a high-speed train are described and the dynamic behavior of the high-speed train running on track in crosswinds is investigated. Results show that the dynamic indices of the head car are larger than those of other cars in crosswinds. From the viewpoint of dynamic safety evaluation, the running safety of the train in crosswinds is basically controlled by the head car. Compared with the generally used assessment indices of running safety such as the derailment coefficient and the wheel-load reduction ratio, the overturning coefficient will overestimate the running safety of a train on a track under crosswind condition. It is suggested to use the wheel-load reduction ratio and the lateral wheel-rail force as the dominant safety assessment indices when high-speed trains run in crosswinds.