Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.10a
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pp.97-102
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2003
A real train load fluctuates along the track because of complicated movements(Bouncing, Rolling, Pitching and Yawing) and rail conditions. This research has for its object in development of a numerical real train load model including fluctuation characteristics of lateral forces. It is based on Klingel movement theory of a wheelset on straight track it presents a propriety of application by comparison between a 3D-Numerical analysis result using this train load model and a measured data. And this paper presents further study subject to improve a method about the train load modeling.
The underlying ground state of a railway plays a significant role in maintaining the integrity of the overlying concrete slab and ultimately supporting the train load. While effective nondestructive tests have been used to evaluate the rail track system, they can only be performed during non-operating time due to the stress wave generated by active sources. In this study, finite element numerical simulations are conducted to investigate the feasibility of detecting unfavorable substructure conditions by using a moving train load. First, a train load module is developed by converting the train load into time-variant equivalent forces. The moving forces based on the shape functions are applied at the nodes. A parametric study that takes into account the bonding state and the train class is then performed. All the synthetic signals obtained from numerical simulations are analyzed at the frequency domain using a Fast Fourier transform (FFT) and at the time-frequency domain using a Short-Time Fourier transform (STFT). The presence of a void condition amplifies the acceleration amplitude and the vibration response. This study confirms the feasibility of using a moving train load to systematically evaluate a rail track system.
Park, Yong-Gul;Eum, Ki-Young;Choi, Jung-Youl;Sung, Deok-Yong
Journal of the Korean Society for Railway
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v.10
no.6
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pp.701-708
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2007
A tilting train, which was developed to run the curve section without reducing the speed and compromising the riding quality, can improve the speed so as to reduce the travel time, compared to the existing trains. Then the force generated by the train operation to the track is in proportion to train operation speed, which means the track shall bear the increased force as much as the increase in train operation speed. Particularly, wheel load and lateral wheel load generated by train operation and distributed to the rail tend to cause the track to suffer the strain and furthermore the severe disaster such as derailment. To deal with such problem and ensure the train will run safety and stably, the tolerance in wheel load change, lateral wheel load and derailment coefficient was determined for quantitative evaluation of the train operation stability. In this study, derailment coefficient of inner and outer rail at existing curve section of tilting train was determined to evaluate the curve radius, possibility of acceleration and the need of rail improvement, which was then compared with the existing traditional train and high speed train. Conducting the quantitative evaluation of dynamic wheel load and lateral wheel load of each train, which was based on field survey, derailment coefficient and static & dynamic wheel load change, which serve the evaluation criteria of train operation stability, were determined for comparison with the standards, thereby analyzing the stability of the tilting train.
Safety is the prime concern for a high-speed railway bridge, especially when it is subjected to a collision. In this paper, an analysis framework for the dynamic responses of train-bridge systems under collision load is established. A multi-body dynamics model is employed to represent the moving vehicle, the modal decomposition method is adopted to describe the bridge structure, and the time history of a collision load is used as the external load on the train-bridge system. A (180+216+180) m continuous steel trussed-arch bridge is considered as an illustrative case study. With the vessel collision acting on the pier, the displacements and accelerations at the pier-top and the mid-span of the bridge are calculated when a CRH2 high-speed train running through the bridge, and the influence of bridge vibration on the running safety indices of the train, including derailment factors, offload factors and lateral wheel/rail forces, are analyzed. The results demonstrate that under the vessel collision load, the dynamic responses of the bridge are greatly enlarged, threatening the running safety of high-speed train on the bridge, which is affected by both the collision intensity and the train speed.
This study suggest a way to improve duty process of KTX(Korea Train Express) high-speed train driver. A new operating system which based on safety was introduced to operate high-speed train which travel above 300km/h on the high-speed railroad but below 200km/h on the general railroad. There were some studies on the operation of high-speed train which travel on the high-speed railroad and on the general railroad with safety. However they overlooked the elements of human errors. The duty-load of KTX train driver's 14 basic operation processes was measured using NASA-TLX and found four processes with high duty-load. In this paper, critical tasks of the high duty-load processes are determined using a questionnaire. Some suggestions which include the improvement of facilities, operating system and operating skill are proposed to lighten duty-load of the critical tasks. The validity of the proposed new task processes is demonstrated by making question to KTX train driver. To use this results cost-benefit analysis, hazards analysis etc. should be performed additionally.
The present study describes a practical estimation procedure about the pantograph under several severe aerodynamic load conditions. As the operating speed of the Korean Train Express(KTX) reaches 350km/h, structural safety at various conditions should be examined at the design stage. In the present study, a compact and reliable procedure is developed to get aerodynamic loads on each part of the pantograph regarding the typhoon condition, the train/tunnel interaction, the train/train interaction and the side wind condition. In the estimation procedure, 3-dimensional steady and unsteady CFD simulation around the high speed train facilitates assigning the external local flow condition around the pantograph. The procedure is verified using the results of the low speed wind tunnel test at JARI and applied to 7 flow conditions and 4 operation configurations.
A load flow and short circuit fault simulation of AC electrified railway distribution systems is presented with DIgSILENT PowerFactory software. Load flow of electrified railways distribution system with concerning multi train lines and dynamic characteristics of train load is studied for different time laps. The dynamic characteristics of train load in starting and braking conditions with different starting and stopping times and its moving positions makes the load flow complicated so there is a great need in studying the effects of electrified railways on load flow. Short circuit fault transients is also studied and simulated for both power system or traction distribution system and their effects on the operation of the train sets is investigated.
In this paper, the static and dynamic responses of a tied-arch railway bridge under train load were studied through field tests. The deflection and stresses of the bridge were measured in different static loading scenarios. The dynamic load test of the bridge was carried out under the excitation of running train at different speeds. The dynamic properties of the bridge were investigated in terms of the free vibration characteristics, dynamic coefficients, accelerations, displacements and derailment coefficients. The results indicate that the tie of the measuring point has a significant effect on the vertical movement of the test section. The dynamic responses of arch bridge are insensitive to the number of trains. The derailment coefficients of locomotive and carriage increase with the train speed and symmetrically distributed double-line loads reduce the train derailment probability.
The safety of tilting train running on curved track is, in general, evaluated with a derailment coefficient calculated by the ratio of wheel load and lateral force, Particularly on curve, the wheel load and lateral force on rail may cause trackbed to be deformed, depending on their intensity, and moreover, often result in critical accident such as derailment. This study hence was intended to identify the cause of wheel load and lateral force so as to suggest the allowable wheel load reduction rate, lateral force limit and derailment coefficient, thereby quantitatively evaluating the operational safety of tilting train. This study therefore was aimed to analyze the wheel load and lateral force occurred during tilting train's operation on circular curve in such a way of comparing with traditional trains, by axle and speed, in a bid to eventually evaluate the operational safety of tilting train.
A finite element approach is presented to examine ground vibration characteristics under various moving loads in a homogeneous half-space. Four loading modes including single load, double load, four-load, and twenty-load were simulated in a finite element analysis to observe their influence on ground vibrations. Four load moving speeds of 60, 80, 100, and 120 m/s were adopted to investigate the influence of train speed to the ground vibrations. The results demonstrated that the loading mode in a finite element analysis is reliable for train-induced vibration simulations. Additionally, a three-dimensional finite element model (3D FEM) was developed to investigate the dynamic responses of a track-ballast-embankment-ground system subjected to moving loads induced by high-speed trains. Results showed that vibration attenuations and breaks exist in the simulated wave fronts transiting through different medium materials. These tendencies are a result of the difference in the Rayleigh wave speeds of the medium materials relative to the speed of the moving train. The vibration waves induced by train loading were greatly influenced by the weakening effect of sloping surfaces on the ballast and embankment. Moreover, these tendencies were significant when the vibration waves are at medium and high frequency levels. The vibration waves reflected by the sloping surface were trapped and dissipated within the track-ballast-embankment-ground system. Thus, the vibration amplitude outside the embankment was significantly reduced.
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