• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권10호
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• pp.81-87
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• 2017

본 연구는 고속열차 시운전 시험과 이에 따른 주행동특성 고찰 및 개선에 관한 것이다. 고속열차 시운전 시험을 통한 선행 연구에서 도출한 요댐퍼 설치 방법에 따른 후미 진동 개선 방안을 실제 고속철도 차량의 시운전시에 적용하여 후미 진동 저감 효과가 있음을 확인하였다. 또한 전체 차량에 대한 진동저감 방안을 동역학 해석 소프트웨어를 사용하여 수치 해석적 방법으로 도출하였으며, 그 효과를 시운전 시험을 통하여 확인하였다. 개선된 설계안은 실제 2층 고속열차 객차에 적용되어 주행동특성 문제없이 시운전을 진행하였다. 차세대 고속열차 임계속도에 영향을 미치는 현가장치 파라미터들에 대한 민감도 분석을 수행하였으며, 임계속도에 크게 영향을 미치는 4개의 설계변수를 도출하였는데, 이는 1차 탄성조인트 열차진행 방향 강성, 2차 요댐퍼 시리즈 강성, 2차 횡댐퍼 댐핑계수, 차간 댐퍼 댐핑계수 순이었다. 이 설계변수에 대한 최적화를 통하여 임계속도를 23.3% 향상시키는 현가장치 파라미터를 제시하였으며, 이는 차세대 고속열차 상용화 모델의 설계에 이용될 수 있다.

• 한국철도학회논문집
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• 제12권5호
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• pp.719-724
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• 2009

본 연구에서는 직물 탄소/에폭시와 유리/에폭시의 DCB(double cantilever beam)시편을 제작하여 ASTM 5528-01에 준하여 모우드 I 층간파괴인성을 측정하고, 이와 동일한 조건의 유한요소해석을 수행하여 층간파괴거동을 해석적으로 평가하였다. 시험에 의하여 측정된 층간파괴인성은 탄소/에폭시는 평균 $845.7J/m^2$, 유리/에폭시는 $1,042J/m^2$였다. 유한요소 모델은 접착요소를 이용하여 층간파괴를 구현하였고, 측정된 층간파괴인성을 부여하였다. 해석 결과의 검증을 위하여 시험을 통하여 측정된 시편 끝단의 반력과 Timoshenko 빔 이론을 통하여 계산된 결과를 비교하였다. 측정된 결과와 해석결과는 유사하였다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제21권2호
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• pp.45-54
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• 2013

In this paper, a theoretical weight-reduction method was suggested to substitute an underframe material of a box-type bodyshell having cut-outs with an alternative light-weight material. To utilize the material substitution method previously developed for a box-type hybrid bodyshell not having cut-outs, we derived a box-type baseline model without cut-outs which is similar to the stiffness condition of a box-type bodyshell having cut-outs. To do this, the thicknesses of roof and walls of the baseline model were determined such that the deflection of the baseline model under a distributed vertical load condition is equal to the sum of the theoretical section deflections of the original box model with cut-outs. Next, to derive a hybrid bodyshell by under-frame material substitution, the material substitution method for a box-type hybrid bodyshell without cut-outs was applied to the box-type baseline model. Finally, we compared the FE simulation results of the derived hybrid bodyshells having cut-outs for various materials with the theoretical results of the suggested method, and we obtained their good correlations.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권2호
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• pp.213-221
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• 2011

알루미늄 재질의 도시철도차량 차체의 경량화를 위해 이중 판재구조로 이루어진 철도차량용 알루미늄 압출재의 최적설계를 수행하였다. 위상최적설계 기법을 이용하여 알루미늄 차체에서 가장 큰 중량을 차지하는 하부 프레임 베이스 플레이트의 경량화된 위상을 도출하였고, 이를 기반으로 압출재 부재별 치수 최적화를 수행하였다. 하부 프레임 다음으로 큰 중량을 차지하는 측면 프레임 압출재에 대해서는 치수 최적화를 통하여 경량설계를 수행하였다. 최적설계안과 현재 설계의 최대발생응력과 최대 변형량을 비교하여 최적설계결과의 타당성을 검증하였다. 이 과정을 통하여 언더프레임과 사이드프레임의 중량을 현재보다 평균 12% 줄일 수 있었고, 차체 전체로는 8.5%의 경량화 효과를 얻었다.

• 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.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권3호
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• pp.32-38
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• 2020

본 연구에서는 1차원 충돌해석 방법을 이용하여 기존 철도차량 화물차량의 충돌 가속도 분석을 통해 기존 차량의 문제점을 확인하고, 충돌 안전성 향상 대안을 제시하고자 한다. 화물 철도차량의 국내 충돌사고 사례 및 유럽 및 북미 규격 분석을 통해 입환충격 상황과 충돌사고 상황 시나리오를 선정하였다. 차량의 질량과 연결기의 하중-변위 특성을 고려하여 화차용 1차원 충돌해석 모델을 개발하였으며, 상용 유한요소 해석솔버인 LS-DYNA를 이용한 1차원 충돌 해석을 수행하였다. 해석 결과 충돌속도 10km/h 이내의 입환충격 상황에서 화차의 가속도 레벨은 EN 12663 규격에서 제시하는 2g 이하로 안정된 수준으로 예측되었지만, 충돌속도 15~30 km/h 사이의 충돌사고 상황에서는 연결기의 완충용량 부족으로 차체의 변형 및 가속도 레벨의 증가가 예측되어 차체 구조 및 적재 화물의 안전에 취약한 구조임을 확인하였다. 충돌안전성 향상 방안으로 화차에 재료의 소성변형을 이용한 비가역적 충돌에너지 흡수장치를 적용하여 동일 시나리오로 충돌해석을 수행하였고, 기존 차량 대비 최대 12% 수준으로 가속도 레벨이 감소된 것을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권9호
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• pp.643-651
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• 2020

공기 저항이 적은 아진공 상태의 튜브 안을 주행함으로써 초고속주행이 가능한 캡슐트레인은 부상 공극이 커서 인프라 건설 비용 절감에 유리한 초전도 유도 반발식 부상을 채택하고 있다. 초전도 유도 반발식 부상은 부상 공극을 크게 할 수 있고, 별도의 공극 제어가 필요 없는 장점이 있는 반면, 공극 변동량이 크고 부상력에 댐핑 특성이 작기 때문에 차량의 주행 안정성 및 승차감이 악화 될 수 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해서는 차량의 주행 동특성에 기반한 주행안정화장치를 설계하고 적용하여야 한다. 본 연구에서는 캡슐트레인의 동특성을 모사하고 주행안정화장치의 성능을 사전에 검토할 수 있는 1/10 스케일의 축소형 시험장치를 개발하였다. 시험장치는 대차의 모션을 구현할 수 있는 6 자유도 스튜어트 플랫폼, 주행안정화장치가 적용된 2차 현가장치 및 차체로 구성되어 있다. Jaschinski가 제안한 동특성 상사 법칙에 따라 축소 시험장치를 제작하였고, 가이드웨이 불규칙도와 부상 강성이 반영된 대차 모션 구현 알고리즘을 적용하였다. 제작된 시험장치를 이용한 실험을 통해 얻어진 결과와 수치해석 결과와의 비교를 통해 시험장치의 성능을 검토하였다.

• 한국철도학회논문집
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• 제11권4호
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• pp.357-363
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• 2008

본 연구에서는 염수분무환경에 노출된 철도차량 차체용 탄소섬유/에폭시 복합재의 내구성을 조사하였다. 염수환경시험을 위해서는 해수와 가장 유사하도록 5% 염화나트륨 염수용액을 제조하여 사용하였다. 본 연구에 적용된 시편은 T700 탄소섬유직물을 에폭시 수지에 함침시킨 형태의 복합재 평판에서 채취하였다. 기계적 특성 시험을 통해 인장특성, 굽힘특성, 전단특성을 평가하였으며 동역학 측정장치를 통해 저장탄성계수, 손실탄성계수, 그리고 tan $\delta$ 등의 열분석 특성을 평가하였다. 또한 적외선 분광분석을 통해 노출기간에 따른 화학구조 변화도 조사하였다. 연구결과에 따르면 강화섬유가 지배적인 역할을 하는 기계적 특성은 염수환경에 영향을 받지 않지만 수지가 지배적인 역할을 하는 기계적 특성은 노출기간이 길어짐에 따라 점차 감소하는 양상을 나타낸다. 저장탄성계수는 노출기간에 큰 영향을 받지는 않지만 유리전이온도는 염수환경에 영향을 받으며 노출기간이 길어지면 감소하는 양상을 나타낸다. FT/IR 선도에서 관찰된 피크의 세기는 노출기간에 다소 영향을 받지만 피크의 형상과 위치는 노출 기간에 따른 변화가 관찰되지 않는다. 이로 미루어 볼 때 본 연구에 적용된 탄소섬유/에폭시 복합재는 염수환경에 비교적 안정함을 알 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권4호
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• pp.489-496
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• 2019

본 논문은 철도차량 및 자동차용 패널의 진동 및 소음억제용으로 사용되는 감쇠 처리재의 감쇠특성 평가에 관한 연구이다. 감쇠재의 모드별 매개변수들을 구하기 위해 다른 종류의 PVC를 알루미늄과 철계 빔위에 도포한 시편을 제작하여 가진시험을 수행하였다. 시편은 10 Hz부터 1,000 Hz까지의 주파수 대역을 조화력으로 가진하여 가속도계로 전달 모빌리티값을 측정하였다. 감쇠계수는 몇 가지 이론인 반력법, 최소 탄젠트오차법 및 최소 각오차법 조합법과 위상변화법을 모드 원호곡선 맞춤과 최소자승오차법을 사용하여 작성한 통합 프로그램을 이용하여 평가하였다. 감쇠값이 비교적 낮고 측정값이 선형인 경우는 어느 방법을 사용해도 되나, 감쇠값이 높거나 측정값에 비선형특성이 있는 경우에는 최소 각오차법이 감쇠계수 측정오차를 줄일 수 있다. 도포 감쇠재의 동적특성 평가로부터 구한 재료의 물성값은 차체나 철도차량 하부 기기함과 같이 복잡한 구조물의 소음해석을 위한 유한요소법에 사용할 수 있다. 빔 시험에서 수행한 모드별 감쇠계수의 특성 평가 결과 2차 이상 모드의 주파수 대역에서 감쇠 효과가 크기 때문에 구조소음억제에 유용할 것으로 사료된다.