In civil engineering, revolving structures (RS) are a unique structural form applied in innovative architecture design. Such structures are able to revolve around themselves or along a certain track. However, few studies are dedicated to safety design or health monitoring of RS. In this paper, a wireless dynamic sensing system is developed for RS, and field tests toward a large revolving auditorium are conducted accordingly. At first, a wheel-rail problem is proposed: The internal force redistributes in RS, which is due to wheel-rail irregularity. Then the development of the sensing system for RS is presented. It includes system architecture, network organization, vibrating wire sensor (VWS) nodes and online remote control. To keep the sensor network identifiable during revolving, the addresses of sensor nodes are reassigned dynamically when RS position changes. At last, the system is mounted on a huge outdoor revolving auditorium. Considering the influence of the proposed problem, the RS of the auditorium has been designed conservatively. Two field tests are conducted via the sensing system. In the first test, 2000 people are invited to act as the live load. During the revolving process, data is collected from RS in three different load cases. The other test is the online monitoring for the auditorium during the official performances. In the end, the field-testing result verifies the existence of the wheel-rail problem. The result also indicates the dynamic sensing system is applicable and durable even while RS is rotating.
By increasing the vertical stiffness of the rail fastening system, the dynamic wheel load of the vehicle can be increased on the ballast track, though this increases the cost of track maintenance. On the other hand, the resistance acting on the wheel is decreased, which lowers the cost of the electric power to run the train. For this reason, the determination of the optimal fastener stiffness is important when attempting to minimize the economic costs associated with both track maintenance and energy to operate the train. In this study, a numerical method for evaluating the optimal vertical stiffness of the fasteners used on ballast track is presented on the basis of the process proposed by L$\acute{o}$pez-Pita et al. They used an approximation formula while calculating the dynamic wheel load. The evaluated fastener stiffness is mainly affected by the calculated dynamic wheel load. In this study, the dynamic wheel load is more precisely evaluated with an advanced vehicle-track interaction model. An appropriate range of the stiffness of the fastener applicable to the design of ballast track along domestic high-speed lines is proposed.
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.
The rail surface defects can cause the high impact load on the track and lead to the progress of the rail fatigue damage and the rail break. In case of the rail break, there is a great deal of risk for derailment, and thus the maintenance criteria for the rail surface defects are of great importance. In this study, using the dynamic train-track interaction analysis program, the impact wheel loads and rail bending stresses according to the depths of the surface defects have been calculated with the input data of the rail surface irregularities measured at 43 spots with surface defects in the ballasted track of high-speed railway. Considering the irregularity of track geometry, the allowable limits of wheel load and rail bending stress have been set, and the maintenance criteria for the rail surface defects was suggested by analyzing the relationship of the maximum values of wheel load and rail bending stress versus depth and width of rail surface defect. The analysis results suggest that the allowable depth of the surface defect is determined approximately 0.2mm from the limit of the impact wheel load.
In this study, the influences of rail surface roughness on dynamic wheel-rail forces currently employed in conventional lines were assessed by performing field measurements according to grinding of rail surface roughness. The influence of the grinding effect was evaluated using a previous empirical prediction model for dynamic wheel-rail forces; model includes first-order derivatives of QI (Quality Index) and vehicle velocity. The theoretical dynamic wheel-rail force determined using the previous prediction equation was analyzed using the QI, which decreased due to rail grinding as determined through field measurements. At a constant track support stiffness, an increase in the QI caused an increase in dynamic wheel-rail forces. Further, it can be inferred that the results of dynamic wheel-rail analysis obtained using the measured data, such as the variation of QI due to rail grinding, can be used to predict the peak dynamic forces. Therefore, it is obvious that the optimum amount of rail grinding can be determined by considering the QI, that was regarding an operation characteristics of the target track (vehicle velocity and wheel load).
Recently, it is frequently reported that fatigue damages of deck slabs and floor systems of highway bridges occur under the conditions of increasing weight and traffic of heavy vehicles. These troubles are affected by dynamic wheel load of heavy vehicles running on roadway surface roughness with bump at expansion joint. It is required that this kind of traffic-induced vibration of highway bridges must be analyzed by using three-dimensional models of bridge and vehicle. In this study, the three-dimensional dynamic analysis is carried out, and dynamic responses of deck slab and wheel loads of moving vehicle are estimated according to different vehicle speeds and bump heights. Analytical responses of bridge deck slab are compared with experimental ones which were measured at Umeda entrance bridge of Hanshin Expressway in Osaka.
Park, Jeong-Jun;Kim, Ju-Ho;Kim, Ki-Sung;Kim, Dongwook;Hong, Gigwon
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.17
no.1
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pp.75-83
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2018
This paper described a results of dynamic stability by using wheel tracking test and unconfined compression test, in order to evaluate behavior characteristics on the developed pocketable expansion material for emergency restoration of ground cavity. The wheel tracking test result showed that the settlement increment ratio of the recovered ground by the expansion material was decreased compared to the sandy ground in high load condition. That is, it was confirmed that the expansion material was able to restrain the settlement due to the material stiffness, and the same results were obtained for the dynamic stability evaluation results. From the results of unconfined compression test, the pocketable expansion material was found to be able to fully support load on the restored cavity.
Bearing is a mechanical component that supports loads and transmits rotation. As the application of high-value-added products such as semiconductors, aviation, and robots have recently become diverse and more precise, an accurate bearing performance prediction and evaluation technology is required. Bearing performance evaluation can be divided into evaluations based on bearing theory and on numerical analysis. An evaluation based on numerical analysis is a technique that has been highlighted because the problems that remained unsolved owing to time problems can be solved through recent developments in computers. However, current studies have the disadvantage of not considering the essential changes over time and bearing rotation. In this study, bearing performance evaluation based on rigid body dynamic analysis considering rotation and load over time is performed. Rigid body dynamic analysis is performed for deep groove ball bearing to calculate the load applied by the ball. The reliability of the analysis is verified by comparing it with the results calculated using bearing theory. In addition, rigid body dynamic analysis is performed for automotive wheel bearings to calculate the contact angle and load applied by the ball for cases where axial load and radial load are applied, respectively. The effect of rotation and load over time is evaluated from these results.
A guideway vehicle is used in automobile, semiconductor and LCD manufacturing industries to transport products efficiently. Since the operating speed of the guideway vehicle should be increased for maximum productivity, the weight of the vehicle has to be reduced. This may cause parts in the system to fail before the life of the system. Therefore estimation of the fatigue life of the parts becomes an important problem. In this study, the fatigue life of the driving wheel in the guideway vehicle is estimated using a S-N curve. To obtain the fatigue life of a part, the S-N curve, load time history applied on a driving wheel and material property are required. The S-N curve of the driving wheel is obtained using the fatigue experiment on wheels. Load time history of the wheel is obtained from multibody dynamics analysis. To obtain the material properties of the driving wheel, which is composed of aluminum with urethane coating, a compression hardware testing has been done with the static analysis of the FE model. The fatigue life prediction using computational analysis model guarantees the safety of the vehicle at the design stage of the product.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.7
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pp.699-709
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2014
This paper proposes a new method for predicting the derailment of a running train under cross-wind conditions, using the single wheelset derailment theory. The conventional theories used for predicting the derailment due to cross-winds were developed under the assumption that derailment will always be of the roll-over type, thus neglecting other possible types such as wheel-climbing, which may occur under special driving conditions. In addition, these theories do not consider running conditions such as dynamic wheel-rail interactions and friction effects. The new method considers the effects of dynamic wheel-rail interaction as well as those of lateral acceleration, rail cant, and cross-winds. The results of this method were compared and verified with those of the conventional methods and numerical simulations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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