The bogie between the track and the railway vehicle body, is one of the most important component in railroad vehicle. Its effects on the safety of both passengers and vehicle itself, and on the overall performance of the vehicle such as riding quality, noise and vibration are critical. The bogie is mainly consisted of the bogie frame, suspensions, wheels and axles, braking system, and transmission system. The complex shapes of the bogie frame and the complicate loading condition (both static and dynamic) induced in real operation make it difficult to design the bogie frame fulfilling all the requirements. The complicated loads applied to the bogie frame are i) static load due to the weight of the vehicle and passengers, ii) quasi-static load due to the rolling in curves iii) dynamic load due to the relative motion between the track, bogie, and vehicle body. In designing the real bogie frame, fatigue analysis based on the above complicated loading conditions is a must. In this study, stress analysis of the bogie frame has been performed for the various loading conditions according to the UIC Code 6 15-4. Magnitudes of the stress amplitude and mean stress were estimated based on the stress analysis results to simulate the operating loads encountered in service. Fatigue strength of the bogie frame was evaluated by using the constant life diagram of the material. 3-D surface modelling, finite element meshing, and finite element analysis were performed by Pro-Engineer, MSC/PATRAN, and MSC/NASTRAN, respectively.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.772-777
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2006
An acoustic finite element model of a bridge is developed to evaluate the noise generated by the traffic-induced vibration of the bridge. The dynamic response of a multi-girder bridge, modeled by a 3-dimensional frame element model, is analyzed with a 3-axle(8DOF) truck model and a 5-axle(l3DOF) semi-trailer. The flat plate element is used to analyze the acoustic pressure due to the fluid-structure interactions between the vibrating surface and contiguous acoustic fluid medium. The radiation fields of noise with a specified distribution of vibrating velocity and pressure on the structural surface are also computed using the Kirchhoff-Helmholtz integral. In an attempt to illustrate the influence of the structural vibration noise of a bridge to total noise level around the bridge, the random function is used to generate the vehicle noise source including the engine noise and the rolling noise interacting between the road and tire. Among the diverse parameters affecting the dynamic response of bridge, the vehicle velocity, the vehicle weight, the spatial distribution of the road surface roughness, the stiffness degradation of the bridge and the variation of the air temperature changing the air density are found to be the main factors that increase the level of vibration noise. Consequently, The amplification rate of noise increases with the traveling speed and the vehicle weight.
Kim, Chul-Su;Ahn, Seung-Ho;Chung, Kwang-Woo;Cheon, Young-Suk;Park, Choon-Soo;Kim, Sang-Su;Jang, Cheon-Su
Proceedings of the KSR Conference
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2010.06a
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pp.1243-1248
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2010
Fatigue design and evaluation of welded joints are typically carried out by weld classification approach in which a family (theoretically infinite) of parallel nominal stress based S-N curves are used according to joint types and loading modes as well as extrapolation-based hot spot stress. Traditional finite element methods are not capable of consistently capturing the stress concentration effects on fatigue behavior due to their mesh-sensitivity in stress determination at welds resulted from notch stress singularity. The extrapolated hot spot stresses tend vary, depending on the element sizes, types, joint types, and loading mode. however, the equilibrium-equivalent structural stress method(E2S2) has been recently developed through several joint industry projects as a robust method to analyze welded components using finite element analysis. This method has been proven effective in correlating a large amount of published fatigue test results in the literature such as master S-N curve and has used for evaluating the fatigue life of welding components. In this study, fatigue analysis of the welding bogie frame is examined using E2S2 method with master S-N curve.
Magnesium alloy shows strong anisotropy and asymmetric behavior in tension and compression curve, especially at room temperature. These characteristics limit the application of finite element method (FEM) which is based on conventional continuum mechanics. To accurately predict the material behavior of magnesium alloy at microstructural level, a methodology of fully coupled multiscale simulation is presented and a crystal plasticity model as a constitutive equation in the simulation of metal forming process is introduced in this study. The existing constitutive equation for rigid plastic FEM is modified to accommodate deviatoric stress component and its derivatives with respect to strain rate components. Viscoplastic self-consistent (VPSC) polycrystal model was selected as a constitutive model because it was regarded as the most robust model compared to Taylor model or Sachs model. Stiffness matrix and load vector were derived based on the new approach and implemented into $DEFORM^{TM}-3D$ via a user subroutine handling stiffness matrix at an elemental level. The application to extrusion and rolling process of pure magnesium is presented in this study to assess the validity of the proposed multiscale process.
SmartCrown is a system to control the plate crown by shifting the sine-shaped work rolls in the axial direction. The control range of the plate crown depends on a depth of sine-shaped roll profile because the roll radius varies continuously along the axial direction. When the roll profile is changed to improve the control range, the contact stress between the work roll and the back-up roll also changes. In the current study, the contact stress for various profiles and rolling conditions were analyzed using the finite element method and compared with results from Hertzian contact theory. A submodel method is used to increase the accuracy of the finite element analysis. The analysis results showed that the maximum increase in the contact stress was only 53MPa, so it is anticipated that no back-up roll spalling will occur.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.23
no.7
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pp.605-616
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2013
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. In the present paper, characteristics of rail vibration and radiated sound power from concrete slab tracks for domestic high speed train(KTX) is investigated by means of a numerical method. The waveguide finite element and boundary element are combined and applied for this analysis. The concrete slab track is modelled simply with a rail and rail pad regarding the concrete slab as a rigid ground. The wave types which contribute significantly to the rail vibration and radiated noise are identified in terms of the mobility and decay rates. In addition, the effect of the rail pad stiffness on the radiated power is examined for two different rail pad stiffnesses.
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. In conventional approaches to predicting rail noise, the rail is regarded as placed in a free space so that the reflection from the ground is not included. However, in order to predict rail noise close to the rail, the effect of the ground should be contained in the analysis. In this study the rail noise reflected from the ground is investigated using the wavenumber domain finite element and boundary element methods. First, two rail models, one using rail attached to the rigid ground and one using rail located above rigid ground, are considered and examined to determine the rigid ground effect in terms of the radiation efficiency. From this analysis, it was found that the two models give considerably different results, so that the distance between the rail and the ground is an important factor. Second, an impedance condition was set for the ground and the effect of the ground impedance on the rail noise was evaluated for the two rail models.
A comprehensive analysis of wheel force spectrum is conducted to provide the KTX safety evaluation with structural behaviour of Pre-Stressed Concrete (PSC) box bridge due to various high speeds. The wheel spectrum for KTX locomotive running over road and PSC bridge tracks is compared using irregular track responses with numerical models of 170m approach road track and 40m span length of PSC box bridge The high-speed railway locomotive is used as 38-degree of freedom system. Three displacements (vertical, lateral, and longitudinal) and three rotational components (pitching, rolling, and yawing) for one car-body and two bogies are considered in the 38-degree of freedom model. Three dimensional frame element of finite element method (FEM) is used to model of the simply supported PSC box bridge. The irregulation of rail-way is derived using the experiential spectrum density function under assumption of twelve level tracks conditions based on the normal probability procedure. The dynamic analyses by Runge-Kutta method which are able to analyze the high frequency wheel force spectrum. A dynamic behaviour of KTX due to high speeds until 450km/h developing speed with relative time is analysed and compared the characteristics running over the road and PSC box bridge tracks. Finally, the KTX integrated evaluation method of safety between high speed train and bridge is presented.
The surface inspection of a steel billet is a common practice in the steel manufacturing process prior to hot rolling to produce steel wire for tire cord. This billet surface inspection is an important process because flaws on the surface may cause major failures during the product manufacturing phase. This paper presents a computer simulation based on a finite element method for a magnetic flaw detector with a function of the current intensity, the number of coil turns, and the billet proceeding speed during the production phase based on the typical condition of conventional apparatus. Based on the simulation result, the magnitude of the electromagnetic field on the surface diminished with distance from the electromagnet. In addition, the increased current intensity and the increased number of coil turns actually induced a stronger electromagnetic field on the billet surface. On the other hand, the proceeding speed of a billet in its production line had no significant effects. The result in this study may assist to reduce trial and error and to minimize the opportunity costs during the optimization process by applying the findings of this study into the operation condition in the steel billet production line.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.26
no.8
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pp.96-103
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2009
The roll forming process is commonly used for the conventional 'Fe' metal products such as a furniture drawer guide or an up-down slide guide. Recently its applications are variously expanded to the sanitary facilities or electronic devices. It is essentially required the cleanness for the high technology application and any corrosion or rust are not allowed. Therefore, in those applications the stainless steel materials are strongly demanded as the substitution of 'Fe' steel. However the mechanical properties of stainless steel are not suitable for forming process compared with those of 'Fe' steel. Up to now, the conventional F.E.M.(Finite Element Method) has been used to analyze and design the roll forming process. The purpose of this research is to obtain the proper production process and the shape of rolls to manufacture the high precision slide rails made of stainless steel material. The commercial program, SHARPE-RF, is used to analyze the entire roll forming process. The results show that the rolling process and the roll design by F.E.M. are useful from the good agreement between the shapes of products estimated by F.E.M. and those of the actual products.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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