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.
In this paper, a numerical method for vehicle-track interaction analysis is developed to evaluate vertical dynamic force subjected to rail surface. A vehicle is modelled by lumped masses system and track by multi layered continuous beam system. The equation of motion of vehicle and track interaction system is derived by considering compatibility condition at the contact points between wheel and rail. The input vibration source is given by the empirical formula of power spectral density of track irregularity, which is suggested by FRA. Using this method, dynamic impact factors with the train speed are evaluated.
Various installation faults may lie in fasteners in the construction of a direct-fixation track by the top-down method. At an extreme, they may cause excessive interaction between the train and track, compromise the running safety of the train, and cause damage to the track components. Therefore, the faults need to be kept within the allowable level through an investigation of their effects on the interactions between the train and track. In this study, the vertical dynamic stiffness of fasteners in installation faults was measured based on the dynamic stiffness test by means of an experimental apparatus that was devised to feasibly reproduce gap faults. This study proposes an effective analytical model for a train-track interaction system in which most elements, except the nonlinear wheel-rail contact and some components that behave bi-linearly, exhibit linear behavior. To investigate the effect of the behavior of fasteners in gap faults in a direct-fixation track on the vehicle and track, vehicle-track interaction analyses were carried out, targeting key review parameters such as the wheel load reduction factor, vertical rail displacement, rail bending stress, and mean stress of the elastomer. From the results, it was noted that the gap faults in the concrete bearing surface of a direct-fixation track need to be limited for the sake of the long-term durability of the elastomer than for the running safety of the train or the structural safety of the track.
This paper represents the results carried out to determine the dynamic response characteristics of Korea High Speed Rail(KHSR) bridges. The responses of the KHSR bridges subjected to the moving train loading are obtained through the simplified method for the 2-dimensional train/track/bridge interaction analysis in which the eccentricity of axle loads and the effect of the torsional forces acting on the bridge are included for the more accurate train/track/bridge interaction analysis. The results of the analyses are compared with the field test data to verify the performance of the 2-dimensional train/track/bridge interaction analysis method.
Recently the concrete slab tracks are being constructed on roadbed in the Kyong-bu 2nd stage high speed railways. In responding to this trend, new design standards and track materials maintenance systems, based on the slab track material safety and usage perspective, are needed. This research provides the design standards and the maintenance system. The proposed standards and the maintenance system are based on the track theory and the track-train interaction program developed, where the roadbed displacement and train speed are utilized as mediating variables. In the analysis, the dynamic response of track-train interaction apply to various speeds and displacements. the roadbed displacement is shown in a sine curve, the scope of the displacement occurrence, presented in its wavelenths, include 6meters, 10meters, 15meters, 20meters, 30meters. the train speeds involved are 50,100, 150,200,250,300,350,400 kilometers per hour.
In this paper, the simplified method for 2-dimensional train/track/bridge interaction analysis is utilized in the analysis of dynamic behavior of bridges in which the eccentricity of axle loads and the effect of the toriosnal forces acting on the bridge are included for the more accurate train/track/bridge interaction analysis. Inverstigations mainly into the influence of vehicle speed on train/track/bridge interactions are carried out for the two cases. The first case is that only train and bridge are considered in the modelling and the other case is that train, track and bridge are considered.
장대레일은 동절기에 중위온도 이하로 떨어져 레일의 인장파단에 의해 개구부가 발생할 수 있다. 레일 파단을 미리 감지 못하는 경우에 개구부에서 동적하중에 의해서 차륜과 레일의 파손이 발생할 수 있으며, 열차주행 안전성이 감소될 수 있다. 본 연구에서는 개구부에서의 궤도와 차량의 동적거동 분석을 위해 레일 파단시 개구부에서의 궤도와 차량의 상호작용을 고려한 동적해석모델을 제안하였다. 궤도와 차량의 선형시스템은 비선형 헤르찌안 접촉 스프링에 의해 연성되었으며 전체 궤도-차량 시스템 운동방정식을 정식화하였다. 그리고 개구부에서의 상호작용 현상을 고려하여 궤도 불균일부의 함수를 정의하고 개구부에서의 전후방 레일 사이의 개구량을 고려하였다. 비선형 방정식을 풀기위해 동적해석은 $Newmark-{\beta}$ 방법에 의해 수행되었다. 그리고 차량속도, 개구량, 레일지지강성에 따른 매개변수에 대한 궤도-차량의 동적상호작용해석을 수행하였고 변수에 대한 영향을 분석하였다.
Recently a concrete slab tracks are being constructed on roadbed in the Gyoeng-bu 2nd phase high speed railways. In respdnding to this trend, new design standards and track materials maintenance systems, based on the slab track material safety and usage perspective, are needed. This research provides a roadbed design criteria and the maintenance system. The proposed roadbed design criteria and the maintenance system are based on the developed analysis meathod of train/slab-track interaction. where the roadbed settlement and train speed are utilized as mediating variables. In the analysis, the dynamic response of train/slab-track interaction apply to various speeds and settlements. the roadbed settlement is shown in a sinusoidal shape of wave, the scope of the settlement occurrence presented in its wavelengths, include 6meters, 10meters, 15merwes, 20meters, 30meters. The train speeds involved are 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400kilometers per hour.
장대레일은 동절기에 기온하강으로 인한 인장력을 발생하는데 중위온도 이하로 떨어져 파단이 발생되면 인장파단과 레일 간에 틈이 발생되며 이를 개구부라 한다. 이 개구부를 차륜이 통과하면 충격하중이 발생하며, 큰 손실이 발생할 수 있는 열차탈선이 발생할 수 있다. 본 연구에서는 동적해석을 위해 개구부를 가진 궤도와 차량의 상호작용을 고려한 동적해석모델을 제안하였다. 궤도와 차량의 선형시스템은 비선형 헤르찌안 접촉 스프링에 의해 연성되었으며 전체 궤도-차량 시스템 운동방정식을 정식화하였다. 그리고 개구부에서의 상호작용 현상을 고려하여 궤도 불균일부의 함수를 정의하고 개구부에서의 전후방 레일 사이의 개구량을 고려하였다. 비선형 방정식을 풀기위해 동적해석은 수정된 Newton-Raphson 방법에 근거한 Newmark - $\beta$ 방법에 의해 수행되었다. 그리고 차량속도, 개구량, 레일지지강성에 따른 매개변수를 조건으로 수치해석을 수행하였다.
This paper represents the results carried out to determine the dynamic response characteristics of Korea High Speed Rail(KHSR) bridges. The responses of the KHSR bridges subjected to the moving train loading are obtained through the simplified method for the 2-dimensional train/track/bridge interaction analysis in which the eccentricity of axle loads and the effect of the torsional forces acting on the bridge are included for the more accurate train/track/bridge interaction analysis. The results of the analyses are compared with the field test data to verify the performance of the 2-dimensional train/track/bridge interaction analysis method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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