A geometric contact conditions of wheel/rail affect the dynamic behavior of rolling stock. Mechanical force acted on the wheel/rail causes excessive wear and increase the maintenance cost. In this study, we have studied the dynamic behavior of the urban railway vehicle with new and worn wheel by VAMPIRE program. And we have tested the accelerations of wheelset on the conventional line. The results of simulation are compared with the measuring data of field test. It shows that the acceleration of worn wheel is greater than the acceleration of new wheel in the straight track line but on the contrary, the acceleration of new wheel is greater than the acceleration of worn wheel in curved track. That results explain that the new wheel is worn out greater than the worn wheel in curved track line and need to be maintained more seriously when running in curved track line.
Various programs for dynamic simulation of the railway vehicle have advantages and disadvantages. These programs have limitation that cannot express a large deformable body for an wire of the railway vehicle. In this study, a program for dynamic simulation of the railway vehicle is developed. And the rigid, flexible and large deformable body can be simulated using this program. Its reliability is verified by comparison with a commercial program. Also, a wire is considered as the large deformable body and a sliding joint which connects the rigid body to the large deformable body is included. Moreover, as the wheel-rail contact module is added, the dynamic simulation of the railway vehicle can be analyzed using the developed program.
International Journal of Reliability and Applications
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v.4
no.4
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pp.183-190
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2003
Rail breaks and derailments can cause a huge loss to rail players due to loss of service, revenue, property or even life. Maintenance has huge impact on reliability and safety of railroads. It is important to identify factors behind rail degradation and their risks associated with rail breaks and derailments. Development of mathematical models is essential for prediction and prevention of risks due to rail and wheel set damages, rail breaks and derailments. This paper addresses identification of hazard modes, estimation of probability of those hazards under operating, curve and environmental condition, probability of detection of potential hazards before happening and severity of those hazards for informed strategic decisions. Emphasis is put on optimal maintenance and operational decisions. Real life data is used for illustration.
The purpose of this study is to develop a nonlinear algorithm for the dynamic interaction analysis of KTX trains and bridge girders with consideration of separation and flange contact phenomena between wheel and rail. For this, three interaction models between wheel-rail are implemented and compared through numerical examples. That is, the spring model and the non-jump model are briefly explained, and a nonlinear contact model is then proposed to accurately simulate interaction forces of the train-bridge system. Dynamic interaction analysis of a simply supported girder and trains is performed and the analyzed results are presented and compared for the proposed contact model and the other model types. Particularly, flange contact phenomena in the nonlinear contact model are demonstrated under a specific condition.
Seo Jung-Won;Hur Hun-Mu;Choi Jae-Boong;Kim Young-Jin
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.10
s.241
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pp.1384-1391
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2005
Damage often occurs on the surface of railway wheels due to wheel-rail contact fatigue. It should be removed before reaching wheel failure, because wheel failure can cause derailment with loss of life and property. The increase or decrease of the contact fatigue lift by the metal removal of the contact surface were investigated by many researchers, but they have not considered initial residual stress and traction force. The railway wheel has the initial residual stress formed during the manufacturing process, and the residual stress is changed by thermal stress induced by braking. The traction force and residual stress are operated on wheels of locomotive and electric motor vehicle. In this study, the effect of metal removal depth on the contact fatigue life for a railway wheel has been evaluated by applying lolling contact fatigue test. The effect of the traction force and metal removal on the contact fatigue life has been estimated by finite element analysis. It has been found that the initial residual stress determines the amount of metal removal depth if the traction coefficient is less than 0.15. If the traction coefficient is greater than 0.2, however, the amount of metal removal depth is independent on the intial residual stress.
Park, Yong-Gul;Kang, Yoon-Suk;Go, Dong-Chun;Sung, Deok-Yong
Journal of the Korean Society for Railway
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v.12
no.3
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pp.396-404
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2009
With developing the next generation high speed railway, there need to be plans to make sure of running safety though researchs on the crack and break of rail by rolling contact fatigue. Therefore, this study performed the parametric analysis effecting on the fatigue life of rail using simplified equations. It analyzed the internal stress of rail according to the track quality, train velocity, wheel radius, track stiffness, sleeper space, wheel load. For the more, via the finite element method, it analyzed shear force on the rail head which could be changed by the early length of crack, angle of crack and temperature. As a result, this study continued the main parameter effecting on the fatigue life of rail.
To assess the wear behavior of rails against subway rail car wheels, we investigate the sliding wear behavior of pins derived from two types of rails (normal rails and heat-treated rails) against a disc derived from a subway rail car wheel, using a pin-on-disc-type tribometer. We base the sliding wear test conditions on the sliding conditions for wheel flange-rail gauge corner contact. We demonstrate the remarkable transition in the wear behavior of the pins derived from the rails, from severe wear to mild wear, as a function of the sliding distance. The wear rate of the heat-treated rail material in the running-in wear region is much lower than that of the normal rail material. Furthermore, the wear rates of the pins in the running-in wear region decrease with increasing hardness and with decreasing sliding speed. However, there is little difference between the heat-treated rail pin and the normal rail pin in the wear rate in the steady-state wear region. Stricter controls on the decarburized layer beneath the surface of rails are required to reduce the wear rate in the running-in wear region.
Gandhi, V.C. Sathish;Kumaravelan, R.;Ramesh, S.;Sriram, K.
Structural Engineering and Mechanics
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v.53
no.5
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pp.1051-1066
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2015
The study aims on the effect of material dependency in elastic- plastic contact models by contact analysis of sphere and flat contact model and wheel rail contact model by considering the material properties without friction. The various materials are selected for the analysis based on Young's modulus and yield strength ratio (E/Y). The simulation software 'ANSYS' is employed for this study. The sphere and flat contact model is considered as a flattening model, the stress and strain for different materials are estimated. The simulation of wheel-rail contact model is also performed and the results are compared with the flattening model. The comparative study has also been extended for finding out the mean contact pressure for different materials the E/Y values between 150 and 660. The results show that the elastic-plastic contact analysis for materials up to E/Y=296.6 is depend on the nature of material properties and also for this material the mean contact pressure to yield strength reaches 2.65.
The damaged wheel in railway vehicle would cause a poor ride comfort, a rise in the maintenance cost and even fracture of the wheel, which then leads to a tremendous social and economical cost. The defect initiation and crack propagation in wheel may result in the damage of the railway vehicle or derailment. Therefore, it is important to evaluate the characteristics of the wheel tread. In the present paper, the characteristics of wheel tread based on contact positions, running distance and brake pattern are evaluated. The result shows that the damaged wheel tread is remarkably depended on the contact positions between wheel and rail.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.28
no.5
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pp.565-571
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2011
Because most fatigue cracks in wheel and rail take place by rolling contact of wheel and rail in railroad industry, it is critical to understand the rolling contact phenomena, especially for the three-dimensional situation. This paper presents an approach to steady-state rolling contact problem of three-dimensional contact bodies, with or without tangential force, based on the finite element method. The steady-state conditions are controlled by the applied relative slip and tangential force. The three-dimensional distribution of tangential traction and contact stresses on the contact surface are investigated. Results show that the distribution of tangential traction and contact stresses on the contact surface varies rapidly as a result of the variation of stick-slip region. The tangential traction is very close in form to Carter's distribution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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