고속열차의 운행속도가 증가함에 따라 이전보다 공기역학적인 요소들의 중요성이 커지고 있다. 열차와 터널의 형상설계뿐만 아니라 주변 환경을 위해 고속 주행하는 열차 주변의 유동장을 이해할 필요성이 있다. 본 연구에서는 고속 주행으로 인해 열차 주변에 발생하는 열차풍을 분석하여 선로 주변에 작용하는 풍하중을 계산하였고, 터널 주행 시 발생하는 압력변동과 객차 연결부의 비정상 열린 공동 유동을 살펴보았다. 그 결과 2차원 해석의 정량적 한계점이 나타났지만, 정성적인 경향은 선행연구와 잘 일치함을 확인할 수 있었다. 따라서 고속열차 주변의 공기역학적 특성의 이해와 열차 및 터널의 형상 변화에 따른 상대적인 비교를 위해서는 EDISON_CFD를 이용한 2차원 해석이 유용함을 볼 수 있었다.
High-speed trains have been developed widely in many countries in order to transport large quantity of people and commodities rapidly. When a high speed train enters a tunnel, aerodynamic resistance is generated suddenly. The resistance caused from air pressure induces micro pressure wave and discomfort to passengers in a train. Therefore, a pressure relief system should be installed in a tunnel to reduce the resistance acting against the running train in a tunnel. Additionally, the shape of a grain should be streamlined in order to reduce aerodynamic resistance caused by a high-speed train. The cross-section of a tunnel also should be carefully designed to reduce discomfort of passengers. This study represents the effect of pressure relief ducts installed between two running tunnels. The pressure relief duct was integrated with a cross-passage in order to save cost and construction time. One-dimensional network numerical simulations were carried out in order to estimate the effect of pressure relief systems.
High-speed trains have been developed widely in European countries and Japan in order to transport large quantity of people and commodities in short time. Additionally, a high speed train is one of the most desirable and environmentally friendly transportation methods. When a high speed train enters a tunnel, aerodynamic resistance is generated suddenly. This resistance causes micro pressure wave and discomfort to passengers. Due to this aerodynamic pressure against the train, a large amount of traction is required for the operation of a train in a tunnel. Therefore, it is essential to incorporate a pressure relief system in a tunnel in order to reduce aerodynamic resistance caused by a high-speed train. A pressure relief duct and a vertical shaft are representative measures in a tunnel. This study represents the effect of pressure relief ducts in order to alleviate positive and negative normal pressures acting on a train. One-dimensional numerical simulations were carried out in order to estimate the effect of pressure relief systems.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.12
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pp.880-887
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2020
This study was conducted to investigate the running stability of a high-speed train operated in a tunnel and an open field when external forces such as wind pressure and train crossings were applied to the vehicle. With no external force, the running stability at 400 km/h was examined, and the wheel weight reduction ratio, lateral pressure of the axles, and derailment coefficient satisfied the criteria of the technical standards for a high-speed train. When the distance between the centers of the tracks is 4.6 m, the external force caused by train crossing slightly affects the lateral acceleration of the vehicle but does not significantly affect the wheel weight reduction rate, lateral pressure, and derailment coefficient in a tunnel and open filed. When the distance is 4.6~5.0 m, the wheel weight reduction ratio, lateral pressure, and derailment coefficient satisfy the criteria with 20 m/s wind. When the wind speed was 30 m/s, the derailment coefficient satisfied the criteria, and the other variables exceeded them. It is predicted that a high-speed train can be operated safely at 400 km/h with wind speed of up to 20 m/s, and it should be slowed down at a wind speed of 30 m/s.
It is a fact that the straightening of track alignment is one of the undoubted ways to improve the train speed on conventional lines, while that requires huge investment resources. Therefore, the operation of a tilting train as well as the minimum improvement of track is suggested as an effective and economical alternative way for the speed-up of conventional lines. Since a driving mechanism of tilting train is different from those of existing trains, in order to make sure its operation safety and stability on conventional line, the performance of track and roadbed must be preferentially evaluated on the conventional line. Furthermore, it is necessary to estimate the tilting-train-induced roadbed response in detail since the roadbed settlement can lead to the track deformation and even derailment. In this research, the patterns of wheel load and lateral force were monitored and analyzed through the field tests, and the derailment coefficient and degree of wheel off-loading were calculated in order to evaluate the tilting train running safety depending on the running speeds (120km~180km) on the conventional line. Moreover, roadbed pressure, settlement and acceleration were also observed as tilting-train-induced roadbed responses in order to estimate the roadbed stability depending on the running speeds. Consequently, the measured derailment coefficient and degree of wheel off-loading were satisfied with their own required limits, and all of the roadbed responses were less than those of existing high-speed train (KTX) over an entire running speed range considered in this study. As a result of this study, the tilting train which will be operated in combination with existing trains is expected to give no adverse impact on the conventional line even with its improved running speed.
The estimation of traffic safety and passenger comfort when the train is running on the bridge is a estimation unique to the railway bridge. The standards for such estimation are included in the Eurocode, the Shinkansen design criteria, and the design guideline of the Honam High-speed railway. The items are bridge responses including vertical displacement of bridge, vertical acceleration, and slab twist. In principle, a direct estimation based on the train responses has to take place. However, the estimation based on the bridge responses can be seen as an indirect estimation procedure for the convenience of the bridge designer. First, it is general practice that traffic safety can be verified as a derailment coefficient or wheel load decrement The general method of estimating passenger comfort is to calculate the acceleration within the train car-body. Various international indexes have been presented for this method. In the present study, traffic safety and passenger comforts are estimated directly by bridge/train interaction analysis. The acceleration and wheel load decrement are obtained for the estimation of traffic safety and passenger comforts of a suspension bridge which has main span length of 300m. Also, the consideration of seismic load with simultaneous action of moving train is done for bridge/train/earthquake interaction analysis.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.4
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pp.693-702
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2002
The aim of this study is to develop a 3-dimensional dynamic analysis model, capable of considering the interaction between vehicles and bridges more accurately. The dynamic analysis model is developed with the high-speed train (KTX) and a 2-span continuous prestressed concrete box girder bridge with a double track. The 20-car model is developed using the moving vehicle model for the regular trainset. Three-dimensional frame elements are used for the bridge model. Using the developed models, a dynamic behavior analysis program is coded. The analytical results are compared with the dynamic field test results and found to be valid to yield quite accurate dynamic responses. Based on the results of this study, the hybrid model, made up of the moving vehicle model for the heaviest power car and the moving force model for the other cars, is quite simple and effective without loosing the accuracy that much. Under the coincidence condition of two trains traveling with resonance velocity in the opposite directions, it is necessary to check not only the dynamic responses of the bridge with one-way traffic but those with two- way coincidence.
급속한 경제발전과 이에 대응한 교통인구의 증가로 운송시스템의 속도 경쟁은 날로 심화되고 있다. 그러나, 기존의 차륜구동 시스템은 본질적으로 궤도와 차륜의 마찰에 의하여 추진력을 얻기 때문에 평균 최대속도 250Km/h(상한 최대속도 350Km/h)수준이며 소음, 진동 등의 많은 문제점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 선진 외국에서는 부상식 열차의 개발에 관심을 표명하여 1960년대 후반부터 열차와 공기부상식 열차에 대한 연구를 병행하였다. 1970년대 중반까지 프랑스, 영국, 미국 등에서 개발이 진행된 공기 부상식 열차는 고속 주행 및 환경 문제 등에 문제점이 많아 실용화에는 이루지 못하고 신교통 시스템에 부분적으로 적용되고 있는 실정이다. 그러나 자기부상 열차는 Power Electronics 및 자기관련 기술의 급속한 발전에 힘입어 현재 실용화 단계에 이르고 있다. 특히 자기부상(Magnetic Levitation : Maglev) 시스템은 레일과의 마찰력에 의해 추진하는 방식이 아니기 때문에 본질적으로 고속성, 무공해, 안정성, 신뢰성, 경제성 그리고 승차감이 뛰어나다. Maglev는 레일 표면에서 자력을 이용해서 약 1.0cm 또는 10cm 가량 부상한 상태에서 주행하기 때문에 외부와의 물리적인 접촉이 필요 없어 마찰에 의한 소음, 공해, 마모 등이 없는 대단히 이상적인 미래의 운송 수단으로 각광을 받고 있다.
차세대 한국형 고속열차는 분산형 시스템으로 최고속도 400km/h, 운행속도 350km/h을 목표로 개발중에 있다. 차세대 고속열차의 신호시스템은 기존선의 자동열차정지(ATS, Automatic Train Stop) 및 자동열차방호(ATP, Automatic Train Protection)와 고속선의 자동열차제어(ATC, Automatic Train Control) 신호방식을 모두 사용하는 ATP+ATS+ATC 형태의 차상장치가 개발 설치될 예정이다. 따라서 이러한 장치의 개발과 연계하여 차세대 한국형 고속열차는 기존 경부고속선에서 시험주행을 할 예정이다. 따라서 기존 경부고속선에서 차세대 고속열차의 최고 속도시험를 위한 신호분야의 방안을 검토하고자 한다. 본 논문에서는 3가지의 방안을 제시하여 적합성과 운영효율성을 고려하여 최적의 방안을 도출하는 방식으로 전개할 예정이다.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.10
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pp.81-87
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2017
This paper describes the dynamic behavior and enhancement of Korean high-speed trains. The tail vibration reduction method of the yaw damper installation method change, which was derived from previous research, was applied to the running test of high-speed train. In addition, the vibration reduction method for the entire vehicle was derived by a numerical method and its effect was confirmed by a running test. The improved design was applied to the double-deck high-speed train coaches and the commissioning proceeded without problems in dynamic behavior. Sensitivity analysis of the suspension parameters affecting the critical speed of Korean next-generation high-speed trains was performed and four design variables that greatly affected the critical speed were derived. These were in the order of the primary elastic joint x-directional stiffness, the secondary yaw damper series stiffness, the secondary lateral damper damping coefficient, and the carbody damper damping coefficient. By optimizing the design variables, the suspension parameter that improves the critical speed by 23.3% can be used in the commercial designs of Korean next-generation high-speed trains.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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