• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.121-128
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• 2020

본 논문에서는 고속열차-차륜-레일-지반부의 상호작용에 따른 지반부의 변위장과 가속도장의 분포양상을 연구하고자 하였다. 이를 위해 고속열차 주행을 실제 차륜으로 모형하여 차륜-레일간의 연직접촉과 사행동에 의한 횡접촉을 모사하고, 이동질량해석을 근간으로 하였다. 이 때 지반부는 Modified Drucker-Prager 모델을 이용하여 상면 지반부의 비선형 거동을 부여하고 이에 따른 변위, 가속도의 변화를 탄성지반의 거동과 비탄성지반의 거동을 상호 비교하였다. 이를 통해, 실제 지반거동과 가까운 변위와 가속도 범위를 예측하고자 하였다. 이 때 지반부의 von-Mises응력과 등가소성변형도를 검토하고, 각 파괴면에서의 등가소성변형도, 전체 체적변형도 등을 검토하였다. 이동질량을 이용한 차륜-레일 접촉부의 수직응력, 횡압, 종방향 구속압 등의 시간이력에 따른 응력변화도 검토하였다. 비선형 지반모델의 경우 탄성 지반모델에 비해 열차 주행에 따른 변위 차이는 크지 않는 반면에 가속도의 경우는 큰 감소를 발생시키는 것으로 나타났다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제8권5호
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• pp.148-156
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• 2000

In this paper, we investigate contact characteristic of wheel-rail interface for rolling stock using the finite element method. Contact stress distribution due to the rail mounting slope is obtained in order to reduce the contact stress. Stress analysis of the rail, firstly, is performed one subjected to elliptical pressure based on Hertz theory. Secondly, we perform stress analysis of the rail subjected to contact stress obtained by this study. Results for the maximum shear stress, its location and the principal shear stress distribution are compared.

• 한국정밀공학회지
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• 제33권7호
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• pp.551-558
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• 2016

Reduction of welding residual stress is very important in the railway industry, but calculating its distribution in structures is difficult because welding residual stress formation is influenced by various parameters. In this study, we developed a finite element model for simulating the repair welding process to recover a surface damaged rail, and conducted a series of parametric studies while varying the cooling rate and the duration of post weld heat treatment (PWHT) to find the best conditions for reducing welding residual stress level. This paper presents a three-dimensional model of the repair welding process considering the phase transformation effect implemented by the ABAQUS user subroutine, and the results of parametric studies with various cooling rates and PWHT durations. We found that heat treatment significantly reduced the residual stress on the upper rail by about 170 MPa.

• 전산구조공학
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• 제9권2호
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• pp.143-151
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• 1996

구조 및 전기적 제약조건을 고려한 전자력 발사기의 최적설계에 대해 연구하였다. 펄스형 대전류가 흐르는 발사기의 단면적이 최소화되었으며 각 요소(레일, 측면벽, 세라믹 및 강철)의 허용응력과 예하중을 고려하였다. 전기적 제약조건은 발사기의 성능을 저하시키는 와전류 효과를 방지하기 위한 세라믹의 두께로 정하였다. 90mm발사기의 설계에서 응력해석과 최적화는 ANSYS코드를 사용하여 수행되었다. 예하중을 받는 최적설계에서는 예하중을 받지 않는 최적설계보다 53%의 단면적이 감소되었다. 레일의 원호각이 45.deg.일때 발사기의 성능이 가장 양호하다. 레일의 원호각이 45.deg.일때 Fahrenthold 연구결과와 비교하여 9%의 변형량 감소와 10.4%의 변형량 감소를 얻었고, 예하중도 186Mpa에서 59.8Mpa로 감소되었다. 연구결과는 설계 요구조건을 충분히 만족시켜 주고 있음을 보여 주었다.

• 한국철도학회논문집
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• 제6권2호
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• pp.142-148
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• 2003

A wheel and axle failure can cause a derailment with its attendant loss of life and property. The service conditions of railway vehicles have become severe in recent years due to a general increase in operating speeds. Damages of railway wheel are a spatting by wheel/rail contact and thermal crack by braking heat etc. One of the main source of damage is a residual stress. therefore it is important to evaluate exactly. A Residual stress of wheel is formed at the process of heat treatment when manufacturing. it is changed by contact stress developed by wheel/rail contact. Distributions of residual stress vary according to a magnitude of wheel load, a magnitude of friction when acceleration and deceleration. The objective of this paper is to estimate the influence of wheel motion on the residual stress distribution in the vicinity of the running surface.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 1999년도 추계학술대회 논문집
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• pp.234-241
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• 1999

Rails have residual stresses produced during manufacturing processes. The residual stresses play all important role on brittle fracture, fatigue strength and derailment by producing cracks in the web of rail. The web saw-cut test is a technique developed to measure the bulk longitudinal residual stress level. It is a simple mettled to estimate a stress intensity factor, $_{4}$ for a web crack by using the radii of curvature of the upper and lower portions of a cut rail. But according to this method, $_{4}$ varies along the rail length because the curvatures along tile rail length vary In this paper, tile residual stress was estimated by Finite Element Method and tile web saw-cut method. In addition tile variation of the residual stress with time was investigated.

• 대한기계학회논문집A
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• 제24권5호
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• pp.1238-1245
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• 2000

One of the main causes of severe wear or crack initiation in wheel and rail is the contact stress due to wheel-rail contact. First, we obtain contact stress due to the rail mounting slope using the finite element method. Second, the shape design based on more reasonable contact stress analysis rather th~n a general Hertzian contact theory is investigated in order to reduce the contact stress. The optimum -design is performed using the simple 2-D finite element model and its results are verified by 311) finite element analysis.

• 대한기계학회논문집A
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• 제23권11호
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• pp.2033-2039
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• 1999

One of the main causes of severe wear or crack initiation in wheel and rail is the contact stress due to wheel-rail contact. In this paper, the shape design based on more reasonable contact stress analysis rather than a general Hertzian contact theory is investigated in order to reduce the contact stress. The optimal design is performed using the simple 2-D finite element model and its results are verified by 3-D finite element analysis.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 1999년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.352-357
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• 1999

During the cooling process of rail, residual stresses are produced due to the difference of the coefficients of thermal expansion between rail and inhomogeneous non-metallic inclusions such as sulphides and oxides. A micro-mechanical approach is used to obtain the stresses in the inclusions and matrix, After obtaining the stress of an elliptical inhomogeneous inclusion in an infinite domain, average stresses of randomly distributed spherical inclusions are obtained by use of Mori-Tanaka's self consistent method. The magnitude of the calculated residual stress is near to the yield stress of the matrix in case of the spherical inclusions.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제15권2호
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• pp.67-74
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• 2014

최근 산업의 발달로 증가하는 도로와 이를 이용하는 차량의 증가로 인한 교통사고가 지속적으로 증가하고 있다. 교통사고는 운전자과실, 차량결함, 주행도로상태, 자연환경 등의 다양한 불안정 인자들로 인하여 발생한다. 방호울타리의 한 종류인 가드레일은 교통사고 및 이탈을 방지하여 탑승자의 상해와 차량의 파손을 최소로 줄여 차량을 정상주행 시키는 것을 목적으로 한다. 가드레일은 8 tonf 차량이 $15^{\circ}$로 80 km/h의 속도로 가드레일에 충돌하는 시험으로 가드레일의 안정성을 평가하며, 지반은 상대적으로 지지력이 큰 무한평지에서 평가된다. 하지만 국내의 경우 성토사면에 설치된 가드레일은 보호길어깨에 설치되며, 이로 인해 가드레일의 지지력 저하 및 성능저하로 가드레일의 안정성에 문제가 발생할 가능성이 있다. 이러한 가드레일에 대한 기존 연구는 무한평지에 설치된 가드레일 및 차량의 안정성에 대한 연구가 수행되었다. 하지만 차량 충돌 시 가드레일이 설치된 성토사면의 거동에 대한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 차량 충돌 시 성토사면의 거동을 확인하기 위해 유한요소프로그램인 LS-DYNA를 이용하여 성토사면에 설치된 가드레일의 지주 매입깊이를 변화시켜 수치해석을 수행하였다. 그리고 수치해석은 NCAN(National Crash Analysis Center)에서 제공하는 8 tonf 트럭을 이용하여 성토사면에서 가드레일 지주의 매입깊이를 변화시키면서 충돌 해석을 수행하였다. 그 결과, 가드레일 지주의 매입깊이가 증가함에 따라 성토사면의 변위와 응력이 증가하는 것으로 나타났으며, 450 mm 깊이에서 지반지지력이 저하되는 것으로 나타났다.