Recently the research for lightening the railway vehicle is actively made according to the demand of the environment-friendly technology development contributing to the energy cost reduction and the green growth. The railway vehicle lightweight research is expanded to the load-supporting first structure from the secondary structure which doesn't support the load. After the composite car body development used in the Korean tilting train is completed, the composite bogie frame development in which the weight reduction efficiency is large is progressed. In this paper, distributed strain was monitored when the train load was added to the central part of the composite bogie side-frame. By using the optical fiber which was attached to the lower part of the side-frame and the developed Brillouin correlation domain analysis (BOCDA) system, the strain distribution could be measured with 3cm step over 3m section. This strain distribution was compared with the design value by the FE analysis when the load of 14ton and 18ton added. This experiment can verify the manufactured composite bogie side-frame.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.4
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pp.86-92
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2017
In this study, a running performance evaluation and roller rig test was conducted to evaluate the applicability of a composite bogie frame, which has the role of the primary suspension. The composite bogie frame was made of a GEP224 glass/epoxy prepreg. Vehicle dynamic analysis was carried out on the composite bogie with three different kinds of side beam thicknesses (50 mm, 80 mm, and 150 mm). From the results, the composite bogie with a side beam thickness of 80 mm satisfied all the dynamic design requirements. Although the composite bogie with the side beam thickness of 50mm also met the design requirements, its critical speed was just a 2% margin to the requirement. In contrast, the model of the side beam thickness of 150mm did not meet the ride comfort. In addition, a composite bogie frame with the side beam thickness of 80 mm was fabricated and installed on a complete bogie. Moreover, the roller rig test using the fully equipped bogie was performed to evaluate the critical speed. During the test, the lateral excitation was imposed on the wheelsets to realize the rail irregularity. There was no divergence of the lateral displacement of the wheelsets while increasing the speed. The measured critical speed was similar to the predicted result.
In this study, we analyzed process numerically when a bogie frame skin is manufactured by applying resin transfer molding process using composite material instead of steel. Processing time was compared based on the various thickness of bogie frame skin and the weight variation of a skin was also considered. As a result, RTM processing time decreases and the weight of a bogie reduces as the thickness of frame skin increases with the assumption that fiber volume is constant inside the skin. By considering these results as the information to estimate the production cost, trade-off between two fields, processing time and structural properties, can be performed in design optimization to produce bogie frame.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.8
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pp.913-920
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2011
We describe the evaluation of the fatigue life and strength of a lightweight railway bogie frame made of glass fiber/epoxy 4-harness satin-woven composites. To obtain the S-N curve for the evaluation of the fatigue characteristics of the composite bogie frame, we performed a tension-compression fatigue test for composite specimens with different stacking sequences of the warp direction, fill direction, and $0^{\circ}/90^^{\circ}$ direction. We used a stress ratio (R) of -1, a frequency of 5 Hz, and an endurance limit of $10^7$. The fatigue strength of the composite bogie frame was evaluated by a Goodman diagram according to JIS E 4207. The results show that the fatigue life and strength of the lightweight composite bogie satisfy the requirements of JIS E 4207. Given its weight, its performance was better than that of a conventional metal bogie frame based on an SM490A steel material.
To reduce the weight of a railroad vehicle, a bogie frame skin is considered for manufacture using an RTM process and composite material. Compared to other processes, RTM has merits in that it demands only simple manufacturing facilities and can produce a large and complex structure in a short cycle time. On the other hand, it is important to determine the proper number and locations of gates and vents to prevent void formation inside a structure. In this study, we numerically predicted the flow pattern in a bogie frame skin during the RTM process by distinguishing the permeability of a fiber mat as isotropic or anisotropic. Using the results, we analyzed the RTM process conditions of the bogie frame to predict skin void formation, mold filling time, and optimum location of vents depending on the permeability conditions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.3
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pp.283-289
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2015
In this study, the lightweight design of a brake bracket for a composite bogie was studied by considering two brake bracket models with thicknesses of 12t and 9t, respectively. For achieving this goal, finite element analysis and topology optimization were conducted. Firstly, the largest cross-sectional areas of the vertical and horizontal plates of the brake bracket were selected as the design variables. As the constraint, the Z-axis displacement of the brake bracket was increased by 2.5 units from the initial displacement value. The minimum volume fraction of the design regions was chosen as the objective function. The full model comprised a composite bogie frame and brackets attached together. However, to reduce the analysis time, 1D beam elements were used instead of the composite bogie frame by ensuring its equivalence with the full model. The result revealed that the weights of the 12t and 9t models of the brake bracket were reduced to 60 kg and 31 kg, respectively.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.7
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pp.765-770
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2014
This paper describes the study on a method for improving the structural durability of bolted joints applied to a composite bogie frame. In this study, three bolted joints with and without inserts and screw threads were selected for determining the effect of the inserts, using experiment and analysis. The structural performances of the proposed bolted joints were compared and evaluated using the test method prescribed by the ASTM D5961 standard. The results revealed that the bolted joint having an insert shape without the screw thread offered improved durability for application to a composite bogie frame. Furthermore, the structural integrity of the frame comprising the bolted joints was evaluated using finite element analysis according to the JIS E 4207 standard. The Tasi-Wu and Von-Mises failure criteria were used for determining the failure of the composite structure and bolted joints, respectively. A sub-modeling technique was introduced for investigating the performance of the bolted joints in greater detail. The analysis results demonstrated that the Tasi-Wu failure index of the composite structure near the bolted joints was reduced by approximately one-half after applying an insert without the screw thread. This implies that the structural durability of the bolted joints of a composite bogie frame could be improved by using a metal insert without the screw thread.
In order to evaluate the structural integrity of a GFRP composite bogie frame due to flying railway ballast, the low velocity impact test and compressive test after impact was conducted for glass fiber/epoxy 4-harness satin woven laminate composites applied to skin part of a bogie frame. The impact test was performed using a instrumented impact testing system with energy levels of 5J, 10J and 20J and the designed impactor based on typical railway ballast shapes such as sphere, cube and cone to simulate the ballasted track environments. The compressive strength was tested to according to ASTM D7137 to evaluate the degradation of mechanical property of impact damaged laminate composites. The results showed that the damage area and the degradation of compressive strength after impact for laminate composites was increased with increase in impact energy for all ballast shapes and was particularly most influenced by cone ballast shape.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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