Seo, Jung Won;Kwon, Suk Jin;Lee, Dong Hyeong;Jun, Hong Kyu;Park, Chan Kyeong
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.31
no.9
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pp.783-790
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2014
Railway wheels and axles are the most critical parts of the railway rolling stock. The wheel carry axle loads and guide the vehicles on the track. Therefore, the contact surface of wheel are subjected to wear and fatigue process. The wheel damage can be divided into three types; wear, contact fatigue failure and thermal crack due to braking. Therefore, in the contact surface between the wheel and the rail, the materials are heat treated to have a specific hardness. The manufacturing quality of the wheel have a considerable influence on the formation of tread wear and damage. Also, the residual stress on wheel is formed during the manufacturing process is one of the main sources of the damage. In this paper, the mechanical characteristic and the residual stress according to wheel material have been evaluated by applying finite element analysis and conducting mechanical tests.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.32
no.6
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pp.931-937
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2008
The rail/wheel rolling contact affects the microstructure in the surface layer of rail. Recently. continuum damage mechanics allows us to describe the microprocesses involved during the straining of materials and structures at the macroscale. Elastic and plastic strains. the corresponding hardening effects are generally accepted to be represented by global continuum variables. The purpose of continuum damage mechanics is to introduce the possibility of describing the coupling effects between damage processes and the stress-strain behavior of materials. In this study. the continuum damage mechanics caused by elastic deformation was briefly introduced and applied to the fatigue damage of the rails under the condition of cyclic loading. The material parameter for damage analysis was first determined so that it could reproduce the life span under the compressive loading in the vicinity of fatigue limit. Some numerical studies have been conducted to show the validity of the present computational mechanics analysis.
In a domestic, HSR-350x which has the maximum speed 350km/h was developed and then next, the next generation high speed train which has the maximum speed 400km/h has still been developing. With developing the next generation high speed railway, there need to be a general plan to make sure of dynamic safety though the a study on the crack and failure of rail by rolling contact fatigue. Therefore, this study investigated occurring stress of rail according to the track quality, train velocity, wheel radius, track stiffness, distance between sleepers, axial force using Eisenmann's equations. For the more, via the finite element method, it investigated shear force on the rail head which could be changed by the early crack length, angle and temperature. As a result, this study confirmed the main elements which effect on the fatigue life cycle of rail.
Ratcheting is a cyclic accumulation of strain under a cyclic loading. It is a kind of mechanisms which generate cracks in rail steels. Though some experimental and numerical study has been performed, modeling of ratcheting is still a challenging problem. In this study, an elastic-plastic constitutive equation considering non-linear kinematic hardening and isotropic hardening was applied. Under the tangential stress of the contact stresses, a cyclic stress-strain relation was obtained by using the model. Strain under repeated cycles was accumulated.
The derailment is defined as phenomena in which the wheels run off the rail due to inordinate lateral force generated when wheel flange contacts with the rail. Derailment coefficient is typical standard assessing running safety and derailment. The traditional method measuring by strain gage adhered to wheels is very complicated and easy to fail. It also requires too much cost and higher measurement technique. Therefore it can hardly ensure safety because we can't confirm at which time we need to identify safety. In this paper, we principally researched the method measuring easily wheel load generated by contacts between wheel flange and the rail, and lateral force. Correlation of vibration and displacement which was related physical amounts of wheel load and lateral force, was investigated and analyzed through analysis, experiment and measurement. And it is presents new measurement method of derailment coefficient which can estimate derailment possibility only by movement of vibration and displacement, by which we understand the rate for acceleration and displacement to contribute wheel load and lateral force and compare actual data of wheel load and lateral force measured from wheel.
The rail surface defects which are generated on repeated rolling contact fatigue are getting increased according to high speed, high density, and minimum weight. In addition, Increasing noise and vibration are affected by these also impact load generated as well. Because of this phenomenon, more serious and critical damages were occurred. In fact, in order to control them, the rail grinding amount in Korea. This study evaluated how depth of hardening on rail surface is formed and suggested optimal rail grinding amount by RCF(rolling contact fatigue) test with generated contact pressure between KTX wheel and UIC60 rail by applying FEM analysis. Therefore, the amount was generated approximately 0.2mm/20MGT to maintain integrity of rail surface by getting rid of depth of hardening on rail according to rail accumulated passing tonnage.
Wear and rolling contact fatigue (RCF) defects are most important causes of rail damage, and often interaction competitive at present railway track. Head check is one of rolling contact fatigue (RCF) defects, and generally occurs in mild circular curves and transition curves that are set at both ends of sharp circular curves. Wear tends to limit the crack growth of head checks by removing the material from the RCF surface. In order to clarify the conditions of the occurrence and growth of head checks, the authors measured the interacting forces between wheels and rails and the angle of attack of wheelset, and carried out contact analyses using the actual profile data of wheels and rails. The effects of the lateral force, the contact geometry, and the wear rate at rail gauge comer on the formation of head checks were also analyzed by using the worn profiles of actual wheels and rails and the data obtained by a track inspection car. Some specific range of wear rate at the gauge comer was identified as having close relation with occurrence of head checks.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.23
no.7
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pp.605-616
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2013
An important source of noise from railways is rolling noise caused by wheel and rail vibrations induced by acoustic roughness at the wheel-rail contact. In the present paper, characteristics of rail vibration and radiated sound power from concrete slab tracks for domestic high speed train(KTX) is investigated by means of a numerical method. The waveguide finite element and boundary element are combined and applied for this analysis. The concrete slab track is modelled simply with a rail and rail pad regarding the concrete slab as a rigid ground. The wave types which contribute significantly to the rail vibration and radiated noise are identified in terms of the mobility and decay rates. In addition, the effect of the rail pad stiffness on the radiated power is examined for two different rail pad stiffnesses.
Seo, Jung-Won;Lee, Dong-Hyong;Ham, Young-Sam;Kwon, Sung-Tae;Kwon, Seok-Jin;Cho, Ha-Yong
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.6
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pp.613-620
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2012
Rails are subjected to damage from rolling contact fatigue, which leads to defects such as cracks. Rolling contact fatigue damages on the surface of rail such as head check, squats are one of growing problems. Another form of rail surface damage, known as "Ballast imprint" has become apparent. This form of damage is associated with ballast particles becoming trapped between the wheel and the surface of rail. These defects are still one of the key reasons for rail maintenance and replacement. In this study, we have investigated whether the ballast imprint is an initiator of head check type cracks and effect of defect size using Finite element analysis. The FE analysis were used to investigate stresses and strains in subsurface of defects according to variation of defect size. Based on loading cycles obtained from FE analysis, fatigue analysis for each point was carried out.
For high speed railway vehicles, we consider a vibration of flexible track/wheel system. It is very important to deal with the complex phenomena of high-speed vehicles that can be occurred in the vertical vibration of the system. From a viewpoint of multibody dynamics, this kind of problem needs accurate analysis because the system includes mutual dynamic behaviors of rigid body and flexible body. The simulation technique for the complex problems is also discussed. We consider the high-speed translation, rail elasticity, elastic supports under the rail and contact rigidity. Eigen value analysis is also completed to verify the mechanism of the coupled vertical vibration of the system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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