A numerical model for analyzing air-train-track interaction is proposed to investigate the dynamic behavior of a high-speed train running on a track in crosswinds. The model is composed of a train-track interaction model and a train-air interaction model. The train-track interaction model is built on the basis of the vehicle-track coupled dynamics theory. The train-air interaction model is developed based on the train aerodynamics, in which the Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) method is employed to deal with the dynamic boundary between the train and the air. Based on the air-train-track model, characteristics of flow structure around a high-speed train are described and the dynamic behavior of the high-speed train running on track in crosswinds is investigated. Results show that the dynamic indices of the head car are larger than those of other cars in crosswinds. From the viewpoint of dynamic safety evaluation, the running safety of the train in crosswinds is basically controlled by the head car. Compared with the generally used assessment indices of running safety such as the derailment coefficient and the wheel-load reduction ratio, the overturning coefficient will overestimate the running safety of a train on a track under crosswind condition. It is suggested to use the wheel-load reduction ratio and the lateral wheel-rail force as the dominant safety assessment indices when high-speed trains run in crosswinds.
Double-deck train have studied in the next generation train in KRRI. Double-deck train have more seat capacities compared with single deck vehicles and is a efficient, reliable and comfortable alternative train. Because of heavy weight, weight minimization of double-deck train carbody is imperative to reduce cost and extend life-time of train. Weight minimization problem of the double-deck train car-body is required to decide 66 design variables of thicknesses for large aluminum extruded panel while satisfying stress constraints. Design variables are too many and one execution of structural analysis of double-deck train carbody is time-consuming. Therefore, we adopt approximation technique to save computational cost of optimization process. Metamodels such as response surface model (RSM) and kriging model are used to approximate model-based optimization is described. RSM is easy to obtain and expressed explicit function, but this is not suitable for highly nonlinear and large scaled problems. Kriging model employs an interpolation scheme and is developed in the fields of spatial statistics and geostatistics. Target of this design is to find optimum thickness of AEP to minimize weight of doulbe-deck train carbody. In this study, meta model techniques are introduced to carry out weight minimization of a double-deck train car-body.
The experiments for aerodynamic characteristics of railway acoustic screen are performed using 1/61 scaled-down moving model rig facility which employs an axis symmetry and one wire guidance method. The launching mechanism is an air-gun type. The train model for the experiment is the high speed train (Korea Train Express: KTX) and the tested speed is about 300 km/h. The tested train length is 61 em which is corresponding to two units of KTX train. The cross sectional area and weight of train model are 0.00264 $m^2$ and 287 g, respectively. The Reynolds number based on the model train length is $1.2{\times}10^7$. The strength of pressure wave is measured using piezo typed pressure sensor. The measured pick value of pressure was as high as 365 Pa in the shortest gap between the acoustic screen and model train. The measured pressure is well compared with the field test data of mc 779-1 [2] values. However, the experimental data were slightly lower than the mc 779-1 values. The results show the model test can be used as a substitute for the field test.
To investigate the characteristics of the combined wind field produced by the natural wind field and the train-induced wind field on the bridge, the aerodynamic models of train and bridge are established and the overset mesh technology is applied to simulate the movement of high-speed train. Based on ten study cases with various crosswind velocities of 0~20 m/s and train speeds of 200~350 km/h, the distributions of combined wind velocities at monitoring points around the train and the pressure on the car-body surface are analyzed. Meanwhile, the difference between the train-induced wind fields calculated by static train model and moving train model is compared. The results show that under non-crosswind condition, the train-induced wind velocity increases with the train speed while decreases with the distance to the train. Under the crosswind, the combined wind velocity is mainly controlled by the crosswind, and slightly increases with the train speed. In the combined wind field, the peak pressure zone on the headstock surface moves from the nose area to the windward side with the increase of wind velocity. The moving train model ismore applicable in analyzing the train induced wind field.
We are developing an innovative super-speed land transportation system running in a partial vacuum in tunnels with small inside diameter to reduce the aerodynamic drag forces. This paper presents the experimental results obtained on a small scale model when a super-speed train model passing through a tunnel with small inside diameter and a partial vacuum to reduce the aerodynamic drag forces. The experiments were performed on a 1/52-scale moving model rig in which a train model with a diameter of 58 mm and a length of 603 mm was accelerated in a launching tube with 12.27 m length by means of the compressed air launcher and then passed through a tunnel model with 17.149 m length. The partial vacuum was maintained in the tunnel in order to reduce the energy consumption of the propulsion system of the super-speed tube train at super-speed of 700 km/h. In this study, the blockage ratio of train to tunnel model is 0.336. Experimental results show the nonlinear effects of the vacuum on the speed-up of the train model in the tunnel model under the partial vacuum up to 0.21 atm and at the velocity up to 684 km/h. This paper is first study for experiments on the speed-up of a super-speed train model in the partial vacuum tunnels.
This paper discusses the development of a generic train operation model from a set of Korean Urban Transit Regulations such as Regulation for Train Operation of Urban Transit, Regulation for Safety Requirements of Urban Transit and so on. It is to communicate with various stakeholders on urban transit system, and to elicit copious requirements in performance of the urban transit train operation based on the model.
In this study, the new three-dimensional finite element analysis model of guideway structures considering ultra high-speed magnetic levitation train-bridge interaction, in which the various improved finite elements are used to model structural members, is proposed. The box-type bridge deck of guideway structures is modeled by Nonconforming Flat Shell finite elements with six DOF (degrees of freedom). The sidewalls on a bridge deck are idealized by using beam finite elements and spring connecting elements. The vehicle model devised for an ultra high-speed Maglev train is employed, which is composed of rigid bodies with concentrated mass. The characteristics of levitation and guidance force, which exist between the super-conducting magnet and guideway, are modeled with the equivalent spring model. By Lagrange's equations of motion, the equations of motion of Maglev train are formulated. Finally, by deriving the equations of the force acting on the guideway considering Maglev train-bridge interaction, the complete system matrices of Maglev train-guideway structure system are composed.
The test facility of a 1/60-scale model for train-tunnel systems has been recently developed to investigate the effects of tunnel portal shapes, hood shapes and air-shafts for reducing the micro-pressure waves radiating towards the surroundings from the tunnel exit. The present test rig has been advanced from a 1/70-scale facility at NLR in Netherlands. The NLR test rig has the two-wise guidance system that needs two ears attached on the external surface of a model train nose. Therefore, their train models have irregular nose shapes. The main characteristics of the present facility are that the train model is guided by only one wire from the compressed air launcher to the absorber parts of test facility and the wire guidance hole is located at the axial center of a train model. In the present test rig, after a train model is launched, the air jet from the launcher does not enter the tunnel model. Experimental results were compared with numerical predictions to prove the performance of the test facility.
In this paper we present a nonlinear programming model for the train seat capacity distribution with a numerical example. The model finds the optimal capacity distribution methods which minimize the sum of the differences between the demands and the seat capacities. Also the model provides the information on the degree of the discrepancy between the demand and the seat capacities. One can use the model as a tool for planning train seat capacity planning.
In order to predict the train noise propagation from a level railroad, this paper presents the model of train noise source and the prediction model based on the results by using the sound intensity method. The prediction model gives the effects of geometric attenuation, ground attenuation, and barrier attenuation of noise. There are several principal assumption in developing model: (a) the train noise is primarily rolling noise; (b) the rail head and wheels are in good condition; (c) the height of source is 10cm above track; (d) the directivity pattern of train noise sources is a dipole source. Calculated results based on this model are compared with available field data and good agreement has been obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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