• Structural Engineering and Mechanics
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• 제29권4호
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• pp.355-380
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• 2008

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.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제68권4호
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• pp.459-473
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• 2018

Temperature fields and temperature deformations induced by time-varying solar radiation, shadow, and heat exchange are of great importance for the ride safety and quality of the maglev system. Accurate evaluations of their effects on the dynamic performances are necessary to avoid unexpected loss of service performance. This paper presents a numerical approach to determine temperature effects on the maglev train/guideway interaction system. Heat flux density and heat transfer coefficient of different components of a 25 m simply supported concrete guideway on Shanghai High-speed Maglev Commercial Operation Line is calculated, and an appropriate section mesh is used to consider the time-varying shadow on guideway surfaces. Based on the heat-stress coupled technology, temperature distributions and deformation fields of the guideway are then computed via Finite Element method. Combining guideway irregularities and thermal deformations as the external excitations, a numerical maglev train/guideway interaction model is proposed to analyze the temperature effect. The responses comparison including and excluding temperature effect indicates that the temperature deformation plays an important role in amplifying the response of a running maglev, and the parameter analysis results suggest that climatic and environmental factors significantly affect the temperature effects on the coupled maglev system.

• 한국철도학회논문집
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• 제20권1호
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• pp.111-119
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• 2017

이 연구에서는 자기부상열차-가이드웨이 상호작용을 고려하여 자기부상철도 가이드웨이 구조물의 진동사용성을 고려한 처짐한계를 제안한다. 간략화된 자기부상철도 시스템의 운동방정식을 유도하고, 자기부상력 제어를 위한 되먹임 상수가 부상공극의 변동량이 최소가 되도록 최적화한다. 이 시스템에 대하여 자기부상열차의 운행속도, 가이드웨이 경간장, 2차 현가장치의 고유진동수와 감쇠비를 변화시켜 가며, 부상공극의 크기와 차체의 연직가속도에 대한 사용성 기준을 만족하는 가이드웨이의 처짐한계를 조사한다. 해석 결과로부터 자기부상열차의 2차 현가장치에 대한 요구 조건과 가이드웨이 구조물이 만족시켜야 하는 처짐한계를 제안한다.

• 한국철도학회논문집
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• 제17권4호
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• pp.233-244
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• 2014

이 연구에서는 자기부상열차-가이드웨이 상호작용 해석기법을 현장에서 계측된 자료를 활용하여 검증한다. 자기부상열차의 차체와 대차는 병진운동과 회전운동을 하는 강체 질량으로 모사한다. 대차의 부상전자석에서 발생하는 부상력은 능동 제어 알고리즘에 의해 제어된다. 가이드웨이는 Euler-Bernoulli beam을 사용하여 수치 모형을 구성한다. 대차의 회전 운동으로 인한 부상공극의 변화와 가이드웨이에 작용하는 위치의 변화를 엄밀히 고려하여 자기부상열차-가이드웨이 상호작용계의 동적거동 해석을 수행한다. 인천공항 자기부상철도 노선에서 계측된 실측 자료를 이용하여 해석기법을 검증한다. 해석 결과와 현장 계측 결과의 비교를 통해 해석 기법의 정확성을 검증하고, 대상 구조물이 설계 기준을 만족하도록 안전하게 설계되고 시공되었음을 확인한다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제82권1호
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• pp.1-16
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• 2022

This work elaborately investigates the influences of the guideway geometry parameters and track irregularity on the dynamic performances of the suspended monorail vehicle-guideway system (SMVGS). Firstly, a spatial dynamic analysis model of the SMVGS is established by adopting ANSYS parameter design language. Then, the dynamic interaction between a vehicle with maximum design load and guideway is investigated by numerical simulation and field tests, revealing the vehicle-guideway dynamic features. Subsequently, the influences of the guideway geometry parameters and track irregularity on the dynamic performances of the SMVGS are analyzed and discussed in detail, and the reasonable ranges of several key geometry parameters of the guideway are also obtained. Results show that the vehicle-guideway dynamic responses change nonlinearly with an increase of the guideway span, and especially the guideway dynamic performances can be effectively improved by reducing the guideway span; based on a comprehensive consideration of all performance indices of the SMVGS, the deflection-span ratio of the suspended monorail guideway is finally recommended to be 1/1054~1/868. The train load could cause a large bending deformation of the pier, which would intensify the car-body lateral displacement and decrease the vehicle riding comfort; to well limit the bending deformation of the pier, its cross-section dimension is suggested to be more than 0.8 m×0.8 m. The addition of the track irregularity amplitude has small influences on the displacements and stress of the guideway; however, it would significantly increase the vehicle-guideway vibrations and rate of load reduction of the driving tyre.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제21권2호
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• pp.137-145
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• 2011

This study is proposed to develop a numerical interaction model of the magnetically levitated(maglev) train and guideway. For this purpose, equation of motion for 6-DOF vehicle model, EMS, guideway and guideway irregularity are derived as the state-space equation. In order to solve the state space equations, the present work was performed via matlab simulation using Runge-Kutta method. Through the simulation, the effect of dynamic response of maglev system to different vehicle speeds, guideway rigidity(EI) and masses is investigated.

• 한국CDE학회논문집
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• 제21권4호
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• pp.409-416
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• 2016

This study aims to investigate dynamic interaction characteristics between Maglev train and 3 span continuous guideway. The integrated model including a 3D full vehicle model based on multibody dynamics, flexible guideway by a modal superposition method, and levitation electromagnets with the feedback controller is proposed. The proposed model was applied to the Incheon Airport Maglev Railway to analyze the dynamic response of the vehicle and guideway from the numerical simulation. Using field test data of air gap and guideway deflections, obtained from the Incheon Airport Maglev Railway, the analysis method is verified. From the results, it is confirmed that Maglev railway system are designed and constructed safely according to the design criteria.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제29권2호
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• pp.193-199
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• 2016

가속도를 계측하여 부상력을 제어하는 것은 가장 기본적인 자기부상열차의 부상공극 제어기법이다. 이에 이 연구에서는 가속도 되먹임에 기반한 부상공극제어기법을 자기부상열차에 적용하고, 이를 고려한 자기부상열차-가이드웨이 상호작용계의 동적거동 해석기법을 개발한다. 개발된 해석기법을 사용하여 실제 자기부상열차-가이드웨이 상호작용계의 동적해석을 수행하였다. 해석 결과를 통해 가속도 되먹임에 기반한 부상공극제어기법을 적용하여도 현재까지 제안된 자기부상열차 설계 기준을 충분히 만족함을 확인하였다. 즉, 현재 제안된 자기부상열차 가이드웨이 구조물의 설계 기준을 보완하여 안전하면서도 경제적인 구조물의 건설이 가능해질 것으로 예상된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권6호
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• pp.367-374
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• 2020

승객에게 편안한 승차감을 제공할 수 있도록 자기부상열차 차체 연직가속도의 진동크기에 대한 기준을 제시하고 이를 만족하는 가이드웨이 구조물의 처짐한계를 제안한다. 차량-구조물 상호작용을 고려한 해석기법을 사용하여 자기부상열차 시스템의 매개변수 해석을 수행하고, 차체 연직가속도에 대한 기준을 만족할 수 있는 가이드웨이 구조물의 처짐한계를 L/300로 제안한다. 이를 실제 자기부상열차 시스템의 동적 해석에 적용하여 제안한 처짐한계의 적절성을 검토한다. 기존의 자기부상철도 가이드웨이 구조물의 설계 기준과 비교하였을 때, 이 연구에서 제안한 처짐한계를 적용하면 경제적인 가이드웨이 구조물의 설계와 시공이 가능할 것으로 기대된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권11호
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• pp.1161-1167
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• 2015

자기부상철도에서 전체 투자비의 약 70%를 차지하는 가이드웨이의 건설비를 줄이고 미관을 향상시키기 위하여 가이드웨이의 경량화가 요구된다. 그에 따라서 가이드웨이의 변형이 증가하며 그 변형에 의한 부상안정성과 안내성능 영향을 분석할 필요가 있다. 본 논문에서는 가이드웨이의 구조물의 횡변형과 레일의 수평불규칙도에 의한 차량의 안내 특성에의 영향성 분석에 목적을 두고 있다. 이를 위하여 가이드웨이 횡변형을 포함하는 3 차원 모델의 이용이 제안된다. 제안된 가이드웨이와 차량이 통합된 동적 해석 모델을 이용하여 가이드웨이 횡변형에 의한 차량의 안내특성 분석을 수행하였다. 해석 결과 가이드웨이 거더의 횡변형에 의한 효과는 미비하지만 가이드웨이 레일의 횡방향 불규칙도에 대해서는 속도에 따라 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 따라서 타당한 레일의 횡 불규칙도 설계 공차의 제한이 필요함을 알 수 있다.