Wheel/Rail geometric constraint relationships, such as effective conicity and gravitational stiffness, strongly influence the lateral dynamics of railway vehicles. In general, these geometric contact characteristics are nonlinear functions of the wheelset lateral displacement. There is a need to develop a wheel/rail contact simulation program for wheels and rails with arbitrary profiles for the prediction of the dynamic behavior of railway vehicles. An algorithm to simulate any combination of wheels and rails is employed and a GUI for easy analysis is constructed. The simulation program is applied to KTX which will run on both KTX and conventional rails, two rail standards having different rail profiles. The results show that the two rail systems have different geometric contact characteristic
In this study, to describe vehicle-track-bridge dynamic interaction phenomena with 1/4 vehicle model, nonlinear Hertzian contact spring and nonlinear contact damper are introduced. In this approach external loads acting on 1/4 vehicle model are self weight of vehicle and geometry information of running surface. The constraint equation on contact surface is implemented by Penalty method. Also, to improve the numerical stability and to maintain accuracy of solution, the artificial damper and the reaction from constraint violation are introduced. A nonlinear time integration method, in this study, Newmark method is adopted for both equations of vehicles and structure. And to reduce the error caused by inadequate time step size, adaptive time-stepping technique is partially introduced. As the nonlinear Hertzian contact spring has no resistance to tensile force, the bouncing phenomena of wheelset can be described. Thus, it is expected that more versatile dynamic interaction phenomena can be described by this approach and it can be applied to various railway dynamic problems.
The development of railway vehicle and bogie involves the proper selection of design parameters not only to achieve high speed but also to reduce the vibration of the train. In this study an analytical model of a high speed freight car is developed to find the critical speed. The high speed freight car can generate the snake motion of the lateral and yawing motion of the car body, the bogie, and the wheelset. Numerical analysis for the nonlinear equation motions with 17 degrees of freedom showed the running stability and critical speed due to the snake motion. Also, the vibration modes of tile high speed freight car was calculated using ADAMS RAIL, which showed that the critical speed have the yawing modes of the car body and the bogie. Finally, this paper shows that the snake motion of the vehicle can be controlled with the modifications of the design parameters.
A geometric contact conditions of wheel/rail affect the dynamic behavior of rolling stock. Mechanical force acted on the wheel/rail causes excessive wear and increase the maintenance cost. In this study, we have studied the dynamic behavior of the urban railway vehicle with new and worn wheel by VAMPIRE program. And we have tested the accelerations of wheelset on the conventional line. The results of simulation are compared with the measuring data of field test. It shows that the acceleration of worn wheel is greater than the acceleration of new wheel in the straight track line but on the contrary, the acceleration of new wheel is greater than the acceleration of worn wheel in curved track. That results explain that the new wheel is worn out greater than the worn wheel in curved track line and need to be maintained more seriously when running in curved track line.
Railway wheel and axle are the most critical components in railway system. 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. Therefore, more precise evaluation of wheelset strength and safety has been desired. 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 and thermal stress from heat induced in braking. The objective of this paper is to estimate the variation and magnitude of the residual stress of railway wheel.
Seo, Jung-Won;Hur, Hyun-Moo;Kwon, Seok-Jin;Lee, Dong-Hyung;Kwon, Sung-Tae;Hong, Yong-Ki;Park, Ok-Jeoung;Ham, Young-Sam
Proceedings of the KSR Conference
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2006.11b
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pp.56-61
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2006
For the safety of railway, it should be evaluated for the running safety by measuring the derailment coefficient. Although railway has run the fixed and maintained rail, some of railway is derailed. This report shows the results that performed the static load test, wheelset manufacturing for test, main line running test on the basis of the derailment theory and experience. It is executed main line test into more than 110km/h for estimating the running safety of Incheon Int'l Airport EMU. As the test results, could confirm the curving performance and running safety of Incheon Int'l Airport EMU from the results of the wheel unloading, lateral force, derailment coefficient etc. Derailment coefficient was less than 0.8, and lateral force allowance limit and wheel load reduction ratio were enough safe.
The numerical results on the stress distributions of rail-wheel contact problems are presented for three models in a high-speed rail system. These models which have straight and tapered (1:40 and 1:20) contact geometries between the wheelset and rail are analyzed using the finite element approach. From the simulation results we found that the tapered geometry (1:20) of railwheel contact base line showed very stable contact stress distributions for a whole contact position between the wheel and rail in a curved rail section. The FEM computed results may present an optimized slope geometry of rail-wheel contact in a high-speed railway system.
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.
Seo, Jung-Won;Goo, Byeong-Choon;Choi, Jae-Boong;Kim, Young-Jin
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.9
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pp.1391-1398
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2004
Railway wheels and axles belong to the most critical components in railway vehicles. The service conditions of railway vehicles became more severe in recent years due to the increase of speed. Therefore, a more precise evaluation of wheelset life and safety has been requested. Wheel/rail contact fatigue and thermal cracks due to braking heat are two main mechanisms of the railway wheel failure. In this paper, an evaluation procedure for the contact fatigue life of railway wheel is proposed. One of the main sources of the contact zone failure is the residual stress. The residual stress on wheel is formed during the manufacturing process which includes a heat treatment, and then is changed by contact stress developed by wheel/rail contact and thermal stress induced by braking. Also, the cyclic stress history for fatigue analysis is determined by applying finite elements analysis for the moving contact load. The objective of this paper is to estimate fatigue life by considering residual stress due to heat treatment, braking and repeated contact load, respectively.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.12
s.117
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pp.1231-1237
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2006
The vibration of a running railway vehicle can be classified on lateral, longitudinal and vertical motions. The important factor on the stability and ride quality of a railway vehicle is the lateral motion. The contact between wheel and rail with conicity influences strongly on the lateral motion. In this study, an experiment for the vibration of a running railway vehicle was performed using a of the scale model of a railway vehicle. Also, the effects on the car-body, bogie and wheelset were examined for the weight and the stiffness of the second suspension system. The experimental results showed that the lateral vibration increases as the wheel conicity and stiffness of the second suspension system increase. And the lateral vibration of the bogie increases as the mass ratio between car-body and bogie increases. Also, the lateral vibration of the wheel becomes high at low speed, while the wheel of 1/20 conicity makes severe vibration at high speed running.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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