A Study of Dynamic Behavior of Track and Train Interaction on Rail Open Gap

레일 개구부에서의 궤도-차량 상호작용에 대한 연구

  • 강윤석 (한국철도기술연구원) ;
  • 강영종 (고려대학교 사회환경시스템공학과) ;
  • 양신추 (한국철도기술연구원) ;
  • 조선규 (서울산업대학교 철도전문대학원) ;
  • 한상윤 (고려대학교 강구조 공학협동과정학과)
  • Received : 2006.11.15
  • Accepted : 2007.07.23
  • Published : 2007.08.27

Abstract

During winter, the CWR (continuous welded rail) may be broken when a temperature drop below the neutral level changes the axial force, causing tensile fracture and creating a rail gap. The passage of a train on a rail with an open gap may lead to very costly derailments. In this paper, the use of a track-and-train-coupled model whose rail has an open gap is proposed for dynamic interaction analysis. Linear track and train systems were coupled in this study by a nonlinear Herzian contact spring, and the complete system matrices of the total track-train system were constructed. Moreover, the interaction phenomenon considering the presence of an open gap in the rail was toughly defined by assigning the irregularity functions between the two sides of the gap. Time history analysis, which has an iteration scheme such as the Newmark-$\beta$ method (based on the Modified Newton-Raphson methods), was conducted to solve the nonlinear equation. .Finally, numerical studies were conducted to assess the effect of the various parameters of the system when applied to various speeds, open-gap sizes, and support stiffnesses of the rail.

장대레일은 동절기에 기온하강으로 인한 인장력을 발생하는데 중위온도 이하로 떨어져 파단이 발생되면 인장파단과 레일 간에 틈이 발생되며 이를 개구부라 한다. 이 개구부를 차륜이 통과하면 충격하중이 발생하며, 큰 손실이 발생할 수 있는 열차탈선이 발생할 수 있다. 본 연구에서는 동적해석을 위해 개구부를 가진 궤도와 차량의 상호작용을 고려한 동적해석모델을 제안하였다. 궤도와 차량의 선형시스템은 비선형 헤르찌안 접촉 스프링에 의해 연성되었으며 전체 궤도-차량 시스템 운동방정식을 정식화하였다. 그리고 개구부에서의 상호작용 현상을 고려하여 궤도 불균일부의 함수를 정의하고 개구부에서의 전후방 레일 사이의 개구량을 고려하였다. 비선형 방정식을 풀기위해 동적해석은 수정된 Newton-Raphson 방법에 근거한 Newmark - $\beta$ 방법에 의해 수행되었다. 그리고 차량속도, 개구량, 레일지지강성에 따른 매개변수를 조건으로 수치해석을 수행하였다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 한국과학재단

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