휠-레일 다중 접촉 알고리즘 및 동특성 해석 모듈 개발에 관한 연구

Abstract

철도 차량의 고속화 개발 경향에 따라 주행 성능 및 안정성에 관한 관심이 높아지고 있다. 따라서 이에 대한 제작 및 실험 이전에 차량의 동역학적 기반의 해석 중요성이 주목받고 있다. 철도 차량 동적 특성은 기본적으로 휠-레일 간 접촉의 영향을 받는다. 이러한 휠-레일의 접촉은 형상과 주행 조건에 의해 정의될 수 있다. 이로부터 접촉을 기반으로 한 주행 중 휠셋의 동적 거동 및 침투량을 계산해 낼 수 있다. 이를 기반으로 크리피지와 반력 등의 동특성 분석을 위한 항목들을 산출해 낼 수 있을 것이다. 본 연구는 다물체 동역학 이론을 바탕으로 하여 트랙 상 휠-레일의 주행을 통해 동특성을 분석할 수 있는 해석 모듈 개발에 목표를 두고 있다. 접촉에 대한 기본적인 이론은 Hertz 의 접촉 이론 및 Kalker, Polach 의 크립 이론을 기반으로 하였다. 곡선 주행에 따른 휠-레일 간의 다중 접촉을 고려하며, 주행 시 발생할 수 있는 플랜지 영역의 접촉에 대한 동적 해석을 구현하였다. 다중 접촉을 고려함으로써 보다 현실적인 주행 조건에 대한 해석 구현이 가능하도록 하였다. 이 모든 일련의 과정은 구속식에 의한 연산이 아닌 반력 기반의 해석 연산으로 주행에 따른 동특성 해석을 진행한다. 이를 통해 실제 주행과 더욱 유사한 휠-레일의 동적 거동 현상들의 해석적 구현이 가능하였다.