| 초록 |
□ 연구개요 ○ 국내 철도선로에서 공용중인 레일체결장치(A품, B품, C품) 핵심부품의 파손사례 및 원인분석 ○ 레일체결정치(C품) 클립의 응력완화 최적형상 제안 및 해석적 검증 ○ 레일체결장치 핵심부품에 대한 피로수명 평가방법 및 선제적 유지보수를 위한 클립의 교체기준 제안 □ 연구 목표대비 연구결과 ○ KR형 및 Vossloh사의 SKL-15 클립에 대하여 ABAQUS를 활용한 유한요소해석을 수행하여 클립에 발생하는 응력집중부를 확인함. 실제 응력집중부가 실제 KR형 레일클립의 균열시 작부와 일치함으로 확인함으로써 해당 응력집중부가 피로에 취약할 수 있는 부위로 판단함. ○ 레일체결장치 클립의 응력상태를 유한요소해석을 통해 도출하고 Goodman, Gerber 식 등과 같은 피로평가기준을 활용하여 KR형의 피로성능을 분석하였음. 분석 결과, 열차주행으로 발생한 레일 수직변위가 2mm를 초과한다면, 클립의 피로파괴 가능성이 있음을 확인하였음. ○ 품질 매개변수에 따른 피로강도의 영향을 분석한 결과, 제조사의 허용 탈탄층 두께인 0.2mm보다 얇은 두께에서도 피로파괴가 발생할 수 있으며 실제 파단이 발생한 노선의 클램프 체결 조건 및 열차 하중조건을 고려할 때 피로균열이 발생할 수 있는 최소 탈탄층 두께는 0.145mm인 것을 확인함. 또한 피로파괴가 발생한 텐션클램프 파단면을 분석한 결과, 비금속 개재물로부터 피로균열이 시작되었다는 뚜렷한 증거는 발견되지 않음. ○ KR형 레일체결장치에 대해 기존 응력기반이 아닌 변위기반 피로수명 평가법을 제시함으로서 현장에서 계측할 수 있는 인자를 활용하여 피로수명을 평가할 수 있는 합리적인 방안 제시함. 7개 변위범위에 대한 피로실험 데이터를 분석하여 파괴확률 95%에 해당하는 피로선도를 제시함. ○ KR형 레일체결장치 클립의 형상변화에 따른 피로성능을 분석한 결과, 클립의 횡너비와 단면지름이 비교 분석을 진행한 매개변수 중 클립의 피로성능에 가장 주요하게 작용하는 것으로 분석됨. ○ 본 과제에서 수행한 연구결과를 바탕으로 레일체결장치 핵심부품에 대한 유지관리체계(예시.잔여 피로수명에 따른 교체시기 및 주기, 품질검증 프로토콜 등)를 제안함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1) 활용 계획 ○ 레일체결장치 핵심부품에 대한 피로설계에 활용 ○ 공용중인 핵심부품에 대한 피로평가(잔존수명 예측 등)에 활용 ○ 레일체결장치 클립 제작 시 품질관리 가이드라인에 적용 가능 ○ 레일체결장치 핵심부품의 파손방지를 위한 주기적 점검 및 잔존수명 평가 가능 ○ 노후화된 클립의 단기/장기 교체주기 결정에 활용 2) 기대효과 ○ 열차 운행 시 레일체결장치의 피로거동 특성분석을 통한 잔여수명 예측기술 확보 ○ 레일체결장치 피로손상 방지를 통한 열차 주행안전성 확보 ○ 피로 잔여수명 예측을 통한 유지관리기술 향상 ○ 레일체결장치의 설계기술 선진화 및 국제경쟁력 제고 (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
