소재대체법과 치수최적화 기법을 이용한 2층 고속열차 하이브리드 차체 구조물의 경량 설계 연구
A Study on Lightweight Design of Double Deck High-Speed Train Hybrid Carbody Using Material Substitution and Size Optimization Method
0
조회
0
다운로드
0
인용
0
참고문헌
키워드
초록
본 논문의 목적은 소재대체법과 치수최적화 기법을 이용한 2층 고속열차 알루미늄 압출재 차체의 경량설계를 제시하는 것이다. 소재대체법을 수행하기 위해 위상최적화 기법을 이용하여 차체 구조물의 샌드위치 복합재 적용 부위를 결정하였다. 해석결과, 루프와 2층 언더프레임에 샌드위치 복합재가 적용 가능함을 보여주었다. 치수최적화는 알루미늄 압출재와 카본/에폭시 복합재의 두께를 결정하는데 사용되었다. 치수최적화를 수행하기위해, 설계변수, 제약조건, 목적함수를 정식화 하였으며 이러한 조건에 의해 유효설계를 도출하였다. 경량 설계의 결과로 2층 고속열차 하이브리드 차체의 무게를 2.18 ton(17.70%)까지 줄일 수 있음을 보여주었다.
Abstract
The purpose of this paper is to suggest a lightweight design for the aluminum extrusion carbody structure of a double deck high-speed train using material substitution and size optimization method. In order to conduct material substitution, the topology optimization was used to determine the application parts of sandwich composites at the carbody structures. The results of analysis showed that sandwich composites could be applied at roof and 2nd underframe. The size optimization was used to determine thickness of the aluminum extruded and carbon/epoxy composite. The design variable, state constraint and objective function were formulated to solve the size optimization, and then, the feasible design was presented by these conditions. The results of the lightweight design showed that the weight of double deck high-speed train hybrid carbody could be reduced by 2.18(17.70%) tons.
참고문헌 (13)
- Park, S.W, "Post-2020 Climate Regime and Paris Agreement", Ph, D, pp.2016
- Hudson, W., "Multiple Objective Optimization of Composite Sandwich Structures for Rail Vehicle Floor Panels", Composite Structures, 92(9), pp.2077~2082 (2009)
- 한순우, "알루미늄 압출재로 이루어진 철도차량 차체의 경량화를 위한 최적설계 방안 연구", 대한기계학회논문집 A, 35(2), pp.213~221 (2011), 대한기계학회
- Yang, H. S., "Study on the Structure with Lightweight by Modification of Traveling System for Railway Vehicles", Proceeding of Autumn Conference of the Korean Society for Railway, pp.1191~1198 (2011)
- Hwang, W.J., "Weight Minimization of a Double-deck Train Carbody Using Response Surface Method", Proceeding of Spring Conference of the Korean Society for Railway, pp.122~127 (2005)
- 고희영, "자동무인경전철 복합재 차체 구조물의 구조 시험 및 해석적 검증에 의한 유한요소 모델 도출 연구", Composites Research, 22(5), pp.1~7 (2009), 한국복합재료학회
- 이재열, "바이모달 트램 적용 하니컴 샌드위치 복합재 패널의 저속 충격 해석", Composites Research, 20(4), pp.42~50 (2007), 한국복합재료학회
- 구정서, "철도차량 구조부품의 소재대체 설계 및 평가기법 연구", 한국자동차공학회 논문집, 12(4), pp.74~84 (2004), 한국자동차공학회
- 조정길, "도시철도차량 차체의 경량화를 위한 소재 변경 및 구조체 최적화 연구", 대한기계학회논문집 A, 37(9), pp.1099~1107 (2013), 대한기계학회
- 강승구, "알루미늄 압출재와 샌드위치 복합재 루프를 적용한 초고속 자기부상 열차의 차체 경량화 설계 연구", 대한기계학회논문집 A, 38(10), pp.1093~1100 (2014), 대한기계학회
- 장형진, "틸팅열차의 샌드위치 복합재 차체 구조물에 대한 충돌안전도 평가 및 향상방안 연구", Composites Research, 24(5), pp.9~16 (2011), 한국복합재료학회
- 고희영, "샌드위치 복합재 적용 바이모달 트램 차체의 설계검증을 위한구조 성능 시험 및 해석적 비교 연구", 한국철도학회논문집, 12(4), pp.518~525 (2009), 한국철도학회
- 최영귀, "토리구형 돔 형상을 갖는 연소관의 치수 최적화 설계 연구", 대한기계학회논문집 A, 34(5), pp.567~573 (2010), 대한기계학회