차륜/레일의 구름접촉을 위한 유한요소모델 및 접촉피로 수명평가
Contact fatigue life evaluation and finite element model for rolling contact of wheel/rail
0
조회
0
다운로드
0
인용
0
참고문헌
키워드
초록
레일 표면의 피로손상은 차륜과 레일의 반복적인 구름접촉에 의해서 발생한다. 이러한 손상은 승차감, 소음 및 주행안전성 등에 영향을 미친다. 만일 적합한 유지보수가 수행되지 않으면 레일의 파단이 발생하여 대형사고를 일으킨다. 레일의 안전성 확보와 유지보수를 위해서는 구름접촉에 의해서 발생하는 피로손상을 평가하고 예측하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 레일의 구름접촉피로손상을 평가하기 위한 절차 및 유한요소모델을 개발하였다. 반복적인 구름접촉과 재료의 탄소성 거동을 정확하게 평가하기 위하여 서브모델 기법을 사용하였다. 레일의 표면은 차륜과의 구름접촉으로소성변형이 발생하고, 레일의 접촉면 형상이 변화하므로 탄소성 해석을 통하여 접촉압력을 구하였다. 접촉피로수명평가로부터, 균열은 레일 표면에서 2.4mm 떨어진 깊이에서 표면과 수평이고, 구름방향의 거의 직각인 방향로 발생함을 알 수 있었다.
Abstract
Fatigue damage on the rail surface is caused by repeated rolling contact between the wheel and the rail. Such damage to the rail surface affects ride comfort, noise and driving safety. If proper maintenance is not performed, the rail may break and cause a major accident. It is important to evaluate and predict fatigue damage caused by rolling contact for safety and maintenance of rail. In this paper, a procedure and a finite element model were developed to evaluate the rolling contact fatigue damage of rail. A submodel technique was used to accurately evaluate the repeated rolling contact and the elasto-plastic behavior of the material. Since the surface of the rail undergoes plastic deformation in rolling contact with the wheel, the shape of the contact surface changes, so the contact pressure was obtained through elasto-plastic analysis. From the rolling contact fatigue life evaluation, it was found that cracks occurred at a depth of 2.4 mm from the rail surface, parallel to the surface and almost perpendicular to the rolling direction.
참고문헌 (12)
- Ahn, C. G., "A Study on the Wheel Wear of Electric Locomotive on the Main Conventional Line", Autumn conf. of Korean Society for Railway, pp.309~315 (2013)
- 허현무, "고속철도 차륜답면의 마모 특성에 관한 연구", 한국철도학회논문집, 8(5), pp.477~482 (2005), 한국철도학회
- Tyfour, W. R., "The steady state wear behavior of pearlitic rail steel under dry rolling-sliding contact condition", Wear, 180, pp.79~89 (1995)
- Lewis, R., "Mapping rail wear regimes and transitions", Wear, 257, pp.721~729 (2004)
- 안종곤, "도시철도 차량 차륜재의 다축 피로강도 평가", 한국도시철도학회논문집, 1(1), pp.21~26 (2013), 한국도시철도학회
- 안종곤, "도시철도 차량 차륜의 피로강도 평가", 한국도시철도학회논문집, 3(4), pp.445~452 (2015), 한국도시철도학회
- Ringsberg, J. W., "Prediction of fatigue crack initiation for rolling contact fatigue", Int.J.Fatigue, 22(5), pp.205~215 (2000)
- Akama, M., "Development of finite element model for analysis of rolling contact fatigue cracks in wheel", rail systems, 2007, pp.48(1), 8~14
- El-sayed, H. M., "Prediction of fatigue crack initiation life in railheads using finite element analysis", Ain Shams Engineering Journal, 9, pp.2329~2342 (2018)
- 양태경, "열차제동하중이 레일표면열화에 미치는 영향", 한국도시철도학회논문집, 5(1), pp.811~818 (2017), 한국도시철도학회[DOI]
- Pletz, M., "Cyclic plastic deformation of rails in rolling", sliding contact –quasistatic FE calculations using different plasticity models, 2019, pp.436-437, 1~10
- Ringberg, J. W., "Rolling contact fatigue of rails—finite element modelling of residual stresses, strains and crack initiation", Proc. Instn. Mech. Engrs, 214(Part F) (2000)