서비스 운행 중인 도시철도차량 피로수명 평가기법 연구
A study on the fatigue life assessment technology for urban railway vehicle during the in-service operation
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초록
도시철도 차량과 같은 장수명 구조물은 서비스 기간 중 부식 및 반복되는 피로하중에 의해 점차 차체의강성이 저하되는 노화 현상이 발생 된다. 강성저하로 인한 하중진폭의 증가는 차량의 피로손상을 가속화시켜 안전운행을 저해할 수 있기 때문에 노화를 고려하여 잔존 서비스 기간 중 충분한 안전성을 입증할필요가 있으며, 이를 위해 피로수명 평가가 수행되고 있다. 피로하중을 받는 일반 구조물의 잔존수명평가는Miner의 선형누적손상이론을 기반으로 하며, BS 7608, AWS D1-1 등의 규격에서는 이를 위한 용접부의S-N 선도를 제시하고 있다. 최근에는 철도전용 규격으로 prEN 17149 규격이 준비되고 있다. 그러나이러한 절차는 초기 설계시 전체 피로수명을 평가하기 위한 것으로 사용 중 잔존수명을 평가하기 위한절차는 제시되어 있지 않다. 본 연구에서는 사용 중 철도차량 차체의 잔존수명을 평가하기 위한 연구의일환으로 부식에 의한 차체강성 저하와 BS 7608, AWS D1-1 및 prEN 17149 규격의 S-N 선도특성을 비교하였으며, 현재의 하중이력을 바탕으로 제작초기의 상태를 고려하여 총 수명을 예측할 수 있는 방안을 제시하였다.
Abstract
Long life span structure under corrosion and repeat fatigue service loading such as the urban railway vehicle looses its strength due to the corrosion and fatigue aging processes. These aging processes accelerate the fatigue damage in the structure and possibly disrupt the safe operation of railway, therefore it is necessary to prove the safety from the aging process during the full railway operation service period. For this purpose, precise safety assessment for the aged railway vehicle has been performed. Generally, Miner’s cumulative damage theory is applied for the prediction of remaining life under fatigue loading and several standards were published such as the BS 7608, AWS D1-1 and prEN 17149 in design stage. But the fatigue assessment process during the in-service stage was not clear. In this study, for predicting the remaining useful life in the in-service operation, the reduce in strength due to corrosion was analyzed. And using the stress transients measured in the critical points of urban railway transit, fatigue life assessments were performed following BS 7608, AWS D1-1 and prEN 17149 and the block damages were compared.
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