대차프레임의 하중조건에 따른 응력 및 균열특성평가

초록

철도차량의 대차프레임은 중요한 부품 중의 하나로 내구연한동안 충분한 강도를 유지하여야 한다. 대차프레임에 작용하는 하중인 정적 및 동적하중에 의한 피로균열이 발생할 수 있다. 발생된 균열은 반복적인 하중에 의하여 진전하며 최종적으로 대차프레임을 파단시켜 차량의 탈선을 유발한다. 이러한 균열을 검사하기 위하여 유지보수기간에 주기적으로 대차프레임에 비파괴검사를 실시한다. 만일 유지보수기간에 균열이 발견되지 않으면 차기의 유지보수기간까지 균열이 진전하게 된다. 따라서, 대차프레임의 안전성을 확보하기 위하여는 초기에 발생한 균열이 차기의 유지보수기간까지 진전하여도 파단이 발생하지 않아야 한다. 본 논문에서는 고속차량용 대차인 KTX 대차에 대하여 유한요소모델을 구축하였고, 각각의 하중조건에 따라서 응력특성을 평가하였다. 취약부위에 균열특성을 평가하기 위한 모델을 개발하였고, 각각의 하중조건에 따른 응력확대계수를 계산하였다. 또한 균열진전특성을 평가하기 위하여 균열길이에 따른 응력확대계수의 변화를 평가하였다.