철도차량용 알루미늄 압출재의 다중모드 진동을 저감하기 위한 압전션트 수치해석 연구

초록

철도차량의 구조물인 알루미늄 압출재는 주행효율을 높이기 위하여 경량화 설계가 적용되었다. 이로 인해, 중량이 감소한 알루미늄 압출재는 주행 중에 발생하는 소음과 진동에 취약한 구조를 지니게 되었다. 특히, 알루미늄 압출재의 내부구조는 복잡한 형태를 지니고 있어, 일반적인 댐퍼를 통한 진동저감에 어려움이 있다. 또한, 기계적인 댐퍼는 중량이 커 경량화가 적용된 철도차량에 설치하는데에 어려움이 있다. 이를 극복하기 위하여, 전기적인 댐퍼 역할을 수행하는 압전션트를 적용하여 알루미늄 압출재의 진동을 저감하고자 하였다. 압전재료가 지닌 압전효과는 저항과 인덕터로 구성된 션트회로와 함께 이용되어 전기적인 댐퍼 역할을 수행할 수 있다. 이와 같은 원리를 이용하여, 알루미늄 압출재가 갖는 다중모드의 진동을 동시적으로 저감할 수 있다. 본 논문에서는 수치해석을 이용하여 주파수 분석으로 계산한 알루미늄 압출재 시편의 고유진동수를 확인하고, 모드 특성을 확인하였다. 또한, 압전재료의 효과적인 부착위치를 계산하여, 압전재료가 압전효과를 통해 전압이 충분히 발생하는 것을 확인하였다. 그 후, 인덕터와 저항을 최적화하여, 알루미늄 압출재의 모드 특성에 의해 발생하는 다양한 주파수의 진동을 저감할 수 있음을 수치해석을 통해 계산하였다.