대차프레임의 발생한 균열의 응력확대계수 해석

초록

철도차량은 대량수송 및 친환경적인 대표적인 교통수단이다. 철도차량은 크게 승객을 싣는 차체와 이를 지지하고 주행하는 대차로 구분 할 수 있다. 대차는 대차프레임, 전동기, 제동장치, 현가장치, 차륜 및 차축 등 다양한 부품으로 구성되어 있다. 이러한 부품을 지지하는 대차프레임에는 다양한 하중이 전달된다. 대차프레임은 일반적으로 용접으로 구성되며, 20년 이상 장기간 사용한다. 대차프레임에는 승객 및 화물에 의한 정적인 하중과 주행 중 차륜과 레일의 구름접촉에 의한 반복적인 피로하중이 동시에 작용한다. 따라서, 대차프레임의 취약부에서는 장기간 사용으로 인한 균열이 발생한다. 이러한 균열은 반복적인 피로하중에 의하여 진전하고 최종적으로 대차프레임을 파단시켜서 대형 사고를 발생시킨다. 대차프레임에 발생하는 균열 등의 결함은 주기적인 유지보수를 통하여 검지하고 보수하여야 한다. 운행 중에 균열이 발생하고 진전하여 최종적인 파단이 발생하기 전에 유지보수를 실시하여야 한다. 따라서, 대차프레임에 발생한 균열의 발생 및 진전 특성을 조사하는 것이 중요하다. 대차프레임에 발생한 균열의 진전특성을 평가하기 위하여는 균열에 대한 응력확대계수를 계산하여야 한다. 대차프레임은 형상이 복잡하므로 발생된 균열의 응력확대계수는 유한요소해석을 통하여 평가하여야 한다. 본 논문에서는 대차프레임에서 발생하는 균열의 응력확대계수를 평가하는 방법과 각각의 하중에 대하여 응력확대계수를 평가하였다.