철도차량용 사각관 충돌에너지 흡수부재 경량화 설계를 위한 기초연구

초록

철도차량의 충돌사고는 빈번히 일어나지는 않지만, 한번 일어나면 인적· 물적 피해가 다른 운송기계의 충돌사고에 비해서 많다. 유럽이나 미국과 같은 철도차량 선진국에서는 오래전부터 충돌과 관련된 기준을 만족하는 설계의 철도차량만 운행할 수 있는 법안을 만들었다. 국내에서도 근래에 제작된 철도차량에는 충돌사고시 승객이나 차체를 보호하기 위한 많은 안전장치들이 장착되어 있고, 철도차량 제작사에서 안전장치에 대한 연구도 진행되고 있다. 하지만 이런 안전장치는 대부분 안전율을 정하고 설계하기 때문에 중량이 크고, 부피도 많은 부분을 차지한다. 사각관형 충돌에너지 흡수부재는 철도차량 충돌시 운동에너지를 소성변형에너지로 변경하여 흡수하는 구조이다. 이는 주로 철도차량의 전두부나 연결기 후방에 설치되어 경충돌시 운동에너지를 흡수하면서 차체에는 충돌로 인한 영향이 없도록 유지한다. 사각관형 충돌에너지 흡수부재에 대해서 W.Abramowicz1)등은 폴딩(Folding) 메커니즘에 대해 연구하였고, Xiong Zhang과 Hoon Huh2)는 축방향으로 그루브(Groove)된 사각관형 에너지 흡수부재의 에너지 흡수능력에 대해 연구하였다. 본 연구는 고강도 경량화 소재를 이용하여 기존 경충돌 안전장치에 이용되는 팽창튜브 보다 경량화된 사각관형 충돌에너지 흡수부재의 경량화 설계에 관한 해석적인 솔루션을 이끌어내는 기초연구이다.