에너지 흡수장치의 속도 의존성을 고려한 열차 연결 시뮬레이션

초록

철도 차량은 가감속 및 조차 상황에서 차량 간에 가벼운 충돌이 빈번히 발생하며, 이러한 충돌로 인해 발생되는 차량 손상 및 승객 안전 보호를 위해 철도 차량의 연결기에는 에너지 흡수장치가 설치된다. 열차의 연결 안전성은 동역학 시뮬레이션 기법을 통해서 검증되며, 국내 철도 차량 기술 기준에서는 안전성을 평가하기 위하여 공차 중량에서 제동이 체결된 동일한 차량과 10 km/h 이내의 속도에서 연결 시 차체 및 연결기에 손상이 발생하지 않음을 검증하도록 요구하고 있다. 최근에는 이런 높은 속도의 연결 조건을 만족하기 위해 일반 열차의 전두부 연결기에는 대용량 완충기인 점탄성 완충기가 설치되고 있다. 점탄성 완충기는 압축 변위와 동시에 압축 속도에 따라서 반력 특성이 달라지는 속도 의존 특성을 가지고 있지만, 상용 해석 프로그램에서는 점탄성 완충기의 속도 의존 특성을 고려할 수 있는 모델이 상용화 되지 않았기 때문에, 기존에는 점탄성 완충기의 반력 특성을 적용하기 시뮬레이션에 위해서 연결 속도의 절반인 5 km/h 동적 시험에서 얻어진 하중-변위 데이터를 적용했다. 본 연구에서는 심층신경망을 이용하여 점탄성 완충기의 속도 의존성을 고려한 완충기 반응 모델을 구성하여 충돌 시험 모사 시뮬레이션을 통하여 정확도를 검증하였고, 10 km/h 열차 연결 시뮬레이션에 적용하여 기존의 속도 의존 특성이 고려되지 않은 해석 결과와 비교하였다.