차륜-레일 구름접촉시 슬립율에 따른 접촉응력의 변화 해석

초록

차륜-레일 손상을 저감하기 위한 연구 중 차륜-레일 상호작용에 의한 접촉응력의 평가는 마모, 점착, 접촉피로 손상 등 많은 현상들을 연구해야 하는 철도차량 연구에서 가장 중요한 연구 분야 중 하나이다. 기존의 접촉이론들은 선형-탄성 재질이고 반무한체(half-space)라는 가정에 기반을 두고 있지만, 레일 게이지 코너부위에 접촉이 일어나고 소성변형 발생할 경우에는 기본 가정이 성립하지 않는다. 따라서 이와 같은 기존의 문제점을 극복하기 위하여 최근에는 유한요소법을 이용한 구름접촉 해석이 수행되고 있다. 본 논문에서는 고속철도용 차륜과 레일이 구름접촉 할 때 슬립율 변화에 따른 접촉응력의 변화를 3차원 유한요소법으로 해석하였다. 해석시간을 최소화하고 정확도를 높이기 위한 해석 모델을 구축하였고, 구름접촉을 해석할 수 있도록 경계조건을 적용하였다. 고속철도용 차륜과 레일이 직선구간을 운행할 때 의 접촉조건인 차륜-레일 중앙에서 접촉할 때를 기준으로 하였고, 슬립율에 따른 접촉응력의 변화를 해석하였다. 구름접촉이 발생하기 전인 정적 접촉상태와 구름접촉이 일어난 후 정상상태가 되었을 때의 접촉응력 해석결과를 비교하였다.