분포형 광섬유 센서를 이용한 복합소재 대차 사이드프레임의 변형 모니터링

초록

에너지 비용 저감 및 녹색 성장에 기여할 수 있는 환경 친화적 기술 개발의 요구에 따라, 철도분야에서도 철도차량을 경량화하기 위한 연구가 최근 들어 활발히 이루어지고 있다. 철도차량 경량화 연구는 하중을 지지하지 않는 내장재 등 2차 구조물의 복합소재 적용으로부터, 하중을 지지하는 1차 구조물로 점점 확장되어가고 있는 추세이다. 한국형 틸팅 열차에 사용된 복합소재 차체 개발이 완료된 이후, 무게 경량화 효과가 큰 복합소재 대차프레임 개발이 진행되고 있다. 본 논문에서는 복합소재 대차 사이드프레임의 중앙부에 열차하중을 가하고, 이 때 사이드프레임의 변형 분포를 연속적으로 모니터링 하였다. 사이드프레임 하부에 광섬유를 부착하였고, 개발된 브릴루앙 상관 영역 측정법(BOCDA)을 이용한 광섬유 센서 측정 시스템을 이용하여 3cm 간격으로 3m 구간에 걸쳐서 변형율 분포를 측정할 수 있었다. 14ton과 18ton의 하중이 가하여 졌을 때 변형 분포는 FE 해석에 의한 설계값과 비교하였고, 전 구간에 걸쳐서 효과적으로 모니터링 할 수 있음을 확인하였다. 본 실험은 제작된 복합소재 대차 사이드프레임이 설계대로 되었는지를 검증할 수 있을 뿐만 아니라, 예측할 수 없는 파손이 일어나는 것도 감지할 수 있다.