3D 유한요소해석을 통한 레일표면균열 응력확대계수 계산

초록

레일에 발생한 균열은 적절한 유지보수가 취해지지 않으면 계속 성장하여 레일의 파괴를 일으킬 수 있다. 균열의 발생 및 성장을 예측하기 위하여 파괴역학(1)이 적용되고 있으며, 이를 위해서는 균열선단(crack tip)에서의 응력확대계수(stress intensity factor)의 계산이 필요하다. 응력확대계수는 하중의 크기, 균열의 형상 및 레일의 형상에 의존하며 이론해석 또는 유한요소해석으로부터 계산할 수 있다. 본 연구에서는 레일구름접촉피로(rolling contact fatigue)에 의해 고속선에 대표적으로 발생하는 스？(squat)균열의 성장을 예측하기 위한 연구의 일환으로 응력확대계수를 계산하기 위하여 3차원 유한요소모델을 만들고 균열의 크기에 따른 해석을 수행하였다.