철도차량 차체 구조물의 주파수 영역 피로수명 예측

초록

철도차량 차체에 발생하는 손상은 변형, 부식, 균열 등이 있으며, 이 중 균열 손상은 대부분 용접부를 기점으로 발생한다. 철도차량의 주요 구조물은 장기간 반복적인 부하를 받기 때문에 피로에 의한 문제가 항상 발생한다. 피로가 원인이 되는 차량의 사고 및 고장을 방지하기 위하여 주요부품을 대상으로 한 피로현상의 특성 파악 및 강도평가, 비파괴 검사법의 확립 등은 매우 중요한 부분이다. 금속재료의 피로수명에 대한 연구는 오래 되었고 많은 발전이 있었지만, 아직까지 해결해야 될 문제 중 하나는 변동하중 하에서 피로수명 예측에 대한 부분이다. 현재 많이 사용하고 있는 철도차량 차체의 피로수명 예측방법은 유한요소해석 또는 실제 작용하는 하중 측정을 통하여 시간영역에서의 발생 응력을 계산하고, 사이클 카운팅과 Goodman 선도를 이용하여 손상률을 계산한 후 이를 합산하여 피로수명을 예측하고 있다. 본 연구에서는 항공기, 선박 등 개발 시 많이 적용하고 있는 랜덤하중에 대한 전력스펙트럼밀도함수(PSD: Power Spectral Density)를 이용한 주파수영역 피로해석 방법을 이용하여 차체의 피로수명을 예측하였다. 정확도가 높다고 하는 몇 가지 방법의 주파수 영역의 피로해석 결과를 기존 시간영역의 피로해석 결과와 비교하여 차체의 피로수명에 주파수영역 피로수명 예측방법의 적용성을 검토하였다.