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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 신광복
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 한밭대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수3
이 논문의 연구 히스토리 (4)
2012
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최근 복합재를 적용한 경량 철도차량에 대한 연구가 국가적 차원에서 지속적으로 수행되고 있으며, 기존 시설물을 최대한 활용하면서 효과적인 고속 서비스를 제공할 수 있는 틸팅열차를 개발하여 상용화를 앞두고 있는 실정이다. 하지만, 복합재가 적용된 틸팅열차의 경우 기존 강재 및 알루미늄 차체에 비해 상대적으로 낮은 구조강성 및 강도를 가지고 있다. 이에, 국내 철도안전법의 구조안전성 및 충돌안전도를 만족하기 위해 차체에 금속프레임과 고가의 탄소섬유를 보강하여 비교적 알루미늄 차체에 비해 경량화 효과가 미비한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 철도 선진국에서 활용하고 있는 모듈화 설계 기법을 통해 기존 알루미늄 차체가 가지고 있는 높은 강성 및 강도와 복합재의 경량화의 장점을 적용한 모듈화 차체구조물을 제시 하였다. 모듈화 차체 설계를 위해 위상최적화 설계 기법을 통해 적용 재료인 알루미늄 압출재와 복합재에 대한 차체 적용위치를 선정하였다. 또한, 추가적인 경량화 및 구조안전성 향상을 위해 차체 단면에 대한 치수최적화를 수행하여 알루미늄 압출재 및 복합재의 두께를 선정하였다.
알루미늄 압출재와 복합재가 적용됨에 따라 이종재료간 접합부에 대한 연구가 필요하게 되었으며, 슬롯결합 기법을 적용한 새로운 접합방안을 제시하였다. 이때, 기존 알루미늄 압출재의 용접부 보다 높은 강성 및 강도를 갖는 슬롯 결합부를 도출하기 위해 구조해석 및 시험적 방법을 적용하였으며, 높은 강성 및 강도를 갖는 슬롯 결합부를 도출하였다. 이렇게 최적화 기법과 슬롯 결합 기법을 적용한 모듈화 차체 구조물에 대해 국내 철도안전법에서 규정하고 있는 구조안전성 및 충돌안전도 평가를 수행하여 안전기준에 만족하는 최종 모델을 도출 하였다. 최종 모델은 복합재가 적용된 틸팅열차와 비교하여 약 17.7%의 높은 경량화 효과를 얻을 수 있었다.
알루미늄 압출재와 복합재가 적용됨에 따라 이종재료간 접합부에 대한 연구가 필요하게 되었으며, 슬롯결합 기법을 적용한 새로운 접합방안을 제시하였다. 이때, 기존 알루미늄 압출재의 용접부 보다 높은 강성 및 강도를 갖는 슬롯 결합부를 도출하기 위해 구조해석 및 시험적 방법을 적용하였으며, 높은 강성 및 강도를 갖는 슬롯 결합부를 도출하였다. 이렇게 최적화 기법과 슬롯 결합 기법을 적용한 모듈화 차체 구조물에 대해 국내 철도안전법에서 규정하고 있는 구조안전성 및 충돌안전도 평가를 수행하여 안전기준에 만족하는 최종 모델을 도출 하였다. 최종 모델은 복합재가 적용된 틸팅열차와 비교하여 약 17.7%의 높은 경량화 효과를 얻을 수 있었다.
목차
국 문 요 약Ⅰ. 서 론1-1. 연구 배경 및 필요성1-2. 문헌 조사1-2-1. 알루미늄 철도차량 적용 사례1-2-2. 복합재 철도차량 적용 사례1-2-3. 모듈화 설계 사례1-2-4. 이종재료간 접합부 사례1-3. 연구 목적 및 범위Ⅱ. 최적화 설계 기법을 이용한 하이브리드 철도차량 차체 구조물의 모듈화 설계2-1. 설계개념2-2. 위상최적화를 이용한 차체 구조물 구성재료의 적용위치 선정2-2-1. 모듈화 차체 구조물의 위상최적화2-2-2. 위상최저화 문제의 정식화2-2-3. 유한요소모델링 및 경계조건2-2-4. 위상최적화 결과2-3. 치수최적화를 통한 차체 구조물의 단면 변수 선정2-3-1. 모듈화 차체 구조물의 치수최적화2-3-2. 치수최적화 문제의 정식화2-3-3. 치수최적화 해석조건2-3-4. 치수최적화 결과Ⅲ. 알루미늄 압출재/복합재의 이종재료간 접합부 연구3-1. 설계개념3-2. 슬롯 결합부 설계(안)의 해석적 평가3-2-1. 유한요소모델링 및 경계조건3-2-2. 구조해석 결과3-3. 슬롯 결합부 설계(안)의 시험적 검증3-3-1. 시험개요3-3-2. 시험장치3-3-3. 시험편3-3-4. 시험결과Ⅳ. 최종 설계된 모듈화 차체 구조물의 구조안전성 및 충돌안전도 평가4-1. 구조안전성 평가4-2. 충돌안전도 평가Ⅴ. 결론 및 고찰참 고 문 헌영 문 요 약(Abstract)
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