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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 장승환
- 발행연도
- 2017
- 저작권
- 중앙대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수8
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본 연구에서는 고속철도(KTX)의 주요 부품 중 하나인 팬터그래프를 기존의 강철에서 탄소섬유 복합재료를 활용한 알루미늄-탄소섬유 복합재료 하이브리드 팬터그래프로 개선하여 고속철도의 경량화 연구를 수행하였다. 열차의 운행 시 발생하는 외부환경 조건 등을 고려하여 팬터그래프의 메인파이프 내부에 탄소섬유 복합재료(URN300)를 접목시켰다. 기존 강철 팬터그래프의 기계적 성능 이상을 구현하는 최소 적층 조건을 결정하였으며, 경량화 효과를 극대화하기 위해 강철을 알루미늄으로 개선하였다. 탄소섬유 복합재료를 사용하였기 때문에 기존의 용접 체결방식이 아닌 접착제 체결법과 감쇠층 삽입 및 열압착 체결법 두 가지의 체결법을 이용하여 체결시켰다. 접착제 체결법은 제작 공정을 고려하지 않은 이상적인 설계이므로 공정상의 여러 가지 문제가 발생하였고, 이를 개선하기 위해 감쇠층 삽입 및 열압착 체결법을 제안하였다. 개선된 기계적 성능을 확인하기 위해 강성과 비틀림 각, 고유진동수(Modal analysis), 경량화를 유한요소해석을 통해 도출하였다. 실제 KTX 외부에 장착되어 겨울철(25 ℃ → -35 ℃)과 여름철(25 ℃ → 65 ℃(40℃))의 온도차가 큰 팬터그래프에 대해 접착제 파트의 열응력 해석을 수행하였고, 복합재료 파트의 열응력 역시 살펴보아 알루미늄-탄소섬유 복합재료 하이브리드 팬터그래프의 구조적 안정성을 검증하였다. 이러한 결과로부터 기존의 기계적 성능을 개선한 알루미늄-탄소섬유 복합재료 하이브리드 팬터그래프의 형상 조건을 제안하였다.
목차
제 1장 서 론 1제 2장 접착제 접착법 구조 설계 41. Structure and materials 41.1 Materials properties 41.2 Modeling 61.2.1 Original steel pantograph model 61.2.2 Adhesive bonding hybrid pantograph model 72. Finite element analysis 92.1 Stiffness and mass variation 92.2 Torsional analysis 132.3 Natural frequency analysis 152.4 Thermal stress analysis 182.5 Composite ply stress 233. Fabrication and performance test 264. Conclusion 29제 3장 감쇠층 삽입 및 열압착 구조 설계 331. Structure and materials 331.1 Concept and materials 331.2 Modeling 351.2.1 Parametric research 351.2.2 Friction layer and thermal fitting hybrid pantograph model 402. Finite element analysis 412.1 Stiffness and mass variation 412.2 Torsional and natural frequency analysis 442.3 Thermal stress analysis 472.4 Composite ply stress 503. Conclusion 53제 4장 결론 및 고찰 56REFERENCES 60국문 초록 66ABSTRACT 68
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