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소재대체를 이용한 철도 차량구조의 개념설계 연구
A Study on the Conceptual Design for the Material Substitution of Rolling Stock Structures

구정서   (한국철도기술연구원CC0187002  );
  • 초록

    본 연구에서는 기존의 철도차량구조에 경량소재를 적용하여 설계를 검토할 때, 각 소재의 성질이 차체구조의 경량화에 미치는 영향과 그 정도를 정량적으로 분석하여 개념설계단계에서 소재대체 설계 효과를 예측하는 방법을 개발한다. 전체 차체구조에 대해서는 굽힘변형, 압축변형, 비틀림 변형을 고려하여 소재를 변경할 때, 또 주요 골조 구조 부재에 대해서는 굽힘변형, 압축변형, 좌굴붕괴를 고려하여 소재와 단면형상을 변경할 때 경량화 특성을 분석할 수 있는 방법을 체계화였다. 차체구조 또는 골조부재의 변형 양상에 대한 강성 및 강도 조건을 경량화 지수와 연계하여 표현함으로써 각 재료와 부재의 형상이 가지는 기계적 특성과 장단점을 용이하게 분석할 수 있도록 하였다.


    This paper developed the theoretical method to predict structural performances and weight reduction rates of a carbody when its materials should be substituted. For the material substitution design of the carbody, the bending, axial and twisting deformations are evaluated under the constant stiffness and strength conditions. For the design of the primary structures such as the center beams, the cross beams and the cantrails, the bending and axial deformations are investigated under the condition of the constant bending stiffness, the constant bending or buckling strength by considering both the material properties and the cross sectional shapes. The developed indices to measure the weight reduction by the material substitution give good informations on the weak and strong points of a carbody design.


  • 주제어

    차체구조 .   철도차량 .   경량소재 .   소재대체 .   개념설계 .   구조성능예측인자.  

  • 참고문헌 (10)

    1. Matsuoka S. and Nakumura T., 'Development of carbon fiber reinforced plastic carbody shell', Proceedings of the International Conference on Speedup Technology for Railway and Maglev Vehicles, Yokonamo, Japan, 1993 
    2. Lewis G., Selection of engineering materials, Pratice Hall, Inc., USA, 1990 
    3. Suzuki Y., Sato K. and Akutsu K., 'Weight reduction of a railway car body shell by applying new material', Proceedings of the Inter national Conference on Speedup Technology for Railway and Maglev Vehicles, Yokonamo, Japan, 1993 
    4. Dioter D., Engineering design, a material and processing approach, McGraw Hill, 1983 
    5. Swan D., Nev C. and Carruthers J., 'Affordable Rail vehicles', Bodyshells seminar of Advanced Railway Research Centre, United Kingdom, 1994 
    6. Ashby M. F., Materials selection in mechanical design, Butterworth-Heinemann, OXFORD, 1999 
    7. Ashby M. F., 'Multi-objective optimisation in material design and selection', ACTA Materialia Millenium Issue, Vol. 48, 2000, pp. 359-369 
    8. 임오강, 이경배, '상용프로그램을 사용한 트러스 구조물의 근사최적설계 GUI 환경개발', 전산구조공학회논문집, Vol. 16, No. 4, 2003 pp. 431-438 
    9. Brocker, W and Rosenberger R. D., 'Lightweight potentials in coach body structures of high-speed trains', WCRR, Vol. D, 1997, pp. 713-721 
    10. 모지즈끼 아사히, '차량의 경량화', R.R.R., June, 1987, pp. 10-15 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (2)

    1. Cho, Jeong-Gil ; Koo, Jeong-Seo ; Jung, Hyun-Seung 2011. "A Study on Weight-reduction Design of a Hybrid Bodyshell Made by Substituting Underframe Material in a Box-type Carbody" 한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, 19(5): 100~112     
    2. Cho, Jeonggil ; Koo, Jeongseo ; Jung, Hyunseung 2013. "A Weight-reduction Design Method by Underframe Material Substitution in a Box-type Bodyshell with Cut-outs" 한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, 21(2): 45~54     

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