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초기 잔류응력과 접촉표면 제거가 접촉피로수명에 미치는 영향
Effect of Metal Removal and Initial Residual Stress on Contact Fatigue Life

허현무   (한국철도기술연구원CC0187002  ); 구병춘   (한국철도기술연구원CC0187002  ); 최재붕   (성균관대학교 기계공학부UU0000759  ); 김영진   (성균관대학교 기계공학부UU0000759  ); 서정원   (한국철도기술연구원CC0187002  );
  • 초록

    Damage often occurs on the surface of railway wheel by wheel-rail contact fatigue. It should be removed before reaching wheel failure, because wheel failure can cause derailment with loss of life and property. The increase or decrease of the contact fatigue life by the metal removal of the contact surface were shown by many researchers, but it has not explained precisely why fatigue life increases or decreases. In this study, the effect of metal removal depth on the contact fatigue life for railway wheel has been evaluated by applying finite element analysis. It has been revealed that the residual stress and the plastic flow are the main factors determining the fatigue life. The railway wheel has the initial residual stress formed during the manufacturing process, and the residual stress is changed by thermal stress induced by braking. It has been found that the initial residual stress determines the amount of metal removal depth. Also, the effects of the initial residual stress and metal removal on the contact fatigue lift has been estimated, and an equation is proposed to decide the optimal metal removal depth for maximizing the contact fatigue life.


  • 주제어

    접촉피로 .   철도차량 차륜 .   잔류응력 .   접촉표면제거.  

  • 참고문헌 (13)

    1. Cannon, D. F. and Pradier, H., 1996, 'Rail Rolling Contact Fatigue Research by the European Rail Research Institute,' Wear 191, pp. 1-13 
    2. Bijak-Aochowski, M., 1997, 'Residual Stress in Some Elasto-Plastic Problems of Rolling Contact with Friction,' International Journal of Mechanical Science, Vol. 39, pp. 15-32 
    3. Kulkarni, S. M., 1991, 'Elasto-Plastic FE Analysis of Repeated Thee Dimensional, Elliptical Rolling Contact with Rail Wheel Properties,' Journal of Tribology, Vol. 113, pp. 434-441 
    4. Cretu, S. S. and Popinceanu, N. G., 1985, 'The Influence of Residual Stress Induced by Plastic Deformation on Rolling Contact Fatigue,' Wear 105, pp. 153-170 
    5. Fukui, T. and Matsuda, K., 1985, 'The Influence of Work Hardening on the Rolling Contact Fatigue Strength of the Strainless Steel,' Journal of Japan Society Lubrication Engineers. Vol. 30, No. 11, pp. 811-815 
    6. Ishida, M. and Abe, N., 1998, 'The Effect of Preventive Grinding on Rail Surface Shellings,' Quarterly Report of Railway Technical Research ?Institute, Vol. 39, No.3, pp. 136-141 
    7. Steele, R. K., 1991, 'The Effect Metal Removal, Steel Cleanliness and Wheel Load on the Fatigue Life of Rail,' Wear 144, pp. 71-87 
    8. Lee, R. T. and Chiou, Y. C., 1998, 'Effects of Pre-Rolling and Matal Removal on the Fatigue Life of Lubricated Rolling/Sliding Contact,' Wear 217, pp. 95-103 
    9. Jones, C. P., Tyfour, W. R., Beynon, J.H. and Kapoor, A., 1997, 'The Effect of Strain Hardening on Shakedown Limits of a Pearlitic Rail Steel,' Proc. Instn. Mech. Engrs., Vol. 211 Part F 
    10. Wang, C.H. and Liu, Q., 2002, 'Predictive Models for Small Fatigue Cracks Growing Through Residual Stress Fields,' 6th joint FAA/DoD/Nasa conference on aging aircraft 
    11. Seo, J. W., Goo, B. C., Choi, J. B. and Kim, Y. J., 2004, 'A Study on the Contact Fatigue Life Evaluation for Railway Wheels Considering Residual Stress Variation,' Transactions of the KSME A, Vol. 28, No.9, pp. 1391-1398     
    12. Kamaku, 1980, 'Rail,' Japan Railway Civil Engineering Association, pp. 126-131 
    13. Lee, J. H., Yang, W. H., Cho, M. R. and Sung, K. D., 1999, 'A Study on the Shape Optimization of S-Shape Wheel for Rolling Stock,' Transactions of the KSME A, Vol. 23, No. 12, pp.'2260-2266 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. Seo Jung-Won ; Hur Hun-Mu ; Choi Jae-Boong ; Kim Young-Jin 2005. "Effect of Metal Removal and Traction Force on Contact Fatigue Life" 大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, 29(10): 1384~1391     

 저자의 다른 논문

  • 허현무 (34)

    1. 1996 "제어오차계의 가중치를 이용한 차실내 능동소음제어 시스템 연구" 소음진동 = Journal of KSNVE 6 (6): 851~856    
    2. 2002 "객차의 현가장치 변수가 상하진동에 미치는 영향" 大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A 26 (7): 1309~1316    
    3. 2004 "원호형 차륜답면형상(안) 설계 및 현차시험 결과" 한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway 7 (2): 130~136    
    4. 2005 "견인력과 접촉표면 제거가 접촉피로수명에 미치는 영향" 大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A 29 (10): 1384~1391    
    5. 2005 "고속철도 차륜답면의 마모 특성에 관한 연구" 한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway 8 (5): 477~482    
    6. 2005 "국내 철도 차륜/레일형상 조합에 따른 차량 동특성 분석 연구" 한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway 8 (5): 483~489    
    7. 2005 "차륜/레일 기하학적 인자에 의한 등가답면구배 영향 분석" 한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway 8 (5): 490~494    
    8. 2005 "철도차량 부쉬용 방진 천연고무의 카본블랙 강화제에 의한 피로수명과 파단 모폴로지 변화 연구" 한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway 8 (1): 21~26    
    9. 2006 "틸팅차량용 차륜의 구조 강도 및 동적 성능 해석" 한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society of Precision Engineering 23 (11): 85~92    
    10. 2009 "지하철 곡선부소음과 차륜 마모와의 관계에 관한 연구" 한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering 19 (1): 85~93    
  • 구병춘 (20)

  • Choi, Jae-Boong (53)

  • 서정원 (43)

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