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1 2016 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2016A279 IAT 시스템구축에따른차체구조건전성평가연구 심재석 *, 한훈희 *, 구정서 *, 조정길 **, 한병연 *** Jaeseok Shim *, Hoonhee. Han *, Jeongseo Koo *, Jeonggil Cho **, Byeongyeon Han *** Abstract In the study, we conducted analysis of structure and fatigue with a structural design standard of ASCE APM to review a design before making a railway vehicle for establishing IAT(Intra Airport Transit) system. We have conducted the tests under 12 load conditions considering maximum and normal operating load to evaluate structural stability of it. Based on the results, in maximum operating loads, we got which is the highest result value with the application of a safety factor of a compression load. This satisfies the criteria of yield strength which is less than 450, as well as the criteria for the other loads. In normal operating loads, maximum stress satisfied a criteria which are 0.75 times less than fatigue strength of the material and within Infinite fatigue life after applying ASCE APM and ERRI B12/RP17 standards.. Keywords : IAT, Maximum operating load, Normal operating load, yield strength, Goodman diagram 초록본연구에서는 IAT(Intra Airport Transit) 시스템구축에따른차량제작전설계검토를위해 ASCE APM 의구조설계기준하에차량의구조및피로분석을수행하였다. 구조건전성평가를위해최대운영하중및일반운영하중을고려하여총 12 가지의하중조건을적용하였다. 해석결과최대운영하중조건에서는압축하중조건이안전율을적용후 로가장큰결과값을얻었고항복강도허용기준 460 이내에만족하는것을확인하였다. 그외조건에서도항복강도허용기준에서모두만족하는것을확인했다. 일반운영하중조건에서는 ASCE APM 규정과 ERRI B12/RP17 규정을적용후피로평가를실시한결과최대응력이소재피로강도의 0.75 배이하로만족하고무한수명내로만족하는것을확인하였다. 따라서차량제작전설계검토를위한구조및피로분석에서모두기준내에만족하는것을확인하였다. 주요어 : IAT, 최대운영하중조건, 일반운영하중조건, 항복강도, Goodman diagram 1. 서론 자동여객수송시설 (IAT : Intra Airport Transit) 시스템은공항내출 입국및환승여객을수송하기위해여객터미널과탑승동간지하터널 900m 구간을운행하고 3편 ( 편당 3량 ) 의차량을운영하며일평균 45,000명최대 61,000명편도 785회 50~65km/h로운행하는순환열차로계속늘어나고있는여행객의수요에능동적으로대처하기위해여객터미널과탑승동 교신저자 : 서울과학기술대학교철도차량시스템공학과 (koojs@seoultech.ac.kr) * 서울과학기술대학교철도차량시스템공학과 ** 여주대학교자동차과 *** 우진산전

2 사이에입 출국및환승에편의를제공한다. 본연구에서는인천국제공항의 3단계자동여객수송시스템 (IAT : Intra Airport Transit) 구축사업의일환으로차량구조건전성평가연구를위한 ASCE APM 구조설계기준을소개하고, 이기준하에차량의구조및피로분석을수행한결과를제공한다. 2. 본론 2.1 차 ( 車 ) 중량분류해석에적용되는차량중량은 AW0, AW1, AW2 이세가지로분류된다. AW0 은공차중량을나타내며 AW1 은승객들의모두앉아있는상태의중량이고 AW2 는만차상태의중량을나타낸다.[1] 해석에적용된차량의중량은 Table 2.1 과같다. Car body weight [kg] ( Including equipment = 9900 [kg] ) Table 1 weight categorize of Vehicle enger weight [kg] Car body weight on the suspension [kg] Bogie weight [kg] Vehicle weight [kg] M C M P* M U * M B* M AW* AW0 M P1 0 M U M AW AW M P M U M AW AW2 M P M U M AW ASCE APM 구조설계기준차량제작전설계검토를위해 ASCE APM 의구조설계기준을제공한다. 이기준하에차량의구조및피로분석이수행될것이며, 그결과는최종설계검토시사용된다.[2] 다음하중케이스는 APM 차량의차체구조와기타설비를설계하는데고려된다 최대운영하중 ( 극단하중 ) 최대운영하중조건에서는 1) 수직하중, 2) 횡방향하중, 3) 길이방향하중, 4) 조합하중, 5) 압축하중, 6) 잭킹 (Jacking) 하중, 7) 리프팅 (Lifting) 하중 8) 지붕하중, 9) 바닥하중총 9가지조건을고려하여해석을했다 일반운영하중 ( 피로하중 ) 일반운영하중조건에서는 1) 수직하중 ( 수직피로하중 ), 2) 횡방향하중 ( 횡방향피로하중 ), 3) 길이방향하중 ( 길이방향피로하중 ) 총 3가지조건을고려하여해석을했다. 2.3 차체구조를위한유한요소해석 최대운영하중본연구에서는차량의구조건전성평가를위해신뢰성이검증된유한요소해석프로그램인 Hyperworks[3] 제품군을사용하였다. 해석결과최대운영하중조건에서는 Fig 1과같이

3 압축하중조건에서안전율을적용후 로가장큰결과값을얻는것을나타내었고 Table 2에서는항복강도허용기준 460 로이내에만족하는것을확인하였다. 또한다른조건에서도항복강도허용기준에서모두만족하는것을나타낸다. Fig. 1 Compressive Load result of Maximum operating load conditions Table 2 Result of Maximum operating load conditions by ASCE-APM Results of FE analysis Evaluation Load case Von Mises stress Safety Factor Limits Result Vertical Load Under frame Lateral load Under frame N01S-T5 [ Weld zone ] Longitudinal Load Under frame [ 6~12mm ] Combined Load Under frame Maximum operating load Compressive Load Under frame A7075-T [ Base zone ] Jacking Load Under frame [ Weld zone ] [ 6~12mm ] Lifting Load Gate Bottom Concentration Roof frame 6N01S-T Roof Load Uniform 205 distribution Gate top [ Base zone ] [ ~6mm ] Bottom Load Bottom Surface

4 2.3.2 일반운영하중일반운영하중조건에서는 ASCE APM 규정과 ERRI B12/RP17 규정을적용하였다. Table 3은유한요소해석결과 ASCE APM 규정을적용하여최대응력이소재피로강도의 0.75배이하로만족하는것을나타낸다. 그리고 Table 4와 Fig 2는유한요소해석결과를바탕으로 ERRI B12/RP17 규정을적용하여 Goodman 선도로나타낸결과무한수명을갖는것을나타낸다. Table 3 Result of Normal operating load conditions by the ASCE-APM Load case Results of FE analysis Von Mises stress Limits Evaluation Result Normal operating load Vertical Load Under frame 46.0 Lateral Load Under frame 6N01S-T Longitudinal Load Under frame 46.5 Table 4 Fatigue analysis by ERRI B12/RP17 Vertical Load Lateral Load Longitudinal Load Mean stress Stress amplitude Principal stress Under frame 6N01S-T Stress amp Base zone (t=6~12mm) Weld zone (t=6~12mm) Mean stress Fig.2 Fatigue analysis by The Goodman diagram

5 3. 결론인천공항 IAT 3단계차량대차의구조건전성평가를수행하였으며 ASCE-APM standards와 ERRI B12/RP17 standards에근거하여결과를얻었다. 1) 구조해석에서는최대운영하중조건에서는모든조건에서항복강도허용기준내에서만족하는것을확인하였다. 2) 피로평가에서는 ASCE-APM standards 와 ERRI B12/RP17 standards 두가지규정을적용하였는데유한요소해석결과 ASCE-APM 규정을적용하여최대응력이소재피로강도의 0.75배이하로만족하는것을확인하였고, ERRI B12/RP17 규정을적용하여 Goodman 선도로나타낸결과무한수명을갖는것을확인하였다. 따라서차량제작전설계검토를위한구조및피로분석에서모두기준내에만족하는것을확인하였다. 참고문헌 [1]. Automated People Mover Standards, American Society of Civil Engineers, 2006 [2] P.Connor, (2011), Railway enger Vehicle Capacity [3] Altair, (2013), HyperMesh Desktop Introduction

17-221~235설계01철도사장교1.ps

17-221~235설계01철도사장교1.ps 2012.12.26 19:59 페이지221 VOL.19 설계사례 222 김종학, 이경훈, 손준상, 송혜금 236 미호천 1교의 계획 및 설계 김재기, 이경훈, 김기혁, 곽태영 248 하나대교(가칭)의 계획 및 설계 이명재, 이경훈, 박 철, 박흥희, 조재원, 이대규 274 국도18호선 진도대교 성능개선공사 실시설계용역