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확관튜브의 충돌에너지 흡수성능 및 동적 국부좌굴에 관한 연구 = Study on the crash energy absorption and dynamic local buckling of the expansion tubes
서명 / 저자 확관튜브의 충돌에너지 흡수성능 및 동적 국부좌굴에 관한 연구 = Study on the crash energy absorption and dynamic local buckling of the expansion tubes / 안광현.
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2008].
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The safety device for light collision is equipped in the front end of the train for absorbing crash energy at a low speed impact. The expansion tube absorbs most of crash energy in safety device for light collision. Energy absorption mechanism of the expansion tube is mainly expansion of the tube diameter by pushing a conical punch into the tube while a bottom of the tube is fixed. Local buckling characteristics of an expansion tube must be considered to improve energy absorption capacity of expansion tubes. This study deals with the local buckling and the crash energy absorption characteristics of expansion tubes during tube expanding processes. The local buckling load and the energy absorption during tube expanding process are calculated for various types of tubes and punch shapes by finite element analysis. Local buckling load is predicted effectively by modifying Plantema equation and compared with the finite element analysis results. The influence of the strain rate sensitivity of materials is also discussed to investigate the effect of punch velocity. The energy absorption capacity of the expansion tube is effected by the tube and punch shape. The mechanical properties of the tube material are also important parameters for energy absorption. A parametric study shows that the energy absorption capacity of the expansion tubes increases as the diameter or the wall thickness of tubes increases. Larger punch angle or expansion ratio also gives larger energy absorption. In some cases, local buckling occurs during the tube expanding process. Consequently, the absorbed energy of expansion tube significantly decreases when local buckling takes place. Therefore, accurate prediction of the local buckling load is important to improve the energy absorption capacity of the expansion tube. Local buckling takes place relatively easily at larger punch angle and expansion ratio. And both tube radius and thickness also affect local buckling load. The Plantema equation was modified to predict the local buckling load considering strain rate effect in the wide range of design variables including mechanical properties of materials. The modified Plantema equation estimates the local buckling load from the numerical analysis closely. The modified Plantema equation proposed can be used as a guideline to design the expansion tube considering local buckling and crash condition. Newly designed model of expansion tube considering local buckling achieves significant enhancement of energy absorption capacity.

경충돌안전장치는 열차의 전두부에 장착되어 저속 충돌 시 발생하는 충돌에너지를 흡수하는 장치이다. 확관튜브는 경충돌안전장치의 부품 중 가장 많은 에너지 흡수를 담당하는 에너지 흡수부재로서 한쪽 끝단이 고정된 튜브에 원뿔형 펀치를 압입하여 발생하는 확관과정을 통하여 에너지를 흡수하는 구조를 가지고 있다. 확관튜브의 에너지 흡수성능을 향상시키기 위해서는 국부좌굴에 대한 이해가 반드시 필요하다. 본 연구는 튜브 확관과정 동안 발생하는 확관튜브의 국부좌굴 및 충돌에너지 흡수성능에 관한 연구로서 다양한 튜브와 펀치 형상에서의 국부좌굴 하중 및 충돌에너지 흡수성능을 유한요소 해석을 통하여 비교하였다. 국부좌굴 하중은 Plantema 식의 수정을 통하여 효율적으로 예측할 수 있고 이 결과를 유한요소 해석 결과와 비교하였다. 또한 좌굴하중의 펀치의 속도에 대한 영향을 평가하기 위하여 재료의 변형률 속도효과에 의한 영향도 고려하였다. 확관튜브의 에너지 흡수성능은 튜브 및 펀치의 형상에 영향을 받는다. 또한 튜브의 재료 특성 역시 중요한 인자이다. 영향인자 연구 결과에 의하면 확관튜브의 충돌에너지 흡수성능은 튜브의 지름이나 두께가 증가할수록 향상되며 펀치의 각도와 확관비 역시 증가할수록 에너지 흡수성능에 좋은 영향을 미치게 된다. 하지만 튜브 및 펀치의 형상에 따라 튜브 확관과정 동안 국부좌굴이 발생할 수 있으며 이 경우 에너지 흡수성능은 현저히 감소하게 된다. 따라서 확관튜브의 에너지 흡수성능을 향상시키기 위해서는 정확한 좌굴하중의 예측이 매우 중요하다. 국부좌굴은 펀치의 각도와 확관비가 증가할수록 상대적으로 쉽게 발생한다. 튜브의 반경 및 두께 역시 국부좌굴하중에 영향을 미친다. 정확한 국부좌굴하중의 예측을 위하여 변형률 속도효과 및 재료 특성 등을 포함한 수정 Plantema 식을 제안하였으며 이는 유한요소 해석 결과와 비슷한 좌굴하중을 예측함을 확인하였다. 제안된 수정 Plantema 식은 국부좌굴 및 충돌 조건을 고려한 확관튜브 설계의 가이드라인이 될 수 있으며 국부좌굴 하중을 고려하여 새롭게 설계한 확관튜브는 에너지 흡수성능이 현저히 증가한 것을 확인하였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MME 08021
형태사항 x, 94 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기 : Kwang-hyun Ahn
지도교수의 한글표기 : 허훈
지도교수의 영문표기 : Hoon Huh
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학전공,
서지주기 참고문헌 : p. 40-42
주제 Expansion tube;Crash energy absorption;Local buckling;Modified Plantema equation;
확관튜브;충돌에너지 흡수성능;국부좌굴;수정 Plantema 식;
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