Korea is building a light weight tilting train (Korean TTX) using composite material, which can tilt itself to a maximum angle of $8^0$ at the corner to maintain high speed during operating time. For any train or vehicle, the crashworthiness is very important. This research studies the ability of the composite material to be used for the Energy Absorber of the Korean TTX as a combination of several composite tubes. Experimental and numerical studies were done dealing with the quasi static test of the composite tube.
The purpose of experimental study is to find out which lay-up is the best lay-up for the Energy Absorber. The best lay-up is the one that has the highest Energy Absorption (EA) and Specific Energy Absorption ($E_S$). Four lay-ups were tested using quasi static method: $[0/45/90/-45]_4$, $[0]_{16}, [0/90]_8$, $[0/30/-30]_5$. Two triggering methods were used to create initial damage and guarantee the progressive collapse mode: bevel edge and slope edge. As a result, $[0/45/90/-45]_4$ lay-up was find out the best lay-up among the laminates being tested.
A parametric analysis was done to find out the most proper way to simulate the quasi static test of composite tube using LS DYNA program. A single composite tube was modeled to be crashed by a moving wall. Comparison between simulation and experiment was done. Dealing with parameter TFAIL and the mass scaling factor, this parametric study shows the ability and the limitation of LS DYNA in modeling the quasi static test for the composite tube.
한국은 복합재를 이용하여 보다 가벼운 무게의 틸트형 열차를 개발하고 있다. 일명 한국형 틸팅 트레인으로서 고속의 속도를 유지한체 코너에서 최대 8도의 경사까지 견딜 수 있도록 개발되고 있다. 모든 열차나 차량에 대한 충격 방지 및 안전성은 개발에 있어서 제일 중요한 부분 중 하나이다. 이번 연구에서는 한국형 틸팅 트레인 내부에 여러 복합재 튜브로 이루어진 충격 안전장치에 대한 연구를 수행 하였다. 연구는 복합재에 대하여 실험과 해석 모두 quasi static 실험을 수행하는 방식으로 진행하였다. 이번 연구의 목적은 어떠한 레이업 디자인이 충격흡수를 위한 최적의 디자인인가를 알아보는 것이다. 가장 충격 흡수율이 높은 최적의 디자인은 Energy Absorption (EA)와 Specific Energy Absorption $(E_S)$ 로 표현하였으며, 실험과 해석에서는 네 가지 레이업 디자인 : $[0/45/90/-45]_4$, $[0]_{16}, [0/90]_8$, $[0/30/-30]_5$ 이 사용되었다. 또한 실험에는 끝이 평탄하지만 경사가 있는 bevel edge와 끝이 뾰족한 slope edge 두 가지를 파손의 시작점으로 제한하여 실험을 수행하였다. 결과적으로 $[0/45/90/-45]_4$ 레이업이 가장 최적의 레이업으로 규명되었다. 실험에 사용된 복합재 튜브를 모사하기 위해 LS DYNA 프로그램이 사용되었으며 하나의 복합재 튜브를 이동하는 벽에 충격시켜 충격을 모사하였다. 이러한 해석의 시뮬레이션과 실제 실험에 대한 비교가 수행되었으며, 파라미터는 TFAIL 와 mass scaling factor를 이용하였는데 이는 LS DYNA를 이용해 실험을 시뮬에이션 하는데 제한이 되었다.
