The advent of high speed trains such as KTX in South Korea provides greater mobility and therefore leads a significant change in the life style and society. This new system, however, has incurred various troubles during its operation due to lack of relevant experiences and technologies. Among the areas of railway transportation system, maintenance may cause catastrophic accidents such as derailment during high-speed
operation. Maintenance also affects operating cost depending on its manner and period.
In this thesis, we focused on the computational simulation of wheel-rail wear as an important phenomenon for maintenance. First, we selected appropriate wear mechanisms to accurately predict wear on the straight and curved tracks. Second, we obtained contact pressure and slip from the contact analysis, and then calculated wear depth at each node on the contact surface considering loading patterns and their cycles. Based on geometric information and wear depth obtained, we updated nodal location and conducted contact analysis with the updated contact surface. This iterative process continues until wear depth on the surface node reaches a threshold value which is determined from the regulation. Thus, we proposed a systematic computational framework to predict wear on the wheel-rail interface, and successfully analyzed the effects of operational parameters on wear with the aid of this proposed framework.
한국에서 KTX와 같은 고속열차는 생활패턴을 변화시켜 주고, 빠른 이동성을 제공하여 준다. 하지만 이러한 새로운 교통시스템은 그 운영에 있어, 경험과 기술의 부족으로 인하여 다양한 문제가 제기되고 있다. 특히, 이러한 열차 시스템에서 유지보수에 관련된 기술은 탈선과 같은 심각한 사고를 야기시킬 수도 있으며, 유지보수는 또한 운영비용에도 지대한 영향을 미치게 된다.
본 논문에서는 유지보수와 관련하여, 휠과 레일의 현상에 대하여 초점을 맞추고 있다. 첫째, 우리는 직선주로와 곡선주로에 알맞은 마모 메커니즘을 선정한다. 둘째로, 접촉해석을 수행하여 접촉응력과 미끄럼거리를 얻어내고, 그 값을 이용하여 각각의 노드별 마모량을 계산한다. 마모량을 얻어낸 다음에는, 이것을 노드별로 업데이트 하여 주고 새로운 접촉해석을 수행한다. 이러한 반복적인 과정은 규정 및 우리가 정한 한계값에 도달할 때까지 계속한다. 결론적으로 우리는 휠과 레일의 인터페이스와 마모현상에 대한 전산해석 모듈을 만들어내는데에 그 목적이 있으며, 이러한 방법은 추후 적절한 열차운영인자를 만들어 내는 데에도 도움을 줄 것이다.
