고속철도차량 윤축 압입부의 프레팅 피로특성

소개글

fretting fatigue로 인한 철도차량윤축 파괴에 관한 졸업논문(학사)입니다.
프레팅피로에 대해 서술하고, catia를 통한 모델링으로 ansys workbench를 통해 분석했습니다.

목차

1. 서 론
2. 프레팅 피로(Fretting Fatigue)
3. 압입시편의 해석 모델링
3. 결론

본문내용

1. 서 론
철도차량에서 윤축은 일반적으로 한 쌍의 좌우 차륜답면(wheel tread)으로 구성된 대차에 부착되어 차체의 하중을 지지하는 기능을 수행하는 부분이다. 이는 차량 운행 안전에 가장 중요한 부분이기 때문에 높은 신뢰성이 요구되며 현재 우리 나라에서도 고속철도차량의 압입 부분의 프레팅 피로 파괴에 관한 연구가 많이 이루어 지고 있다. 하지만 아직까지 프레팅 피로의 발생에 관한 완전한 메커니즘은 규명되지 않은 상태이고 철도차량 윤축의 압입부와 같은 가압 체결부에서는 계속적인 접촉과 작은 상대 진동에 의한 미소 변위로 인해 프레팅 피로 파괴가 발생한다. 프레팅 피로는 접촉면의 작은 상대미끄럼(10-4㎜)에 의해 발생되며 피로강도를 발생하지 않은 것에 비해 수명을 1/2 ~1/3까지 낮춘다고 알려져 있다. 본 논문에서는 프레팅 피로에 대한 현재까지의 연구들을 정리하고 프레팅 피로를 유발하는 요인을 분석한 후 유한요소법(ANSYS 10.0)을 이용하여 회전 굽힘 피로시험용 압입 시편을 대상으로 프레팅 피로 발생시 수반되는 미소슬립을 고려한 접촉 응력을 해석하여 압입시와 굽힙 하중 작용시 압입부 접촉응력 및 미소 슬립량의 변화와 압입부 마찰계수 변화에 따른 영향을 살펴보고 그 인자들을 통해 피로강도 향상을 위한 방안들을 제시하였다.

2. 프레팅 피로(Fretting Fatigue)
2.1 선행연구분석
19세기 말부터 시작된 프레팅 피로에 대한 해석적인 연구와 실험적인 연구는 비교적 많이 진행되어 왔다. Ruiz등은 균열의 발생위치를 프레팅 손상계수인 인장응력, 전단응력 그리고 상대 미끄럼 변위와 관련시켰으며, 균열 발생 위치는 접촉의 끝단에서 발생함을 보였다. 또한 Lamacq등은 균열의 발생과 접선응력을 연관시켰다.
균열의 발생뿐 아니라 균열 발생 방향을 예측하는 연구 역시 Nowell등에 의해 이루어 졌는데 응력 확대 계수를 고려하여 단계적인 균열에서 그 방향을 예측하려 하였다. 한편 Yamashita와 Mura등은 응력에 영향을 받는 전이 이동을 고려하여 반복된 경사하중에 대한 균열방향을 예측하려 하였다. 또한, 프레팅 피로수명에서 피로균열을 전체 수명 중 초기에 발생한다는 결과를 이용하여 파괴역학적인 평가를 사용한 압입부 피로강도 특성을 해석적으로 접근한 연구결과들이 발표되었다.

참고 자료

한국 철도기술 연구원 구병춘 – 프레팅 피로의 이해
이수진 편집 – 금속재료 규격 데이터 북
㈜태성에스엔이 - ANSYS Workbench [DesignSimulation]
김성훈,임충환,구병춘,권석진,이찬우 – 철도차량 차축 결함에 대한 집중유도 전위차법 탐상의 유한요소 해석
권석진 – 고속철도용 윤축의 정,동적 파괴 인성 평가