레일 파상마모가 차륜-레일 접촉응력에 미치는 영향 = Influence of Rail Corrugation on Rolling Contact Fatigue Damage

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 도시철도 콘크리트 궤도 중 침목플로팅궤도 (Booted sleeper track, sleeper floating track, STEDEF)에서 발생된 레일 파상마모가 차륜-레일 접촉응력에 미치는 영향을 분석하고자 선행연구고찰과 수치해석을 수행하였다. 실제 차륜 및 레일의 형상을 3차원 수치해석 모델링에 적용하였고 수치해석과 선행연구의 수치해석결과 값인 레일두부응력 비교 결과, 해석 응력의 차이가 약 5% 미만으로 나타나 해석과 측정결과는 잘 일치하는 것으로 분석되었다. 또한 레일 파상마모의 유, 무를 매개변수로 설정하여 일반레일과 열처리레일의 레일사용수명을 평가하고자 한다. 접촉응력의 크기와 접촉면적을 해석적으로 분석하였다. 연구결과, 레일 파상마모는 건전레일 대비 레일표면의 접촉응력을 증가시키는 것으로 분석되었다. 공용중인 도시철도 궤도에 발생된 파상마모의 유, 무에 따른 레일표면 접촉응력의 영향을 해석적으로 도출하였다. 레일 파상마모로 인해 차륜-레일 접촉 면적이 감소하여 발생응력은 급격하게 증가되는 것으로 분석되었으며, 이는 일반적인 RCF 손상유발 응력범위 이상인 것으로 분석되었다. 또한 레일 종별 RCF S-N 선도를 적용한 피로수명 산출결과 파상마모는 일반 레일과 열처리 레일 모두 수명을 크게 단축시킬 것으로 분석되었다. 레일파상마모는 레일의 따라서 레일사용수명 증대 및 RCF로 인한 파괴 예방을 위해 주기적인 연마를 통한 레일 파상마모 관리가 필요할 것으로 판단된다.