통계적 에너지 해석법을 이용한 한국형 고속철도 차량 벽면의 투과손실 값 예측 및 실험적 검증 연구

윤태중 弘益大學校 大學院 2003 국내석사

차음재의 차음 성능은 투과손실 값으로 표시된다. 실제의 경우 건물이나 수송기계의 벽체는 서로 다른 재질의 부분들이 모여서 하나의 벽체를 구성하고 있다. 예를 들어, 콘크리트 벽체에 유리창문, 출입문 및 환기구 등의 구조를 갖는 것이 일반적인데, 이들 각각의 투과율을 알고 있다고 할 때, 여러 종류의 차음재로 구성된 벽 전체에 대한 소음의 차단 효과를 계산하기 위해서는 평균 투과율이란 개념을 이용한다. 이렇게 구해진 평균 투과율 τ로부터 산출된 투과손실을 이 벽체의 총합 투과손실이라 한다. 본 연구에서는 구조물의 실제 벽면 투과손실 값을 현실 가능한 방법으로, 정확히 측정할 수 있는 방법에 대해서 알아보았다. 이를 위해 통계적 에너지 해석법 (Statistical Energy Analysis)을 이용해 구조물과 구조물, 음향공간과 음향공간의 연성관계에 따른 손실계수를 측정하여, 상용프로그램에 의한 해석치와 비교하였다. 구조물과 구조물의 연성 모델은 평판과 보, 평판과 평판 등 단순하면서도, 일반 구조물에서 많이 적용되고 있는 연결 구조물을 대상으로 굽힘 방향의 진동 특성에 관한 예측을 실험과 해석을 통해 단계적으로 검증을 하면서 계산하였다. 또한 연결부위의 부가되는 질량의 크기 증가에 따른 연성손실 계수의 영향에 대해서도 고찰을 수행하였다. 음향공간과 음향공간의 경우에는 시제품으로 존재하는 한국형 고속철도 차량(KHST)을 대상으로 실내-실외 공간을 각각 잔향 공간과 자유 공간으로 가정하여 벽체의 투과손실 값을 계산하였다. 그 예측 결과는 고속철도 과제 1단계에서 개발된 투과손실 계산 프로그램인 T-LOSS 결과와 비교하였다. 측정실험의 신빙성을 높이기 위하여 잔향 공간-잔향 공간으로의 가정이 가능한 일반 강의실-벽체-강의실에 대한 실험을 통하여 측정 기법에 대한 신뢰도를 확인할 수 있었으며, 이로써 KHST 차량의 차음재 관련 설계지원 자료를 마련하였다. Statistical energy method is widely used for the prediction of vibration and acoustic behavior of complex structures, such as ships building and automobiles in mid-to-high frequency range. However, For the SEA result to be valid, it is important to verify the estimated SEA parameters such as the modal density, energy in each subsystem, damping loss factor and coupling loss factor, with other methods. For the modal density parameter, the experimental results of experimental modal analysis are compared with those from finite element method for subsystems. The loss factors are calculated by Lyon's simple method and power injection method for the two subsystems. In order to verify the transmission loss results for the problem at hand, a similar experiment was carried out in the laboratory condition, and the results were compared with those based on the geometric acoustic method. The computational results show good agreement with the experimentally obtained transmission loss.

한국고속철도(KTX)차량의 차륜답면형상에 따른 진동특성의 실험적 연구

신주영 서울産業大學校 鐵道專門大學院 2004 국내석사

서울-부산 및 서울-목표구간에서 운행 예정인 KTX차량은 '99.10일 고속신선 시험구간에서 차량 성능검증 시험중 동절기에 차량 후미부에서 성능기준을 초과하는 진동 현상이 발생되었다. 그 이후 대안 모색을 위한 시험을 진행하였고 KTX차량의 흔들림 대책 가운데 기술적인 대안으로 20량 구성의 KTX 차량에 대하여 차륜답면형상에 따른 차체진동 특성을 파악하기 위해 실차시험과 2002년 철도기술연구원에서 연구한 16량 편성의 KTX차량을 모델링한 해석 결과^((10)) 및 2003년 KTX 20량을 기준으로 해석한 결과와 비교하여 진동특성에 대한 결과를 다음과 같이 얻게 되었다. 1. KT차량(20량)에 대한 실차 시험결과 RMS의 성능기준치인 0.183㎨보다 GV40 차륜의 경우 0.262~0.343㎨로 측정 속도대역인 시속 140km 170km 200km 230km 270un 300km에서 모두 초과되었으며 XP55차륜의 경우는 0.038~0.107㎨로 측정된 속도대역에서 성능기준치보다 낮게 나타냈다. 2. 동일차량의 시험결과 Peak값도 기준치인 ±1.0㎨로 GV40차륜의 경우 ±0.7~±1.0㎨으로 나타났으며, XP5S 차륜의 경우 ±0.25~±0.5㎨으로 GV40과 XPSS차륜은 모두 Peak기준치 이내에 있으나, XP55차륜이 낮게 나타남을 알 수 있었다. 3. KTX 차량에 적용되는 차륜답면형상에 대한 해석결과도 GV40 차륜보다 XP55 차륜으로 변경 적용한 것이 차체 횡진동 가속도가 낮게 나타나는 결과를 얻게 되었다. 4. GV40차륜과 XP55차륜의 실차시험 조건하에서의 해석적 비교검토에서도 수직 · 횡진동에 대한 결과를 XP55차륜의 경우에도 진동성능 기준치 이내에 들어있음을 확인할 수 있었다. 5. KTX차체의 수직방향 진동가속도의 시험결과에서 속도 230 km/h이상시 GV40차륜의 경우 RMS값이 약 0.07~0.10㎨로 나타났으며 XP55는 0.00~0.12㎨로 XP5S차륜의 수직진동가속도 값이 더 크게 나타났다. 시뮬레이션의 경우에도 230km/h이상시 XP55차륜의 RMS값이 GV40 차륜보다 더 높게 나타났다. 6. 향후 고속철도 열차편성을 다양하게 운행될 것으로 예상되고 또한 고속신선과 기존구간을 직결 운행함에 따라 열차편성을 10량, 12량, 14량 16량 등에 대한 횡진동 및 수직진동을 고려한 차량 차륜답면형상 개발을 위한 연구가 필요할 것으로 판단된다. 또한 GV40차륜을 그대로 사용할 경우 대차의 현가장치인 댐퍼, 스프링 및 에어스프링 특성에 대한 연구가 좀더 체계적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다. Korea Train express(KTX) Rolling Stock, which will operate from Seoul to Pusan and to Mokpo from April 2004, met the swaying phenomenon on high speed testing line between Osong and Simok on back part of the train, at qualification verification in winter. For the purpose of finding out the cause, KHRC tested the actual KTX by changing the wheel tread profile from GV40(conicity 0.025) to XP(conicity 0.055). The tested KTX was made up of 20 cars and the type of wheel tread profiles are GV 40(slope 1/40) and XP55(slope 1/20). We got the following conclusion after analysing the effect to running performance of KTX with wheel tread profile through the modeling and testing of KTX. Hereafter, the testing results generated GV40 wheels and XP55 wheels for KTX2: The lateral acceleration when using GV40 wheel got the result of 0.262㎨ ~ 0.343㎨ vibration according to KTX speed. The measured result of lateral acceleration using XP55 wheel, The lateral acceleration was reduced to 0.038㎨~0.107㎨ vibration according to KTX speed. So, the result of modelling analysis for wheel tread profile adopted on KTX, shows that lateral vibration acceleration of XP55 wheel appears rather lower than the one of GV40 wheel. Through the test and simulation for GV40 wheel and XP55 wheels with regard to vertical acceleration GV40 wheel is better than the XP55 wheel but with regard to lateral acceleration XP55 wheel is better than the GV40 wheel. In the future, specificities of suspension system including the Airspring will be studied to consider the korean circumstance requirements in case of GV40 wheels for KTX.

釜山都市鐵道 3號線과 韓國高速鐵道의 室內騷音 特性分析에 관한 硏究

강현욱 동아대학교 대학원 2012 국내석사

CAN기반 피드백 시스템의 한국형 고속전철 여압시스템 적용

곽권천 명지대학교 대학원 2002 국내석사

본 논문은 한국형 고속 전철 여압시스템을 CAN 기반 네트워크 피드백 제어기로 설계시 발생하는 지연시간 특성을 분석한다. CAN 통신상의 지연시간을 계산 지연시간과 통신 지연시간으로 정의한다. 제어시스템은 프로세서는 지글러 니콜슨(Ziegler-Nichols)의 3가지 변수 모델을 이용한 방법으로 모델링하고 제어기는 잘 알려진 Haalman 방정식을 통하여 분석적 PID 제어기를 모델링 한다. 제어 대상시스템은 한국형 고속 전철의 여압시스템이며, 제어대상은 목표값이 시간에 따라 빠르게 변동하는 특성을 갖는 표준터널 압력 데이터이다. 각 노드간의 로컬 클럭의 불일치로 인하여 발생될 수 있는 실시간을 해치는 결과나 여압시스템의 치명적 오류 발생을 막기 위하여, 각 노드의 지연시간을 위하여 네트워크 글로발 클럭 동기화 기법을 적용한다. 본 논문에서는 분석적 PID제어기 지연시간이 고려되지 않은 제어기, 최악의 지연시간이 고려된 제어기, 평균 지연시간이 고려된 제어기에 대한 응답특성을 모의실험을 통해 분석하고, 네트워크 글로발 클럭 동기화기법을 적용하여 각 제어기의 성능을 모의실험을 통하여 분석한다. 네트워크 기반 피드백 시스템의 시간지연은 시스템을 불안정하게 하는 요소로 작용된다. 이러한 응답 특성 결과를 분석하여 네트워크 기반 피드백 제어기를 설계할 때 지연시간 요소를 적용한 분석적 PID제어기만이 시스템 성능을 보장할 수 있었다. In this paper, a feedback control implementation adopting CAN-based network for the pressurization system of Korean high speed train is proposed. A system model including network latencies invoked with CAN arbitration mechanisms is proposed, and analytical compensation method of PID control parameters based on the proposed system model is proposed also. For the practical implementation of the control, global synchronization method is used for controller to measure network latencies and to use them when it is needed to compensate PID control parameters. Simulation results are shown with step response and practical tunnel data response through comparing control performance among traditional method not considering network latencies, 2 kinds of existing off-line compensation methods and the proposed method. Through the results, the proposed method is evaluated to be the most adequate for the system.

한국형 고속철도의 실내소음 예측에 관한 연구

박진규 弘益大學校 大學院 2001 국내석사

본 논문의 목적은 한국형 고속철도가 시속 300㎞와 350㎞로 주행시 개활지, 터널내의 실내소음을 예측하고, 쾌적한 실내소음 조건을 만족하기 위한 방안을 제시하는 것이다. 한국형 고속철도(KHST)는 동력차(TP1, TP2),동력객차(TM1, TM5), 객차(TT2, TT3, TT4)로 7량으로 구성된다. 동력차의 실내소음의 경우에는 동력차 TP1을 대상으로 운전실의 실내소음을 예측하였고,동력객차와 객차의 경우는 TM5와 TT4의 객실중앙과 대차상부에서 가장 가까운 위치 2군데를 선정하여 실내소음을 예측하였다. 본 연구는 한국형 고속철도(KHST)가 300, 350 ㎞/hr로 주행하는 경우,동력차의 운전실, 동력객차와 객차의 원하는 위치에서의 실내소음의 크기를 주행 환경별, 즉 개활지 주행, 혹은 터널내 주행에 대하여 광음향기법을 이용하여 예측하였다. 한국형 고속철도(KHST)와 비슷한 차량인 프랑스 TGV-K가 도입된 KTX 시제차의 주행시의 실내소음 측정실험을 수행하여 한국형 고속철도 (KHST)의 실내소음 예측의 신빙성을 높였다. 또한 차량별 실내 소음에 영향을 주는 주요 소음원의 기여도를 정량적으로 해석하였고, 시스템 요구사항에서 제시된 실내 소음 관련 목표치를 맞추기 위해서 동력차, 동력객차, 객차의 차체 벽면의 투과손실값의 가이드 라인을 제시하여, 소음관련 설계 지원의 기초 자료를 마련하였다. The interior sound pressure level of the Korean high speed train is predicted using ray acoustic method. The motor car, motorized car and passenger cabin are investigated under the environment of passing open countryside and inside tunnel. Calculated sound levels of KHST are compared with the those of KTX prototype which vehicle shows similar acoustic behavior with KHST for the purpose of assuring the calculated data. In order to reduce the calculated SPL in systematic way, contribution analysis of sound sources and sensitivity analysis of concerning wall's transmission loss on the SPL of the designated receiving points are carried out. Finally, practical desi8n suggestions are proposed.

韓國鐵道의 高速化에 관한 硏究 : 京釜高速電鐵을 中心으로

민척기 中央大學校 1991 국내석사