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C/C-SiC 복합재 제동 디스크의 열특성 유한요소 해석
나인균(In-Kyun Na),구병춘(Byeong-Choon Goo) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.5
철도차량의 경량화 및 성능향상을 위해 첨단소재에 대한 연구와 적용이 확대되고 있다. 철도기술 선진국에서 연구되고 있는 첨단소재는 AL 복합재, 세라믹, C/C 복합재, 등이 있으며, 상용화를 위해 연구가 계속되고 있다. 본 연구에서는 유한 요소 해석을 통해 C/C-SiC 복합재의 철도차량용 제동 디스크에 대한 열특성 평가방법을 제시하고 평가하였다. 해석 철차는 UIC code 541-3의 140km/h급 차량에 적용된 정지제동 조건을 참조하였고, 마찰계수는 0.35를 적용하였다. 제동 중 발생한 열에너지는 마찰 표면에 집중되었고, 열응력은 제동 초속도의 크기가 증가 할수록 커지는 경향을 보였다. The application of the advanced material research is escalated for performance enhancement and weight-reduction of railway. The advanced material such as Al composites, Ceramics, C/C composites, etc. is studied from developed countries and conducted to carry out the research to commercialize the railway technology. In present study, we estimated thermal characteristics of C/C-SiC composite brake disc for railroad vehicles. Analyses were carried out by ABAQUS, which were followed up by UIC code 541-3. The braking condition is stopping brake with V=140km/h. The friction coefficient of 0.35 was applied. The occurred heat energy was mainly concentrated on friction surfaces during the braking.
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나인균(In-Kyun Na),구병춘(Byeong-Choon Goo) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.11
C/C 제동 디스크의 진동 특성과 소음발생 원인에 대한 기초자료 조사를 위해 고유진동수를 측정하고, 유한요소 해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 고유진동수와 진동모드를 수치 해석하였다. C/C 제동 디스크는 철도차량용 제동 디스크의 1/2 축소모델로 제작되었고, X-Y-Z 3축에 대한 모달 테스트 결과를 취합하여 진동특성을 나타냈다. 해석프로그램을 이용한 해석 결과와 모달 테스트의 결과를 비교하여 오차를 평가하였고, 두 결과가 일치함을 확인하였다. 결과값은 추후 제동 디스크의 진동, 소음 원인규명에 대한 자료로 활용될 것이다. To examine the vibration characteristics and noise sources for a Carbon/Carbon(C/C) brake disc, natural frequencies were measured by impact hammer tests and analyzed by finite element method. Natural modes were obtained by combining the tri-axial modal tests of the brake disc that was a half-size model of a full-size railway brake disc. Experimental and numerical vibration characteristics were compared. The two results were in a good agreement.
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나인균(In-Kyun Na),구병춘(Byeong-Choon Goo) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.5
KTX 차량의 역 내 정차 시 발생하는 스퀼소음으로 인해 승객이 소음에 노출되고 차량에 대한 신뢰성 저하의 요인이 되고 있다. 국내 및 해외에서 스퀼소음 저감을 위한 원인 규명의 연구가 진행 중이지만, 복합적인 요인으로 발생하는 스퀼소음의 원인은 아직 명확히 밝혀지지는 않고 있다. 본 연구에서는 상용 운전하는 KTX 차량과 KTX 산천 차량의 스퀼소음을 측정, 분석하여 주요 주파수 대역을 확인하였다. KTX의 경우 8kHz, 10kHz(1/3 Octave)가 주요 주파수로 측정되었고, KTX 산천의 경우 630Hz, 2kHz(1/3 Octave)가 측정되었다. KTX 산천은 KTX와 주파수 특성이 다를 뿐 아니라 소음의 크기도 약 10dB(A) 낮게 측정되었다. 측정 결과는 주요 주파수 대역을 발생시키는 진동원인과 이를 제어하는 연구에 기초 자료로 활용될 것이라 판단된다. Passengers are exposed to noise by braking when KTX stops at stations. And the noise reduces reliability of trains. A lot of domestic and overseas studies have been continued to decrease noise but its root causes are too complicated to solve the problem. In present study, we ascertained frequency band of squeal noise through comprising KTX with KTX-II(San-Cheon). Principal frequency bands were 8kHz and 10kHz(1/3 Octave) in KTX but KTX-II’s frequency bands were 630Hz and 2kHz(1/3 Octave). Also main sound levels in KTX-II were lower about 10dB(A) than KTX.
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구병춘(Byeong-Choon Goo),나인균(In-Kyun Na) 한국트라이볼로지학회 2014 한국트라이볼로지학회지 (Tribol. Lubr.) Vol.30 No.3
To stop a high speed train running at the speed of 300 km/h, the disc brake for the train should be able to dissipate enormous kinetic energy of the train into frictional heat energy. Sintered pin-type metals are mostly used for friction materials of high speed brake pads. A pad comprises several friction pins, and the topology, length, flexibility, composition, etc. have a great influence on the tribological properties of the disc brake. In this study, the topology of the friction pins in a pad was our main concern. We presented the optimization of the topology of a railcar brake pad with nine-pin-type friction materials by thermo-mechanical contact analysis. We modeled the brake pad with/without a back plate. To simulate a continuous braking, the pad or friction materials were rotated at constant velocity on the friction surface of the disc. We varied the positions of the nine friction materials to compare the temperature distributions on the disc surface. In a non-optimized brake pad, the distance between two neighboring friction materials in the radial direction from the rotational center of the disc was not equal. In an optimized pad, the distance between two neighboring friction materials in the radial direction was equal. The temperature distribution on the disc surface fluctuated more for the former than the latter. Optimizing the pad reduced the maximum temperature of the brake disc by more than 10%.
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