한국형 PRT 시작차량의 구조강도 및 충돌안전성 평가 연구 :A Study on Evaluation of Structural Strength and Crashworthiness for Korean PRT

김준우

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김준우 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 구정서, 정현승

발행연도: 2015

저작권: 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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초록· 키워드

지구 온난화와 고유가에 대응하기 위해 공해물질 배출량 및 에너지 소모량이 적은 친환경적인 운송수단의 개발이 이루어지고 있다. 그중 PRT (Personal Rapid Transit)는 자동차에 버금가는 “Door to door”시스템과 수요 변화에 대한 유연성및 효율성 등의 특징으로 국내외에서 연구/개발이 활발히 진행 중에 있다. 하지만 PRT는 기존의 자동차나 철도차량과 달리 PRT 차량의 구조강도 및 충돌안전성을 평가하는 명확한 기준이 없다.
이에 본 연구에서는 PRT 시작차량의 구조강도를 평가하기 위해 ASCE - APM Standards에 의거하여 PRT 시작차량에 맞는 하중조건을 산출하고 구조강도를 평가하였다. 또한, ASCE - APM standards와 ERRI B12/RP17 규정을 이용하여 피로강도를 평가하였다. 그 결과 최대 운영하중조건에 대해 Lateral load, Vertical load, Longitudinal load, Compressive load, Lift load 조건에서 최대 등가응력이 각각 65.2 [MPa], 71.2 [MPa], 64.2 [MPa], 81.8 [MPa], 78.8 [MPa] 발생하였다. 규정에서 제시하는 안전계수를 적용하였을 때 최대 등가응력 발생부위가 사용 재료의 모재부 항복강도 175 [MPa], 용접부 항복강도 120 [MPa] 이내에 만족한다. 그리고 일반 운영하중조건에 대해 Lateral, Vertical load, Longitudinal load 조건에서 최대 등가응력이 각각 60.0 [MPa], 65.5 [MPa], 56.5 [MPa] 발생하여 ASCE ? APM standards에서 제시하는 평가 기준인 사용 재료의 항복강도의 0.75배 이내로 만족하고, ERRI B12 RP17 피로평가 방법에 의해 Goodman 선도로 나타내었을 때 무한수명을 가져 규정을 만족한다.
PRT 시작차량의 충돌안전성을 평가하기 위해 유럽 자동차 충돌시험 중 최저속충돌시험인 ECE R42를 적용하였고, 규정에 의거하여 PRT 시작차량의 충돌안전성을 평가한 결과, 정면충돌시험조건에서 최대 등가응력이 269.1 [MPa]으로 사용 재료의 항복강도 205 [MPa] 초과하여 영구 변형이 최대 37 [mm] 발생하였다. 코너충돌시험조건에서는 최대 등가응력이 245.9 [MPa]으로 사용재료의 항복강도를 초과하여 영구변형이 최대 0.31 [mm] 발생하였다. ECE R42 규정에서 제시하는 평가 기준을 만족하지 못하였다.
따라서, PRT의 시작차량에 대한 충돌안전성 평가를 바탕으로 PRT 시제차량의 충돌안전성을 확보하기 위해 자동차에서 사용되는 백빔 구조나 철도차량에서 많이 사용되는 유압버퍼와 같은 에너지 흡수부재의 적용의 필요성을 검증하였다.

Eco-friendly transportations that achieves less energy consumption and pollutant emissions are being developed to handle global warm climates and high oil prices. PRTs are under development domestically and abroad because PRT has more flexibility and efficiency on change in demands and “Door to door” connections like a car. But there are no proven criteria to evaluate structural strengths and crashworthiness for PRTs.
We applied the loading conditions and evaluated the structural strengths of the prototype of the Korean PRT according to ASCE?APM standards. We also evaluated its fatigue strength according to the ASCE?APM standards and ERRI B12/RP17 guidelines. As the results, maximum von Mises stresses of the lateral load, the vertical load, the longitudinal load, the compressive load and the lift load for the maximum operating load conditions were up to 65.2 [MPa], 71.2 [MPa], 64.2 [MPa], 81.8 [MPa] and 78.8 [MPa], respectively. When the safety factor recommended in the regulation was applied, the maximum von Mises stresses were satisfied within the yield stresses which are 175 [MPa] of the base metal and 120 [MPa] of the welded metal. In addition, von Mises stresses of the lateral load, the vertical load and the longitudinal load under the normal operating load conditions were up to 60.0 [MPa], 65.5 [MPa] and 56.5 [MPa], respectively. These results were satisfied within 0.75 times yield stress of the used materials, recommended in ASCE?APM standards. Those were shown by Goodman diagram according to the ERRI B12/RP17 guideline, and showed the infinite life duration.
We adopted ECE R42 for vehicle crash test to evaluate crashworthiness of the prototype PRT. As the result, the maximum von Mises stress, 269.1 [MPa], exceeded the yield stress 205 [MPa] of the material in the head-on collision test. In addition the permanent deformation of 37 [mm] occurred. the maximum von Mises stress, 245.9 [MPa], exceeded the yield stress of the material in the corner collision test. Also the permanent deformation of 0.31 [mm] occurred. The PRT did not satisfy the evaluation criteria of ECE R42.
Therefore, we suggested to apply some energy absorption devices to the front end for the crashworthiness of the PRT, such as backbeam structures used in cars and hydraulic buffers in train vehicles.

#Personal rapid transit(소형궤도차량) #Structural Strength(구조강도)

I. 서 론 1
1. 연구의 배경 및 목적 1
2. 국내외 기술개발 현황 1
3. 관련 연구 현황 3
II. PRT 차량의 구조강도 및 피로강도 평가기준 5
1. 구조강도 및 피로강도 평가 하중 규정 5
2. ASCE ? APM Standards 7
3. ASCE ? APM Standards에 의한 구조강도평가 9
4. ASCE ? APM Standards에 의한 피로강도평가 11
III. PRT 차량의 구조강도 및 피로강도 평가 12
1. 구조강도 및 피로강도 평가 12
2. 유한요소모델 13
3. ASCE ? APM Standards에 의한 구조강도평가 15
4. ASCE ? APM Standards에 의한 피로강도평가 26
5. ERRI B12/RP17에 의한 피로강도평가 30
IV. PRT 차량의 충돌안전성 평가 37
1. 충돌안전성 평가 규정 37
2. ECE R42 39
3. ECE R42 규정에 의한 충돌안전성 평가 41
V. 결 론 50
참고문헌 52
영문초록(Abstract) 54

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