실험계획법을 이용한 고속열차 충돌에너지 흡수부재 설계

Abstract

고속열차의 사고율은 매우 낮지만 심각한 피해를 입힌다. 그러므로 고속 열차의 정면 충돌안전도를 향상시키는 에너지 흡수부재가 필요하다. 충돌안전도는 에너지 흡수부재의 힘-변위선도에 따라 결정된다. 본 연구에서는 충돌안전도를 고려한 고속열차의 에너지 흡수부재 설계방법론을 제시한다. 에너지 흡수부재의 힘-변위선도는 구조물의 두께와 형상에 따라 결정된다. 설계 프로세스에서는 메타모델을 기반한 최적설계를 사용한다. 평균분석을 이용해 설계변수를 선정하고 라틴방격법을 통해 표본을 추출한다. 방사형기저함수를 이용하여 메타모델을 구성한 후 이를 대상으로 최적설계를 수행한다. 위와 같은 설계방법론을 이용하여 고속열차 에너지 흡수부재 설계를 수행하고, 제시한 설계방법론의 유용성을 검증하였다.

The accident rate of high-speed trains is quite low; however, train accidents cause severe damage. It is necessary to have energy absorbing structures for frontal crash events of high-speed trains. Crash safety is dependent on the force-displacement curve of the energy absorbing structures. In this study, the force-displacement curve of an energy absorbing structure is determined by changing the thickness and shape of the structure. A meta-model based optimization is employed in the design process. The sample points are obtained by Latin hypercube sampling (LHS), and analysis of mean (ANOM) is used to select the design variables. Radial basis function (RBF) is used to construct the metamodel. Size and shape optimizations are carried out and optimum solutions are discretized for manufacturability.