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본래의 개념과 체계적인 이론 및 고급 알고리즘을 중심으로,
궤도 동역학의 정확성과 완전성에 중점을 둔 이론과 실행을 결합한 책!

고속철도차량-궤도 연결시스템의 동적 이론과 모델, 알고리즘 및 공학적인 응용을 포함한 이 책은 책 내용의 정확성과 완전성에 중점을 두었었으며, 이론과 실행을 결합하여 고속철도 궤도 동역학의 최신 연구결과와 개발 등 다양한 정보를 제공한다. 원서 《High Speed Railway Track Dynamics》(원저자 Xiaoyan Lei)의 한국어판이며, 토목공학과 교통, 고속도로 및 철도공학 분야의 학부생, 대학원생, 교육자, 기술자와 전문가에 대한 교과서나 참고서로 사용할 수 있다.

본래의 개념과 체계적인 이론 및 고급 알고리즘을 중심으로,
궤도 동역학의 정확성과 완전성에 중점을 둔 이론과 실행을 결합한 책!

고속철도차량-궤도 연결시스템의 동적 이론과 모델, 알고리즘 및 공학적인 응용을 포함한 책. 본래의 개념 그리고 체계적인 이론 및 고급 알고리즘을 중심으로 하는 《고속철도 궤도 동역학》은 책 내용의 정확성과 완전성에 중점을 두었었으며, 이론과 실행을 결합하여 고속철도 궤도 동역학의 최신 연구결과와 개발 등 다양한 정보를 제공한다.
원서 《High Speed Railway Track Dynamics》(원저자 Xiaoyan Lei)의 한국어판인 이 책은 토목공학과 교통, 고속도로 및 철도공학 분야의 학부생, 대학원생, 교육자, 기술자와 전문가에 대한 교과서나 참고서로 사용할 수 있다.

토목·철도공학 분야의 학부생, 대학원생, 기술자 등 전문가에 적합한 책!

고속철도는 속도의 뚜렷한 이점과 안전, 승차감, 환경친화적인 설계, 큰 용량, 낮은 에너지 소비, 전천후 수송 등에서 다른 교통기관과 비교하여 경쟁력이 높다. 고속철도 설계와 건설의 빠른 발달에 적응하기 위해서는 고속철도 궤도 동역학에 관한 이론적인 연구가 필수적인데, 《고속철도 궤도 동역학》은 원저자(Xiaoyan Lei)와 그의 연구팀이 10년에 걸쳐 수행한 고속철도 궤도 동역학에 관한 체계적인 연구결과이다.
저자와 그의 연구팀이 수행한 고속철도 궤도 동역학에 관한 이론적이고 실질적인 연구 결과물의 요점을 간추린 이 책은 고속철도 궤도 동역학 이론, 모델, 알고리즘 및 공학 응용에 초점을 맞추면서 저자와 그의 연구팀의 최근 연구 결과물을 질서정연하게 소개하고 있다. 이 책은 주로 첨단 연구내용, 완전한 이론적인 시스템, 정확하고 효율적인 모델과 알고리즘 및 풍부한 공학적인 응용으로 특징지어진다.
이 책에서 특히 언급할 가치가 있는 것은 차량과 궤도 연결시스템의 동적 분석을 위한 궤도요소와 차량 요소 모델과 알고리즘, 이동 요소 방법에 관한 저자의 연구, 차량과 궤도 연결시스템의 동적 분석을 위한 교차 반복, 자갈 궤도와 무도상 궤도 간의 궤도 과도구간에 관한 동적 거동 분석 및 중첩된 지하철로 유발된 환경적 진동의 분석이며, 이것은 혁신과 응용 가치가 크다. 일련의 연구 결과물은 〈진동과 제어 저널〉, 〈철도와 신속 수송 저널〉 및 〈소음과 진동 저널〉과 같은 널리 알려진 관련 국제 학술저널에 게재된 바 있다.

모델, 알고리즘 및 응용 등 모두 15개 장으로 구성, 독창적인 연구 결과물들

이 책은 모두 15개 장으로 나뉜다. 1. 궤도 동역학 연구내용과 관련 기준, 2. 궤도구조의 동적 분석을 위한 해석법, 3. 궤도구조의 동적 분석을 위한 푸리에 변환법, 4. 고가 궤도구조의 동적 거동의 분석, 5. 궤도 틀림 파워 스펙트럼과 수치 시뮬레이션, 6. 차량-궤도 연결시스템의 수직 동적 분석을 위한 모델, 7. 차량-궤도 연성 진동분석을 위한 교차-반복 알고리즘, 8. 이동 요소 모델과 그것의 알고리즘, 9. 궤도요소와 차량 요소에 대한 모델과 알고리즘, 10. 이동 좌표계의 유한요소를 이용한 차량-궤도 연결시스템의 동적 분석, 11. 차량-궤도-노반-지반 연결시스템의 수직 동적 분석용 모델, 12. 열차, 자갈 궤도 및 노반 연결시스템의 동적 거동의 분석, 13. 열차, 슬래브궤도 및 노반 연결시스템의 동적 거동의 분석, 14. 자갈 궤도와 무도상 궤도 간 과도구간의 동적 거동의 분석, 15. 중첩된 지하철로 유발된 환경 진동분석 등이다.
이 가운데 5개 장의 내용, 이를테면 차량-궤도 연성 진동분석을 위한 교차 반복 알고리즘과 궤도요소와 차량 요소에 대한 모델과 알고리즘, 차량-궤도 연결시스템의 동적 분석을 위한 이동 좌표계, 자갈 궤도와 무도상 궤도 간 과도구간의 동적 거동 분석 및 중첩된 지하철로 유발된 환경 진동분석은 유사 연구와 비교하여 뚜렷한 특징이 있으며, 저자의 독창적인 연구 결과물로 간주할 수 있는 내용들이다.
이 책의 초안은 몇 년 동안 동(東)중국교통대학교에서 도로 및 철도공학의 대학원생 전공을 위한 교과서로 이용되기도 했다.

“고속철도 궤도 동역학(軌道 動力學)을 체계적으로 정리한
이 책을 통해 국내 철도기술 발전에 조금이라도 이바지되길…”

한편, 공학박사이자 이미 다수의 철도 관련 서적의 집필과 번역, 연구논문 써온 역자 서사범 박사는 “우리나라는 경부고속철도의 건설을 계기로 일부 대학교에서 철도공학 관련학과나 강좌를 개설하고 있지만, 철도공학 관련 서적 중에서 궤도역학(軌道力學) 관련 서적은 충분하지 못한 것이 현실”이라고 지적하고, “그러던 차에 궤도 동역학을 체계적으로 정리한 《High Speed Railway Track Dynamics》을 어려운 여건 속에서도 국내 철도기술 발전에 조금이라도 이바지되도록 심혈을 기울여서 번역했다.”라고 밝혔다.

책 소개
원본 서문
원저자 머리말
역자 서문

제1장 궤도 동역학 연구내용과 관련 기준

1.1 궤도 동역학 연구의 개관
1.2 궤도 동역학 연구내용
1.3 안전과 승차감 품질의 허용치 및 철도환경 기준
1.3.1 일반 열차에 대한 안전한계
1.3.2 정기 열차에 대한 승차감 품질 한계
1.3.3 속도향상 열차에 대한 안전과 승차감 품질 한계
1.3.4 중국의 철도소음 표준
1.3.5 외국의 철도소음 표준
1.3.6 중국의 기관차와 여객열차에 대한 소음 표준
1.3.7 중국 도시지역의 환경 진동 표준
1.3.8 도시대중교통에 기인하는 건물 진동에 대한 제한
1.4 고속철도에 대한 궤도 유지보수의 표준
1.4.1 프랑스 고속철도에 대한 궤도 유지보수의 표준
1.4.2 일본 신칸센 고속철도에 대한 궤도 유지보수와 관리의 표준
1.4.3 독일 고속철도에 대한 궤도 유지보수와 관리의 표준
1.4.4 영국 고속철도에 대한 궤도 유지보수와 관리의 표준
1.4.5 한국 고속철도에 대한 궤도 선형의 측정 표준(동적)
1.4.6 중국 고속철도에 대한 궤도 유지보수의 표준
1.4.7 유럽 고속열차와 궤도연결시스템의 탁월진동수와 민감 파장
1.5 역사적 건물구조의 진동 표준

참고문헌

제2장 궤도구조의 동적 분석을 위한 해석법

2.1 고속열차가 유발한 지반 표면파와 궤도 진동
2.1.1 궤도구조의 연속 탄성 보 모델
2.1.2 궤도 등가 강성과 궤도기초 탄성계수
2.1.3 궤도 임계속도
2.1.4 강한 궤도 진동의 분석
2.2 궤도 진동에 대한 갑작스러운 궤도 강성 변화의 영향
2.2.1 이동 하중 하에서 궤도 틀림과 갑작스러운 강성 변화를 고려한 궤도 진동모델
2.2.2 과도구간에서 궤도 강성의 적당한 분포

참고문헌

제3장 궤도구조의 동적 분석을 위한 푸리에 변환법

3.1 궤도구조에 대한 단-층 연속 탄성 보의 모델
3.1.1 푸리에 변환
3.1.2 역 이산 푸리에 변환
3.1.3 MATLAB의 역 이산 푸리에 변환의 정의
3.2 궤도구조에 대한 이중-층 연속 탄성 보 모델
3.3 고속철도 궤도 진동과 궤도 임계속도의 분석
3.3.1 MATLAB의 역 이산 푸리에 변환의 정의
3.4 객화 혼합교통의 철도용 궤도의 진동분석
3.4.1 궤도구조의 3-층 연속 탄성 보 모델
3.4.2 불규칙한 궤도 틀림의 수치 시뮬레이션
3.4.3 궤도구조의 3-층 연속 탄성 보 모델을 풀기 위한 푸리에 변환
3.5 연약 노반 위에 아스팔트 궤도기초가 있는 자갈궤도의 진동분석
3.5.1 궤도구조의 4-층 연속 탄성 보 모델
3.5.2 궤도구조의 4-층 연속 탄성 보 모델을 풀기 위한 푸리에 변환
3.5.3 연약 노반 위에 아스팔트 궤도기초가 있는 자갈궤도의 진동분석

참고문헌

제4장 고가 궤도구조의 동적 거동의 분석

4.1 어드미턴스의 기본개념
4.1.1 어드미턴스의 정의
4.1.2 어드미턴스의 계산모델
4.1.3 조화 응답 분석의 기본이론
4.2 고가 교량구조물의 진동 거동에 관한 분석
4.2.1 분석 보 모델
4.2.2 유한요소 모델
4.2.3 고가 궤도-교량의 분석모델과 유한요소 모델 간의 비교
4.2.4 교량 받침 강성의 영향
4.2.5 교량 횡단면 모델의 영향
4.3 고가 궤도구조의 진동 거동에 관한 분석
4.3.1 고가 궤도-교량시스템의 분석모델
4.3.2 유한요소법
4.3.3 교량구조물의 감쇠
4.3.4 고가 궤도-교량시스템의 파라미터 분석
4.4 고가 궤도구조의 진동 감쇠 거동에 관한 분석
4.4.1 진동 전파의 감쇠율
4.4.2 레일 진동의 감쇠 계수

참고문헌

제5장 궤도 틀림 파워 스펙트럼과 수치 시뮬레이션

5.1 무작위 과정의 기본개념
5.1.1 정상 무작위 과정
5.1.2 에르고딕
5.2 궤도구조의 불규칙한 틀림 파워 스펙트럼
5.2.1 미국 궤도 틀림 파워 스펙트럼
5.2.2 독일 고속철도에 대한 궤도 틀림 파워 스펙트럼 [5]
5.2.3 일본 궤도 틀림 Sato 스펙트럼
5.2.4 중국 간선 궤도 틀림 스펙트럼
5.2.5 중국 Hefei∼Wuhan 여객전용선 궤도 틀림 스펙트럼
5.2.6 궤도 틀림 파워 스펙트럼 적합 곡선의 비교
5.3 궤도구조의 불규칙한 틀림에 대한 수치 시뮬레이션
5.4 삼각급수 방법
5.4.1 삼각급수 방법 (1)
5.4.2 삼각급수 방법 (2)
5.4.3 삼각급수 방법 (3)
5.4.4 삼각급수 방법 (4)
5.4.5 궤도구조의 불규칙한 틀림의 표본

참고문헌

제6장 차량-궤도 연결시스템의 수직 동적 분석을 위한 모델

6.1 동적 유한요소법의 기본이론
6.1.1 동적 유한요소법의 간결한 소개
6.1.2 보 요소 이론
6.2 궤도구조의 유한요소 방정식
6.2.1 기본가정과 계산모델
6.2.2 궤도구조의 일반화된 보 요소의 이론
6.3 이동 차축 하중을 받는 궤도의 동역학 모델
6.4 일차 현가 시스템을 가진 단일 차륜의 차량 모델
6.5 일차와 이차 현가 시스템을 가진 반(半) 차의 차량 모델
6.6 일차와 이차 현가 시스템을 가진 전체 차의 차량 모델
6.7 차량과 궤도구조에 대한 파라미터
6.7.1 기관차와 차량의 기본 파라미터
6.7.2 궤도구조의 기본 파라미터

참고문헌

제7장 차량-궤도 연성 진동분석을 위한 교차-반복 알고리즘

7.1 차량-궤도 비선형 연결시스템용 교차-반복 알고리즘
7.2 예제 검증
7.2.1 확인
7.2.2 시간 단계의 영향
7.2.3 수렴 정확성의 영향
7.3 열차-궤도 비선형 연결시스템의 동적 분석
7.4 결론

참고문헌

제8장 이동 요소 모델과 그것의 알고리즘

8.1 이동 요소 모델
8.2 일차 현가 시스템을 가진 단일 차륜의 이동 요소 모델
8.3 일차와 이차 현가 시스템을 가진 단일 차륜의 이동 요소 모델
8.4 교량 위를 이동하는 단일 차륜의 동적 분석용 모델과 알고리즘

참고문헌

제9장 궤도요소와 차량요소에 대한 모델과 알고리즘

9.1 자갈궤도 요소 모델
9.1.1 기본가정
9.1.2 3-층 자갈궤도 요소
9.2 슬래브궤도 요소 모델
9.2.1 기본가정
9.2.2 3-층 슬래브궤도 요소 모델
9.2.3 슬래브궤도 요소의 질량 행렬
9.2.4 슬래브궤도 요소의 강성 행렬
9.2.5 슬래브궤도 요소의 감쇠 행렬
9.3 슬래브궤도-교량 요소 모델
9.3.1 기본가정
9.3.2 3-층 슬래브궤도와 교량 요소 모델
9.3.3 슬래브궤도-교량 요소의 질량 행렬
9.3.4 슬래브궤도-교량 요소의 강성 행렬
9.3.5 슬래브궤도-교량 요소의 감쇠 행렬
9.4 차량요소 모델
9.4.1 차량요소의 퍼텐셜 에너지
9.4.2 차량요소의 운동에너지
9.4.3 차량요소의 소산 에너지
9.5 차량-궤도 연결시스템의 유한요소 방정식
9.6 열차와 궤도 연결시스템의 동적 분석

참고문헌

제10장 이동 좌표계의 유한요소를 이용한 차량-궤도 연결시스템의 동적 분석

10.1 기본가정
10.2 이동 좌표계에서 슬래브궤도의 3-층 보 요소 모델
10.2.1 슬래브궤도의 지배 방정식
10.2.2 이동 좌표계에서 슬래브궤도의 요소 질량, 감쇠 및 강성 행렬
10.3 차량요소 모델
10.4 차량-슬래브궤도 연결시스템의 유한요소 방정식
10.5 알고리즘 검증
10.6 고속열차와 슬래브궤도 연결시스템의 동적 분석

참고문헌

제11장 차량-궤도-노반-지반 연결시스템의 수직 동적 분석용 모델

11.1 이동하중을 받는 슬래브궤도-성토-지반 시스템의 모델
11.1.1 슬래브궤도-노반 층 시스템의 동적 방정식과 해
11.1.2 성토 본체-지반 시스템의 동적 방정식과 해
11.1.3 슬래브궤도-성토-지반 시스템의 연성 진동
11.2 이동하중을 받는 자갈궤도-성토-지반 시스템의 모델
11.2.1 자갈궤도-노반 층 시스템의 동적 방정식과 해
11.2.2 자갈궤도-성토-지반 시스템의 연성 진동
11.3 이동 차량-궤도-노반-지반 연결시스템의 해석적 진동모델
11.3.1 윤축 지점에서의 이동 차량의 유연도 행렬
11.3.2 차륜-레일 접점에서의 궤도-노반-지반의 유연도 행렬
11.3.3 궤도 틀림을 고려한 차량-노반-지반 시스템의 연결
11.4 고속열차-궤도-노반-지반 연결시스템의 동적 분석
11.4.1 성토 본체 진동에 대한 열차속도와 궤도 틀림의 영향
11.4.2 성토 본체 진동에 대한 노반 층 강성의 영향
11.4.3 성토 본체 진동에 대한 성토 흙 강성의 영향

참고문헌

제12장 열차, 자갈궤도 및 노반 연결시스템의 동적 거동의 분석

12.1 차량과 궤도구조의 파라미터
12.2 열차속도의 영향 분석
12.3 궤도 강성 분포의 영향 분석
12.4 과도구간 불규칙의 영향 분석
12.5 궤도 강성과 과도구간 불규칙 결합의 영향 분석

참고문헌

제13장 열차, 슬래브궤도 및 노반 연결시스템의 동적 거동의 분석

13.1 사례 검증
13.2 열차, 슬래브궤도 및 노반 연결시스템의 동적 거동의 파라미터 분석
13.3 레일패드와 체결장치 강성의 영향
13.4 레일패드와 체결장치 감쇠의 영향
13.5 CA 모르터 강성의 영향
13.6 CA 모르터 감쇠의 영향
13.7 노반 강성의 영향
13.8 노반 감쇠의 영향

참고문헌

제14장 자갈궤도와 무도상 궤도 간 과도구간의 동적 거동의 분석

14.1 자갈궤도와 무도상 궤도 간의 과도구간에 대한 열차속도의 영향 분석
14.2 자갈궤도와 무도상 궤도 간의 과도구간에 대한 궤도기초 강성의 영향 분석
14.3 자갈궤도와 무도상 궤도 간 과도구간의 개선 수단

참고문헌

제15장 중첩된 지하철로 유발된 환경 진동분석

15.1 중첩된 지하철로 유발된 지반 진동의 분석
15.1.1 사업 개요
15.1.2 재료 파라미터
15.1.3 유한요소법
15.1.4 감쇠 계수와 적분 단계
15.1.5 차량 동하중
15.1.6 환경 진동 평가지표
15.1.7 진동에 대한 상행선과 하행선의 운행 방향의 영향
15.1.8 중첩된 지하철들에 대한 진동 감소 책략 분석
15.1.9 진동주파수 분석
15.1.10 지반 진동 분포 특성
15.2 중첩된 지하철로 유발된 역사적 건물의 진동분석
15.2.1 사업 개요
15.2.2 유한요소 모델
15.2.3 건물의 모드 분석
15.2.4 건물의 수평 진동분석
15.2.5 건물의 수직 진동분석
15.3 결론

참고문헌
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1.2 궤도 동역학 연구내용

열차가 궤도를 따라 주행할 때, 열차와 궤도는 둘 다 다음과 같은 요인으로 인해 모든 방향으로 진동을 유 발할 수밖에 없다.

1. 기관차 동적 힘. 그것은 증기기관차 차륜 편심 블록의 주기적인 힘(cyclic force)과 디젤기관차 동력장 치의 진동을 포함한다.
2. 속도. 기관차와 열차는 특정한 속도로 틀림이 있는 궤도를 따라 주행할 때 동적 작용을 유발한다.
3. 궤도 틀림. 그것은 레일표면 마모, 고르지 않은 기초 탄성, 일부 침목의 파손, 레일체결장치 성능의 부 족, 서로 다른 궤도 부품들 사이의 틈, 침목 아래의 느슨한 구속에 기인한다.
4. 레일이음매 및 장대레일 용접 슬래그(slag). 열차가 레일이음매와 용접 슬래그를 통하여 주행할 때, 추 가의 동적 힘이 유발될 것이다.
5. 차륜 장착(wheel installment)의 편심에 기인하는 지속적 불규칙 및 차륜 플랫과 고르지 않은 차륜 답 면 마모에 기인하는 충격 불규칙(impulse irregularity)

열차의 차량은 차체, 대차, 1차 현가장치와 2차 현가장치 및 윤축으로 구성된다. 열차와 궤도는 열차가 궤 도를 따라 주행할 때 연결시스템을 구성한다. 그러한 시스템의 동적 분석은 주로 다음을 포함한다.

1. 궤도를 따른 열차안전의 탐구
열차가 궤도를 따라 주행할 때는 열차가 구조적 진동을 유발한다고 알려져 있다. 열차와 궤도연결시스 템의 시뮬레이션 분석을 통하여, 열차와 궤도에 대한 동응력과 처짐, 횡 힘, 탈선계수 및 윤하중 감소 율과 같은 파라미터들이 도출될 수 있으며, 여기서 궤도 위를 주행하는 기관차와 차량의 안전이 평가될 수 있다.
2. 열차 승차감 품질(riding quality)의 탐구
기관차와 객차의 승차감 품질은 기관사와 승객의 안락함으로 평가된다. 열차가 궤도를 따라 주행할 때, 승차감 품질을 확보하기 위하여 차량 진동주파수와 가속도 및 진동진폭이 제어되어야 한다.
3. 이론적 분석과 실험적 연구를 통한 기존 궤도의 평가, 기관차, 차량유닛 및 궤도구조의 파라미터 선택과 최적화. 이것은 새로운 궤도설계의 가이드라인을 제공할 수 있다.

끊임없이 증가하는 열차속도, 늘어나는 화물열차 하중 및 사용조건의 다양화에 따라, 차륜-레일 동역학을 면밀하게 연구하는 것이 매우 중요하다.
- 본문 ‘제1장 궤도 동역학 연구내용과 관련 기준’ 중에서