Image-based High-precision Strain Measurement System for Continuous Welded Rail

Abstract

고속철도 운영기관은 선로 온도를 바탕으로 레일좌굴을 예방하기 위해 열차의 운행속도를 조절하고 있다. 기후변화로 인한 온도상승은 향후 운행속도 제한 빈도를 증가시킬 것으로 예상된다. 하지만 운행속도 제한 온도를 초과했지만 좌굴이 발생하지 않을 수도 있으며 역으로 좌굴이 발생하지 않을 온도조건이지만 다른 외부조건으로 인해 좌굴이 발생할 수도 있다. 만약 선로온도에 따른 축응력 변화를 모니터링할 수 있다면 응력을 기준으로 좌굴을 예방할 수 있는 방안을 과학적 근거를 통해 마련할 수 있을 것이다. 이에 본 연구는 장대레일의 응력변화를 계측하기 위하여 탈부착이 가능한 영상기반 초정밀 변형계측 시스템을 개발하였다. 해당 시스템은 3대의 디지털현미경을 사용하여 레일 복부를 대상으로 2축 변형률(축방향, 연직방향)을 측정할 수 있도록 설계되어 부동구간에서도 레일 축응력 변화를 계측할 수 있다. 이번 연구에서는 1축 하중재하 실험을 통해 1축 변형률 및 응력변화를 계측할 수 있는지 여부를 실내실험을 통해 확인하였다. 실험결과, 0.25℃ 온도 팽창에 해당하는 최대 3με 수준의 변형률을 계측할 수 있음을 확인하였고, 변형률계(strain gauge)로 계측된 결과와 비교하여 계측시스템의 성능을 검증하였다.