VI-Rail
엔지니어는 VI-Rail(철도차량 시뮬레이션 소프트웨어)을 통해 전체적인 철도 차량의 정확한 모델링 후 현실적인 거동을 시뮬레이션 하여 설계할 수 있습니다. 이를 통해 철도 차량과 기관차의 성능을 최적화 할 수 있습니다.
VI-Rail을 사용하여 엔지니어링팀은 빠르고 쉽게 서스펜션, 바퀴, 휠–레일 접촉 및 기타 중요한 특성을 정의하는 새로운 철도 차량의 전체, 매개 변수 모델을 구축 할 수 있습니다.
그런 다음, 모델의 정적 및 동적 시뮬레이션을 통해 차량안정성, 탈선안전도, 트랙로드, 승차감, 스위치 횡단 등 다양한 해석을 수행해 보다 향상된 철도 차량을 설계할 수 있는 장점이 있습니다.
핵심은 이 모든 것이 VI-Rail 을 통해 수행되며, 엔지니어링 팀은 제품을 제작하거나 실제 차량 테스트를 하기 전 모델 최적화를 하여 개발 과정에서 발행하는 비용을 비약적으로 줄일 수 있습니다.
VI-Rail 사용자 인터페이스는 철도차량 시뮬레이션을 위해 특별히 디자인되었습니다. 메뉴의 선택이 기존 철도 엔지니어들에게 익숙한 기능을 강조한 디자인으로 단시간에 능숙한 사용을 할 수 있도록 되어 있고, 사용자 고유의 모델링 및 시뮬레이션 방법을 사용자가 정의할 수 있습니다.
Fast “What-if” Simulations
VI-Rail 사용자는 빠르게 일할 수 있을 뿐만 아니라 효율적인 작업이 가능합니다. 시뮬레이션은 사용자에게 즉각적인 답변을 제공합니다. 이를 통해 사용자는 설계 변경의 어떤 부분이 차량성능에 영향을 미치는지 신속하게 이해하고 확인할 수 있습니다.
VI-Rail 사용자는 고속 애니메이션을 통하여 설계 변경이 차량의 성능에 어떠한 효과를 보이는지 즉시 볼 수 있습니다. 간섭, 과도한 마모, 안정성, 승차감 및 성능의 제한 등을 쉽게 검출할 수 있으며, 다른 디자인과의 결과를 비교하는 특정 변수를 그래프로 나타낼 수 있습니다.
VI-Rail은 MSC Software사의 Adams가 내장되어, 세계 최고의 기계시스템 시뮬레이션 도구로 인식되고 있습니다.
VI-Rail 사용자 능력확장의 예:
- 빠른 구축, 테스트, 및 철도차량의 디자인을 수정해 많은 가정대안을 모색합니다. 예를 들어 사용자는 필요에 의해 정비사가 새로운 스프링을 설치하는 테스트를 기다릴 필요 없이 몇 번의 마우스 클릭만으로 주요위치, 스프링 및 기타 매개 변수를 변경할 수 있습니다.
- 보다 쉽게 다양한 종류의 해석을 가능하게 합니다. 시뮬레이션을 함께 사용하여 실제계측, 시험설비 및 시험절차를 수정할 필요가 없습니다.
- 테스트를 행함에 있어 악천후 속 기기 고장으로 중요한 데이터를 잃거나 혹은 개발일정이 늦어지는 걱정 없이 안전한 테스트 환경에서 작업할 수 있습니다.
과거에는 다양한 철도 차량의 디자인을 위해 많은 시간과 실차 시험 비용을 들여가며 터무니없이 반복해야 했습니다. 하지만, VI-Rail을 이용해 차량의 디자인이 변경될 때마다 동적 결과그래프와 고속 동영상으로 사용자가 신속하게 잠재적인 문제가 어디에 있는지 확인 가능합니다.
Designed for and by Engineers
VI-Rail의 개발은 1993년 NedTrain Consulting(네덜란드)사가 열차에 대한 시스템 해석 프로그램을 필요로 하면서 시작되었습니다. 당시 일반적인 시뮬레이션 프로그램은 철도 용도로는 불충분 하였으며, 열악한 그래픽 인터페이스를 제공하였습니다. 또한 표준화 되어 있지 않은 엔지니어링 (CAD / CAE) 도구는 다른 컴퓨터와 상호 호환에 문제가 있었습니다.
이러한 문제는 성능이 입증 된 범용 프로그램인 MSC Adams를 이용해 사용자 정의 모델을 개발하면서 해결하였습니다. 네덜란드의 델프트 기술대학의 Kalker 교수와 Peter 교수의 이론을 바탕으로 개발되어 철도 엔지니어에 대한 특별하고 전문적인 설계 기술과 해석 방법이 녹아 있습니다.
The experts behind it
1996 년 MEDYNA 소프트웨어의 철도 역학 분야에서 익히 알려진 ArgeCare e.V.가 VI-Rail 개발에 참여했습니다. ArgeCare는 보편적으로 인정받은 차륜–레일 상호 작용 모델링을 최첨단 그래픽 사용자 인터페이스를 제공하고 완전히 비선형 동적 솔버를 제공하는 MSC Adams 프로그램의 프레임에 결합하였습니다.
Subsystem-based architecture
VI-Rail의 사용자를 위해 두 종류의 사용자 모드가 있습니다.
- Standard Interface: 사용자가 기존의 디자인 템플릿에 데이터를 입력해 표준 및 사용자 정의 디자인 테스트를 모두 실행할 수 있습니다.
- Template builder interface: 숙련 된 사용자가 사용자 정의 모델링 요소와 라이브러리를 이용하여 자신의 디자인 템플릿을 만들 수 있습니다
Template builder interface에서, 사용자는 VI-Rail 라이브러리에서 제공하는 Railway 요소(윤축, 대차 프레임에 댐퍼, Suspension등)를 사용하여 사용자 정의 토폴로지를 정의합니다. 그리고, Standard Interface에서, 사용자는 새로운 또는 기존 Template를 사용하여 최종 열차 모델을 구성할 수 있습니다. Subsystem은 하나의 철도 차량을 모델링 하거나, 엔진이 포함된 모델 또는 여러 차량을 연결 한 전체 차량을 사용자가 쉽게 만들 수 있도록 합니다. 또한 차량 모델에서 사용자는 표준화 된 플랫폼, 시스템 레벨에서 해석할 수 있으며, 데이터를 쉽게 변경할 수 있는 소프트웨어 데이터베이스의 구조입니다.
VI-Rail Freight Toolkit
VI-Rail Freight Toolkit은 화물 열차(화차)의 화물 동적 시뮬레이션 및 가상 화물과 관련된 특정 요구 사항을 충족시킬 수 있도록 설계 모델링 요소, 분석 절차 및 후 처리 도구를 제공하는 플러그인 입니다.
VI-Rail Freight는 자동으로 AAR Chapter XI 규정에 의해 규정 된 모든 테스트를 자동으로 수행하며, 화차 전용요소를 이용해 cross-bracing이 있는 3열 대차와 같은 차량을 쉽게 모델링 할 수 있습니다.
VI-Rail Freight Toolkit은 sideframe, bolster, bistop, side bearer, Friction wedge와 같은 일반화물 대차 요소의 라이브러리를 제공하며, AAR-specific report를 자동으로 생성 할 수 있도록 미리 정의 된 여러 시뮬레이션 시나리오 (hunting, 일정한 곡선, 나선형, 트위스트 & 롤, 피치 및 바운스, 요 및 동요, 동적 커브) 및 후 처리 기능을 제공합니다.
VI-Rail Wear Toolkit
VI-Rail Wear Toolkit 은 시뮬레이션 동안, 차륜–레일 접촉 마찰력 및 하중을 통해 레일과 휠의 마모를 예측하는 VI-Rail 부가 기능입니다.
마모 계산은 고급 접촉 모델에 포함되어 있으며, VI-Rail에서 사용이 가능합니다. 이로 인해 일반적인 VI-Rail의 동적 해석과 마모에 의한 차륜–레일 프로파일의 변화가 함께 계산돼 원활하고 완벽한 통합을 이룰 수 있습니다.
여러 테스트 케이스(다른 트랙 레이아웃/차량 상태/부하)를 통해 실제 특정 차륜 또는 레일 프로파일의 사용을 나타내는 조건을 재현하는 것이 가능합니다. 마모 해석은 특히 매우 빠른 마모 예측 선도, 연산 알고리즘에 의해 적은 횟수의 해석으로 의미 있는 결과를 얻을 수 있으며, 실제 측정치와 비교할 수 있습니다.
마지막으로, Wear Toolkit은 two-step 방법으로 검증 할 수 있습니다. 일정기간 동안의 마모해석을 통하여 마모 모듈의 파라미터를 조정하는데 사용하고, 마모 모듈의 파라미터를 이용해 예측을 합니다.
VI-Rail FlexTrack Toolkit
VI-FlexTrack은 레일 및 철도 구조물에 대해 유연체(Flexible)모델을 포함해 복잡한 트랙을 만들 수 있는 VI-Rail 플러그인 입니다. 예를 들어 VI-FlexTrack은 유연체 다리 구조물(Flexible Bridge)과 철도 차량과의 상호 작용을 모델링 할 수 있습니다.
VI-FlexTrack 플러그인은 사용자에게 고도로 자동화 된 절차를 거쳐 완전한 FlexTrack 템플릿을 구축하는 기능을 제공합니다. Flexible Track은 아래와 같이 유연체 레일 요소로 구성된 템플릿을 만들 만들 수 있습니다.
- MSC Adams beams: FlexTrack에서는 각 침목(Sleeper)에 레일을 빔(beam)으로 구성하여 배치할 수 있습니다.
- Flexible body: 침목과 같은 트랙 모델을 구성하는 요소를 MSC Nastran을 통해 MNF 파일로 생성하여 사용할 수 있습니다.
VI-FlexTrack은 parts, joint, spring, bushing 등 표준 구성 요소를 사용할 수 있는 템플릿이기 때문에 MNF 파일로 된 침목이나, 빔으로 구성된 Rail. 그 외 Track을 구성하는 다리(Bridge) 등을 표현하며, VI-Rail V17부터는 MSC Adams MaxFlex를 사용할 수 있게 됨으로써 비선형 요소(고무 등)도 Track을 구성하는데 사용할 수 있습니다.
VI-Rail Stress Toolkit
VI-Rail Stress Toolkit은 접촉면 근방의 차륜과 레일에 대한 소재를 정의하고 접촉을 통한 Surface Stress를 계산하는 Vi-Rail Add on Toolkit입니다.
(Kalker 교수에 의해 개발 된 Boundary Element Method를 기반으로 합니다.).
응력 계산을 위해 필요한 데이터는 분석 중에 동적 접촉 알고리즘에 의해 생성됩니다. 차륜–레일 접촉의 스냅샷은 동적 분석 중에 사용자가 지정한 위치에 촬영 및 ASCII 파일에 저장됩니다. 이러한 파일의 후 처리는 표 및 그래픽 형식으로 출력을 생성하는 ArgeCare 응력 해석 프로그램을 통해 수행됩니다.
VI-Rail Elements Library
Model Elements:
- Wheels and wheelsets
- Single element with symmetric building option
- Bogie frame with parameterized geometry
- Axle box (symmetric, anti–symmetric)
- Car body (engine, wagon)
Interconnections:
- Suspension elements
- Linear vs. non linear bushings
- Linear vs. non linear dampers with series stiffness
- Bumpstops
- Airsprings – linear or nonlinear and single or coupled
- Torsion springs
General Elements:
- Part (rigid and flexible)
- Joint
- Friction elements (translational and rotational)
출처– VI-grade
V17에서 제공하는 더욱 향상된 기능은 아래의 VI-grade의 VI-Rail 페이지에서 확인하실 수 있습니다.
