Recently, hypertube systems have been actively studied as next-generation transportation systems due to the increasing demand for eco-friendly and ultra-high-speed transportation. The weight of a hypertube vehicle directly affects energy efficiency, which makes lightweight design of its main structures important. In particular, the bogie frame is a key structure that supports the carbody, superconducting magnets, running wheels, and guide wheels. Therefore, lightweight for bogie frame in railway systems is important. In this study a composite bogie frame for a hypertube system was designed using carbon-fiber-based composites instead of conventional metallic materials. A prototype was fabricated based on the proposed design. Structural analysis was then performed under running and levitation conditions based on EN-13749. The results showed that the Tsai-Wu index of the composite parts was less than 1 in all load cases. The Von-Mises stress of the metallic parts was also lower than the yield strength. These results indicate that the proposed composite bogie frame has sufficient structural integrity under both running and levitation conditions.

최근 친환경 정책으로 차세대 교통시스템인 하이퍼튜브에 대한 연구가 활발하게 수행되고 있다. 효율적인 에너지 절감을 위해서는 큰 비중을 차지하는 대차프레임에 대한 경량설계가 필수적으로 요구된다. 이에 본 연구에서는 대차프레임의 경량설계를 위해 대차프레임에 보편적으로 적용되는 강 소재 대신 탄소섬유기반 복합소재로 대체하여 개념설계를 수행하고 복합재 기반 대차프레임을 제작하였다. 설계안의 검증을 위해 철도 안전규격 EN-13749에 의거한 주행상황과 부상상황을 구분하여 구조안전성 평가를 수행하였다. 해석 수행결과, 모든 시나리오에서 복합재 부품의 경우 Tsai-Wu 지수가 1 이내가 도출되었으며, 금속 소재의 경우 Von-Mises 응력이 소재의 항복강도 이내임을 확인하여 설계안을 검증하였다.

Keywords: 하이퍼튜브(Hypertube), 경량설계(Lightweight design), 복합재 대차프레임(Composite bogie frame), 구조안전성평가(Structural integrity), 피로평가(Fatigue evaluation)