平成２６年度 軌道技術交流会 なぜ、解析？･･･ ･･･ 解析モデルの使い道 バラスト軌道の沈下・流動 解析モデル DEMCS--track DEMCS ・実験での再現が困難な境界条件・外力条件の再現 例：レｰル表面凹凸が、高速列車走行に与える影響は？ ⇒ 現地試験はムリ。高速移動荷重実験は(現時点では)困難 例：道床沈下・劣化に対する列車通過荷重の影響要因は？ ⇒ 複雑な列車通過荷重波形の再現実験は(現時点では)困難 ・着目するパラメータの影響度把握 例：まくらぎ種別によって軌道沈下傾向が違う。 ⇒ 形状・重量・材質が全て異なるので、何の影響か不明。 鉄道力学研究部（軌道力学） 河野 昭子 ・実験での観察が困難な現象の観察 ・変形・破壊した供試体の再利用（何度も使える） 解析モデルによって得意・不得意がある！ Railway Technical Research Institute Railway Technical Research Institute DEMCS-track の使い道 DEMCS-track の特徴 ・実験での再現が困難な境界条件・外力条件の再現 バラスト砕石一つ一つを個別に 個別にモデル化 ・着目する条件のみの変更と影響度の把握 ・・・ 個別要素法(DEM)という手法を利用 ・・・ 沈下・流動の直接再現が可能 ・・・ １つの要素は多面体or 球集合体 ・・・ 「粒子形状」「粒度分布」「締固め度」 は、実バラスト軌道の条件を模擬 ・実験での観察が困難な現象の観察 ・変形・破壊過程の反復利用 ○道床沈下に影響を及ぼす、 道床層内のバラスト砕石の 移動履歴 ○バラスト劣化に影響を及ぼす 砕石同士の接触・滑り Railway Technical Research Institute DEMCS-track を用いた解析事例を用いた解析事例-１ 継目部周辺における道床沈下・バラスト劣化促進 ・・・ 継目落ちと段差、どちらの影響？ ・・・ 影響範囲は？継目まくらぎだけ？ DEMCS-track を用いた解析事例を用いた解析事例-１ 180 ] 150 N k [ 120 継目落ち2.5mm+段差0.0mm 継目落ち2.5mm+段差0.5mm 力 90 圧 60 ル ー 30 レ 0 従来の簡易な対策工法の効果は？ ・・・ 軌道パッド低ばね化？ まくらぎ下弾性化？ 1m 段差 Railway Technical Research Institute 継目落ち 0.05 180 ] 150 N k [ 120 継目落ち2.5mm+段差0.0mm 継目落ち2.5mm+段差0.5mm 力 90 圧 60 ル ー 30 レ 0 0.10 0.15 時間 [s] 0.20 0.05 180 ] 150 N k [ 120 継目落ち2.5mm+段差0.0mm 継目落ち2.5mm+段差0.5mm 力 90 圧 60 ル ー 30 レ 0 0.10 0.15 時間 [s] 0.20 0.05 0.10 0.15 時間 [s] 0.20 575mm 553mm 遊間 650mm 575mm 553mm 553mm 575mm 650mm Railway Technical Research Institute 離散体バラスト軌道モデル Railway Technical Research Institute 1 DEMCS-track を用いた観察事例を用いた観察事例-1.1 DEMCS-track を用いた観察事例を用いた観察事例-1.2 ～前軸通過時のバラスト砕石同士の接触力分布 前軸通過時のバラスト砕石同士の接触力分布 ～一台車通過前後のバラスト砕石の移動 一台車通過前後のバラスト砕石の移動 180 ] 150 N120 k [ 力 90 圧 ル 60 ー レ 30 継目落ち2.5mm+段差0.0mm 継目落ち2.5mm+段差0.5mm 0 0.05 継目落 2.5mm 段差差 0.0mm 継目落 2.5mm 段差差 0.5mm 0.10 0.15 時間 [s] 300 置 位 ]m200 向 m100 方 [ 直 鉛 0 0.20 0 300 置 位 ]m200 向 m100 方 [ 直 鉛 0 180 ] 150 kN [ 120 力 90 圧 ル 60 ー レ 30 前軸位置 継目落ち2.5mm+段差0.0mm 継目落ち2.5mm+段差0.5mm 0 0.05 300 600 0.15 時間 [s] 力 90 圧 ル 60 ー レ 30 300 600 900 900 継目落ち2.5mm+段差0.0mm 継目落ち2.5mm+段差0.5mm 0 0.05 0.20 1200 軌道縦断面方向位置 [mm] 前軸位置 0 0.10 180 ] 150 kN [ 120 0.10 1500 1200 1800 1500 軌道縦断面方向位置 [mm] 0.15 時間 [s] 0.20 500N 200-200 500N ✽ 100100200N 1800 180 ] 150 N120 k [ 力 90 圧 ル 60 ー レ 30 継目落ち2.5mm+段差0.0mm 継目落ち2.5mm+段差0.5mm 0 0.05 継目落 2.5mm 段差差 0.0mm 継目落 2.5mm 段差差 0.5mm 0.10 0.15 時間 [s] 180 ] 150 N120 k [ 力 90 圧 ル 60 ー レ 30 継目落ち2.5mm+段差0.0mm 継目落ち2.5mm+段差0.5mm 0 0.05 0.20 置位 ) 3 0 0 向方 m(m2 0 0 直鉛 1 0 0 0 0 300 600 置 ) 300 位 m2 0 0 向 (m 方 1 0 0 直 鉛 00 300 600 ] N 90 [k 120 ] N 90 [k 力 60 圧 ル 30 ー レ 0 0.05 120 軌道パッド低ばね化× 軌道パッド低ばね化×2 軌道パッド+まくらぎ まくらぎ弾性化 ] N 90 [k 力 60 圧 ル 30 ー レ 0.10 0.15 時間 [s] 0.10 0.15 時間 [s] 0 0.05 0.20 0.15 時間 [s] 0.20 継目条件 継目落 ： 2.5mm 段差差 ： 0.0mm 120 ] 90 N [k 力 60 圧 ル 30 ー レ 軌道パッド低ばね化× 軌道パッド低ばね化×2 軌道パッド+まくらぎ まくらぎ弾性化 0.10 軌道ﾊﾟｯﾄﾞ 低ばね化 2箇所 軌道ﾊﾟｯﾄﾞ 低ばね化 ＋ まくらぎ下 弾性化 650mm 575mm 553mm 553mm 575mm 650mm Railway Technical Research Institute DEMCS-track を用いた観察事例を用いた観察事例-2.2 120 力 60 軌道パッド低ばね化× 軌道パッド低ばね化×2 軌道パッド+まくらぎ まくらぎ弾性化 120 ] 90 N [k 力 60 圧 ル 30 ー レ 0 0.05 軌道ﾊﾟｯﾄﾞ 低ばね化 2箇所 軌道ﾊﾟｯﾄﾞ 低ばね化 ＋ まくらぎ下 弾性化 軌道パッド低ばね化× 軌道パッド低ばね化×2 軌道パッド+まくらぎ まくらぎ弾性化 120 ] 90 N [k 力 60 圧 ル 30 ー レ 0.10 0.15 時間 [s] 0.20 軌道パッド低ばね化× 軌道パッド低ばね化×2 軌道パッド+まくらぎ まくらぎ弾性化 圧 ル 30 ー レ 0 0.05 0.10 0.15 時間 [s] 0 0.05 0.20 0.10 0.15 時間 [s] 置位 ) 3 00 向方 mm( 2 00 直鉛 1 00 0 0 300 600 900 1200 1500 1800 置 ) 300 位 m2 0 0 向 (m 方 1 0 0 直 鉛 00 300 600 900 1200 1500 1800 軌 道 縦断 方向 位 置 (m m) 軌 道 縦 断 方 向 位 置 (m m ) 0.15 時間 [s] 900 1200 1500 1800 900 1200 1500 1800 軌 道 縦 断 方 向 位 置 (m m ) 0.20 2.0mm2.0mm0.80.82.0mm 0.00.00.8mm 0.15 時間 [s] 置位 300 向方 m]m200 直鉛 [ 100 0 0 置位 300 向方 ]mm200 直鉛 [ 100 0 0 0.20 120 ] 90 N [k 力 60 圧 ル 30 ー レ 前軸位置 軌道パッド低ばね化× 軌道パッド低ばね化×2 軌道パッド+まくらぎ まくらぎ弾性化 0 0.05 0.10 300 600 300 600 前軸位置 0.15 時間 [s] 120 ] 90 N [k 力 60 圧 ル 30 ー レ 軌道パッド低ばね化× 軌道パッド低ばね化×2 軌道パッド+まくらぎ まくらぎ弾性化 0 0.05 0.20 0.10 0.15 時間 [s] 900 1200 1500 1800 900 1200 1500 1800 軌道縦断面方向位置 [mm] 軌道縦断面方向位置 [mm] 0.20 500N 200-200 500N ✽ 100100200N Railway Technical Research Institute まとめ ～一台車通過前後のバラスト砕石の移動 一台車通過前後のバラスト砕石の移動 ] 90 N [k 0.10 Railway Technical Research Institute 0 0.05 0.10 0 0.05 0.20 ～前軸通過時のバラスト砕石同士の接触力分布 前軸通過時のバラスト砕石同士の接触力分布 軌道パッド低ばね化× 軌道パッド低ばね化×2 軌道パッド+まくらぎ まくらぎ弾性化 力 60 圧 ル 30 ー レ 0 0.05 0.20 継目落ち2.5mm+段差0.0mm 継目落ち2.5mm+段差0.5mm DEMCS-track を用いた観察事例を用いた観察事例-2.1 DEMCS-track を用いた解析事例を用いた解析事例-２ 軌道パッド低ばね化× 軌道パッド低ばね化×2 軌道パッド+まくらぎ まくらぎ弾性化 0.15 時間 [s] 力 90 圧 ル 60 ー レ 30 軌 道 縦 断 方 向 位 置 (m m ) Railway Technical Research Institute 120 0.10 180 ] 150 N120 k [ 0.20 2.0mm2.0mm0.80.82.0mm 0.00.00.8mm Railway Technical Research Institute バラスト軌道の沈下・流動解析モデル「DEMCS-track」 を用いて作成した離散体バラスト軌道モデルと、 そのモデルを用いたシミュレーション結果の観察事例 を紹介した。 今後、実験と相補的に用いることで、実験結果の解釈や 検証に活用して行きたい。 DEMCS-trackは 筑波大学で開発された ‘DEMCS’を、 共同研究において 一部改良したものです。 Railway Technical Research Institute 2
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