(57)【要約】【課題】同一種類の撚り線からなる複数の曲げ形状のコネクタのひずみを、短時間かつ少ない費用で推定する。【解決手段】コネクタのリード線を形成する撚り線について、当該撚り線の曲げ形状に基づく特性を測定するステップ（Ｓ３、Ｓ８、Ｓ１３）と、撚り線の特性に基づいて、当該撚り線と等価な特性を有する丸棒の特性であって、当該丸棒の曲げ形状に基づかない特性を推定するステップ（Ｓ７、Ｓ１２、Ｓ１７）と、推定した特性を有する丸棒をリード線の曲げ形状にして当該丸棒を振動させた場合に当該丸棒に生じるひずみを、リード線のひずみと推定するステップ（Ｓ２０）とを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電車線の線条間を均圧する電車線金具のひずみを推定するひずみ推定方法であって、
前記電車線金具を形成する撚り線について、当該撚り線の曲げ形状に基づく特性を測定するステップと、
前記撚り線の特性に基づいて、当該撚り線と等価な特性を有する丸棒の特性であって、当該丸棒の曲げ形状に基づかない特性を推定するステップと、
前記推定した特性を有する丸棒を前記電車線金具の曲げ形状にして当該丸棒を振動させた場合に当該丸棒に生じるひずみを、前記電車線金具のひずみと推定するステップと
を有することを特徴とするひずみ推定方法。
【請求項２】
前記電車線金具のひずみを推定するステップにおいて、前記推定した特性を有する丸棒を前記電車線金具の曲げ形状にしたモデルを生成し、当該モデルに対して前記トロリ線の振動波形及び前記吊架線の振動波形を入力して有限要素法に基づく過渡解析を行うことで、前記丸棒に生じるひずみを推定する
ことを特徴とする請求項１に記載のひずみ推定方法。
【請求項３】
前記丸棒の特性を推定するステップにおいて、前記撚り線のばね係数に基づいて、当該撚り線と等価な特性を有する丸棒の半径を推定する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のひずみ推定方法。
【請求項４】
前記丸棒の特性を推定するステップにおいて、前記撚り線の共振周波数に基づいて、当該撚り線と等価な特性を有する丸棒の密度を推定する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のひずみ推定方法。
【請求項５】
前記丸棒の特性を推定するステップにおいて、前記撚り線の対数減衰比に基づいて、当該撚り線と等価な特性を有する丸棒の減衰係数を推定する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のひずみ推定方法。
【請求項６】
前記撚り線の曲げ形状に基づく特性を測定するステップにおいて、前記撚り線の第１の端部を固定し、当該撚り線の第２の端部を自由にした片持ち梁を用いて、当該撚り線の曲げ形状に基づく特性を測定する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のひずみ推定方法。
【請求項７】
電車線の線条間を均圧する電車線金具の疲労寿命評価方法であって、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のひずみ推定方法を用いて前記電車線金具のひずみを推定するステップと、
前記推定したひずみを示すひずみ波形に基づいて前記電車線金具の疲労寿命を推定するステップと
を有することを特徴とする疲労寿命評価方法。
【請求項８】
電車線の線条間を均圧する電車線金具の生産方法であって、
電車線金具の候補を設計するステップと、
請求項７に記載の疲労寿命評価方法を用いて前記電車線金具の候補の疲労寿命を推定するステップと、
前記設計した電車線金具の候補のうち、前記推定した疲労寿命が所定の疲労寿命以下になるものを生産するステップと
を有することを特徴とする電車線金具の生産方法。
【請求項９】
電車線の線条間を均圧する電車線金具の加振試験に用いる加振変位の算出方法であって、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のひずみ推定方法を用いて前記電車線金具のひずみを推定するステップと、
前記電車線金具に前記推定したひずみが生じるときの前記トロリ線の変位を、前記加振試験に用いる加振変位として算出するステップと
を有することを特徴とする加振変位の算出方法。
【請求項１０】
電車線の線条間を均圧する電車線金具の特性を推定する特性推定方法であって、
前記電車線金具を形成する撚り線について、当該撚り線の曲げ形状に基づく特性を測定するステップと、
前記撚り線の特性に基づいて、当該撚り線と等価な特性を有する丸棒の特性であって、当該丸棒の曲げ形状に基づかない特性を推定するステップと、
前記推定した特性を有する丸棒を前記電車線金具の曲げ形状にした場合における、当該丸棒の曲げ形状に基づく特性を、前記電車線金具の特性と推定するステップと
を有することを特徴とする特性推定方法。
【請求項１１】
電車線の線条間を均圧する電車線金具のひずみを推定するひずみ推定装置であって、
前記電車線金具を形成する撚り線の曲げ形状に基づく特性の入力を受け付ける入力部と、
前記入力部が受け付けた前記撚り線の特性に基づいて、当該撚り線と等価な特性を有する丸棒の特性であって、当該丸棒の曲げ形状に基づかない特性を推定する丸棒推定部と、
前記丸棒推定部が推定した特性を有する丸棒を前記電車線金具の曲げ形状にして当該丸棒を振動させた場合に当該丸棒に生じるひずみを、前記電車線金具のひずみと推定するひずみ推定部と
を備えることを特徴とするひずみ推定装置。
【請求項１２】
コンピュータを、
電車線の線条間を均圧する電車線金具を形成する撚り線の曲げ形状に基づく特性の入力を受け付ける入力部、
前記入力部が受け付けた前記撚り線の特性に基づいて、当該撚り線と等価な特性を有する丸棒の特性であって、当該丸棒の曲げ形状に基づかない特性を推定する丸棒推定部、
前記丸棒推定部が推定した特性を有する丸棒を前記電車線金具の曲げ形状にして当該丸棒を振動させた場合に当該丸棒に生じるひずみを、前記電車線金具のひずみと推定するひずみ推定部
として機能させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電車線の線条間を均圧する電車線金具のひずみを推定するひずみ推定方法、疲労寿命評価方法、電車線金具の生産方法、加振変位の算出方法、特性推定方法、ひずみ推定装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電車線の線条間を均圧するコネクタなどの電車線金具の疲労損傷度評価方法としては、ＪＩＳ（Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ：日本工業規格）などの規格（例えば、非特許文献１に記載の方法）に基づいて、一定の振幅と周波数で電車線金具を加振する振動耐久試験を行う方法がある。
【０００３】
しかしながら、非特許文献１に記載の試験は、コネクタのリード線の振動特性を考慮していないため、加振試験で生じるひずみと実際に現場で生じるひずみとが一致せず、リード線の疲労特性を適切に評価できないという問題があった。
【０００４】
これに対し、特許文献１に記載の試験は、コネクタリード線のインパルス応答関数を求め、トロリ線の加振変位に当該インパルス応答関数を畳込み積分することで、コネクタリード線に発生するひずみ及び疲労特性を適切に評価するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１１００号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｅ  ２００２、電車線路用金具試験方法
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、インパルス応答関数はリード線の曲げ形状に基づく関数であるため、特許文献１に記載の試験を異なる曲げ形状のリード線それぞれについて実行しようとした場合、当該リード線それぞれに対してインパルス応答関数を求める必要がある。特許文献１によればリード線のインパルス応答を推定するためにはリード線に実際に疑似ランダム波を加振する必要があるため、試験に時間及び費用がかかるという問題があった。
本発明の目的は、上述した課題を解決するひずみ推定方法、疲労寿命評価方法、電車線金具の生産方法、加振変位の算出方法、特性推定方法、ひずみ推定装置及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、電車線の線条間を均圧する電車線金具のひずみを推定するひずみ推定方法であって、前記電車線金具を形成するリード線としての撚り線について、当該撚り線の曲げ形状に基づく特性を測定するステップと、前記撚り線の特性に基づいて、当該撚り線と等価な特性を有する丸棒の特性であって、当該丸棒の曲げ形状に基づかない特性を推定するステップと、前記推定した特性を有する丸棒を前記電車線金具の曲げ形状にして当該丸棒を振動させた場合に当該丸棒に生じるひずみを、前記電車線金具のひずみと推定するステップとを有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明においては、前記電車線金具のひずみを推定するステップにおいて、前記推定した特性を有する丸棒を前記電車線金具の曲げ形状にしたモデルを生成し、当該モデルに対して前記トロリ線の振動波形及び前記吊架線の振動波形を入力して有限要素法に基づく過渡解析を行うことで、前記丸棒に生じるひずみを推定することが好ましい。
【００１０】
また、本発明においては、前記丸棒の特性を推定するステップにおいて、前記撚り線のばね係数に基づいて、当該撚り線と等価な特性を有する丸棒の半径を推定することが好ましい。
【００１１】
また、本発明においては、前記丸棒の特性を推定するステップにおいて、前記撚り線の共振周波数に基づいて、当該撚り線と等価な特性を有する丸棒の密度を推定することが好ましい。
【００１２】
また、本発明においては、前記丸棒の特性を推定するステップにおいて、前記撚り線の対数減衰比に基づいて、当該撚り線と等価な特性を有する丸棒の減衰係数を推定することが好ましい。
【００１３】
また、本発明においては、前記撚り線の曲げ形状に基づく特性を測定するステップにおいて、前記撚り線の第１の端部を固定し、当該撚り線の第２の端部を自由にした片持ち梁を用いて、当該撚り線の曲げ形状に基づく特性を測定することが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、電車線の線条間を均圧する電車線金具の疲労寿命評価方法であって、上記ひずみ推定方法を用いて前記電車線金具のひずみを推定するステップと、前記推定したひずみを示すひずみ波形に基づいて前記電車線金具の疲労寿命を推定するステップとを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、電車線の線条間を均圧する電車線金具の加振試験に用いる加振変位の算出方法であって、上記ひずみ推定方法を用いて前記電車線金具のひずみを推定するステップと、前記電車線金具に前記推定したひずみが生じるときの前記トロリ線の変位を、前記加振試験に用いる加振変位として算出するステップとを有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、電車線の線条間を均圧する電車線金具の特性を推定する特性推定方法であって、前記電車線金具を形成する撚り線について、当該撚り線の曲げ形状に基づく特性を測定するステップと、前記撚り線の特性に基づいて、当該撚り線と等価な特性を有する丸棒の特性であって、当該丸棒の曲げ形状に基づかない特性を推定するステップと、前記推定した特性を有する丸棒を前記電車線金具の曲げ形状にした場合における、当該丸棒の曲げ形状に基づく特性を、前記電車線金具の特性と推定するステップとを有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、電車線の線条間を均圧する電車線金具のひずみを推定するひずみ推定装置であって、前記電車線金具を形成する撚り線の曲げ形状に基づく特性の入力を受け付ける入力部と、前記入力部が受け付けた前記撚り線の特性に基づいて、当該撚り線と等価な特性を有する丸棒の特性であって、当該丸棒の曲げ形状に基づかない特性を推定する丸棒推定部と、前記丸棒推定部が推定した特性を有する丸棒を前記電車線金具の曲げ形状にして当該丸棒を振動させた場合に当該丸棒に生じるひずみを、前記電車線金具のひずみと推定するひずみ推定部とを備えることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、コンピュータを、電車線の線条間を均圧する電車線金具を形成する撚り線の曲げ形状に基づく特性の入力を受け付ける入力部、前記入力部が受け付けた前記撚り線の特性に基づいて、当該撚り線と等価な特性を有する丸棒の特性であって、当該丸棒の曲げ形状に基づかない特性を推定する丸棒推定部、前記丸棒推定部が推定した特性を有する丸棒を前記電車線金具の曲げ形状にして当該丸棒を振動させた場合に当該丸棒に生じるひずみを、前記電車線金具のひずみと推定するひずみ推定部として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、同一種類の撚り線からなる複数の曲げ形状の電車線金具のひずみを、短時間かつ少ない費用で推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るひずみ推定装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】コネクタの曲げ形状の例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るひずみ推定装置を用いたひずみ推定方法を示すフローチャートである。
【図４】異なる曲げ形状の試験体におけるばね定数の測定結果と推定された半径との例を示す図である。
【図５】異なる曲げ形状の試験体における共振周波数の測定結果と推定された密度との例を示す図である。
【図６】試験体の減衰自由振動波形の例を示す図である。
【図７】丸棒のモデルにおける、丸棒の減衰係数と対数減衰比との関係を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る疲労寿命評価装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る疲労寿命評価装置を用いた疲労寿命評価方法を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る疲労寿命評価装置を用いたリード線の生産方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る加振変位算出装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る加振変位算出装置を用いた加振変位算出方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
《第１の実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るひずみ推定装置１００の構成を示す概略ブロック図である。
ひずみ推定装置１００は、電車線の線条間を均圧するコネクタのリード線のひずみを推定する。
【００２２】
ひずみ推定装置１００は、入力部１０１、撚り線形状記憶部１０２、丸棒推定部１０３、リード線形状記憶部１０４、モデル生成部１０５、振動記憶部１０６、ひずみ推定部１０７を備える。
入力部１０１は、リード線を形成する撚り線のヤング率、ばね係数、共振周波数及び対数減衰比の入力を受け付ける。なお、ばね係数、共振周波数及び対数減衰比は、いずれも撚り線の曲げ形状（直線状、Ｓ字状、Ｃ字状など）に基づく特性を表す値である。すなわち、ばね係数、共振周波数及び対数減衰比は、撚り線の曲げ形状に応じて異なる値となる。
撚り線形状記憶部１０２は、ばね係数、共振周波数及び対数減衰比の推定に用いた撚り線の曲げ形状を記憶する。
【００２３】
丸棒推定部１０３は、丸棒をリード線形状記憶部１０４が記憶する曲げ形状に変形させたモデルの半径（断面二次モーメント）、密度及び減衰係数を変化させて、ばね係数、共振周波数及び対数減衰比を算出するシミュレーションを行う。そして、丸棒推定部１０３は、丸棒のばね係数、共振周波数及び対数減衰比が、入力部１０１が入力を受け付けたばね係数、共振周波数及び対数減衰比と等しくなるときの、当該丸棒の半径、密度及び減衰係数を特定する。なお、丸棒の半径、密度及び減衰係数は、いずれも丸棒の曲げ形状に基づかない特性を表す値である。すなわち、丸棒の半径、密度及び減衰係数は、同じ丸棒であれば、その曲げ形状が直線状であっても、Ｓ字状であっても、同一の値を示す。つまり、丸棒推定部１０３は、入力部１０１が受け付けた撚り線の特性に基づいて、当該撚り線と等価な特性を有する丸棒の特性であって、当該丸棒の曲げ形状に基づかない特性を推定する。
【００２４】
リード線形状記憶部１０４は、ひずみの推定の対象となるリード線の曲げ形状を記憶する。
モデル生成部１０５は、丸棒推定部１０３が特定した特性を有する丸棒を、リード線形状記憶部１０４が記憶する曲げ形状に変形させたモデルを生成する。
【００２５】
振動記憶部１０６は、リード線のひずみの推定に用いるトロリ線及び吊架線の振動波形を記憶する。振動記憶部１０６が記憶する振動波形としては、現場で発生する振動波形や、シミュレーションによって得られた振動波形を用いることができる。なお、ひずみ推定装置１００は、現場で発生する振動波形を用いることで、より現実に則したひずみの推定を行うことができる。
ひずみ推定部１０７は、モデル生成部１０５が生成したモデルを、振動記憶部１０６が記憶する振動波形に従って加振するシミュレーションを行い、有限要素法に基づく過渡解析によって、当該モデルに生じるひずみを算出する。そして、ひずみ推定部１０７は算出したひずみをリード線のひずみと推定する。
【００２６】
ここで、本実施形態にかかるひずみの推定対象となるリード線について説明する。
図２は、コネクタの曲げ形状の例を示す図である。
電車線の線条間を均圧するコネクタ１は、トロリ線を把持する一対のイヤー２と、吊架線を把持する一対のクランプ３と、イヤー２とクランプ３との間を接続するリード線４とを備える。リード線４は、複数の電線をより合わせた１本の撚り線によって形成される。また、トロリ線の上下振動を吸収するため、リード線４の長さは一般的にトロリ線と吊架線との間の長さより長く、リード線４は撓んだ曲げ形状に形成される。リード線４の曲げ形状の例としては、図２（Ａ）に示すＪ型、図２（Ｂ）に示すＣ型、図２（Ｃ）に示すＳ型などが挙げられる。
【００２７】
次に、本発明の第１の実施形態に係るひずみ推定装置１００を用いたひずみ推定方法（特性推定方法）について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態に係るひずみ推定装置１００を用いたひずみ推定方法を示すフローチャートである。
まず、試験者は、ひずみの推定対象となるリード線を形成する撚り線と同種の撚り線を用いた試験体を作成する（ステップＳ１）。なお、当該試験体は、ひずみの推定対象となるリード線と同じ曲げ形状である必要はない。試験体の曲げ形状としては、図２に示すＪ型、Ｃ型、Ｓ型や、直線状で一端を固定し他端を自由にした片持ち梁などを用いることができる。このうち、片持ち梁を用いることで、試験体の取り付け誤差を小さくすることができる。次に、試験者は、作成した試験体の曲げ形状を、ひずみ推定装置１００の撚り線形状記憶部１０２に記録する（ステップＳ２）。
【００２８】
次に試験者は、作成した試験体に静的荷重負荷をかけ、試験体の変位を測定することで、試験体のばね定数を算出する（ステップＳ３）。ばね定数は、荷重と変位との相関を示す定数であり、測定により荷重と変位との関係を示す一次関数の傾きを求めることで算出することができる。なお、ばね定数の算出方法としては、この他にも、例えば、試験体に変位を与えたときの荷重を測定する方法などが挙げられる。次に試験者は、算出したばね定数と、予め測定しておいた撚り線のヤング率とを、ひずみ推定装置１００に入力する。
【００２９】
ひずみ推定装置１００の入力部１０１が、ばね定数及びヤング率の入力を受け付けると（ステップＳ４）、丸棒推定部１０３は、ステップＳ４で入力を受け付けたヤング率を有する異なる半径の丸棒を、撚り線形状記憶部１０２が記憶する曲げ形状に変形させた複数のモデルを生成する（ステップＳ５）。そして、丸棒推定部１０３は、生成した複数のモデルに対して、静的荷重負荷をかけるシミュレーションを行い、各モデルの変位と荷重の関係を導出し、各モデルのばね定数を算出する（ステップＳ６）。そして、丸棒推定部１０３は、ステップＳ４で入力を受け付けたばね定数と等しいばね定数を有するモデルを特定し、当該モデルの半径を、撚り線と等価な特性を有する丸棒の半径と推定する（ステップＳ７）。
【００３０】
図４は、異なる曲げ形状の試験体におけるばね定数の測定結果と推定された半径との例を示す図である。
図４（Ａ）は、図２に示すＪ型、Ｃ型、Ｓ型、及び片持ち梁の試験体の測定により得られたばね定数を示す図である。図４（Ａ）に示すように、試験体の曲げ形状が異なるとばね定数は異なる値を示すことがわかる。つまり、試験体のばね定数は、試験体の曲げ形状に基づく特性であることがわかる。
図４（Ｂ）は、図２に示すＪ型、Ｃ型、Ｓ型の曲げ形状の丸棒のモデルにおける、丸棒の半径とばね定数との関係を示す図である。図４（Ｂ）に示すように、丸棒のばね定数は、半径が大きくなるほど大きくなることがわかる。また、図４（Ｂ）に示すように、モデルの曲げ形状が異なるとばね定数と半径との関係も異なることがわかる。
図４（Ｃ）は、図２に示すＪ型、Ｃ型、Ｓ型の曲げ形状の試験体及びモデルから線形解析及び大変形解析により推定された丸棒の半径を示す図である。図４（Ｃ）に示すように、異なる曲げ形状の試験体を用いたとしても、ほぼ同じ半径を推定することができることがわかる。つまり、丸棒の半径は、丸棒の曲げ形状に基づかない特性であることがわかる。
【００３１】
次に試験者は、ステップＳ２で作成した試験体に強制加振を実施し、試験体の第１モードの共振周波数を測定する（ステップＳ８）。なお、強制加振の方法としては、疑似ランダム波加振を行う方法や、インパルス的な負荷を与える加振を行う方法などが挙げられる。次に試験者は、算出した共振周波数を、ひずみ推定装置１００に入力する。
【００３２】
ひずみ推定装置１００の入力部１０１が、共振周波数の入力を受け付けると（ステップＳ９）、丸棒推定部１０３は、ステップＳ４で入力を受け付けたヤング率及びステップＳ７で推定した半径を有する異なる密度の丸棒を、撚り線形状記憶部１０２が記憶する曲げ形状に変形させた複数のモデルを生成する（ステップＳ１０）。そして、丸棒推定部１０３は、生成した複数のモデルに対して、加振を行うシミュレーションを行い、各モデルの共振周波数を算出する（ステップＳ１１）。そして、丸棒推定部１０３は、ステップＳ９で入力を受け付けた共振周波数と等しい共振周波数を有するモデルを特定し、当該モデルの密度を、撚り線と等価な特性を有する丸棒の密度と推定する（ステップＳ１２）。
【００３３】
図５は、異なる曲げ形状の試験体における共振周波数の測定結果と推定された密度との例を示す図である。
図５（Ａ）は、図２に示すＪ型、Ｃ型、Ｓ型、及び片持ち梁の試験体の測定により得られた共振周波数を示す図である。図５（Ａ）に示すように、試験体の曲げ形状が異なると共振周波数は異なる値を示すことがわかる。つまり、試験体の共振周波数は、試験体の曲げ形状に基づく特性であることがわかる。
図５（Ｂ）は、図２に示すＪ型、Ｃ型、Ｓ型の曲げ形状の丸棒のモデルにおける、丸棒の密度と共振周波数との関係を示す図である。図５（Ｂ）に示すように、丸棒の共振周波数は、密度が高くなるほど小さくなることがわかる。また、図５（Ｂ）に示すように、モデルの曲げ形状が異なると共振周波数と密度との関係も異なることがわかる。
図５（Ｃ）は、図２に示すＪ型、Ｃ型、Ｓ型の曲げ形状の試験体及びモデルから推定された丸棒の密度を示す図である。図５（Ｃ）に示すように、異なる曲げ形状の試験体を用いたとしても、ほぼ同じ密度を推定することができることがわかる。つまり、丸棒の密度は、丸棒の曲げ形状に基づかない特性であることがわかる。なお、図５（Ｃ）によれば、片持ち梁を用いることで、より正確に密度を算出することができることがわかる。
【００３４】
次に試験者は、ステップＳ２で作成した試験体の一端を強制振動させ、他端を自由振動させることで、試験体の振動の減衰カーブを測定し、当該試験体の対数減衰比を算出する（ステップＳ１３）。次に試験者は、算出した対数減衰比を、ひずみ推定装置１００に入力する。
【００３５】
図６は、試験体の減衰自由振動波形の例を示す図である。
試験体を自由振動させると、図６に示すような減衰自由振動波形を得ることができる。このとき、試験者は、自由振動を開始した時刻以降の隣り合う振幅の比の対数をとることで、対数減衰比を算出することができる。
【００３６】
ひずみ推定装置１００の入力部１０１が、対数減衰比（撚り線の曲げ形状に基づく特性）の入力を受け付けると（ステップＳ１４）、丸棒推定部１０３は、ステップＳ４で入力を受け付けたヤング率、ステップＳ７で推定した半径及びステップＳ１２で推定した密度を有する異なる減衰係数の丸棒を、撚り線形状記憶部１０２が記憶する曲げ形状に変形させた複数のモデルを生成する（ステップＳ１５）。そして、丸棒推定部１０３は、生成した複数のモデルを自由振動させるシミュレーションを行い、各モデルの対数減衰比を算出する（ステップＳ１６）。そして、丸棒推定部１０３は、ステップＳ１４で入力を受け付けた対数減衰比と等しい対数減衰比を有するモデルを特定し、当該モデルの減衰係数を、撚り線と等価な特性を有する丸棒の減衰係数（丸棒の曲げ形状に基づかない特性）と推定する（ステップＳ１７）。
【００３７】
図７は、丸棒のモデルにおける、丸棒の減衰係数と対数減衰比との関係を示す図である。図７に示すように、丸棒の対数減衰比は、減衰係数が高くなるほど高くなることがわかる。
【００３８】
次に、試験者は、ひずみの推定対象となるリード線の曲げ形状を、ひずみ推定装置１００のリード線形状記憶部１０４に記録する（ステップＳ１８）。次に、ひずみ推定装置１００のモデル生成部１０５は、丸棒推定部１０３が推定した半径、密度及び減衰係数を有する丸棒を、リード線形状記憶部１０４が記憶する曲げ形状に変形させたモデルを生成する（ステップＳ１９）。
【００３９】
次に、ひずみ推定部１０７は、振動記憶部１０６が記憶する振動波形を、モデル生成部１０５が生成したモデルに対する有限要素法に基づく過渡解析の入力として、丸棒に生じるひずみを示すひずみ波形を生成する（ステップＳ２０）。
【００４０】
これにより、本実施形態に係るひずみ推定装置１００は、丸棒に生じるひずみを示すひずみ波形（丸棒の曲げ形状に基づく特性）を、リード線のひずみ波形（リード線の特性）として推定することができる。なお、本実施形態に係るひずみ推定装置１００は、曲げ形状に基づかない特性を有する丸棒に基づいて、リード線に生じるひずみを推定するため、同一種類の撚り線からなる曲げ形状の異なるリード線のひずみを推定する場合、ステップＳ１〜ステップＳ１７の手順を省略することができる。つまり、本実施形態に係るひずみ推定装置１００を用いることで、同一種類の撚り線からなる複数のリード線については、撚り線に対する実測試験を省略し、初回に推定した丸棒の特性を用いてステップＳ１８〜ステップＳ２０の手順によりひずみの推定を行うことで、短時間かつ少ない費用でひずみを推定することができる。
【００４１】
なお、本実施形態では、ステップＳ１〜ステップＳ１７に示す順で特性の測定及び入力を行う場合について説明したが、これに限られず、例えば先にすべての特性を測定した後に、特性を入力しても良いし、特性の測定及び入力の順を入れ替えても良い。
【００４２】
《第２の実施形態》
図８は、本発明の第２の実施形態に係る疲労寿命評価装置２００の構成を示す概略ブロック図である。
疲労寿命評価装置２００は、電車線の線条間を均圧するコネクタのリード線の疲労寿命を推定する。
【００４３】
疲労寿命評価装置２００は、上述した第１の実施形態に係るひずみ推定装置１００の構成である入力部１０１、撚り線形状記憶部１０２、丸棒推定部１０３、リード線形状記憶部１０４、モデル生成部１０５、振動記憶部１０６、ひずみ推定部１０７に加えて、ひずみ振幅計数部２０１、疲労寿命推定部２０２を備える。
ひずみ振幅計数部２０１は、レインフロー法により波数計数処理を行い、ひずみ推定部１０７が推定したひずみ波形におけるひずみ振幅の発生数を計数する。
疲労寿命推定部２０２は、予め求められたリード線のひずみ振幅と疲労寿命との関係を示す疲労寿命曲線を用い、修正マイナー則に基づいて、ひずみ振幅計数部２０１が係数したひずみ振幅に対応する疲労寿命を、リード線の疲労寿命と推定する。なお、疲労寿命は、当該リード線を用いたコネクタに対する列車の通過数によって表される。
【００４４】
図９は、本発明の第２の実施形態に係る疲労寿命評価装置２００を用いた疲労寿命評価方法を示すフローチャートである。
次に、本発明の第２の実施形態に係る疲労寿命評価装置２００を用いた疲労寿命評価方法について説明する。
まず、上述した第１の実施形態に係るひずみ推定方法を実施することで、ひずみ推定部１０７がひずみ波形を推定する（ステップＳ１〜ステップＳ２０）。次に、ひずみ振幅計数部２０１は、ひずみ推定部１０７が推定したひずみ波形に対してレインフロー法により波数計数処理を行い、ひずみ波形におけるひずみ振幅の発生数を計数する（ステップＳ２１）。
次に、疲労寿命推定部２０２は、疲労寿命曲線と修正マイナー則に基づいて、ひずみ振幅計数部２０１が係数したひずみ振幅に対応する疲労寿命を、リード線の疲労寿命と推定する（ステップＳ２２）。
【００４５】
これにより、本実施形態に係る疲労寿命評価装置２００は、リード線の疲労寿命を推定することができる。なお、本実施形態に係る疲労寿命評価装置２００は、曲げ形状に基づかない特性を有する丸棒に基づいて、リード線の疲労寿命を推定するため、同一種類の撚り線からなる曲げ形状の異なるリード線の疲労寿命を推定する場合、ステップＳ１〜ステップＳ１７の手順を省略することができる。つまり、本実施形態に係る疲労寿命評価装置２００を用いることで、同一種類の撚り線からなる複数のリード線については、撚り線に対する実測試験を省略し、初回に推定した丸棒の特性を用いてステップＳ１８〜ステップＳ２２の手順により疲労寿命の推定を行うことで、短時間かつ少ない費用で疲労寿命を推定することができる。
【００４６】
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る疲労寿命評価装置２００を用いたリード線の生産方法を示すフローチャートである。
次に、本実施形態に係る疲労寿命評価装置２００を用いたリード線の生産方法について説明する。
まず、リード線の設計者は、生産しようとするリード線の候補の曲げ形状を設計し、当該曲げ形状について、上述した疲労寿命評価方法を実施する（ステップＳ１〜ステップＳ２２）。これにより、疲労寿命評価装置２００は、設計者が設計したリード線の候補の疲労寿命を推定する。次に、設計者は、現場で使用する環境において想定される列車の総通過数が、当該推定された疲労寿命以下であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。
【００４７】
現場で使用する環境において想定される列車の総通過数が、当該推定された疲労寿命より多い場合（ステップＳ２３：ＮＯ）、設計者は、再度リード線の候補を設計し直し、ステップＳ１８に戻り、当該リード線の曲げ形状をリード線形状記憶部１０４に記録する。他方、現場で使用する環境において想定される列車の総通過数が、当該推定された疲労寿命以上である場合（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、設計者は、当該曲げ形状のリード線を、生産の対象に決定し、当該曲げ形状のリード線の生産を行う（ステップＳ２４）。
これにより、設計者は、短時間かつ少ない費用で適切な疲労寿命を有するリード線の設計をし、当該リード線を生産することができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、リード線の候補の曲げ形状を１つずつ設計し、適切な寿命の候補が得られた時点で当該曲げ形状のリード線を生産する場合について説明したが、これに限られない。例えば、予め複数のリード線の候補の曲げ形状を設計しておいても良いし、適切な寿命の候補を複数特定した後に、この中からより好ましい曲げ形状を特定しても良い。
【００４９】
《第３の実施形態》
本発明の第３の実施形態は、電車線の線条間を均圧するコネクタの疲労実験に用いる加振変位を算出する加振変位算出装置３００に関する。
新たなコネクタの開発や抜き取り確認、性能確認のために、コネクタに対して疲労試験を行うことがある。この場合、実物のコネクタに対して、ＪＩＳにおいて定められた加振波形（振幅２０ミリメートル、周波数３〜５ヘルツ）を用いてトロリ線側を加振する。しかしながら、実際のひずみ波形は、トロリ線に加えて吊架線の振動も加味する必要があるため、単に一定の波形の加振を行う疲労試験では、現場でもちいられているコネクタの疲労を適切に評価できないという問題がある。
【００５０】
しかしながら、トロリ線側と吊架線側の両方を加振して疲労試験を行う場合、試験のために多くの費用が掛かってしまうという問題がある。
【００５１】
そこで、本実施形態に係る加振変位算出装置３００は、トロリ線側の加振を行うコネクタの疲労実験を行うために、吊架線側の振動を加味した加振変位を算出するものである。
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る加振変位算出装置３００の構成を示す概略ブロック図である。
【００５２】
加振変位算出装置３００は、上述した第１の実施形態に係るひずみ推定装置１００の構成である入力部１０１、撚り線形状記憶部１０２、丸棒推定部１０３、リード線形状記憶部１０４、モデル生成部１０５、振動記憶部１０６、ひずみ推定部１０７に加えて、ひずみ振幅計数部２０１、加振変位算出部３０１を備える。
ひずみ振幅計数部２０１は、第２の実施形態に係るひずみ振幅計数部２０１である。
加振変位算出部３０１は、ひずみ推定部１０７が推定したひずみがリード線に生じるときのトロリ線の変位を、加振試験に用いる加振変位として算出する。
【００５３】
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る加振変位算出装置３００を用いた加振変位算出方法を示すフローチャートである。
次に、本発明の第３の実施形態に係る加振変位算出装置３００を用いた加振変位算出方法について説明する。
まず、上述した第１の実施形態に係るひずみ推定方法を実施することで、ひずみ推定部１０７がひずみ波形を推定する（ステップＳ１〜ステップＳ２０）。次に、ひずみ振幅計数部２０１は、レインフロー法により波数計数処理を行い、ひずみ推定部１０７が推定したひずみ波形におけるひずみ振幅の発生数を計数する（ステップＳ２１）。次に、コネクタの振動解析を用いてコネクタリード線に発生するひずみの発生数が、ひずみ振幅計数部２０１が計数した発生数となるようなトロリ線変位を、実験に用いる加振変位として算出する（ステップＳ２５）。
【００５４】
上記加振変位算出方法により算出された加振変位でトロリ線側の加振を行うコネクタの疲労実験を行うことで、実際の振動状況を模擬した実験を行うことができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、第１の実施形態に係るひずみ推定装置１００の構成を用いて加振変位を算出する場合について説明したが、これに限られない。例えば第２の実施形態に係る疲労寿命評価装置２００の構成を用いて疲労寿命を推定し、疲労寿命曲線に基づいて当該疲労寿命に対応するひずみ振幅を特定し、コネクタの振動解析を用いてコネクタリード線に発生するひずみ振幅が、当該特定したひずみ振幅となるようなトロリ線変位を、実験に用いる加振変位として算出しても良い。
【００５６】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、上述した実施形態では、撚り線からなる電車線金具がコネクタのリード線である場合について説明したが、これに限られず、撚り線からなる他の電車線金具についても上述した手法を適用することができる。
【００５７】
また、上述した実施形態では、丸棒に生じるひずみをリード線に生じるひずみ（リード線の特性）として推定する場合について説明したが、これに限られない。例えば、丸棒推定部１０３が推定した丸棒の特性に基づいて、当該丸棒の曲げ形状に基づく他の特性を、リード線の特性として推定するものであっても良い。丸棒の曲げ形状に基づく他の特性の例としては、ばね定数、共振周波数、対数減衰比、インパルス応答関数などが挙げられる。
【００５８】
上述のひずみ推定装置１００、疲労寿命評価装置２００、加振変位算出装置３００は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００５９】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【符号の説明】
【００６０】
１００…ひずみ推定装置  １０１…入力部  １０２…撚り線形状記憶部  １０３…丸棒推定部  １０４…リード線形状記憶部  １０５…モデル生成部  １０６…振動記憶部  １０７…ひずみ推定部  ２００…疲労寿命評価装置  ２０１…ひずみ振幅計数部  ２０２…疲労寿命推定部  ３００…加振変位算出装置  ３０１…加振変位算出部
【図１】
2015027835.tif 000003
【図２】
2015027835.tif 000004
【図３】
2015027835.tif 000005
【図４】
2015027835.tif 000006
【図５】
2015027835.tif 000007
【図６】
2015027835.tif 000008
【図７】
2015027835.tif 000009
【図８】
2015027835.tif 000010
【図９】
2015027835.tif 000011
【図１０】
2015027835.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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