(57)【要約】高速動力車列車の車体局所構造不安定性の有限要素シミュレーション装置及び方法であって、線形座屈解析法及び有限要素シミュレーション法により、車体構造が完全な状態と、局所型材が凹んだり膨らんだりする不具合な状態をシミュレートすると共に、動力車列車構造局所が不安定になるときの臨界荷重を解析し、現場での加工製造中の道具の運用、調整修理プロセス、及び溶接パラメータの設定をガイドする。これにより、無駄遣いや安全上のリスクが避けられている。本発明はヒューマン・コンピュータインタラクション装置を利用し、まず、車体の設計図に基づいてモデルを構築し、車体の局所に凹み部を設置しシミュレートするとともに、車体の境界拘束を設定し、車体の最大垂直荷重及び圧縮荷重を線形合成し、車体のモード周波数を定義し、静荷重と線形座屈解析作業状況を作成し、その後、車体構造不安定性のシミュレーション解析を行い、臨界座屈係数を算出し、印加可能な最大荷重を取得する。ここで、臨界座屈係数が１以上であれば、この部分が信頼できると判断される一方、臨界座屈係数が１未満であれば、この部分を補強する必要があると判断される。
2017516165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体構造の有限要素モデルを構築するモジュールである第１の部分と、車体構造の境界条件を設定するモジュールである第２の部分と、車体構造の不安定性シミュレーション解析モジュールである第３の部分とを有するとともに、第１の部分と第２の部分が何れも第３の部分に接続された高速動力車列車の車体局所構造不安定性の有限要素シミュレーション装置であって、具体的には、
第１の部分のモジュールは、
ヒューマン・コンピュータインタラクション装置を利用して設計された車体の形状や寸法を取得することによりモデルを構築するとともに、車体の局所に少なくとも１つの凹み部１を設置しシミュレートするための局所凹み領域モデル構築モジュールをさらに含み、
第２の部分のモジュールは、
ヒューマン・コンピュータインタラクション装置によって配置された以下のモジュール、すなわち、車体から少なくとも１つの位置を選択してその自由度を拘束制限する車体境界拘束設定モジュールと、
車体の水平面に、車体が受けられる最大垂直荷重である均一分布荷重を印加すると共に、車体の少なくとも１つの位置に縦方向の圧縮荷重を印加する、車体最大垂直荷重及び圧縮荷重定義モジュールと、
車体最大垂直荷重及び圧縮荷重定義モジュールからのデータを受信し、この最大垂直荷重及び圧縮荷重を線形合成する、複合荷重線形合成モジュールと、
車体モード周波数の範囲値を予備として設定するとともに、第３の部分のモジュールに提供する、車体モード周波数定義モジュールと、
車体の静荷重を予備として設定する、静荷重作業状況定義モジュールと、
静荷重作業状況定義モジュール及び車体モード周波数定義モジュールに接続して、静荷重とモード周波数のデータを取得する、線形座屈解析作業状況定義モジュールとを備え、
第３の部分のモジュールは、第１の部分、第２の部分のモジュールのデータを取得した後、車体構造不安定性のシミュレーション解析を行い、順次に接続された以下のモジュール、すなわち、
この凹み部の臨界座屈係数を臨界不安定荷重抽出モジュールに出力する臨界座屈係数算出モジュールと、
この凹み部に印加可能な最大荷重を取得し、即ち車体局所構造が不安定になるときの臨界不安定荷重を取得すると共に、予備として出力する臨界不安定荷重抽出モジュールと、
車体局所構造が不安定になったときの臨界不安定荷重を取得し、車体構造強度の解析が行われた後にこの箇所の荷重を抽出すると共に、2つの数値の大きさを比較し、車体構造強度により得られた荷重が臨界不安定性荷重よりも小さければ、この不具合な状態にある車体構造の運行が信頼できる一方、臨界不安定荷重よりも大きければ、この不具合な状態にある車体構造をさらに補強して欠陥部位の剛性を向上する必要があると判断する車体構造強度荷重及び臨界不安定荷重比較解析モジュールとを備えることを特徴とする、高速動力車列車の車体局所構造の不安定性のための有限要素シミュレーション装置。
【請求項２】
前記第１の部分のモジュールは、
車体用の材料のパラメータを取得する車体材料パラメータ設定モジュールと、
車体の設計図のデータに基づいて、車体の各部材の構造の板厚の割り当てられた属性値を取得する車体各部材板厚パラメータ設定モジュールと、
設計図に示す車体構造に基づいて車体の有限要素モデルを構築し、車体構造を四角形プレートユニットで、局所を三角形プレートユニットでシミュレートして車体構造の二次元モデルを取得する車体全体有限要素モデル構築モジュールと、
車体全体有限要素モデルの中に局所領域の凹みモデルを構築し、凹み部１の寸法を設定する局所凹み領域モデル構築モジュールとを備えることを特徴とする、請求項１に記載の高速動力車列車の車体局所構造の不安定性のための有限要素シミュレーション装置。
【請求項３】
前記第３の部分のモジュールにおいて、該当部分の車体構造が信頼できると判断するモジュールと、該当部分を補強する必要があると判断するモジュールと、体構造強度荷重及び臨界不安定性荷重比較解析モジュールをさらに備え、
データの解析結果に応じて、臨界座屈係数が１以上であれば、車体構造強度荷重及び臨界不安定性荷重比較解析モジュールは該当部分の車体構造が信頼できると判断するモジュールに接続され、臨界座屈係数が１未満であれば、車体構造強度荷重及び臨界不安定性荷重比較解析モジュールは該当部分を補強する必要があると判断するモジュールに接続されることを特徴とする、請求項１または２に記載の高速動力車列車の車体局所構造の不安定性のための有限要素シミュレーション装置。
【請求項４】
前記車体境界拘束設定モジュールにおいて、３方向の並進運動の自由度が車体の４つの空気ばね2のところで拘束されることを特徴とする、請求項３に記載の高速動力車列車の車体局所構造の不安定性のための有限要素シミュレーション装置。
【請求項５】
前記圧縮荷重は、カプラ取付座に車体の縦方向荷重を印加するように構成されており、前記最大垂直荷重は、車体の床に均一分布荷重を平面的に印加するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか1項に記載の高速動力車列車の車体局所構造の不安定性のための有限要素シミュレーション装置。
【請求項６】
前記最大垂直荷重が５４７．６ｋＮであり、即ち車体の床に５４７．６ｋＮの分布荷重が平面的に印加され、
前記圧縮荷重が１５００ｋＮであり、即ちカプラ取付座に１５００ｋＮの車体の縦方向荷重が印加されることを特徴とする、請求項５に記載の高速動力車列車の車体局所構造の不安定性のための有限要素シミュレーション装置。
【請求項７】
前記車体全体有限要素モデル構築モジュールにおいて、
前記プレートユニットのサイズが２０ｍｍと設定され、前記車体モード周波数定義モジュールにおいて、モード周波数の範囲が１〜４０ＨＺと設定されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか1項に記載の高速動力車列車の車体局所構造の不安定性のための有限要素シミュレーション装置。
【請求項８】
前記局所凹み領域モデル構築モジュールにおいて、
凹み部の寸法は、凹み深さが４ｍｍであり、凹み長さが３８００ｍｍであることを特徴とする、請求項７に記載の高速動力車列車の車体局所構造の不安定性のための有限要素シミュレーション装置。
【請求項９】
ヒューマン・コンピュータインタラクション装置を利用して設計された車体の形状や寸法を取得することによりモデルを構築するとともに、車体局所凹み領域のモデルを構築し、即ち車体の局所に少なくとも１つの凹み部を設置してシミュレートする第１のステップと、
ヒューマン・コンピュータインタラクション装置を利用して車体構造の境界条件を配置するとともに、以下のステップ、すなわち、
車体から少なくとも１つの位置を選択してその自由度を拘束制限する、車体境界拘束の設定ステップＳ１と、
車体の水平面に、車体が受けられる最大垂直荷重である均一分布荷重を印加すると共に、車体の少なくとも１つの位置に縦方向の圧縮荷重を印加する、車体最大垂直荷重及び圧縮荷重の定義ステップＳ２と、
車体最大垂直荷重及び圧縮荷重のデータを設定してから、この最大垂直荷重及び圧縮荷重を線形合成する、複合荷重の線形合成ステップＳ３と、
車体モード周波数の範囲値を予備として設定する、車体モード周波数の定義ステップＳ４と、
車体の静荷重を予備として設定する、静荷重作業状況の定義ステップＳ５と、
設定された静荷重とモード周波数データを配置する線形座屈解析作業状況の定義ステップＳ６とを順に実行する、第２のステップと、
車体構造の不安定性シミュレーション解析を行い、計算によってこの凹み部の臨界座屈係数０.Ｘを得て、その結果、荷重が最初に印加した荷重のＸ％になったとき、構造が不安定になったことを確認し、これによって、この構造に印加可能な最大荷重を取得し、臨界座屈係数が１以上であれば、この部分の車体構造が信頼できると判断する一方、限界臨界座屈係数が１未満であれば、この部分を補強する必要があると判断する第３のステップとを含む、高速動力車列車の車体局所構造の不安定性のための有限要素シミュレーション方法。
【請求項１０】
ヒューマン・コンピュータインタラクション装置を利用して設計された車体の形状や寸法を取得することによりモデルを構築するとともに、車体局所凹み領域のモデルを構築し、即ち車体の局所に少なくとも１つの凹み部を設置してシミュレートする第１のステップと、
ヒューマン・コンピュータインタラクション装置を利用して車体構造の境界条件を配置するとともに、以下のステップ、すなわち、
車体から少なくとも１つの位置を選択してその自由度を拘束制限する、車体境界拘束の設定ステップＳ１と、
車体の水平面に、車体が受けられる最大垂直荷重である均一分布荷重を印加すると共に、車体の少なくとも１つの位置に縦方向の圧縮荷重を印加する、車体最大垂直荷重及び圧縮荷重の定義ステップＳ２と、
車体最大垂直荷重及び圧縮荷重のデータを設定してから、この最大垂直荷重及び圧縮荷重を線形合成する、複合荷重の線形合成ステップＳ３と、
車体モード周波数の範囲値を予備として設定する、車体モード周波数の定義ステップＳ４と、
車体の静荷重を予備として設定する、静荷重作業状況の定義ステップＳ５と、
設定された静荷重とモード周波数データを配置する線形座屈解析作業状況の定義ステップＳ６とを順に実行する第２のステップと、
車体構造の不安定性シミュレーション解析を行い、計算によってこの凹み部の臨界座屈係数０.Ｘを得て、その結果、荷重が最初に印加した荷重のＸ％になったとき、構造が不安定になったことを確認し、これによって、この構造に印加可能な最大荷重を取得し、臨界座屈係数が１以上であれば、この部分の車体構造が信頼できると判断する一方、限界臨界座屈係数が１未満であれば、この部分を補強する必要があると判断する第３のステップとを含む、
高速動力車列車の車体局所構造不安定性の有限要素シミュレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１５年０３月１２日に中国特許局へ提出した、出願番号が２０１５１０１０８９５６．８で、発明の名称が「高速動力車列車の車体局所構造不安定性の有限要素シミュレーション装置及びその方法」である中国特許出願に基づいて優先権を主張し、援用によってその内容のすべてを本出願に組み入れる。
【０００２】
本発明は、高速動力車の分野に属し、具体的に車体構造の設計に関し、特に凹みが生じた車体の安全性の構造不安定性解析に関する。
【背景技術】
【０００３】
高速動力車列車の車体構造シミュレーション解析は、主として関連強度規格、例えば日本工業規格ＪＩＳ Ｅ７１０５:２００６、ヨーロッパ規格ＥＮ１２６６３：２０１０及び２００キロメートルの強度への仮規定に従い、車体構造の強度や剛性を計算し解析している。しかし、車体に凹みが生じた後の車体の安全性は、これらのような荷重作業状況の計算によって評価することはできない。したがって、車体を評価する際には、構造不安定性解析を行うことが必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高速動力車列車の車体局所構造の不安定性の有限要素シミュレーション装置及びその方法を提供する。有限要素シミュレーション法を採用することにより、車体構造が完全な状態と、局所の型材が凹んだり膨らんだりするなどの不具合な状態をシミュレートすると共に、高速動力車列車構造の局所が不安定になる際の限界荷重を解析する。これによって、現場での加工製造中の道具の運用、調整修理プロセス、及び溶接パラメータの設定をガイドする。車体構造不安定性シミュレーション解析法を用いることにより、加工製造中に車体に凹みや膨らみなどが生じた不具合な状態を比較的正確に評価し、車体の製造加工をガイドし、車体製造時のあまり多い材料の無駄な使用を避けることが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の技術案は下記の通りである。
【０００６】
車体構造の有限要素モデルを構築するモジュールである第１の部分と、車体構造の境界条件を設定するモジュールである第２の部分と、車体構造の不安定性シミュレーション解析モジュールである第３の部分とを有するとともに、第１の部分と第２の部分が何れも第３の部分に接続された高速動力車列車の車体局所構造不安定性の有限要素シミュレーション装置であって、具体的には、
第１の部分のモジュールは、ヒューマン・コンピュータインタラクション装置を利用して設計された車体の形状や寸法を取得することによりモデルを構築するとともに、車体の局所に少なくとも１つの凹み部１を設置しシミュレートするための局所凹み領域モデル構築モジュールをさらに含み、
第２の部分のモジュールは、ヒューマン・コンピュータインタラクション装置によって配置された以下のモジュール、すなわち、車体から少なくとも１つの位置を選択してその自由度を拘束制限する車体境界拘束設定モジュールと、車体の水平面に、車体が受けられる最大垂直荷重である均一分布荷重を印加すると共に、車体の少なくとも１つの位置に縦方向の圧縮荷重を印加する車体最大垂直荷重及び圧縮荷重定義モジュールと、車体最大垂直荷重及び圧縮荷重定義モジュールからのデータを受信し、この最大垂直荷重及び圧縮荷重を線形合成する複合荷重線形合成モジュールと、車体モード周波数の範囲値を予備として設定するとともに、第３の部分のモジュールに提供する車体モード周波数定義モジュールと、車体の静荷重を予備として設定する静荷重作業状況定義モジュールと、静荷重作業状況定義モジュール及び車体モード周波数定義モジュールに接続して、静荷重とモード周波数のデータを取得する線形座屈解析作業状況定義モジュールとを備え、
第３の部分のモジュールは、第１の部分、第２の部分のモジュールのデータを取得した後、車体構造不安定性のシミュレーション解析を行い、順次に接続された以下のモジュール、すなわち、この凹み部の臨界座屈係数を臨界不安定荷重抽出モジュールに出力する臨界座屈係数算出モジュールと、この凹み部に印加可能な最大荷重を取得し、即ち車体局所構造が不安定になるときの臨界不安定荷重を取得すると共に、予備として出力する臨界不安定荷重抽出モジュールと、車体局所構造が不安定になったときの臨界不安定荷重を取得し、車体構造強度の解析が行われた後にこの箇所の荷重を抽出すると共に、2つの数値の大きさを比較し、車体構造強度により得られた荷重が臨界不安定性荷重よりも小さければ、この不具合な状態にある車体構造の運行が信頼できる一方、臨界不安定荷重よりも大きければ、この不具合な状態にある車体構造をさらに補強して欠陥部位の剛性を向上する必要があると判断する車体構造強度荷重及び臨界不安定荷重比較解析モジュールとを備える、高速動力車列車の車体局所構造不安定性の有限要素シミュレーション装置。
【０００７】
さらに、前記第１の部分のモジュールは、車体用の材料のパラメータを取得する車体材料パラメータ設定モジュールと、車体の設計図のデータに基づいて、車体の各部材の構造の板厚の割り当てられた属性値を取得する車体各部材板厚パラメータ設定モジュールと、設計図に示す車体構造に基づいて車体の有限要素モデルを構築し、車体構造を四角形プレートユニットで、局所を三角形プレートユニットでシミュレートして車体構造の二次元モデルを取得する車体全体有限要素モデル構築モジュールと、車体全体有限要素モデルの中に局所領域の凹みモデルを構築し、凹み部１の寸法を設定する局所凹み領域モデル構築モジュールとを備える。
【０００８】
さらに、前記第３の部分のモジュールにおいて、該当部分の車体構造が信頼できると判断されるモジュールと、該当部分を補強する必要があると判断されるモジュールとをさらに備え、車体構造強度荷重及び臨界不安定性荷重比較解析モジュールは、データの解析結果に応じて、臨界座屈係数が１以上であれば、該当部分の車体構造が信頼できると判断されるモジュールに接続され、臨界座屈係数が１未満であれば、該当部分を補強する必要があると判断されるモジュールに接続される。
【０００９】
さらに、前記車体境界拘束設定モジュールにおいて、３方向の並進運動の自由度は、車体の４つの空気ばねに拘束される。
【００１０】
さらに、前記圧縮荷重は、カプラ取付座に車体の縦方向荷重を印加するように構成されており、前記最大垂直荷重は、車体の床に均一分布荷重を平面的に印加するように構成されている。
【００１１】
さらに、前記最大垂直荷重が５４７．６ｋＮであり、即ち車体の床に５４７．６ｋＮの均一分布荷重が平面的に印加され、前記圧縮荷重は１５００ｋＮであり、即ちカプラ取付座に１５００ｋＮの車体の縦方向荷重が印加される。
【００１２】
さらに、前記車体全体有限要素モデル築モジュールにおいて、前記プレートユニットのサイズが２０ｍｍと設定され、前記車体モード周波数定義モジュールにおいて、モード周波数の範囲が１〜４０ＨＺと設定される。
【００１３】
さらに、前記局所凹み領域モデル構築モジュールにおいて、凹み部の寸法は、凹み深さが４ｍｍであり、凹み長さが３８００ｍｍである。
【００１４】
ヒューマン・コンピュータインタラクション装置を利用して設計された車体の形状や寸法を取得することによりモデルを構築するとともに、車体局所凹み領域のモデルを構築し、即ち車体の局所に少なくとも１つの凹み部を設置しシミュレートする第１のステップと、
ヒューマン・コンピュータインタラクション装置を利用して車体構造の境界条件を配置するとともに、以下のステップ、すなわち、
車体から少なくとも１つの位置を選択してその自由度を拘束制限する車体境界拘束の設定ステップＳ１と、
車体の水平面に、車体が受けられる最大垂直荷重である均一分布荷重を印加すると共に、車体の少なくとも１つの位置に縦方向の圧縮荷重を印加する車体最大垂直荷重及び圧縮荷重の定義ステップＳ２と、
車体最大垂直荷重及び圧縮荷重のデータを設定してから、この最大垂直荷重及び圧縮荷重を線形合成する複合荷重の線形合成ステップＳ３と、
車体モード周波数の範囲値を予備として設定する車体モード周波数の定義ステップＳ４と、
車体の静荷重を予備として設定する静荷重作業状況の定義ステップＳ５と、
設定された静荷重とモード周波数データを配置する線形座屈解析作業状況の定義ステップＳ６とを順に実行する第２のステップと、
車体構造の不安定性シミュレーション解析を行い、計算によってこの凹み部の臨界座屈係数０.Ｘを得て、荷重が最初に印加した荷重のＸ％になったとき、構造が不安定になったことが確認され、これによって、この構造に印加可能な最大荷重が取得され、臨界座屈係数が１以上であれば、この部分の車体構造が信頼できると判断する一方、限界臨界座屈係数が１未満であれば、この部分を補強する必要があると判断する第３のステップとを含む、高速動力車列車の車体局所構造不安定性の有限要素シミュレーション方法である。
【００１５】
車体用材料の各パラメータを入力するステップＳ１と、
車体の設計図のデータに基づいて、車体の各部材の構造の板厚に対して属性値の割り当てを行うステップＳ２と、
設計図に示す車体構造に基づいて車体の有限要素モデルを構築し、車体構造を四角形プレートユニットで、局所を三角形プレートユニットでシミュレートして車体構造の二次元モデルを取得するステップＳ３と、
車体全体有限要素モデルにおいて、局所領域の凹みモデルを構築し、凹み領域の凹み深さと、凹み長さを設定するステップＳ４と、
車体の境界拘束条件を設定し配置し、車体の４つの空気バネ上に３つの方向の並進運動の自由度を拘束し、後続の車体拘束においてこの配置をアクティブ状態のまま保つステップＳ５と、
最大垂直荷重及び圧縮荷重を設定し、後続の車体荷重印加において相応するカードをアクティブ状態のまま保つと共に、車体の縦方向荷重をカプラ取付座に印加し、均一に分布している最大垂直荷重を車体の床に平面的に印加するステップＳ６と、
複合作業状況の算出を行い、複合作業状況での車体線形座屈を考察するために、前記２種の荷重、即ち最大垂直荷重と圧縮荷重を線形合成するステップＳ７と、
車体のモード周波数のカードを定義し、ここで前記モード周波数の周波数範囲が１〜４０ＨｚとされるステップＳ８と、
静荷重作業状況を定義し、前記境界拘束条件、複合荷重を選択するステップＳ９と、
線形座屈分析作業状況を定義し、前記定義された静荷重作業状況と車体のモード周波数を選択するステップＳ１０と、
臨界座屈係数を算出し、車体構造不安定性のシミュレーション解析を行い、計算によってこの凹み部の臨界座屈係数０．Ｘを得るステップＳ１１と、
結果として荷重が最初に印加した荷重のＸ％になったとき、構造が不安定になったことが確認され、これによって、この構造に印加可能な最大荷重を取得するステップＳ１２と、
前記ステップで得られた車体局所構造に凹みが生じたときの臨界不安定性荷重と、車体構造強度の解析が行われた後に抽出されたこの部位の荷重の2つの数値の大きさを比較し解析するステップＳ１３と、
車体構造の強度により得られた荷重が臨界不安定性荷重以下であれば、この不具合な状態にある車体構造の運行が信頼できると判断するステップＳ１４と、
車体構造の強度により得られた荷重が臨界不安定性荷重よりも大きければ、この不具合状態にある車体構造をさらに補強して不具合な箇所の剛性を向上する必要があると判断するステップＳ１５とを含む、高速動力車列車の車体局所構造不安定性の有限要素シミュレーション方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の高速動力車列車の車体局所構造不安定性の有限要素シミュレーション装置の構成図である。
【図２】本発明の高速動力車列車の車体局所構造不安定性の有限要素シミュレーション装置のフローの模式図である。
【図３】本発明のＨｙｐｅｒｗｏｒｋｓソフトウェアにおける材料パラメータの設定画面を示す図である。
【図４】本発明のＨｙｐｅｒｗｏｒｋｓソフトウェアにおける板厚パラメータの設定画面を示す図である。
【図５】本発明のＨｙｐｅｒｗｏｒｋｓソフトウェアにおける車体の二次元モデル図である。
【図６】本発明のＨｙｐｅｒｗｏｒｋｓソフトウェアにおける車体局所領域凹みのモデル図である。
【図７】本発明のＨｙｐｅｒｗｏｒｋｓソフトウェアにおける拘束パラメータの定義画面を示す図である。
【図８】本発明の車体上の定義された拘束位置における模式図である。
【図９】本発明のＨｙｐｅｒｗｏｒｋｓソフトウェアにおける荷重、モード周波数を定義する画面を示す図である。
【図１０】本発明のＨｙｐｅｒｗｏｒｋｓソフトウェアにおける静的荷重作業状況を定義する画面を示す図である。
【図１１】本発明のＨｙｐｅｒｗｏｒｋｓソフトウェアにおける線形座屈解析作業状況を定義する画面を示す図である。
【図１２】本発明の車体不安定性シミュレーション解析の解析モデルの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面と実施例に基づいて本発明を更に説明する。
【００１８】
本実施例において、高速動力車列車の車体局所構造不安定性の有限要素シミュレーション装置及びその方法は、従来のＨｙｐｅｒｗｏｒｋｓソフトウェアをヒューマン・コンピュータインタラクションの基として採用して、本案を提出したが、その他の類似する有限要素解析用ソフトウェアによって本装置及び本方法の適用を支えてもよい。
【００１９】
１．Ｈｙｐｅｒｗｏｒｋｓソフトウェアのｈｙｐｅｒｍｅｓｈモジュールにおいて車体構造の有限要素モデルを構築する。
【００２０】
１．１  材料パラメータの設定
車体構造としてアルミニウム合金材料を用い、対応する材料パラメータは以下の通りである。すなわち、アルミニウム合金材料として、Εが６９０００ＭＰａ、μが０．３、ρが２．７ｅ-９ｔ/ｍｍ３である。材料定義モジュールにおいて、図３に示すように設定する。
【００２１】
１．２  ユニット属性の設定
車体設計図のデータに基づいて、車体の各箇所の構造の板厚に対して属性値の割当を行う。本車体構造は、大量の板厚属性値の割当に関係しているため、ここでは、図４に示すように、１例のみ挙げて説明する。その他の例について贅言しない。
【００２２】
１．３  車体有限要素モデル
設計図中の車体構造に基づいて車体の有限要素モデルを構築し、車体構造として主に四角形プレートユニットを用い、局所について三角形プレートユニットでシミュレートする。プレートユニットのサイズを２０ｍｍとし、図５に示すように、車体の二次元モデルを得た。
車体全体の有限要素モデルにおいて、局所領域の凹みモデルを構築し、凹み領域の寸法について、凹み深さを４ｍｍ、凹み長さを３８００ｍｍと仮設した。具体的な断面位置を図６に示す。
【００２３】
２．車体構造の境界条件の設定
【００２４】
２．１  拘束の設定
図７に示すように、ｈｙｐｅｒｍｅｓｈモジュールにおいて拘束の定義カードｓｐｃを作成し、後続の車体拘束においてこのカードをアクティブ状態のままとする。
図８に示すように、車体の４つの空気バネの位置に３つの方向の並進運動の自由度を拘束する。
【００２５】
２．２  荷重の設定
図９に示すように、ｈｙｐｅｒｍｅｓｈモジュールにおいて荷重の定義カード１５００ｋＮ、ｚｕｉｄａｃｕｉｚａｉ及び複合荷重を設定し、後続の車体の荷重印加において相応するカードをアクティブ状態のままとする。
【００２６】
今回の解析中に、主に最大垂直荷重（５４７．６ｋＮ）と圧縮荷重（１５００ｋＮ）の複合作業状況下での車体の線形座屈を考察する。カプラ取付座に車体縦方向の１５００ｋＮ、車体の床に５４７．６ｋＮの均一分布荷重が平面的に印加される。
【００２７】
複合作業状況の定義は、図９におけるｆuｈeカードの定義方法を参照すればよい。２つの荷重、即ち最大垂直荷重と圧縮荷重を線形的に合成する。
【００２８】
同時に、車体モード周波数のカードも定義し、その名称をｆｒｅｑと定義し、周波数範囲を１〜４０Ｈｚと設定する。
【００２９】
２．３  荷重解析作業状況の設定
車体有限要素モデルを構築し終えるとともに相応する約束と荷重を定義した後、荷重解析作業状況を設定し始める。今回の解析は、線形座屈解析であるため、ｈｙｐｅｒｍｅｓｈモジュールにおいて図１０、図１１に示すように定義する。先ず、静荷重作業状況を定義し、その名称をｓｔａｔｉｃ  ｌｏａｄと定義する。約束としてｓｐｃ、荷重としてｆｕｈｅを選択する。
【００３０】
その後、線形座屈解析作業状況を定義し、その名称をｌｉｎｅａｒ  ｂｕｃｋｌｉｎｇと定義する。そして、上記のように定義した静荷重作業状況ｓｔａｔｉｃ  ｌｏａｄとモード周波数ｆｒｅｑを選択する。
【００３１】
３、計算結果
【００３２】
図１２に示すように、車体構造不安定性シミュレーション解析を行い、計算した結果、この箇所の臨界座屈係数は０．８７４である。つまり、最初に印加した荷重の８７．４％になったとき、構造が不安定になる現象が生じることを示した。これによって、この構造に印加可能な最大荷重が得られる。
【００３３】
４．線形座屈解析により、車体局所構造に凹みが生じたときの臨界不安定性荷重が得られ、車体構造強度解析を行なった後にこの箇所の荷重を抽出し、当該２つの数値の大きさを比較する。車体構造強度により得られた荷重が臨界不安定性荷重より小さければ、この不具合な状態にある車体構造の運行が信頼できると判断される一方、臨界不安定性荷重よりも大きければ、この不具合な状態にある車体構造をさらに補強して不具合な箇所の剛性を向上する必要があると判断される。
【００３４】
図１及び図２に示すように、高速動力車列車の車体局所構造不安定性の有限要素シミュレーション装置は、車体構造の有限要素モデルを構築するモジュールである第１の部分と、車体構造の境界条件を設定するモジュールである第２の部分と、車体構造の不安定性シミュレーション解析モジュールである第３の部分とを有するとともに、第１の部分と第２の部分が何れも第３の部分に接続されたものであって、具体的には、
第１の部分のモジュールは、ヒューマン・コンピュータインタラクション装置を利用して設計された車体の形状や寸法を取得することによりモデルを構築するとともに、車体の局所に少なくとも１つの凹み部１を設置しシミュレートするための局所凹み領域モデル構築モジュールをさらに含み、
第２の部分のモジュールは、ヒューマン・コンピュータインタラクション装置によって配置された以下のモジュール、すなわち、車体から少なくとも１つの位置を選択してその自由度を拘束制限する車体境界拘束設定モジュールと、車体の水平面に、車体が受けられる最大垂直荷重である均一分布荷重を印加すると共に、車体の少なくとも１つの位置に縦方向の圧縮荷重を印加する車体最大垂直荷重及び圧縮荷重定義モジュールと、車体最大垂直荷重及び圧縮荷重定義モジュールからのデータを受信し、この最大垂直荷重及び圧縮荷重を線形合成する複合荷重線形合成モジュールと、車体モード周波数の範囲値を予備として設定するとともに、第３の部分のモジュールに提供する車体モード周波数定義モジュールと、車体の静荷重を予備として設定する静荷重作業状況定義モジュールと、静荷重作業状況定義モジュール及び車体モード周波数定義モジュールに接続して、静荷重とモード周波数のデータを取得する線形座屈解析作業状況定義モジュールとを備え、
第３の部分のモジュールは、第１の部分、第２の部分のモジュールのデータを取得した後、車体構造不安定性のシミュレーション解析を行い、順次に接続された以下のモジュール、すなわち、この凹み部の臨界座屈係数を臨界不安定荷重抽出モジュールに出力する臨界座屈係数算出モジュールと、この凹み部に印加可能な最大荷重を取得し、即ち車体局所構造が不安定になるときの臨界不安定荷重を取得すると共に、予備として出力する臨界不安定荷重抽出モジュールと、車体局所構造が不安定になったときの臨界不安定荷重を取得し、車体構造強度の解析が行われた後にこの箇所の荷重を抽出すると共に、2つの数値の大きさを比較し、車体構造強度により得られた荷重が臨界不安定性荷重よりも小さければ、この不具合な状態にある車体構造の運行が信頼できる一方、臨界不安定荷重よりも大きければ、この不具合な状態にある車体構造をさらに補強して欠陥部位の剛性を向上する必要があると判断する車体構造強度荷重及び臨界不安定荷重比較解析モジュールとを備える。
【００３５】
第１の部分のモジュールは、車体用の材料のパラメータを取得する車体材料パラメータ設定モジュールと、車体の設計図のデータに基づいて、車体の各部材の構造の板厚の割り当てられた属性値を取得する車体各部材板厚パラメータ設定モジュールと、設計図に示す車体構造に基づいて車体の有限要素モデルを構築し、車体構造を四角形プレートユニットで、局所を三角形プレートユニットでシミュレートして車体構造の二次元モデルを取得する車体全体有限要素モデル構築モジュールと、車体全体有限要素モデルの中に局所領域の凹みモデルを構築し、凹み部１の寸法を設定する局所凹み領域モデル構築モジュールとを備える。
【００３６】
第３の部分のモジュールは、該当部分の車体構造が信頼できると判断されるモジュールと、該当部分を補強する必要があると判断されるモジュールとをさらに備え、車体構造強度荷重及び臨界不安定性荷重比較解析モジュールは、データの解析結果に応じて、臨界座屈係数が１以上であれば、該当部分の車体構造が信頼できると判断されるモジュールに接続され、臨界座屈係数が１未満であれば、該当部分を補強する必要があると判断されるモジュールに接続される。
【００３７】
車体境界拘束設定モジュールにおいて、３方向の並進自由度は、車体の４つの空気バネ２のところで拘束される。
【００３８】
圧縮荷重は、カプラ取付座に車体の縦方向荷重を印加するように構成されており、前記最大垂直荷重は、車体の床に均一分布荷重を平面的に印加するように構成されている。最大垂直荷重が５４７．６ｋＮであり、即ち車体の床に５４７．６ｋＮの均一分布荷重が平面的に印加され、前記圧縮荷重は１５００ｋＮであり、即ちカプラ取付座に１５００ｋＮの車体の縦方向荷重が印加される。前記車体全体有限要素モデル構築モジュールにおいて、前記プレートユニットのサイズは２０ｍｍに設定され、前記車体モード周波数定義モジュールにおいて、モード周波数の範囲は１〜４０ＨＺに設定される。前記局所凹み領域モデル構築モジュールにおいて、凹み部の寸法は、凹み深さは４ｍｍであり、凹み長さは３８００ｍｍである。
【００３９】
高速動力車列車の車体局所構造不安定性の有限要素シミュレーション方法であって、
ヒューマン・コンピュータインタラクション装置を利用して設計された車体の形状や寸法を取得することによりモデルを構築するとともに、車体局所凹み領域のモデルを構築し、即ち車体の局所に少なくとも１つの凹み部を設置しシミュレートする第１のステップと、
ヒューマン・コンピュータインタラクション装置を利用して車体構造の境界条件を配置するとともに、以下のステップ、すなわち、
車体から少なくとも１つの位置を選択してその自由度を拘束制限する車体境界拘束の設定ステップＳ１と、
車体の水平面に、車体が受けられる最大垂直荷重である均一分布荷重を印加すると共に、車体の少なくとも１つの位置に縦方向の圧縮荷重を印加する車体最大垂直荷重及び圧縮荷重の定義ステップＳ２と、
車体最大垂直荷重及び圧縮荷重のデータを設定してから、この最大垂直荷重及び圧縮荷重を線形合成する複合荷重の線形合成ステップＳ３と、
車体モード周波数の範囲値を予備として設定する車体モード周波数の定義ステップＳ４と、
車体の静荷重を予備として設定する静荷重作業状況の定義ステップＳ５と、
設定された静荷重とモード周波数データを配置する線形座屈解析作業状況の定義ステップＳ６とを順に実行する第２のステップと、
車体構造の不安定性シミュレーション解析を行い、計算によってこの凹み部の臨界座屈係数０.Ｘを得て、その結果、荷重が最初に印加した荷重のＸ％になったとき、構造が不安定になったことを確認し、これによって、この構造に印加可能な最大荷重を取得し、臨界座屈係数が１以上であれば、この部分の車体構造が信頼できると判断する一方、限界臨界座屈係数が１未満であれば、この部分を補強する必要があると判断する第３のステップとを含む。
【００４０】
高速動力車列車の車体局所構造不安定性の有限要素シミュレーション方法であって、
ヒューマン・コンピュータインタラクション装置を利用して設計された車体の形状や寸法を取得することによりモデルを構築するとともに、車体局所凹み領域のモデルを構築し、即ち車体の局所に少なくとも１つの凹み部を設置しシミュレートする第１のステップと、
ヒューマン・コンピュータインタラクション装置を利用して車体構造の境界条件を配置するとともに、以下のステップ、すなわち、
車体から少なくとも１つの位置を選択してその自由度を拘束制限する、車体境界拘束の設定ステップＳ１と、
車体の水平面に、車体が受けられる最大垂直荷重である均一分布荷重を印加すると共に、車体の少なくとも１つの位置に縦方向の圧縮荷重を印加する、車体最大垂直荷重及び圧縮荷重の定義ステップＳ２と、
車体最大垂直荷重及び圧縮荷重のデータを設定してから、この最大垂直荷重及び圧縮荷重を線形合成する、複合荷重の線形合成ステップＳ３と、
車体モード周波数の範囲値を予備として設定する、車体モード周波数の定義ステップＳ４と、
車体の静荷重を予備として設定する静荷重作業状況の定義ステップＳ５と、
設定された静荷重とモード周波数データを配置する、線形座屈解析作業状況の定義ステップＳ６とを順に実行する第２のステップと、
車体構造の不安定性シミュレーション解析を行い、計算によってこの凹み部の臨界座屈係数０.Ｘを得て、その結果、荷重が最初に印加した荷重のＸ％になったとき、構造が不安定になったことを確認し、これによって、この構造に印加可能な最大荷重を取得し、臨界座屈係数が１以上であれば、この部分の車体構造が信頼できると判断する一方、限界臨界座屈係数が１未満であれば、この部分を補強する必要があると判断する第３のステップとを含む。
【００４１】
最後に説明すべきこととして、以上の実施例は、本発明の技術案を説明するためのものに過ぎず、制限するものではない。より良い実施例を参照して本発明について詳しく説明したが、当業者であれば、本願の具体的な実施態様を変更し、あるいは一部の構成要件を同等のものに置換することができ、本願の技術案の主旨を逸脱しない限り、これらの変更または置換によって得られた技術案は本願の保護しようとする技術案の範囲に該当すると、理解すべきである。
【図１】
2017516165.tif 000003
【図２】
2017516165.tif 000004
【図３】
2017516165.tif 000005
【図４】
2017516165.tif 000006
【図５】
2017516165.tif 000007
【図６】
2017516165.tif 000008
【図７】
2017516165.tif 000009
【図８】
2017516165.tif 000010
【図９】
2017516165.tif 000011
【図１０】
2017516165.tif 000012
【図１１】
2017516165.tif 000013
【図１２】
2017516165.tif 000014
【国際調査報告】
2017516165.tif 000015
2017516165.tif 000016
2017516165.tif 000017
2017516165.tif 000018