(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接未溶着部の分割要素長を、０．１０mm以上、０．４２mm以下として作成した有限要素解析モデルを用いて、溶接未溶着部を有すると予め予想される鉄道車両用台車枠の強度を評価する方法であって、
応力拡大係数演算手段が、予想される溶接未溶着部の起点に一つ設けた起点節点から、溶接未溶着部の開口側の同じ距離となる位置に、溶接未溶着部の開口方向に対して、２つで組みをなす少なくとも４組の節点のうちの前記起点節点に最も近い節点の組を除く、２〜４番目の何れかの節点の組の開口変位または前記２〜４番目のうちの２つの組の節点の開口変位から応力拡大係数を求め、
比較手段が、前記求めた応力拡大係数を、予め準備した疲労設計基準線と比較することで溶接未溶着部の強度評価を行うことを特徴とする台車枠の強度評価方法。
【請求項２】
溶接未溶着部の分割要素長を、０．１０mm以上、０．４７mm以下として作成した有限要素解析モデルを用いて、溶接未溶着部を有すると予め予想される鉄道車両用台車枠の強度を評価する方法であって、
応力拡大係数演算手段が、予想される溶接未溶着部の起点に一つ設けた起点節点から、溶接未溶着部の開口側の同じ距離となる位置に、溶接未溶着部の開口方向に対して、２つで組みをなす少なくとも４組の節点のうちの前記起点節点に最も近い節点の組を除き、２番目又は３番目の節点の組の開口変位から応力拡大係数を求め、
比較手段が、前記求めた応力拡大係数を、予め準備した疲労設計基準線と比較することで溶接未溶着部の強度評価を行うことを特徴とする台車枠の強度評価方法。
【請求項３】
応力拡大係数の判定手段を更に備え、
この判定手段が、前記求めた応力拡大係数が溶接部に沿って連続的に分布することをもってその評価結果が正しいと判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の台車枠の強度評価方法。
【請求項４】
応力拡大係数の判定手段を更に備え、
この判定手段が、前記２〜４番目のうちの２つの組の前記求めた応力拡大係数がほぼ一致することをもってその評価結果が正しいと判定することを特徴とする請求項１又は３に記載の台車枠の強度評価方法。
【請求項５】
応力拡大係数の判定手段を更に備え、
この判定手段が、前記２番目と３番目の組の前記求めた応力拡大係数がほぼ一致することをもってその評価結果が正しいと判定することを特徴とする請求項２に記載の台車枠の強度評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両用台車枠の強度を評価する方法に関し、特に有限要素解析を用いた新規な台車枠の強度評価方法に関するものである。
【０００２】
鉄道車両の分野では、ゆれまくら、牽引装置、軸箱支持装置、及びこれらに付属する部品の強度評価は、非特許文献１，２に従って行われる。従って、これらのゆれまくら、牽引装置、軸箱支持装置、及びこれらに付属する部品についても、ここでの台車枠に含むものとする。
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｅ４２０７（鉄道車両−台車−台車枠設計通則）
【非特許文献２】ＪＩＳ  Ｅ４２０８（鉄道車両−台車−荷重試験方法）
【背景技術】
【０００３】
鉄道車両用台車枠は、車体を支持するのと共に、車輪、車軸、駆動制動装置、サスペンション部品等の走行機能を担う台車部品を、適正な空間位置に保持する構造部材である。
【０００４】
このため、台車枠には、これら多くの部品を取り付けるためのフランジや座面等を随所に設ける必要があり、溶接構造を用いることが多い。また、台車枠には、走行時にこれらの部品から複雑な荷重が伝達されるので、長期の使用に対する強度耐久性を確保しておく必要がある。
【０００５】
鉄道車両用台車枠の強度評価に際し、現状は、前記の非特許文献１，２に順じて行われている。すなわち、実際の台車枠に歪みゲージを貼って静荷重試験を行い、測定された応力から実働条件を考慮して平均応力と変動応力を演算し、この演算結果から各応力を耐久限度線図上にプロットして耐久限度と比較することによって強度評価を行なっている。
【０００６】
しかしながら、先に述べた通り、鉄道車両用台車枠には多くの溶接部位が存在する。この点に関して前記の非特許文献１の附属書には、次の記載がある。
「本来、溶接部は両面溶接とすることが望ましいが、台車枠においては、裏当て金を使用しない片面開先溶接が多く使われている。この場合、完全溶込みを目指してもルート部には小さな溶け込み不良（接合不良）が存在すると考えなくてはならない。」
【０００７】
この附属書の記載事項より、台車枠の設計、製造に際しては、溶接部の小さな溶け込み不良（以下、溶接未溶着部と言う。）を考慮した強度評価が重要であることが明らかである。
【０００８】
従って、実際の製造工程では、製造された台車枠の溶接部を、超音波探傷又は磁気探傷して未溶着部の存在位置と長さを調査し、台車枠の健全性を評価している。しかしながら、このような方法で評価する場合、安全性重視の観点から、全ての溶接部位に対して同一の未溶着長さを管理基準としている場合が多いので、探傷に要する時間が長くなるという問題がある。また、製造後の探傷結果によって未溶着長さが管理基準を越えた部位は再度溶接を行うため、製造工数が膨大となる問題があるが、前記のように同一の未溶着長さを管理基準とする場合、再溶接のリスクが高くなる。
【０００９】
一般に、走行中の台車枠に作用する外荷重は、その方向や大きさが異なる。従って、許容される未溶着長さは、台車枠の構造や路線毎に異なると考えられる。そのため、設計段階で溶接部に許容される未溶着長さを予め求めることができれば、前記した探傷時間の短縮化が可能になるだけでなく、健全性、安全性の評価、確保にも非常に有益である。
【００１０】
このようなことから、鉄道車両用台車枠の強度評価に際して、従来から、種々の提案がなされている。
【００１１】
例えば特許文献１には、鉄道車両用台車枠を有限要素解析する場合における有限要素モデルの作成方法が提案されている。しかしながら、この技術は、台車枠の強度評価に直接利用できるものではない。
【特許文献１】特開２００２−７３７０５号公報
【００１２】
また、特許文献２には、作成した有限要素モデルの節点について複合応力を演算し、その結果から安全率分布図を作成して強度評価を行う方法が提案されている。しかしながら、特許文献２には、溶接未溶着部の評価方法については開示されていない。
【特許文献２】特開２００５−１９０２４２号公報
【００１３】
ところで、溶接未溶着部の評価は、当該溶接未溶着部をき裂と等価と見なし、破壊力学解析で用いられる応力拡大係数によって評価することが一般的に行われている。非特許文献１の附属書には、溶け込み不良からき裂が進展しない判定方法として、次の数式１が記載されている。
【００１４】
【数１】
0005101368.tif 000002
【００１５】
この評価方法は、附属書に参考として記載されているだけで、規定されてはいない。また、数式１は明らかに△σ、すなわち母材の外表面応力に依存するが、その測定位置については台車枠毎に異なるので、一般的に取り決めることはできない。このようなことから、数式１を用いて応力拡大係数範囲を正確に評価することはできない。
【００１６】
また、応力拡大係数の評価方法に関しては、以下の文献がある。
特許文献３には、有限要素解析に基づく応力拡大係数の誤差評価方法が開示されている。しかしながら、この特許文献３で開示された方法は、き裂先端変位場、すなわち溶接未溶着部先端の変位場の関数形が既知で、この変位の関数形を特異要素が一部表現しうることが要請されているため、以下の点から台車枠の強度評価には適用できない。
【特許文献３】特開２００２−３５０３１０号公報
【００１７】
a) 台車枠を始めとする複雑な溶接構造体の継手構造に対して、き裂先端変位場、すなわち溶接未溶着部先端の変位場の関数形を求めることは事実上不可能である。
b) 仮に前記関数形が求まったとしても特異要素が必要とされる。一般の設計業務では、汎用ソフトウェアの自動要素分割機能を利用するため、き裂先端場、すなわち溶接未溶着部の先端の場を全て特異要素に分割することは実用上困難である。
【００１８】
なお、特異要素の例としては、Barsoumのものが広く知られている（非特許文献３）。
【非特許文献３】矢川元基編、破壊力学、培風館、1988年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
鉄道車両用台車枠は複雑な溶接構造体であり、構造上、溶接ルート部に未溶着部が残存する場合がある。
本発明が解決しようとする課題は、台車枠の設計に際して、迅速かつ高精度に、前記未溶着部の強度評価を実用的に行う方法がなかったという点である。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の台車枠の強度評価方法は、
構造上、溶接部に溶接未溶着部が残存する場合がある、複雑な溶接構造体である台車枠の設計に際し、精度良く、しかも実用的に溶接未溶着部の強度評価を行うために、
溶接未溶着部の分割要素長を、０．１０mm以上、０．４２mm以下として作成した有限要素解析モデルを用いて、溶接未溶着部を有すると予め予想される鉄道車両用台車枠の強度を評価する方法であって、
応力拡大係数演算手段が、予想される溶接未溶着部の起点に一つ設けた起点節点から、溶接未溶着部の開口側の同じ距離となる位置に、溶接未溶着部の開口方向に対して、２つで組みをなす少なくとも組の節点のうちの前記起点節点に最も近い節点の組を除く、２〜４番目の何れかの節点の組の開口変位または前記２〜４番目のうちの２つの組の節点の開口変位から応力拡大係数を求め、
比較手段が、前記求めた応力拡大係数を、予め準備した疲労設計基準線と比較することで溶接未溶着部の強度評価を行うことを最も主要な特徴としている。
【００２２】
また、本発明の台車枠の強度評価方法において、前記２番目又は３番目の節点の組の開口変位から求めた応力拡大係数を使用する場合は、前記溶接未溶着部の有限要素分割を行う際の要素長を、０．１０mm以上、０．４２mm以下とすることに替えて、０．１０mm以上、０．４７mm以下とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、製造工程で予想される溶接未溶着部に対して、設計段階で、高精度に、しかも実用的にその強度評価を行うことができる。特に本発明において、要素長を、例えば０．１０mm以上、０．４２mm以下とすれば、１０００mm程度の溶接線を一度に評価できるので、非常に迅速なる強度評価が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図１９を用いて説明する。
本発明では、対象構造物である台車枠において評価対象とする溶接未溶着部を考慮した有限要素モデルを作成し、その解析結果から応力拡大係数を求める。
【００２５】
次に、溶接未溶着部をき裂と等価として、ばらつきを含めた疲労特性を破壊力学的に評価し、応力拡大係数を指標とした耐久限度線（疲労設計基準）と、前記求めた応力拡大係数を比較する。そして、この比較によって当該部位の強度評価を行う。
【００２６】
このような本発明方法において、まず、有限要素解析を用いて応力拡大係数を求める方法を詳細に説明する。
図１に示すように、溶接未溶着部の先端付近に局所座標系を定義すると、図２（ａ）〜（ｃ）に示すような変形様式が考えられる。
【００２７】
この各変形様式におけるき裂の開口変位は、下記の数式２の(1)〜(4)式のように示される。これらの(1)〜(4)式に示したＫI，ＫII，ＫIIIを、それぞれモードI，モードII，モードIIIの応力拡大係数という。この応力拡大係数の大きさは、溶接未溶着部先端近傍の応力や変位の分布や広がりを決定する（岡村弘之、線形破壊力学入門、培風館、１９７６年）。
【００２８】
【数２】
0005101368.tif 000003
【００２９】
有限要素解析に際して、溶接未溶着部をモデル化し、その縁の変位を求めれば、前記数式２の(1)〜(3)式から得られる下記数式３の(1)〜(3)式によって応力拡大係数を求めることができる。
【００３０】
【数３】
0005101368.tif 000004
【００３１】
台車枠の設計に際しては、製造工程において溶接未溶着部が存在すると考えられる溶接部（溶接線）を実際にモデル化し、その溶接未溶着部の開口変位を有限要素解析によって求め、前記数式３の(1)式から(3)式に従って応力拡大係数を求めればよい。
【００３２】
有限要素法に基づいて溶接未溶着部をモデル化した一例を図３に、また計算結果として溶接未溶着部が開口した場合の一例を図４に示す。
【００３３】
なお、図３及び図４における補足は以下の通りである。
(イ) 図３、図４とも、２次元モデルを三角形要素によって溶接未溶着部周辺を要素分割しているが、実際には３次元モデルであるため、四面体要素を用いることになる。
【００３４】
(ロ) また、図３、図４とも、一般的な１次要素で分割した図となっているが、中間節点を有する２次要素で分割する方法が一般的である。
【００３５】
(ハ) さらに、モデル化に際しては一般に使用される多面体要素（五面体要素、六面体要素等）を用いてもよい。
【００３６】
ところで、溶接未溶着部のモデル化に際し、破壊力学解析分野では、一般に、き裂長さ（本発明における溶接未溶着部長さ）ａに対して、０．０１ａ程度の要素長が必要であるとされている（日本機械学会編、固体力学におけるコンピュータアナリシス、コロナ社、昭和６１年）。
【００３７】
溶接部に残存する未溶着長さは、一般には０mmから数mmの範囲であるが、例えば未溶着長さを２mmとした場合には、必要となる要素長は０．０２mmとなる。要素長をこのような長さとした場合、溶接構造物が有する長い溶接線を、汎用のパーソナルコンピュータを用いて解析することは計算機の能力上困難である。すなわち台車枠設計等の実構造物への適用は不可能である。
【００３８】
そのため、発明者等は、従来、溶接未溶着部長さａに対して、０．０１ａ程度といわれていた要素長の条件を、溶接線解析に必要かつ十分な値に適正化する必要があると考えた。
【００３９】
ところで、有限要素解析では、対象とする構造物を事前に要素分割しておく必要がある。そのため、要素分割後に得られる節点を加え、図２に示した表示形式で図４を書き直すと、図５に示すようになる。ここで、溶接未溶着部の先端の節点番号をＮ0、溶接未溶着部の開口部の節点番号をそれぞれＮ11，Ｎ12と表記した。
【００４０】
有限要素解析後のＮ0，Ｎ11，Ｎ12の変位から上記数式３の(1)〜(3)式に基づいて応力拡大係数ＫI、ＫII、ＫIIIを求める。例えばＮ0，Ｎ11，Ｎ12における変位をそれぞれＵＮ0，ＵＮ11，ＵＮ12とすると、上記数式３の(1)式に示したＵyは以下の数式４から求めることができる。
【００４１】
【数４】
0005101368.tif 000005
【００４２】
数式４に示した（y）は、ｙ方向の変位を表す。また、応力拡大係数ＫIの計算精度を確保するため、Ｎ11とＮ12は予めＮ0から等しい距離ｒに設定しておく必要がある。なお、応力拡大係数ＫII、ＫIIIについても同様の方法で求めることができる。
【００４３】
この距離ｒについて、発明者らは種々の有限要素モデル解析を行い、以下のように規定した。なお、数式４では、溶接未溶着部をモデル化した際の先端節点からの距離であるが、ここではモデル作成時の要素長で規定した。台車枠に限らず、有限要素解析に基づく応力解析や変位解析では、工学的には一般的に二次要素が用いられることが多いため、ここでも有限要素解析には二次要素を用いることとすると、要素長の１／２がｒに相当する。
【００４４】
溶接構造物の溶接未溶着部の近傍には、代表的には引張と曲げが重畳される。従って、それぞれの荷重場に対して一般に知られているき裂部、すなわち溶接未溶着部の応力拡大係数の理論解に対し、有限要素解析で得られる応力拡大係数を比較し、その計算精度を判断基準とする。
【００４５】
ここで、「その計算精度」とは、｛（計算値−理論解）／理論解｝×１００[％]である。この式によれば計算精度には符号がつくが、−１０％以下とならない要素長を選択する。その理由は、この程度の要素長でモデル化しないと、台車枠組立時における溶接線をカバーできないためである。また、計算精度の符号が正の場合は理論解に対して計算値は大きくなり、強度評価の観点から安全側の評価になる。しかしながら、過大な安全側の評価とすると製造時に過大なコストがかかるため、評価に際しては両者を考慮して判断する。
【００４６】
以下では、片側にクラック（溶接未溶着と同じ）のある帯板の一様引張問題と、３点曲げ問題による検討結果を示す。なお、それぞれの理論解は、参考文献（岡村弘之、線形破壊力学入門、培風館、１９７６年）を引用した。
【００４７】
（その１）
図６に示すような、片側にクラックのある帯板の一様引張の場合の理論解は下記数式５に示す通りである。前記参考文献には、この数式５の、（ａ／Ｗ）をξとおいた、下記数式６に示す３つの式が提案されている。なお、評価に際しては下記数式６に示す３つの式から得られる結果を平均化する。
【００４８】
【数５】
0005101368.tif 000006
【００４９】
【数６】
0005101368.tif 000007
【００５０】
（その２）
図７に示すような、片側にクラックのある帯板の３点曲げの場合の理論解は下記数式７に示す通りである。前記参考文献には、この数式７の、（ａ／Ｗ）をξとおいた、下記数式８が提案されている。
【００５１】
【数７】
0005101368.tif 000008
【００５２】
【数８】
0005101368.tif 000009
【００５３】
以上の理論解と比較する有限要素モデルは、３次元でモデル化し、中央断面の値を評価した。従って、数式２の(4)式に示したＥ’は、平面ひずみ場を仮定した。有限要素モデルの一例を図８に示す。
【００５４】
要素長に対する誤差をａ／Ｗで整理し、前記その１で示した引張条件の場合を図９に、前記その２で示した曲げ条件の場合を図１０に示す。ここで、ａはき裂長さ、すなわち溶接未溶着部長さ、Ｗは板厚である。また、図９及び図１０には計算可能な溶接線長さも併せて示した。さらに、図９のａ／ｗ=０.１を示す評価線に対して、要素長０．４mm付近を拡大して図１１に示す。
【００５５】
図９〜図１１に記載した(1)〜(4)の番号の説明を図１２に示す。図１２は図４に示したき裂部、すなわち溶接未溶着部を二次要素で分割し、拡大したものであるが、き裂（溶接未溶着部）先端節点から近い順に、(1)から(4)の番号を割り付けたものである。この(1)から(4)に示した節点の組は、それぞれが図５と数式４に示した節点Ｎ11とＮ12に相当する。
【００５６】
台車枠に使用される板材の厚みは概ね９mmから１５mmの範囲であり、経験上、溶接板に対する未溶着長さの最小値は１０％、最大値は５０％であることから、評価基準としたａ／Ｗの範囲は、０．１以上、０．５以下とした。
【００５７】
図９〜図１１に示した関係から、以下の結果が明らかとなった。
引張条件、曲げ条件とも、溶接未溶着部の長さが短い場合、すなわちａ／Ｗが０.１の場合に計算誤差が大きくなる。従って、溶接未溶着部の先端節点に最も近い節点(1)の変位は、応力拡大係数Ｋの評価に使用すべきではなく、節点(2)(3)(4)の何れかの変位から応力拡大係数を評価すべきである。計算誤差がより大きい、図９のａ／Ｗが０．１の場合から判断した場合、適正な要素長範囲は、０．１０mm以上、０．４２mm以下となる。
【００５８】
以上の結果、発明者等は、溶接未溶着部先端からの節点並びに対して、２〜４番目の何れか、またはそのうちの２つの節点で開口変位を評価する場合は、要素長の適正範囲を、０．１０mm以上、０．４２mm以下とすれば良いことを知見した。また、２番目又は３番目の何れかの節点で開口変位を評価する場合には、要素長の適正範囲を０．１０mm以上、０．４７mm以下とすれば良いことも知見した。
【００５９】
またａ／Ｗが０.５の場合の評価結果より、応力拡大係数Ｋの計算には、計算精度を求めるならば節点(2)の変位を、安全側に評価するならば節点(4)の変位を使用するべきであることも判明した。
【００６０】
応力拡大係数Ｋを求める際に使用する節点として、前記節点(2)〜(4)を使用する本発明方法の対象となる台車枠等のばねで支えられている構造物では、そのばねの軸変位方向の荷重に対して大きな剛体変形を伴う。このような場合、応力拡大係数Ｋの評価に必要な微小変位とは数値的な桁数が相違する。
【００６１】
そのため、数式４に示した変位計算式のＵＮ0が、ＵＮ11やＵＮ12と比較してばねの軸変位方向に過大な値となると、計算機による計算ではＵＮ11やＵＮ12は「０」となって、応力拡大係数Ｋの評価に必要な微小変位を精度良く求めることができなくなる。以下、このような場合を「桁落ち」と言う。
【００６２】
このような桁落ちの問題を避けるためには、計算上の荷重条件や拘束条件を工夫する必要があるが、計算結果として得られた応力拡大係数Ｋの良否を判断する基準も必要となる。
【００６３】
応力拡大係数Ｋは、前記数式１や数式５にも示したように一般には、下記数式９で表される。
【００６４】
【数９】
0005101368.tif 000010
【００６５】
この数式９より、応力拡大係数Ｋを求める場の応力が連続的に変化する場合には、応力拡大係数Ｋも当然に連続的に分布することから、溶接線に沿って応力拡大係数が連続的に分布する場合には、その評価結果が正しいと判断することができる。
【００６６】
以下、実施例によって具体的に説明する。
本発明方法では評価に用いる疲労設計基準に対しては特段の制約はないが、例えば公知文献（牧野泰三他、日本機械学会第１４回交通・物流部門大会講演論文集、(2005)、p355〜358）には下記数式１０、数式１１の基準線が提案されている。
【００６７】
【数１０】
0005101368.tif 000011
【００６８】
【数１１】
0005101368.tif 000012
【００６９】
前記数式１０と数式１１において、ＫθはErdogan-Sihの混合モードクライテリオンに基づく最大主応力方向応力拡大係数（公知文献  F.Erdogan,G.C.Sih, J.Basic Eng., Trans. of the ASME, (1963), pp.519-527）であり、下記数式１２で求めるものである。
【００７０】
【数１２】
0005101368.tif 000013
【００７１】
図１３は本発明の強度評価方法の対象となる鉄道車両用台車枠の一例を示す全体斜視図である。台車枠１は、軸ばねを介して車軸が組み込まれた軸受が設置されるばね帽２を、車両進行方向の前後に設けた２個で対をなす側梁３を、横梁４で連結した構成で、前後方向中央部に空気ばねを載せる台座５が設けられている。
【００７２】
この台車枠１の軸距は２１００mm相当、空気ばねの間隔は２０００mmである。図１３のＡ−Ａ断面の詳細を図１４に示す。また、図１４に示した評価部１の詳細を図１５に示す。一般に、図１４に示した台車枠１の構成部品である側梁３は、横梁４との溶接性を向上するために開先３ａがとられているので、この開先３ａを併せて図１５に示した。
【００７３】
側梁３の開先３ａ部分と横梁４で形成される空間には溶接金属６が充填されるが、施工上、図１５に示したように、溶接未溶着部７が残存する場合がある。溶接未溶着部７の残存範囲は、溶接線、すなわち本事例では横梁４の周方向すべてに残存する可能性がある。
【００７４】
溶接未溶着部７の残存範囲となる可能性がある、横梁４の周方向すべてを評価部２として、この評価部２のみを図１４から取りだして図１６に示す。図１６（ａ）は、図１４に示した評価部２であり、横梁４の断面を示す。図１６（ｂ）は横梁４と溶接されている側梁３との断面図を表し、図１６（ｂ）に示した評価部３が，溶接未溶着部７が残存する可能性のある溶接線である。
【００７５】
図１３に示した台車枠１に、図１５、図１６に示した溶接部を仮定した有限要素モデルを作成し、空気ばねの台座５に台車荷重２５０kNが加わった場合の評価結果を示す。この評価に際して使用した数値は、横梁４の板厚は１５mm、外径は１８０mm、側梁３の板厚は１２mm、溶接未溶着部７の長さは２mm、溶接未溶着部７周辺の要素長は０.４mmである。
【００７６】
図１５では、溶接部の外表面をＲ形状としているが、側梁３の板厚から評価部の平均的な板厚は１４mm程度であり、図９から図１１に示したａ／Ｗの範囲内である。
【００７７】
評価結果を図１７に示す。図１７の横軸は、図１６（ｂ）に示した０°から評価方向に向かう角度で、横梁４の中心を基準とした角度である。図１７の縦軸は、数式１２で求めた最大主応力方向の応力拡大係数Ｋθである。
【００７８】
図１７では、軸ばねをモデル化せずに台車上下荷重から計算される反力を考慮して評価した場合（実線）と、軸ばね（軸ばね定数は６００kN）をモデル化して台車上下荷重を加えて評価した場合（破線）の結果を比較して示した。
【００７９】
先に述べた通り、軸ばねを考慮すると台車枠の剛体変形が大きくなり、計算結果の桁落ちが生じるため、図１７より、横軸に対して計算結果に連続性がない、すなわち、正しい評価がなされていないことが分かる。
【００８０】
これに対し、軸ばねをモデル化せず台車上下荷重から計算される反力を考慮した評価結果において、例えば節点(2)と節点(3)での評価結果を比較したものを図１８に示す。図１８より、両者の結果は、ほぼ同一の値となるため、正しく評価されていると判定できる。
【００８１】
一方、軸ばねをモデル化し、台車上下荷重を加えた評価結果において、節点(2)と節点(3)での評価結果を比較したものを図１９に示す。図１９より、両者の結果には大きな差異が認められ、本評価結果は正しいものではないと判定できる。
【００８２】
このようにして得られた応力拡大係数を、数式１０、数式１１の基準線と比較すれば、許容される未溶着寸法を、設計段階で迅速かつ高精度に、しかも実用的に評価することができる。
【００８３】
本発明において、要素長を従来の一般的な要素長よりも長くした場合、解析精度が悪くなると考えられる。しかしながら、本発明では要素長と溶接未溶着部の応力拡大係数の計算誤差との関係が予め分かっているので、その誤差を安全率に考慮して強度を評価すれば、より安全側の評価が可能となって、問題はない。
【００８４】
本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは、言うまでもない。
【００８５】
例えば本発明方法によって求めた応力拡大係数を設計基準線と比較した際、その判断が微妙な場合（設計基準線の境界線上にきた場合）には、その部分のみ、再度詳細に要素分割して確認すれば、より高精度な評価を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
以上の本発明は、台車枠の強度評価に限らず、溶接未溶着部を有する一般的な溶接構造物の強度評価にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】局所座標系における溶接未溶着部の先端付近の概念図である。
【図２】き裂先端付近の三つの独立な変形様式を示した図で、（ａ）はモードI（開口形、ＫI≠０）を示した図、（ｂ）はモードII（面内せん断形、ＫII≠０）を示した図、（ｃ）はモードIII（面外せん断形、または縦せん断形、ＫIII≠０）を示した図である。
【図３】有限要素解析における溶接未溶着部のモデル化例を示した図である。
【図４】有限要素解析から得られる溶接未溶着部の開口部計算結果例を示した図である。
【図５】有限要素解析から得られるき裂部の詳細と節点を示した図である。
【図６】片側にクラックのある帯板の一様引張の場合の説明図である。
【図７】片側にクラックのある帯板の３点曲げの場合の説明図である。
【図８】理論解との比較に用いた有限要素モデルの一例を示す図である。
【図９】図６に示す片側にクラックのある帯板の一様引張の場合における要素長と計算精度の関係を示した図である。
【図１０】図７に示した片側にクラックのある帯板の３点曲げの場合における要素長と計算精度の関係を示した図である。
【図１１】図９のａ／ｗ=０.１を示す評価線に対して、要素長０．４mm付近を拡大して示した図である。
【図１２】図９〜図１１に記載した節点(1)〜(4)について説明する図である。
【図１３】実施例に用いた台車枠の概要を示す斜視図である。
【図１４】図１３のＡ−Ａ断面図である。
【図１５】図１４に示した評価部１の説明図である。
【図１６】図１４に示した評価部２の説明図で、（ａ）は横梁の断面から見た図、（ｂ）は側梁の断面から見た図である。
【図１７】溶接未溶着部が２mm残存したと想定した場合の応力拡大係数評価結果を示した図である。
【図１８】軸ばねをモデル化せず、台車上下荷重を加えた場合の節点(2)と節点(3)での比較図である。
【図１９】軸ばねをモデルし、台車上下荷重を加えた場合の節点(2)と節点(3)での比較図である。
【符号の説明】
【００８８】
１    台車枠
３    側梁
４    横梁
６    溶接金属
７    溶接未溶着部
【図１】
0005101368.tif 000014
【図２】
0005101368.tif 000015
【図３】
0005101368.tif 000016
【図４】
0005101368.tif 000017
【図５】
0005101368.tif 000018
【図６】
0005101368.tif 000019
【図７】
0005101368.tif 000020
【図８】
0005101368.tif 000021
【図９】
0005101368.tif 000022
【図１０】
0005101368.tif 000023
【図１１】
0005101368.tif 000024
【図１２】
0005101368.tif 000025
【図１３】
0005101368.tif 000026
【図１４】
0005101368.tif 000027
【図１５】
0005101368.tif 000028
【図１６】
0005101368.tif 000029
【図１７】
0005101368.tif 000030
【図１８】
0005101368.tif 000031
【図１９】
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