| Project/Area Number |
22K04282
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22020:Structure engineering and earthquake engineering-related
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
紅露 一寛 新潟大学, 自然科学系, 教授 (70361912)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | レール継目 / 井桁状まくらぎ / バラスト道床沈下 / 曲線軌道 / カント / 軌道振動解析 / 弾塑性有限要素法 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，レール継目におけるバラスト道床の3次元的変状の発生・進展の抑制工法の一つである井桁状まくらぎ敷設工法を対象に，井桁状まくらぎ敷設レール継目部における軌道振動・バラスト道床繰り返し変形連成解析法の開発と，開発した解析法を活用した解析的アプローチから当該継目構造における道床の変状発生・進展抑制メカニズムの解明に取り組む．解析法の開発では，井桁状まくらぎの動的応答特性を評価したうえで，主要モードを再現可能な振動解析モデルの構築を目指す．また，井桁状まくらぎの形状や重量，バラスト道床の突き固め度合いの違いがバラスト道床の変状発生．進展に及ぼす影響などについて解析結果に基づき検討する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，レール継目部におけるバラスト道床沈下・変状対策の一つとして敷設される井桁状まくらぎの振動現象，およびバラスト道床沈下現象の定量予測手法を確立し，井桁状まくらぎ敷設レール継目部の道床沈下発生・進展メカニズムを解明することを目的としている．令和５年度は，井桁状まくらぎ敷設レール継目振動解析法と，弾塑性有限要素法に基づくバラスト道床繰り返し変形解析手法とを併用することで，井桁状まくらぎ敷設レール継目部におけるバラスト道床の変状を定量的に予測する手法を開発した．バラスト道床の繰り返し変形構成モデルには，cyclic densificationモデルを採用し，軌道縦断面に関する2次元解析を行った．なお，当初は3次元道床沈下解析との連成を計画していたが，解析対象として直線軌道を考えたこと，および先行研究でのバラスト道床繰り返し変形解析に関する成果を鑑みて，令和5年度は2次元解析（平面ひずみ解析）を採用することとした．
また，衝撃応答発生時の道床部の不可逆変形の進展メカニズムの解明を目的として，バラスト道床を拡張下負荷面モデルでモデル化した2次元弾塑性有限要素法を用いて，レール継目通過時の井桁状まくらぎ付近でのバラスト道床の変形挙動の評価を行なった．
さらに，軌道振動解析および道床沈下解析結果に対する軌道各部の材料物性値・形状特性値の空間的ばらつきの影響を評価することで，解析結果の信頼性評価を試みた．令和5年度は，非Gauss過程に従う空間的ばらつきを仮定したレールを考え，軌道振動解析結果に対する影響について定量的に評価した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和５年度は，前年度までの研究成果および研究資源を活用し，本補助金で購入した計算機等を最大限活用することで，井桁状まくらぎ敷設レール継目部の軌道振動解析法とバラスト道床繰り返し変形解析法とを連成させた解析法を開発した．当初は道床部の3次元繰り返し弾塑性有限要素法を採用する予定であったが，軌道直線部を対象としたことから2次元平面ひずみ問題を対象とした弾塑性有限要素法を採用している．道床部の3次元モデル実装は令和6年度に必要に応じて着手する予定である．令和5年度に着手した研究課題では，大きなトラブルなく成果が得られ，その一部を外部講評できる段階まで研究の進展が見られたことから，進捗状況を上記区分で自己評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和６年度は，本研究で開発した解析手法を用いた数値実験によって，井桁状まくらぎ敷設レール継目部におけるバラスト道床の不可逆変形の発生・進展メカニズムの解明に取り組む．特に，井桁状まくらぎの形状や重量，レール継目構造の違いがバラスト道床の変状発生．進展に及ぼす影響について検討する．また，レール凹凸の存在の影響や，車輪がレール継目部を通過する際の負荷履歴の影響を考慮した解析を行うことで，バラスト道床部の弾塑性構成モデルの選択の影響を明らかにする予定である．
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