高速走行によるカオス状振動下の鉄道車輪軸とレールの相互作用

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07650279
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 谷藤 克也 新潟大学, 工学部, 教授 (30197529)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 永井 健一 群馬大学, 工学部, 助教授 (00110403)
• Keywords: 車両動力学 / 車輪 / レール間の相互作用 / カオス振動 / フランジ接触 / 数値シミュレーション / 鉄道車輪軸 / 転送試験台実験

Research Abstract

1.模型車両試験装置上で新幹線車両用の1/5模型1軸台車(車輪軸単体相当)を速度を変えながら転走させ,不安定化した後の走行を主体に左右動,ヨ-角,ロール角の測定,および車輪/レールの接触状況のビデオによる記録を行った,データ解析の結果,次の点が明らかになった.
(1)車輪フランジとレールの衝突によって転送挙動がカオス状になる場合,接触側車輪のフランジ部には後方に引き戻すような力が作用する.これは,曲線通過時にフランジが外軌レールと接触する場合とは反対の方向である。
(2)フランジ衝突の際,非接触側の車輪でも踏面がレールから離れる場合が観察されており,ロール角の変化はレールに拘束されたものとは異なる.
2.実験で得られた車輪軸転送におけるカオス挙動の特徴は,左右動変位波形に"振れ戻り"の現象が顕著に現れることであり,外国の研究者によってこれまでに行われたシミュレーション結果の傾向とも異なるものであることが示された.
3.従来の研究で用いられてきた『踏面1点接触+フランジ反力』型の解析モデルにより,シミュレーションで実験の傾向を模擬することを試みた結果,次の点が示された.
(1)実験のカオス状データを模擬するためには,踏面部摩擦係数,フランジ部摩擦係数,および車輪踏面等価勾配の3つのパラメータを非現実的な範囲まで調整しなければならない.
(2)パラメータの調整量は走行速度ごとに変えなければならず,カオス振動解析のためのモデルとしては限界がある.

Research Products

• [Publications] K. Tanifuji: "Chaotic Oscillation of a Wheelset Rolling on Rail; Verification on Roller Rig" 14th IAVSD Symposium on Dynamics of Vehicles on Roads Tracks. 74-76 (1995)
• [Publications] 谷藤克也: "鉄道車輪軸の転走におけるカオス状振動(模型実験との比較によるシミュレーションモデルの評価)" 日本機械学会第8回計算力学講演会講演論文集. 95-4. 239-240 (1995)