フレキシブル・マルチボディ・ダイナミクスを用いたコルゲーション現象の解明

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10450091
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 須田 義大 東京大学, 国際・産学共同研究センター, 教授 (80183052)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 曄道 佳明 上智大学, 理工学部, 助教授 (50262118)
• Keywords: マルチボディシステム / フレキシブルビーム / 連成振動 / 大変形 / 回転円盤 / 非ホロノミック拘束 / 弾性接触 / 非線形有限要素法

Research Abstract

本研究の目的は、レールや転がり軸受に発生するコルゲーション現象を念頭にして、力学モデルを構築し、接触問題の解明のための物理モデルを検討することである。鉄道レールでは、多くの枕木と弾性体であるレールが締結された構造を持っており、転がり軸受においても同様に、柔軟体を含むマルチボディ・システムとなっている。そこで、フレキシブル・マルチボディ・ダイナミクスの手法を用いて力学モデルを構築し、コルゲーション現象の解析、解明を行う。
初年度は、弾性レールが枕木で不連続に支持され、その上を車輪が転がる状態を、フレキシブル・マルチボディ・システムとしてモデル化を行った。さらに弾性レールが大変形した場合を考慮するためにAbsolute Nodal Coordinate法を用いて計算を行った。また構築したモデル、Absolute Nodal Coordinate法を用いた計算の有効性を確認するために、現有装置を利用して新たな実験装置を作製し、実験により検証した。
昨年度は、軌道構造や軌道側の振動問題からコルゲーション現象の解明・防止対策を検討することを念頭におき、昨年構築した弾性支持された梁のモデルを利用して、移動質量の速度による影響、梁単体の剛性、弾性支持剛性による影響を数値的に検討した。さらに昨年作成した実験装置を用い実験によりそれぞれの影響について検証実験を行った。これにより、弾性支持された柔軟レール上を移動質量が移動する場合の動特性とレール剛性、支持剛性の関係の基礎的知見を明らかにした。
本年度は、車輪運動に対する非ホロノミック条件と弾性接触のモデルをラグランジュ未定乗数法を用い定式化し、昨年度までの「弾性支持された柔軟レール上を移動質量が移動するモデル」を発展させ、「弾性支持された柔軟レール上を弾性円盤転がるモデル」の構築を行った。これにより、弾性支持された柔軟レール上を弾性円盤が転がる際の、並進運動と回転運動を連成させて解くことが出来た。また、実験装置により計算結果を検証した。

Research Products

• [Publications] 曄道佳明,須田義大,曽我部潔: "車輪・柔軟軌道系に対するモデリングと定式化"日本機械学会講演論文集年次大会. No.00・1,Vol.II. 279-280 (2000)
• [Publications] 曄道佳明,近藤純治,須田義大,曽我部潔: "車輪・柔軟軌道系の運動解析"機械力学・計測制御(D&D2000)講演論文集. No.00・6. 267 (2000)