回転曲げ疲労破面に着目したホイールボルト折損過程の解明

• Project/Area Number: 25917020
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 工学Ⅰ(機械系)
• Research Institution: 三重県警察科学捜査研究所
• Principal Investigator: 戸田 均 三重県警察本部, 刑事部科学捜査研究所, 技官
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2013: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
• Keywords: ホーイールボルト折損 / 回転曲げ疲労 / フランジ型締結体

Research Abstract

【研究目的】
ボルト締結体の事故で多く報告されるホイールボルト折損事故において、ホイールボルトの折損がどのように進展していくか、及び、ホイールボルトの緩みがホイールボルトの折損にどのように影響するかにっいて検討する。
【研究方法】
ホイールボルト締結を模擬したフランジ型の締結体(締結ボルト本数 ; 6本)を作製し、フランジ型締結体に対して回転曲げ疲労試験を行った。回転曲げ試験時の締結ボルトに付加されるひずみを計測し、ボルトの締結条件による応力状態の変化を計測した。また、回転曲げ疲労により破断した実際のホイールボルトの破面と、前述の回転曲げ時の歪計測結果を対応させることにより、ホイールボルト折損過程について考察した。
【研究成果】
ボルトをすべて緩めた場合には、回転の外周側で内周側の数倍から数十倍の歪となり、外周側からの亀裂進展が考えられた。これは、ホイールボルトが緩んだ状態での走行により回転曲げ疲労を受けた場合の破面状態と一致している。
ボルトをすべて強く締結した場合には、外周側と内周側での歪の大きさ及び位相に差がなく、ボルトが主に引張圧縮を受けていることが確認された。実際のホイールボルトの破面では、一方向からの亀裂進展だけではなく、複数個所からの亀裂進展による破断も確認されており、十分な締結がなされたホイールボルトであっても過大な外力により折損の危険性があることが示唆される。
一本のボルトを強く締結し他のボルトを緩めた場合では、強く締結されたボルトにかかる歪はすべてのボルトを強く締結した場合と同様の傾向を示した。しかし、緩めたボルトの一部を取り外すと歪が急激に増大した。つまり、一部のボルトに緩みが発生した場合でも直ちに他のボルトに影響がでるわけではなく、大きな緩みやボルトの折損により他のボルトへの影響が大きくなると考えられる。