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アルミニウムダブルスキン構造を用いた衝撃エネルギー吸収機構の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17560079
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 機械材料・材料力学
研究機関工学院大学

研究代表者

小久保 邦雄  工学院大学, 工学部, 教授 (70245645)

研究期間 (年度) 2005 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2006年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2005年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード鉄道車両 / ダブルスキン構造 / エネルギー吸収 / アルミニウム / 押し出し加工 / 大変形解析 / 衝撃吸収 / 有限要素法 / 陽解法
研究概要

二枚の薄板の間にリブを設けた、段ボールのような構造がアルミニウム材の押し出し加工により製造可能になり、軽量・高剛性に加え、加工性がよいことから、鉄道車両本体のみならず、鉄道車両のような大型の構造の衝突時のエネルギー吸収材としてこのダブルスキン構造を利用することが考えられている。本研究ではこの二枚の板と中間のリブの配置、その板厚の比およびこれらの分布、配線に必要な有孔部の適正化、また実際に生じる斜め衝突の効果などについて有限要素法の陽解法ソフトLS-DYNAを用いて、多くのパラメータについて数値計算を行なった。これらの解析により、それらのパラメータについてその適正化を図るデータを求めた。
エネルギー吸収材としての効率を評価するためには荷重-変位曲線における最大荷重、圧壊ストローク、平均荷重、エネルギー吸収量、圧潰モードなどについて検討する必要がある。二枚の薄板の間のリブの配置と板厚またトラス型にした配置とフレーム型配置を考えながら、その性能を検討した。フレーム型の構造では、ダブルスキン構造全体の面外剛性が低下し、構造全体の変形により、好ましくない変形により、荷重・変位関係が不安定になるが、ダブルスキン構造の板厚を薄くすることにより変形モードの波長を小さくし、座屈変形を制御することにより、エネルギーの安定吸収が可能であることがわかった。押し出し成形加工では二枚の板やリブの板厚の任意の分布も製造可能であることにより、板厚の任意の分布についても検討し、座屈波長を制御することにより、圧潰モード、平均荷重、エネルギー吸収量が制御できることを明らかにした。このような座屈モードや座屈波長を複雑に変化させ、各種のパラメータについて最適化を行ってゆく見通しが得られた。
さらに、配線などで利用する孔部についてもその位置や数などを変更し、最大荷重、平均荷重、エネルギー吸収量について検討し、むしろこの孔を利用して、座屈モードの発生に対するトリガーの役目をするだけでなく、座屈変形の発生順序を変更することにより、エネルギー吸収特性も改善できることなどが明らかになった。また、斜め衝突に対しては変形モードが不規則になり、斜め衝突では耐荷能力がかなり減少することがわかった。
以上の解析結果と簡易化したモデル実験による変形の比較により、実際に使用できるエネルギー吸収機構の開発のめどが得られた。

報告書

(3件)
  • 2006 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2007 2006 2005 その他

すべて 雑誌論文 (11件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] 円筒圧力容器カバーの応力分布に及ぼすねじピッチの影響2007

    • 著者名/発表者名
      後藤, 小林, 田中, 小久保
    • 雑誌名

      材料試験技術 52巻1号

      ページ: 31-37

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] フレッティング疲労強度に及ぼす材料の組み合わせの影響2007

    • 著者名/発表者名
      後藤, 小林, 小久保, 丹羽
    • 雑誌名

      材料試験技術 52巻1号

      ページ: 38-44

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書 2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 肩鎖関節プレートの動的特性に及ぼす形状的因子の検討2007

    • 著者名/発表者名
      増子, 熊谷, 宮坂, 小久保
    • 雑誌名

      日本機械学会関東支部 第13期講演論文集

      ページ: 6-9

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書 2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of Material Combination on the Fretting Fatigue Strength2007

    • 著者名/発表者名
      Y.Gotho, M.Kobayashi, K.Kokubo
    • 雑誌名

      Japan Material Testing Institution Vol.52, No.1

      ページ: 38-44

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 円筒圧力容器カバーの応力分布に及ぼすねじピッチの影響2007

    • 著者名/発表者名
      後藤, 小林, 田中, 小久保, 丹羽
    • 雑誌名

      材料試験技術 52巻1号

      ページ: 31-37

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] アルミニウム高速接合断面における赤外線応力分布特性の検討2006

    • 著者名/発表者名
      増子, 宮坂, 小久保
    • 雑誌名

      材料試験技術(2006-1) 50巻1号

      ページ: 42-47

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要 2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Effect of High Speed Welding on the Stress Distribution of Thin Aluminum Sheet2006

    • 著者名/発表者名
      T.Masuko, K.Miyasaka, K.Kokubo
    • 雑誌名

      Japan Material Testing Institution Vol.50, No.1

      ページ: 42-47

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] GFRP機械継ぎ手の腐食環境における疲労強度2006

    • 著者名/発表者名
      後藤, 小林, 小久保, 丹羽
    • 雑誌名

      日本材料学会第55期学術講演会講演論文集

      ページ: 56-59

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] High Speed Welding Technique with Very Thin Aluminum Sheet2005

    • 著者名/発表者名
      T.Masuko, K.Kokubo
    • 雑誌名

      The 2nd JSME/ASME International Conference on Materials and Processing 2005(米国シアトル) AWB-05

      ページ: 1-7

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] High Speed Welding Technique with Very Thin Aluminum Sheet2005

    • 著者名/発表者名
      T.Masuko, K.Kokubo
    • 雑誌名

      The 2nd JSME/ASME International Conference on Materials and Processing 2005(Seattle) AWB-05

      ページ: 1-7

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] High Speed Welding Technique with Very Thin Aluminum Sheet2005

    • 著者名/発表者名
      T.Masuko, K.Kokubo
    • 雑誌名

      The 2nd JSME/ASME International Conference on Materials and Processing 2005(米国シアトル)(2005) AWB-05

      ページ: 1-7

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [図書] 機械設計

    • 出版者
      日刊工業新聞社
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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