| 研究課題/領域番号 |
15K18140
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| 研究機関 | 国立研究開発法人海洋研究開発機構 |
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研究代表者 |
西浦 泰介 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 数理科学・先端技術研究分野, 技術研究員 (60509719)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | シミュレーション / 粘弾性粒子 / 衝撃荷重 / 周波数特性 |
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| 研究実績の概要 |
鉄道バラスト軌道における列車走行の低振動化及び安全性の確保には、バラスト道床の施工を適切に行う必要がある。しかし、列車の繰り返し走行によってバラスト軌道が沈下する原因は未だ詳しく解っておらず、バラスト軌道の施工は経験的知見に頼っている部分が多い。また最近では、数値計算も試みられているが、バラスト軌道沈下を再現する計算手法は見当たらない。そのため、個々のバラストの弾性変形とバラスト間の衝突や摩擦を考慮した新しい数値計算手法を開発することが求められる。
まず、バラストや枕木を四面体要素で分割し、各四面体要素を構成する頂点に所定の大きさの球形粒子（頂点粒子）を配置する。異なる物体の頂点粒子間の接触力については、離散要素法で計算することで物体同士の相互作用を考慮した。さらに、各四面体要素に働く応力は、その四面体要素を構成する４つの頂点粒子座標と速度のみを用いて計算できる手法を開発した。そして各四面体要素に働く応力を頂点粒子に振り分け、ニュートンの運動方程式に従って各頂点粒子を動かすことで、物体の変形を陽解法によって解くことができる。
以上の様に、粘弾性体の変形挙動を粒子法ベースで解法する手法を開発した。本手法の信頼性を確認するために、実際のバラスト軌道の沈下量を測定し、本シミュレーション結果と比較した。その結果、車輪が通過する毎にバラスト軌道が沈下する傾向が定性的に一致した。
今後、本シミュレーションを用いて、個々のバラストを伝播する応力と変位の関係を詳細に数値解析し、バラスト軌道の沈下メカニズムを明らかにする。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初予定していた通り、粘弾性体に対する粒子法ベースの数値解析手法を開発できた。そして、個々のバラストや枕木が振動するモードを、本シミュレーションによって解析できることを確認した。さらに、実際のバラスト軌道の沈下量と本シミュレーション結果を比較し、定性的な一致が見られた。
したがって、当初予定していた研究計画通りに、順調に研究が進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、本シミュレーションの信頼性をさらに検証するための実験およびシミュレーションを行う。まず、理想的な問題として、コンクリート棒の静的解析を行い、有限要素法との比較検証を行う。さらに動解析についても同様に有限要素法と比較し、本シミュレーションの信頼性を確認する。また、本シミュレーションの大規模並列化も行い、複数枕木におけるバラスト軌道の挙動も解析できるようにする。
そして、信頼性が得られたシミュレーションを用いて、バラスト軌道の沈下挙動を解析し、その沈下メカニズムを詳細に明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初購入を予定していたGPU計算機の販売が翌年度に延期された。また、シミュレーションの開発段階においては、既に所有しているGPU計算機を使用しても研究の遂行上、問題とはならなかった。また、バラスト軌道の沈下挙動についても、既に発表されている研究論文等の情報を参考にすることができたため、当該年度においては実験に必要な備品は最小限に留める事が出来た。そのため、次年度使用額が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度は、開発したシミュレーションの並列化および解析を行う必要が有るため、予定通りにGPU計算機の購入に使用する。より詳細な実験データとの比較検証も行う必要が有るため、当該年度に購入できなかった実験備品の購入に使用する。また、研究成果の発表に必要な学会参加費・旅費および英文校正と論文投稿料に使用する。その他、研究に必要な図書や資料の購入に使用する。
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