SOI式超高速X線イメージングによるレールの初期転動接触疲労の実態解明

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16H02309
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 設計工学・機械機能要素・トライボロジー
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 佐々木 敏彦 金沢大学, 人間科学系, 教授 (40251912)
• 研究分担者: 秋田 貢一 東京都市大学, 理工学部, 教授 (10231820) ; 三井 真吾 金沢大学, 人間科学系, 特任准教授 (10714438) ; 三好 敏喜 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究機関講師 (20470015) ; 江尻 正一 岩手医科大学, 教養教育センター, 教授 (40331582) ; 菖蒲 敬久 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, サブリーダー (90425562) ; 鷹合 滋樹 石川県工業試験場, 機械金属部, 研究主幹 (00504739) ; 佐藤 嘉洋 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (00170796)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 鉄道 / レール / 疲労 / 転動接触疲労 / Ｘ線 / 残留応力 / Ｘ線回折 / 回折環

研究成果の概要

鉄道レールは車輪との転がり接触により疲労することが知られており、鉄道の安全性と保守技術の向上が望まれている。現状の対策方法は、主に疲労層の削正除去による疲労の抑制措置、並びに、疲労で生じたき裂を超音波技術で発見して管理することである。しかし、多大の労力を要するため、改善技術が必要になっている。本研究は、最新のＸ線回折技術によるひずみ（残留応力）や回折環を用いてこの問題を改善する技術を開発することである。本研究では、JRとの協力により、実路線レールをサンプルに用いて詳細なＸ線測定データを収集して分析し、き裂発生の予兆を見出す方法を提案した。

自由記述の分野

金属加工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

鉄道レールの疲労面は、残留応力が三軸応力状態を形成しており、金属組織に関しては塑性フローや集合組織を生じ、力学的に弾性異方性となっている。また、塑性ひずみが蓄積することで転位密度が増加し、X線の半価幅が増加するため、Ｘ線応力測定精度に悪影響を及ぼす。こうした状況は、標準測定理論の適用対象外のため、Ｘ線応力測定技術の学術的改良により、新たな測定理論と技術の構築が必要になる。一方、Ｘ線によるレールの損傷の予知方法の確立は、公共交通機関となっている鉄道技術の安全性向上とともに、保守に要するコストと労力の改善に貢献する。