車両構体の構造最適化手法の検討

車両構体の強度向上および軽量化を行うため、1車両モデルをもとに構造最適化手法の構築を行いました。

1.はじめに

車両構体の強度に関する構造最適化手法を構築するため、構体の高負荷領域に着目し、部分領域の構体構造モデルによる最適化手法を検討しています。最適化における応力解析では損傷力学概念を適用して車体溶接部や構体の損傷評価を含めた本手法を開発しました。

2.1車両モデルによる構造最適化

本手法では1車両モデルの応力解析より構体の高負荷領域を評価します(図1)。この領域のより精緻なモデル化(図2)を行い、構造最適化を行います。ここでは、制約条件を質量、目的関数を応力として、高強度で軽量化された構造を検討しました(図3)。骨組や継ぎ手の形状を最適化することにより、図4(b)のように高応力部の発生応力が低減されます。最適化された部分構体モデルを1車両全体に適用することにより、車両構体全体として強度向上および軽量化が可能です。

図1 1車両モデルによる応力解析
図2 部分構体モデル(側面窓コーナー部)
図3 最適化後の骨組形状
図4 最適化による応力分布および形状の変化

参考文献

  1. 高垣昌和:構造最適化手法の適用による車両構体の強度向上、JREA、日本鉄道技術協会、第58巻、05号、pp.12-15、2015.05
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