構造物振動に起因する圧力変動シミュレーション

鉄道車両が明かり区間を高速で走行する際に、沿線において圧力変動が生じ、建具のガタツキ等の問題を引き起こす場合があります。この発生要因として、空気力学的な要因と構造物振動による要因の二つがあることが知られています。これらのうち、構造物振動に起因する成分を評価するために、構造物の振動解析と境界要素法による音響解析を組み合わせた手法を開発しました(図1)。

図1 構造物振動に起因する圧力変動シミュレーション
動画1 構造物振動に起因する圧力変動シミュレーション結果

構造物振動解析においては車両/軌道と構造物を分割してモデル化し、効率的に構造物音の音源となる部材振動解析を行うシステムを構築しました。構造物振動のシミュレーション結果は実測値と概ね一致し(動画2)、この結果を入力条件とした境界要素法による音響解析により、構造物振動に起因する圧力変動を車両/軌道および構造物の条件に対応して評価することが可能になりました。さらに、シミュレーション結果と沿線における圧力変動の実測結果を比較することにより、圧力変動に対する構造物振動に起因する成分の寄与率を明らかにしました(図3)。今後は、本シミュレーション技術を圧力変動低減策の策定に活用する予定です。

動画2 床版振動に関するシミュレーション結果と実測値の比較
図3 圧力変動における構造物振動起因成分の寄与率
(列車速度270km/h、近接軌道から12.5m点)

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