排雪シミュレーションの開発

1．はじめに

新幹線では現車による排雪試験などの結果に基づき、軌道上の積雪深に応じた走行速度規制等がなされています。しかしながら、現車試験はコストと期間がかかるため、試番数には限りがあります。そこで、鉄道総研では、現車試験を補完できるシミュレーション手法として、鉄道総研が開発を進めている粒子シミュレーションを改良した排雪シミュレーションを開発しました。

２．排雪実験

排雪シミュレーションの開発は、縮尺模型を用いた排雪実験とともに進めました。排雪実験では、鉄道総研の塩沢雪害防止実験所に設置されている全長60 mのガイドレール内を走行する台車にスノープラウを搭載した1/10車両模型を取り付け（図１）、スノーベッドを通過させて排雪状況を再現しました（動画１）。

図１　排雪実験に用いた模型

動画１　排雪実験

※上記の動画は外部の動画サイトの埋め込みリンクです。

３．排雪シミュレーション

排雪シミュレーションでは、「ある一定の力がかかるまでは変形しないが、その値を超えると変形する」性質をビンガム流体モデルによりモデル化し、「さらに大きな力がかかると、大きく変形し、雪粒子に分離して飛散していく」性質を粒子法によりモデル化しました（図２）。動画２は排雪実験を再現した排雪シミュレーションの結果です。

図２　雪の変形モデル