28. 車輪・レール・バラスト間の大規模連成解析モデルの構築

バラスト軌道の劣化現象解明のためには、車輪・レール間の接触力やバラスト層内部の動的挙動を十分な精度で評価する必要があります。

そこで、車輪・レール間の塑性変形も扱うことができる転がり接触解析モデルを、大規模並列有限要素法構造解析プログラム（FrontISTR）をもとに構築し、２軸２輪の車輪モデルを用いて、走行時の車輪・レール間の接触力分布を得ました（図１）。

また、弾性体個別要素法（QDEM）プログラムを開発し、個々のバラストの詳細形状を再現したバラスト軌道モデルを構築しました。本モデルに対して、転がり接触解析モデルで得られた衝撃荷重を入力とする弱連成解析を実施することで、列車通過時のバラスト軌道の弾性振動やバラストの回転・移動に伴う軌道の沈下解析が可能となりました（図２、図３）。さらに、バラスト間およびまくらぎ下面の接触箇所にばねを取り付けたバラスト軌道モデルを、FrontISTRをもとに構築し、過渡応答解析によりバラストの流動や沈下に影響のあるバラスト層の振動モードを再現しました（図４）。