CN104144839B

CN104144839B - 冲击能量吸收柱及具备该冲击能量吸收柱的铁道车辆

Info

Publication number: CN104144839B
Application number: CN201380013338.4A
Authority: CN
Inventors: 平岛利行; 林清; 林清一; 永原齐
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2013-06-12
Publication date: 2017-10-31
Anticipated expiration: 2033-06-12
Also published as: US9434392B2; EP2774823A1; WO2013187059A1; US20140245922A1; KR101727656B1; EP2774823A4; JP6074168B2; CN104144839A; KR20140117646A; JP2013256219A; KR20160054024A

Abstract

冲击能量吸收柱（1）设置于铁道车辆构体（2）的端侧且从端梁（72）向车顶构体（20）延伸。冲击能量吸收柱（1）具备：横截面为凹状截面或中空截面的金属制的外侧构件（3）；和沿着外侧构件（3）的内周设置，与外侧构件（3）平行地延伸的增强塑料制的内侧构件（4）。外侧构件（3）是将分别沿着柱轴延伸的两个柱半体（6）向与外侧构件（3）的柱轴正交的方向排列并接合而构成。两个柱半体（6）的接合部分沿着柱轴延伸。外侧构件（3）与端梁（72）及车顶构体（20）之间通过紧固单元紧固。内侧构件（4）将所述被紧固的部分除外，在从端梁（72）至车顶构体（20）的下部之间延伸。

Description

冲击能量吸收柱及具备该冲击能量吸收柱的铁道车辆

技术领域

本发明涉及设置于铁道车辆的先头车辆上的冲击能量吸收柱及具备该冲击能量吸收柱的铁道车辆。

背景技术

以往以来在铁道车辆中，为了保护乘务员和乘客等以免受来自于与汽车和铁道车辆等之间的冲撞的伤害，而提出了各种用于吸收冲击能量的结构。例如，在专利文献1中提出了设置有在车辆端部上垂直延伸的强度构件、和在车辆长度方向上延伸的骨构件的轨道车辆。根据该结构，可以在一定程度以上的载荷作用于其上时积极地变形而吸收能量，而在一定程度以下的载荷作用于其上时不会发生结构变形。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开2008-62817号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

对于现有的冲击能量吸收结构，各构件由金属制成，因此非常重，成为妨碍铁道车辆整体的轻量化的一个要因。另一方面，为了保护乘务员和乘客等且防止各构件从与车身的安装部上脱落，而需要在一定弯曲变形量以内充分吸收冲撞时的能量。然而，在专利文献1中，并未提出具备满足上述两种要求的那样的冲击能量吸收结构的铁道车辆。本发明的目的是提供能够实现轻量化和在一定弯曲变形量以内充分吸收冲击能量的两者的冲击能量吸收柱。

解决问题的手段：

根据本发明的冲击能量吸收柱设置于铁道车辆的端侧且从端梁向车顶构体延伸，具备：横截面为凹状截面或中空截面的金属制的外侧构件；和沿着所述外侧构件的内周设置，与所述外侧构件平行地延伸的增强塑料制的内侧构件。

根据所述结构，增强塑料制的内侧构件与冲撞物不直接接触，因此在刚冲撞之后的应力集中的程度较小。即，可以使冲撞后的龟裂的产生延迟，可以蓄积更大的冲击能量。之后，当冲击能量蓄积至极限时，结果是该内侧构件断裂，但是在该时刻金属制的外侧构件仍然未断裂，而继续吸收冲击能量。借助于此，尽管局部由树脂构成，但是可以吸收较大的冲击能量。又，与冲击能量吸收柱整体由金属形成的情况相比，可以谋求柱整体的轻量化。

此外，至少使外侧构件的横截面形成为凹状截面或中空截面，以此与外侧构件例如为平板状的情况相比，截面系数更大。借助于此，允许的弯曲应力增大，因此冲击能量吸收柱可以承受较大的冲击载荷，从而可以吸收较大的冲击能量。

此外，也可以是所述外侧构件与所述端梁及所述车顶构体之间通过紧固单元紧固，所述内侧构件是在将所述被紧固的部分除外的从所述端梁上部至所述车顶构体下部之间的区域延伸。

根据所述结构，冲击能量吸收柱通过金属制的外侧构件与端梁及车顶构体相紧固，因此无需将塑料制的内侧构件与端梁及车顶构体紧固。借助于此，内侧构件所受的约束少且容易变形，因此在断裂之前可以吸收更大的冲击能量。又，无需使内侧构件延伸至被紧固单元紧固的部分，因此可以谋求成本减少。

此外，也可以是所述外侧构件是将分别沿着柱轴延伸的两个柱半体向与外侧构件的柱轴正交的方向排列并接合而构成，两个柱半体的接合部分沿着所述柱轴延伸。

根据所述结构，两个柱半体的接合部分沿着柱轴延伸。借助于此，与接合部分沿着与柱轴正交的方向设置的情况相比，在受到来自于与柱轴正交的方向的冲击载荷时，该接合部分不容易成为龟裂的起点。

此外，也可以是各柱半体具备沿着所述柱轴延伸的第一板状部、和从该第一板状部的两侧向与第一板状部正交的方向延伸的相互平行的第二板状部，两个柱半体是沿着冲击载荷的载荷方向相互以相反朝向配置并将第二板状部的梢端相接合而构成，第一板状部的板面与受到冲击载荷的方向对置。

根据所述结构，两个柱半体在第二板状部的梢端相互接合，因此，两个柱半体的接头位置位于第二板状部上。冲击载荷施加于无接合接头的第一板状部上。借助于此，冲击载荷不直接施加于容易成为冲击能量吸收柱的断裂的起点的接头部分上，因此防止容易断裂。借助于此，可以提高冲击能量吸收效果。

此外，也可以是所述增强塑料是含有纤维的塑料，该纤维的体积率为60%以上。

根据所述结构，通过使增强塑料内的纤维量达到规定量以上，以此可以提高增强塑料制的构件对于冲击载荷的强度，树脂柱不容易断裂。

发明效果：

根据本发明的冲击能量吸收柱，可以实现轻量化和在一定的弯曲变形量以内充分吸收冲击能量的两者。

附图说明

图1是示出具备根据本发明的实施形态的冲击能量吸收柱的铁道车辆的概略结构的立体图；

图2是根据本发明的冲击能量吸收柱的立体图；

图3是示出在冲击载荷施加于冲击能量吸收柱的柱长度方向中央部上的情况下的变形行程的图；

图4中的（a）是示出关于冲击能量吸收柱的变形行程与该冲击能量吸收柱所受到的冲击载荷、即反力之间的关系所预想的概念的图表，（b）是示出关于冲击能量吸收柱的变形行程与吸收的能量之间的关系所预想的概念的图表；

图5是解析用柱的立体图；

图6是示出对于在将冲击载荷施加于解析用柱时反力与位移之间的关系进行解析的结果的图表；

图7是示出对于在将冲击载荷施加于解析用柱时吸收能量与位移之间的关系进行解析的结果的图表；

图8中的（a）是另一解析用柱的立体图，（b）是示出其截面形状的变形例的图；

图9是示出对于在将冲击载荷施加于图8的解析用柱时反力和位移之间的关系进行解析的结果的图表；

图10是示出对于在将冲击载荷施加于图8的解析用柱时吸收能量与位移之间的关系进行解析的结果的图表。

具体实施方式

以下，参照附图说明根据本发明的实施形态的冲击能量吸收柱。另外，以下，在所有附图中对于相同或相当的要素标以相同的参考符号并省略重复的说明。本实施形态中的方向的概念与将铁道车辆的行进方向作为前方，且面向前方时的方向的概念一致。即，车辆长度方向对应于前后方向，车辆宽度方向对应于左右方向；

[具备冲击能量吸收柱的铁道车辆的结构]

图1是示出具备根据本发明的实施形态的冲击能量吸收柱1的铁道车辆构体的概略结构的立体图。铁道车辆构体2如周知的那样在底架7上具备侧构体10和端构体8，为了便于说明，示出前侧的端构体8。车顶构体20覆盖在该侧构体10和端构体8上。底架7具备相互分离的一对侧梁70、和将该侧梁70的后端部相连接的枕梁71。将侧梁70之间的前端部通过端梁72相连接。将端梁72和前述的枕梁71通过前后延伸的两根中梁73相连接。端构体8具备竖立在端梁72的两侧的一对角柱80、和在该角柱80之间竖立在端梁72上的两根冲击能量吸收柱1。车顶构体20具备位于前端部且在车辆的宽度方向上延伸的拱形梁21、和从该拱形梁21的两侧向后方延伸的上边梁22。角柱80和冲击能量吸收柱1的上端部连接于拱形梁21。即，冲击能量吸收柱1设置于铁道车辆构体2的端部上，并且从端梁72向车顶构体20延伸。冲击能量吸收柱1在道口上与汽车等冲撞或与铁道车辆之间冲撞等时吸收该冲撞所产生的能量而在一定的弯曲变形量以内防止柱的破裂及脱落，与此同时保护乘务员和乘客等。

[冲击能量吸收柱的结构]

图2是根据本实施形态的冲击能量吸收柱1的立体图。该冲击能量吸收柱1具备在铅垂方向上延伸的柱状的金属制的外侧构件3、和在铅垂方向上延伸的柱状的增强塑料制的内侧构件4。外侧构件3和内侧构件4均形成为横截面为矩形且中空的结构，并且内侧构件4的外周沿着外侧构件3的内周嵌入。形成内侧构件4的增强塑料具体而言是含有纤维的碳纤维增强塑料（carbon fiber reinforced plastic；CFRP）或玻璃纤维增强塑料（glassfiber reinforced plastic；GFRP）。在本实施形态中，CFRP或GFRP中的纤维的体积率为60%以上。另外，内侧构件4与外侧构件3相比柱长度方向的抗拉强度高且轻量，又，只要使用延性较小的材料即可，可以应用具有同样的特性的内侧构件4及外侧构件3。

内侧构件4形成为与外侧构件3相比在铅垂方向上短。在该外侧构件3的上端部和下端部上分别设置有不存在内侧构件4的第一紧固区域30和第二紧固区域31。在第一紧固区域30中，在外侧构件3上设置有多个第一贯通孔32。例如铆钉或螺栓的紧固单元插入于该第一贯通孔32中，从而使拱形梁21和冲击能量吸收柱1的上端部之间被紧固。又，在该第二紧固区域31中，在外侧构件3上设置有多个第二贯通孔33。在第二紧固区域31的内侧设置有金属制或增强塑料制的中空的增强构件34。在增强构件34的周面上以与所述第二贯通孔33重叠的形式开设有多个透孔35。例如铆钉或螺栓的紧固单元插入于第二贯通孔33及透孔35中，而使端梁72和冲击能量吸收柱1的下端部之间被紧固。对冲击能量吸收柱1的下端部通过增强构件34进行增强的原因是在以冲击能量吸收柱1的下部为中心施加冲击载荷时，防止该冲击能量吸收柱1被剪切或从底架完全脱卸。

如图2所示，外侧构件3将分别沿着柱轴延伸的两个柱半体6在前后方向上排列而构成。各柱半体6具备沿着柱轴延伸的第一板状部60、和从该第一板状部60的两侧向与第一板状部60正交的方向延伸的一对第二板状部61。两个第二板状部61相互平行。两个柱半体6沿着冲击载荷的载荷方向、即前后方向相互反向配置。两个柱半体6形成将第二板状部61的梢端相互焊接接合而构成，并且该接合部分沿着柱轴延伸的焊接线62。第一板状部60的板面与受到冲击载荷的方向对置。借助于此，在铁道车辆从前方受到冲击载荷时，该冲击载荷由无焊缝的第一板状部60所承受。借助于此，冲击能量吸收柱1在受到冲击载荷时，不容易引起从焊缝断裂的情况。因此，可以防止冲击能量吸收柱1容易断裂的情况，从而可以提高冲击能量吸收效果。

又，焊接线62在铅垂方向上延伸。借助于此，与焊接线62沿着与铅垂方向正交的方向设置的情况相比，在受到来自于与铅垂方向正交的方向的冲击载荷时，该焊接线62不容易成为龟裂的起点。在这里，为了使铁道车辆整体轻量化，而也可以将冲击能量吸收柱例如由树脂形成。然而，这样的树脂材料延性小。因此，在树脂制的冲击能量吸收柱中，存在难以通过塑性变形吸收能量的问题。即，树脂制的冲击能量吸收柱不会较大地塑性变形而会断裂，因此不能充分吸收能量。

又，也可以通过使冲击能量吸收柱由树脂制成，并且仅将需要的部分用金属增强，以此谋求轻量化。在该情况下，一般而言为了接合金属增强件而使用焊接。然而，对于上述冲击能量吸收柱来说，在被施加冲击能量时，容易从该焊接接合部分开始不稳定地断裂。因此，存在作为冲击能量吸收柱无法充分吸收冲击能量的担忧。又，存在如果在冲撞时冲击载荷施加于未实施增强的部位时，则无法发挥预想的性能的担忧。在本实施形态的冲击能量吸收柱1中，通过采用外侧构件3、和与该外侧构件3相比柱长度方向的抗拉强度高、轻量且延性小的内侧构件4的双重结构，以此可以实现轻量化和冲击能量的充分吸收的两者。

[能量吸收效果]

接着，为了确认本实施形态的冲击能量吸收柱1的能量吸收效果，而对仅由增强塑料形成的冲击能量吸收柱（以下简称为增强塑料制冲击能量吸收柱）、仅由金属形成的冲击能量吸收柱（以下简称为金属制冲击能量吸收柱）、本实施形态的冲击能量吸收柱的比较结果进行说明。具体而言，对如图3所示冲击载荷P施加于冲击能量吸收柱1的柱长度方向中央部的情况下的变形行程δ（弯曲变形量）进行比较研究。图4（a）是示出变形行程与冲击能量吸收柱所受到的冲击载荷、即反力之间的关系的图表，图4（b）是示出冲击能量吸收柱1的变形行程与吸收的能量之间的关系的图表。在图4（a）、（b）中，（1）线表示增强塑料制的冲击能量吸收柱，（2）线表示金属制的冲击能量吸收柱，（3）线表示本实施形态的冲击能量吸收柱。增强塑料制的冲击能量吸收柱与金属制的冲击能量吸收柱具有相同质量。又，载荷Ps是指冲击能量吸收柱1与底架或车顶构体的结合部不断裂的情况下所能够承受的极限载荷。行程δs是冲击能量吸收柱1所允许的规定的最大弯曲，吸收能量Es是冲击能量吸收柱1应吸收的规定的冲击能量。

增强塑料制的冲击能量吸收柱尽管是厚板但比较轻量，如（1）线所示，可以以短的行程支持一定的冲击载荷。然而，由于在较短的行程内达到载荷Ps，因此在吸收规定的冲击能量之前，增强塑料制的冲击能量吸收柱从车辆构体上脱落。又，增强塑料制的冲击能量吸收柱不发生塑性变形，因此这一点也使吸收冲击载荷的效果变弱。相对于此，如（2）线所示，在与上述（1）的增强塑料制的冲击能量吸收柱相同质量的金属制的冲击能量吸收柱中，在比较小的载荷下引起塑性变形。然而，相比于行程的变化，所上升的载荷、即所吸收的能量的上升率较小。因此，为了以行程δs吸收规定的冲击能量Es，而需要通过不容易塑性变形的相当厚的厚板构成冲击能量吸收柱。这样，大幅度增加冲击能量吸收柱的重量。

相比于上述（1）（2）线，如（3）线所示，当本实施形态的冲击能量吸收柱1受到冲击载荷时，金属制的外侧构件3在比较早期开始发生局部的塑性变形，但是增强塑料制的内侧构件4先断裂（图4（a）的点B）。然而，金属制的外侧构件3尽管发生塑性变形，但是并未断裂，而继续吸收冲击能量。借助于此，与整体由树脂或金属构成的冲击能量吸收柱相比，预期可以在相同的单位质量下吸收更大的冲击能量。像这样，本实施形态的冲击能量吸收柱可以实现轻量化及在一定的弯曲变形量以内充分吸收冲击能量。此外，至少使外侧构件3形成为中空，以此与外侧构件3例如为平板状的情况相比，截面系数增大。借助于此，所允许的弯曲应力增大，从而可以承受较大的冲击载荷，可以吸收较大的冲击能量。又，例如外侧构件3由增强塑料制成时，在冲击能量吸收柱1与锐利的障碍物冲撞的情况下，外侧构件3上立刻产生龟裂而断裂。因此，无法吸收冲击能量。然而，外侧构件3由金属制成，因此即使冲击能量吸收柱1与锐利的障碍物发生冲撞，外侧构件3也不会立即断裂。因此，可以有效地吸收冲击能量。

（解析结果1）

申请人为了确认上述能量吸收效果，设想出呈现图5所示的形状的解析用柱5。该解析用柱5具备金属制的第一半体50、和位于该第一半体50的内侧的增强塑料制且截面凹状的第二半体51。又，还设想出未图示且仅由第一半体50构成的解析用柱5。准备了厚度9mm的第一半体50，和厚度11.7mm的第一半体50。第二半体51的厚度是20mm。而且，对于它们，关于解析用柱5的变形行程与所吸收的载荷、即反力之间的关系、以及该变形行程与所吸收的能量之间的关系进行模拟并解析。在图5所示的解析用柱5中，纵长L1为304.8mm（12英寸）、宽度L2为152.4mm（6英寸）、高度H为2000mm。假设在固定（约束）解析用柱5的两端部的状态下，对高度762mm（30英寸）的地点S由矩形状的按压构件54以400mm/s的速度施加冲击载荷。第二半体51具备相互对置的一对侧壁52，在两侧壁52之间地点S的高度位置上，架设有肋状构件（rib）53。借助于此，两侧壁52相同地发生变形。又，使第一半体50的材质为不锈钢，第二半体51的材质为碳纤维增强塑料（CFRP）。第一半体50与第二半体51尽管相互接触但是未粘接。两个半体50、51之间的摩擦系数为0.2。对于作为第二半体51的材质的CFRP，其UD（uni-directional ；单向）材料0°方向、即增强纤维的方向为沿着冲击能量吸收柱1的长度方向的方向。

当进行解析时，将仅由厚度9mm的第一半体50构成的解析用柱5作为CASE1，将仅由厚度11.7mm的第一半体50构成的解析用柱5作为CASE2，将具备厚度9mm的第一半体50和厚度20mm的CFRP制成的第二半体51的解析用柱5作为CASE3，将具备厚度9mm的第一半体50和厚度20mm的CFRP制成的第二半体51的解析用柱5作为CASE3’。另外，在CASE2、CASE3及CASE3’中，解析用柱5的质量相等；

在CASE3’和CASE3中，CASE3’是未约束解析用柱5的第二半体51的两端部，相对于此，CASE3是约束解析用柱5的两端部。另外，在CASE1和CASE2中，约束解析用柱5的第二半体51的两端部。又，形成第二半体51的CFRP的材料特性、具体而言杨氏模量E₁、E₂、泊松比ν、剪切系数G₁₂、抗拉强度N_1t、N_2t、压缩强度N_1c、N_2c、剪切强度S₁₂的值为如表1所示的值。

[表1]

在这里，对于上述记号的附加数字1、2，附加数字1表示沿着解析用柱5的长度方向的值，附加数字2表示沿着与解析用柱5的长度方向正交的方向的值。又，形成第二半体51的CFRP是考虑到破坏的正交各向异性材料。

图6的图表中示出对向解析用柱5施加冲击载荷时的反力与位移之间的关系进行解析的结果，图7中示出对吸收能量和位移之间的关系进行解析的结果。位移的单位是mm，反力的单位是kN，能量的单位是MJ。

在图6及图7中，（1）线为CASE3（厚度9mm的不锈钢+厚度20mm的CFRP，且约束两端部）的解析用柱5的解析结果，（2）线为CASE3’（厚度9mm的不锈钢+厚度20mm的CFRP，且仅对不锈钢部未约束两端部）的解析用柱5的解析结果。又，（3）线为CASE2（仅厚度11.7mm的不锈钢，且约束两端部）的解析用柱5的解析结果，（4）线为CASE1（仅厚度9mm不锈钢，且约束两端部）的解析用柱5的解析结果。在图7及下述的图10及图12中，将厚度表示为t。例如，将厚度9mm表示为t9。如图6所示，与上述（4）线相比，如（1）（2）线所示，当本实施形态的冲击能量吸收柱1受到冲击载荷时，增强塑料制的内侧构件4先断裂（图6的点F1、F2）。然而，金属制的外侧构件3并未断裂，继续吸收冲击能量。借助于此，可以证实与整体由树脂构成的冲击能量吸收柱相比，能够吸收更大的冲击能量。

又，如图7所示，可知将（4）线与（3）线进行比较时（CASE1与CASE2之间的比较），为了使仅金属制的解析用柱5吸收更大的冲击能量，不得不加厚该解析用柱5的板厚。然而，将（1）线、（2）线与（3）线进行比较时（CASE3及CASE3’与CASE2之间的比较），将金属制的第一半体50和增强塑料制的第二半体51进行组合后的解析用柱5与增加厚度的仅金属制的解析用柱5相比，相对于位移的能量吸收量基本不变。借助于此，可知通过使冲击能量吸收柱1形成为金属制的外侧构件3和增强塑料制的内侧构件4的双重结构，以此可以使外侧构件3的厚度变薄且吸收较大的冲击能量。尤其是，在CASE3中，如果是在一定的位移以内（例如直至90mm左右）则能量吸收率较高。

（解析结果2）

申请人为了进一步确认上述的能量吸收效果，而设想出图8（a）所示的解析用柱100。该解析用柱100的纵长L5为254mm（10英寸）、宽度L6为152.4mm（6英寸）、高度H为2300mm。假设对高度762mm（30英寸）的地点S由矩形状的按压构件54以400mm/s的速度施加冲击载荷。该解析用柱100具备：截面矩形状且中空的外角柱110；和外表面与该外角柱110的内表面接触，截面矩形状且中空的内角柱120。即，与图5所示的解析用柱5不同，外角柱110与内角柱120的截面形状是闭合的。外角柱110由不锈钢等的金属制成，其厚度在全周上相同且为6mm或7.8mm。内角柱120由CFRP制成，其厚度在全周上相同且为10mm。作为内角柱120，如图8（b）所示，申请人还准备了具有将厚度16mm的第一壁130和厚度6mm的第二壁140连接设置的截面形状的构件。外角柱110和内角柱120并未粘接，两者之间的摩擦系数为0.2。在进行解析时，将仅由厚度6mm的外角柱110构成的解析用柱100作为CASE1，将仅由厚度7.8mm的外角柱110构成的解析用柱100作为CASE2，将具备厚度6mm的外角柱110和厚度10mm的CFRP制成的内角柱120的解析用柱100作为CASE3，将具备厚度6mm的外角柱110和截面形状为如图8（b）所示那样的内角柱120的解析用柱100作为CASE4。对于CASE1至CASE4中的任意一个，均约束解析用柱100的两端部。CASE2、CASE3和CASE4的解析用柱100形成为其重量均大致相等，其目的是在相同重量的解析用柱100中确认能量吸收效果。

在图9的图表中示出对冲击载荷施加于解析用柱100时的反力与位移之间的关系进行解析的结果，在图10中示出对吸收能量与位移之间的关系进行解析的结果。位移的单位是mm，反力的单位是kN，能量的单位是MJ。在图9及图10中，（1）线为CASE4（厚度6mm的不锈钢+图8（b）所示的 CFRP）的解析用柱100的解析结果，（2）线为CASE2（厚度7.8mm的不锈钢）的解析用柱100的解析结果。又，（3）线为CASE3（厚度6mm的不锈钢+厚度10mm的CFRP）的解析用柱100的解析结果，（4）线为CASE1（仅厚度6mm的不锈钢）的解析用柱100的解析结果。经过图9及图10所示的（4）线与（3）线之间的比较（CASE1与CASE3之间的比较）可知即使使用相同厚度的金属制的外角柱110，但是在内侧插入有增强塑料制的内角柱120的解析用柱100与未插入内角柱120的解析用柱100相比，能量吸收量在位移为90～150mm的范围内达到约2倍。

此外，如图10所示，由（1）线可知，在CASE4的解析用柱100中，在位移量为110mm以下的范围内，与相同重量的CASE2和CASE3（（2）线和（3线））的解析用柱100相比，能量吸收特性更加优异。即，根据位置改变内角柱120的周围方向的厚度，以此改善能量吸收性能。然而，当位移量超过110mm时，理解为内角柱120的断裂已开始，与CASE2的解析用柱100相比能量吸收特性稍差。又，关于图9及图10，对重量相等的CASE2的解析用柱100和CASE3的解析用柱100的结果进行比较时（（2）线与（3）线之间的比较），尤其在位移值较大的情况下无法得到将金属制的外角柱110和增强塑料制的内角柱120进行组合的解析用柱100与使用仅由金属制成的外角柱110的解析用柱100相比能量吸收特性格外优异的效果。然而，通过CASE4，证实了根据本实施形态的冲击能量吸收柱1得到轻量化和在一定位移量以内充分吸收冲击能量的效果。

又，可知将金属制的外角柱110和增强塑料制的内角柱120进行组合后的解析用柱100显示出与使用仅由金属制成的外角柱110的解析用柱100同等以上的能量吸收特性，因此通过使冲击能量吸收柱1形成为金属制的外侧构件3和增强塑料制的内侧构件4的双重结构，以此可以使外侧构件3的厚度变薄且吸收较大的冲击能量。如上所述，外侧构件3是将两个柱半体6通过焊接而形成，因此通过使各柱半体6形成为较薄的厚度，以此柱半体6的焊接变得容易，借助于此，焊接两个柱半体6时的热应变也减小。在上述实施形态的冲击能量吸收柱1中，使外侧构件3和内侧构件4均形成为中空截面。然而，取而代之，也可以使外侧构件3和内侧构件4的截面均形成为凹状。又，截面也可以不是矩形，而是形成为圆形和椭圆等的各种形状。

在上述实施形态的冲击能量吸收柱1中，使外侧构件3由半体构成，但是不限于此。例如，也可以使用由铝挤压型材构成的中空材料。上述实施形态的冲击能量吸收柱1是直线，但是也可以是有曲率的柱。上述实施形态的冲击能量吸收柱1与车顶构体及底架是使用紧固单元进行结合，但是也可以通过焊接和其他手段等进行结合。外侧构件3和内侧构件4也可以具有相同长度。在上述实施形态中，冲击能量吸收柱1在铁道车辆构体2的端侧上设置有两根，但是也可以是一根，又可以是三根以上。此外，也可以使图1所示的角柱80由冲击能量吸收柱1形成。又，形成内侧构件4的增强塑料不限于CFRP或GFRP，也可以是其他的塑料、例如KFRP（含有芳纶的纤维增强塑料）和BFRP（含有硼的纤维增强塑料）等。由上述说明，本领域技术人员明了本发明的较多的改良和其他实施形态等。因此，上述说明仅作为例示解释，是以向本领域技术人员教导实施本发明的一个形态为目的提供。在不脱离本发明的精神的范围内，可以实质上变更其结构和/或功能的具体内容。

工业应用性：

本发明应用于设置于铁道车辆的先头车辆上的冲击能量吸收柱中时有益处。

符号说明：

1 冲击能量吸收柱；

2 铁道车辆构体；

3 外侧构件；

4 内侧构件；

5 解析用柱；

6 柱半体；

50 第一半体；

51 第二半体；

100 解析用柱。

Claims

1.一种冲击能量吸收柱，

是设置于铁道车辆的端部且从端梁向车顶构体延伸的冲击能量吸收柱，具备：

横截面为凹状截面或中空截面的金属制的外侧构件；和

沿着所述外侧构件的内周以相对于所述外侧构件未粘接的形式设置，与所述外侧构件平行地延伸的增强塑料制的内侧构件。

2.根据权利要求1所述的冲击能量吸收柱，其特征在于，所述外侧构件具有作为柱长度方向端部的与所述车顶构体结合的第一区域、和与底架结合的第二区域。

3.根据权利要求2所述的冲击能量吸收柱，其特征在于，

所述车顶构体与所述第一区域之间及所述底架与所述第二区域之间分别通过机械紧固相结合。

4.根据权利要求2所述的冲击能量吸收柱，其特征在于，所述内侧构件是将所述第一区域及所述第二区域除外，在从所述底架上部至所述车顶构体下部之间延伸。

5.根据权利要求1所述的冲击能量吸收柱，其特征在于，所述外侧构件是将分别沿着柱轴延伸的两个柱半体向与外侧构件的柱轴正交的方向排列并接合而构成，两个柱半体的接合部分沿着所述柱轴延伸。

6.根据权利要求5所述的冲击能量吸收柱，其特征在于，各柱半体具备沿着所述柱轴延伸的第一板状部、和从该第一板状部的两侧向与第一板状部正交的方向延伸的相互平行的第二板状部，两个柱半体是沿着冲击载荷的载荷方向相互以相反朝向配置并将第二板状部的梢端相接合而构成，第一板状部的板面与受到冲击载荷的方向对置。

7.根据权利要求1所述的冲击能量吸收柱，其特征在于，所述增强塑料是含有纤维的塑料，该纤维的体积率为60%以上。

8.根据权利要求1所述的冲击能量吸收柱，其特征在于，所述增强塑料是包括碳纤维增强塑料或玻璃纤维增强塑料的纤维增强塑料。

9.一种铁道车辆，根据权利要求1所述的冲击能量吸收柱为从底架竖立设置的冲击柱。

10.一种铁道车辆，还具备竖立设置于侧梁与端梁之间的角柱，所述角柱包括权利要求1所述的冲击能量吸收柱。

11.一种冲击能量吸收柱，

外侧构件；和

以相对于所述外侧构件未粘接的形式由所述外侧构件包围，与所述外侧构件相比柱长度方向的抗拉强度高且轻量，并且延性小的内侧构件。

12.根据权利要求11所述的冲击能量吸收柱，其特征在于，所述外侧构件具有作为柱长度方向端部的与所述车顶构体结合的第一区域、和与底架结合的第二区域。

13.根据权利要求12所述的冲击能量吸收柱，其特征在于，

14.根据权利要求12所述的冲击能量吸收柱，其特征在于，所述内侧构件是将所述第一区域及所述第二区域除外，在从所述底架上部至所述车顶构体下部之间延伸。

15.根据权利要求11所述的冲击能量吸收柱，其特征在于，所述外侧构件是将分别沿着柱轴延伸的两个柱半体向与外侧构件的柱轴正交的方向排列并接合而构成，两个柱半体的接合部分沿着所述柱轴延伸。

16.根据权利要求15所述的冲击能量吸收柱，其特征在于，各柱半体具备沿着所述柱轴延伸的第一板状部、和从该第一板状部的两侧向与第一板状部正交的方向延伸的相互平行的第二板状部，两个柱半体是沿着冲击载荷的载荷方向相互以相反朝向配置并将第二板状部的梢端相接合而构成，第一板状部的板面与受到冲击载荷的方向对置。

17.根据权利要求11所述的冲击能量吸收柱，其特征在于，所述内侧构件为增强塑料制，所述增强塑料是含有纤维的塑料，该纤维的体积率为60%以上。

18.一种铁道车辆，根据权利要求11所述的冲击能量吸收柱为从底架竖立设置的冲击柱。

19.一种铁道车辆，还具备竖立设置于侧梁与端梁之间的角柱，所述角柱包括权利要求11所述的冲击能量吸收柱。