JP2009020065A - ゴム製品の寿命予測方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ゴム製品の寿命予測方法において、鉄道台車の軸ばねゴムに作用する荷重を所定時間に亘って測定することで得られる時系列波形を、有限要素法解析に適した入力データに処理するデータ処理手順33と、データ処理手順33で得られる入力データを用いて有限要素法解析を行うFEM手順35とを有し、データ処理手順33は、時系列波形に基づく入力データが所定の均一な分布状態であればFEM手順35に移行し、不均一な分布状態であれば所定の均一な分布状態になるまで入力データを細分化する均一化処理手順34を含んでいる。
【選択図】図2
Description
前記データ処理手順33で得られる入力データを用いて有限要素法解析を行うFEM手順35と、
前記FEM手順35によって得られる出力データを用いて、振幅と平均値との組合せの頻度をカウントして成るマトリクスMを作成するマトリクス作成手順37と、
前記マトリクス作成手順37によって作成されるマトリクスMと、前記ゴム製品Gと同じゴムを用いて作成されている寿命予測用ゴム試験体Aの耐久試験結果データとを比較して演算処理することで前記ゴム製品Gの寿命を割り出す寿命算出手順38と、
前記データ処理手順33は、前記時系列波形に基づく前記入力データが所定の均一な分布状態であれば前記FEM手順35に移行し、不均一な分布状態であれば所定の均一な分布状態になるまで入力データを細分化する均一化処理手順34を含んでいることを特徴とするものである。
まず、寿命予測用ゴム試験体A並びに軸ばねゴムGについて説明する。寿命予測用ゴム試験体Aは、図9,図10に示すように、互いに離間している一対の硬質フランジ2,3と、それら硬質フランジ2,3の間に介装される試験ゴム部1とから構成されている。各硬質フランジ2,3は、ステンレスや圧延鋼板等の厚手の金属板で形成されており、例えば、円形の硬質フランジ2,3の中央に一体装備されているボルト部4等の連結手段を備えておけば好都合である。厚み一定の金属円板で成る硬質フランジ2,3は、試験ゴム部1への張出しがないものとなるように、それらの試験ゴム部側の面、即ち内側面2A,3Aが水平面(フラット面の一例)に形成されている。
1≦H/2r≦2……(1)
2≦SO/SA≦4……(2)
θ=45±10度……(3)
なる関係が成立するように構成されている。
まず波形取得手順31を実行する。鉄道台車9の軸ばねゴムGには、荷重センサ、変位センサ、歪ゲージ等の荷重検出手段(符記省略)が装着されており、その荷重検出手段の検出信号を、適宜の通信手段(インターネット、専用の通信線等)40を介して波形取得手段21に送信可能に構成されており、これを波形測定手段46(波形測定手順)と定義する。つまり、上記の状態の鉄道車両B(図1参照)を予め定められている試験区間(例:大阪〜神戸間)で走行させ、その間に軸ばねゴムGに作用する種々の荷重を所定時間に亘って測定し、その検出情報を波形取得手段21に送信することにより、荷重の時系列波形を得ることができる。この場合、実機走行に代えて、マルチボディシュミレーション等の解析モデルを用いて軸ばねゴムGに作用する荷重を所定時間に亘って想定することでも良く、その場合には想定される時系列波形の信号を、適宜の通信手段を用いて波形取得手段21に伝送し、荷重の時系列波形を得ることとなる。このように、軸ばねゴムGに作用する荷重の時系列波形を得る一連の動作が波形取得手順31である(図2参照)。
波形整形手順32は、図1〜図4に示すように、波形取得手順31で得られる荷重に関する時系列波形を時短処理するものであって、波形整形手段22によって実行される。波形取得手段21による時系列波形は3次元成分が総合されたものであるため、図3に示すように、まずX軸、Y軸、及びZ軸に関する1次元の時系列波形〔図4(a)の「元波形データ」を参照〕をそれぞれ作成し、それら3軸方向の各入力データをレインフロー法によって時系列波形の削除予定点を算定し、それらの点をメモリする。
ゴム製品寿命予測方法のFEM入力データ処理方法であるデータ処理手順33は、図1,図2,図5に示すように、波形取得手段21によって(波形取得手順31によって)時系列波形が得られたら、それを有限要素法解析に適した入力データに処理するものであって、データ処理手段23によって実行される。但し、時系列波形が比較的長時間に亘っていてそのままではデータ処理手段23がやり難いと判断される場合には、時系列波形の時間を短縮(圧縮)させる波形整形手順32(前述)を波形整形手段22によって実行することが可能である。
この工程7.は、前述したライブラリの作成を行う手順である。即ち、鉄道台車9に装備されるゴムと同じゴム(硬度及び配合が互いに等しい)を用いた複数種の寿命予測用ゴム試験体Aを作成し、それら各寿命予測用ゴム試験体Aの予備試験機による試験データを集めてハイト図(ヘーグ図)を作成する等の前述のゴム特性取得手順47である。ゴム特性取得手順47については、寿命予測用ゴム試験体Aの説明において既述してあるので、ここでのそれ以上の説明は省略する。
工程8.は、工程1.〜工程7.によって算出された軸ばねゴムAの予測寿命が正しいかどうかを確認する必要が生じた場合に実行される修正手順39(図2参照)である。即ち、寿命算出手順38によって割り出された軸ばねゴムAの寿命(予測寿命)と、軸ばねゴムAを実際に3軸耐久試験機43で損傷するまで耐久試験させる実耐久試験手順48(図1,2参照)による寿命とを比較して、これら両寿命どうしの整合性が無い又はあまり無い場合には、それら寿命どうしの整合性が取れるように寿命算出手順38における演算処理を修正する修正手順39を、修正手段29によって実行させることが加味される。
33 データ処理手順(FEM入力データ処理方法)
34 均一化処理手順
35 FEM手順
37 マトリクス作成手順
38 寿命算出手順
39 修正手順
43 3軸耐久試験機
A 寿命予測用ゴム試験体
G ゴム製品
M マトリクス
Claims (5)
- 装着対象に装着された状態のゴム製品に作用する荷重を所定時間に亘って取得することで得られる時系列波形を、有限要素法解析に適した入力データに処理するデータ処理手順と、
前記データ処理手順で得られる入力データを用いて有限要素法解析を行うFEM手順と、
前記FEM手順によって得られる出力データを用いて、振幅と平均値との組合せの頻度をカウントして成るマトリクスを作成するマトリクス作成手順と、
前記マトリクス作成手順によって作成されるマトリクスと、前記ゴム製品と同じゴムを用いて作成されている寿命予測用ゴム試験体の耐久試験結果データとを比較して演算処理することで前記ゴム製品の寿命を割り出す寿命算出手順とを有し、
前記データ処理手順は、前記時系列波形に基づく前記入力データが所定の均一な分布状態であれば前記FEM手順に移行し、不均一な分布状態であれば所定の均一な分布状態になるまで入力データを細分化する均一化処理手順を含んでいるゴム製品の寿命予測方法。 - 前記均一化処理手順における入力データの細分化手段としてレインフロー法を用いる請求項1に記載のゴム製品の寿命予測方法。
- 前記時系列波形が、実機に組み込まれたゴム製品に作用する荷重を所定時間に亘って計測するか、又は解析モデルを用いて前記ゴム製品に作用する荷重を所定時間に亘って想定することで得られる請求項1又は2に記載のゴム製品の寿命予測方法。
- 前記寿命算出手順における演算処理として修正マイナー法を用いる請求項1〜3の何れか一項に記載のゴム製品の寿命予測方法。
- 前記寿命算出手順によって割り出された前記ゴム製品の寿命と、3軸耐久試験機による前記ゴム製品の耐久試験による前記ゴム製品の寿命とを比較して、これら両寿命どうしの整合性が取れるように前記寿命算出手順における演算処理を修正する修正手順が必要に応じて加味される請求項1〜4の何れか一項に記載のゴム製品の寿命予測方法。
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