JP7284402B2

JP7284402B2 - Evaluation device, evaluation method and program

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Publication number: JP7284402B2
Application number: JP2019190732A
Authority: JP
Inventors: 智亀甲; 和典岡本; 大輔品川; 慶祐川西; 宏明小崎; 尊範吉井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2019-10-18
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2023-05-31
Anticipated expiration: 2039-10-18
Also published as: JP2021067991A

Description

本発明は、構造部材の評価装置、評価方法およびプログラムに関する。 The present invention relates to a structural member evaluation device, evaluation method, and program.

鉄道車両用台車枠（以下、台車枠と略記する。）は、車体を支持すると共に、車輪、車軸、主電動機、駆動装置、およびサスペンション部品等の種々の台車部品を支持する構造部材である。鉄道車両の走行時には、上記の種々の台車部品から台車枠に荷重が伝達される。このため、台車枠には、これらの荷重に対して十分な強度および耐久性が要求される。 A railroad vehicle bogie frame (hereinafter abbreviated as a bogie frame) is a structural member that supports a vehicle body and various bogie parts such as wheels, axles, traction motors, driving devices, and suspension parts. When the railway vehicle is running, loads are transmitted from the above-described various bogie components to the bogie frame. Therefore, the bogie frame is required to have sufficient strength and durability to withstand these loads.

そこで、従来、台車枠の強度を評価するために種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１に開示された台車枠の強度評価方法では、台車枠のＦＥＭモデルを用いて台車枠の強度評価が行われる。 Therefore, conventionally, various methods have been proposed to evaluate the strength of the bogie frame. For example, in the bogie frame strength evaluation method disclosed in Patent Document 1, bogie frame strength evaluation is performed using an FEM model of the bogie frame.

具体的には、特許文献１の強度評価方法では、ＦＥＭモデルの表面上に、仮想的に歪みゲージが定義される。歪みゲージは、ＦＥＭモデルにおいて、強度評価の対象となる表面上の節点Ａと、当該節点Ａの近傍の表面上の２つの節点Ｂ，Ｃから内挿して求められる点Ｄとを結ぶように定義される。そして、Ａ－Ｄ間における荷重負荷前後の距離の変化に基づいて、Ａ－Ｄ方向の応力が算出される。特許文献１の強度評価方法では、上記のようにして算出された応力に基づいて、台車枠の強度が評価される。 Specifically, in the strength evaluation method of Patent Document 1, strain gauges are virtually defined on the surface of the FEM model. In the FEM model, the strain gauge is defined to connect a node A on the surface to be evaluated for strength and a point D obtained by interpolating from two nodes B and C on the surface near the node A. be done. Then, the stress in the AD direction is calculated based on the change in the distance between AD before and after the load is applied. In the strength evaluation method of Patent Document 1, the strength of the bogie frame is evaluated based on the stress calculated as described above.

特開２００５－１９０２４２号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-190242

しかしながら、本発明者らによる研究の結果、特許文献１に開示された方法では、内挿して求められる点Ｄが、ＦＥＭモデルの表面上ではなく、要素が存在しない空間上に位置する場合があることが分かった。この場合、実際には算出する必要がない方向の応力が算出されるため、台車枠の強度評価を適切に行うことができない。 However, as a result of research by the present inventors, in the method disclosed in Patent Document 1, the point D obtained by interpolation may be located not on the surface of the FEM model but in a space where no elements exist. I found out. In this case, since the stress is calculated in a direction that does not actually need to be calculated, the strength evaluation of the bogie frame cannot be performed appropriately.

そこで、本発明は、構造部材の強度評価を適切に行うことができる、評価装置、評価方法およびプログラムを提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an evaluation apparatus, an evaluation method, and a program capable of appropriately evaluating the strength of a structural member.

本発明は、下記の評価装置、評価方法およびプログラムを要旨とする。 The gist of the present invention is the following evaluation device, evaluation method, and program.

（１）評価対象となる構造部材のＦＥＭ解析用の解析モデルを取得する、モデル取得部と、
前記解析モデルの表面上の任意の節点を対象節点として、前記表面上において前記対象節点と共通の要素に属する複数の節点から、前記対象節点とともに三角形を形成することができる２つの節点の組み合わせを基準節点ペアとして抽出する、抽出部と、
前記抽出部に抽出された前記基準節点ペアを構成する２つの節点の間に仮想節点を規定する、規定部と、
前記解析モデルに荷重を与える、荷重負荷部と、
前記荷重負荷部が荷重を与える前後における前記解析モデルの表面上の各節点の変位を取得する、変位取得部と、
前記対象節点および前記仮想節点の変位に基づいて、前記構造部材の前記対象節点に対応する部位の強度に関する値を算出する、算出部と、
を備え、
前記抽出部は、前記対象節点とともに三角形を形成することができる２つの節点の組み合わせであっても、双方の節点が属する共通の要素が存在しない場合には、基準節点ペアとして抽出しない、構造部材の評価装置。 (1) a model acquisition unit that acquires an analysis model for FEM analysis of a structural member to be evaluated;
With an arbitrary node on the surface of the analysis model as a target node, a combination of two nodes that can form a triangle together with the target node is selected from a plurality of nodes on the surface that belong to a common element with the target node. an extraction unit for extracting as a reference node pair;
a defining unit that defines a virtual node between two nodes forming the reference node pair extracted by the extracting unit;
a load applying unit that applies a load to the analysis model;
a displacement acquisition unit that acquires the displacement of each node on the surface of the analysis model before and after the load applying unit applies the load;
a calculation unit that calculates a strength value of a portion of the structural member corresponding to the target node based on the displacement of the target node and the virtual node;
with
The extraction unit does not extract a reference node pair even if the combination of two nodes that can form a triangle with the target node does not have a common element to which both nodes belong. evaluation equipment.

（２）前記算出部は、前記強度に関する値として、ひずみ、応力および安全率のうちの少なくとも一つを出力する、上記（１）に記載の構造部材の評価装置。 (2) The structural member evaluation device according to (1), wherein the calculation unit outputs at least one of strain, stress, and safety factor as the value related to strength.

（３）前記荷重負荷部は、異なる複数の荷重条件ごとに、前記解析モデルに荷重を与え、
前記変位取得部は、前記複数の荷重条件ごとに各節点の変位を取得し、
前記算出部は、
前記複数の荷重条件ごとに、前記対象節点と前記仮想節点との間に生じるひずみを算出する、第１算出部と、
前記第１算出部によって算出された前記ひずみに基づいて、前記対象節点と前記仮想節点との間に生じる応力を前記荷重条件ごとに算出する、第２算出部と、
前記第２算出部によって荷重条件ごとに算出された応力に基づいて、それらの平均応力成分の和を取って前記対象節点と前記仮想節点との間の複合平均応力を算出するとともに、それらの変動応力成分の二乗和平方根を取って前記対象節点と前記仮想節点との間の複合変動応力を算出する、第３算出部と、
予め設定された複合平均応力、複合変動応力および応力限界の関係と、前記第３算出部によって算出された前記複合平均応力および前記複合変動応力とに基づいて、前記構造部材の前記対象節点に対応する部位の安全率を算出する、第４算出部と、
を含む、上記（１）または（２）に記載の構造部材の評価装置。 (3) the load application unit applies a load to the analysis model for each of a plurality of different load conditions;
The displacement acquisition unit acquires the displacement of each node for each of the plurality of load conditions,
The calculation unit
a first calculator that calculates the strain generated between the target node and the virtual node for each of the plurality of load conditions;
a second calculator that calculates the stress generated between the target node and the virtual node for each load condition based on the strain calculated by the first calculator;
Based on the stress calculated for each load condition by the second calculation unit, the sum of the average stress components is calculated to calculate the composite average stress between the target node and the virtual node, and their fluctuations a third calculation unit that calculates a composite fluctuating stress between the target node and the virtual node by taking the square root of the sum of squares of the stress components;
Corresponding to the target node of the structural member based on the preset relationship between the composite mean stress, the composite fluctuating stress, and the stress limit, and the composite mean stress and the composite fluctuating stress calculated by the third calculation unit A fourth calculation unit that calculates the safety factor of the part to
The structural member evaluation device according to (1) or (2) above, comprising:

（４）前記規定部は、前記基準節点ペアを構成する２つの節点のうち、一方を第１基準節点、他方を第２基準節点とし、前記第１基準節点と前記第２基準節点との距離に対する第１基準節点と仮想節点との距離の比を０～１の範囲で変化させることによって仮想節点の位置を変更し、
前記第１算出部は、前記仮想節点の位置ごとに、前記対象節点と前記仮想節点との間に生じるひずみを算出し、
前記第２算出部は、前記仮想節点の位置ごとに、前記対象節点と前記仮想節点との間に生じる応力を算出し、
前記第３算出部は、前記仮想節点の位置ごとに、前記複合平均応力および前記複合変動応力を算出し、
前記第４算出部は、前記仮想節点の位置ごとに前記安全率を算出し、算出された安全率のうち最も低い安全率を出力する、上記（３）に記載の構造部材の評価装置。 (4) The defining part defines one of the two nodes forming the reference node pair as a first reference node and the other as a second reference node, and sets the distance between the first reference node and the second reference node. changing the position of the virtual node by changing the ratio of the distance between the first reference node and the virtual node in the range of 0 to 1,
The first calculation unit calculates a strain generated between the target node and the virtual node for each position of the virtual node,
The second calculation unit calculates a stress generated between the target node and the virtual node for each position of the virtual node,
The third calculation unit calculates the composite average stress and the composite fluctuating stress for each position of the virtual node,
The structural member evaluation device according to (3) above, wherein the fourth calculation unit calculates the safety factor for each position of the virtual node, and outputs the lowest safety factor among the calculated safety factors.

（５）前記構造部材は、鉄道車両用台車枠である、上記（１）から（４）のいずれかに記載の構造部材の評価装置。 (5) The structural member evaluation apparatus according to any one of (1) to (4) above, wherein the structural member is a bogie frame for a railway vehicle.

（６）コンピュータによって実行される評価方法であって、
評価対象となる構造部材のＦＥＭ解析用の解析モデルを取得する、モデル取得ステップと、
前記解析モデルの表面上の任意の節点を対象節点として、前記表面上において前記対象節点と共通の要素に属する複数の節点から、前記対象節点とともに三角形を形成することができる２つの節点の組み合わせを基準節点ペアとして抽出する、抽出ステップと、
前記抽出ステップで抽出された前記基準節点ペアを構成する２つの節点の間に仮想節点を規定する、規定ステップと、
前記解析モデルに荷重を与える、荷重負荷ステップと、
前記荷重負荷ステップで荷重を与える前後における前記解析モデルの表面上の各節点の変位を取得する、変位取得ステップと、
前記対象節点および前記仮想節点の変位に基づいて、前記構造部材の前記対象節点に対応する部位の強度に関する値を算出する、算出ステップと、
を備え、
前記抽出ステップでは、前記対象節点とともに三角形を形成することができる２つの節点の組み合わせであっても、双方の節点が属する共通の要素が存在しない場合には、基準節点ペアとして抽出しない、構造部材の評価方法。 (6) A computer implemented evaluation method comprising:
a model acquisition step of acquiring an analysis model for FEM analysis of a structural member to be evaluated;
With an arbitrary node on the surface of the analysis model as a target node, a combination of two nodes that can form a triangle together with the target node is selected from a plurality of nodes on the surface that belong to a common element with the target node. an extraction step of extracting as reference node pairs;
a defining step of defining a virtual node between two nodes constituting the reference node pair extracted in the extracting step;
a loading step that applies a load to the analytical model;
a displacement acquisition step of acquiring the displacement of each node on the surface of the analysis model before and after the load is applied in the load application step;
a calculation step of calculating a strength value of a portion of the structural member corresponding to the target node based on the displacements of the target node and the virtual node;
with
In the extraction step, even if a combination of two nodes that can form a triangle with the target node, if there is no common element to which both nodes belong, the structural member is not extracted as a reference node pair. evaluation method.

（７）前記算出ステップでは、前記強度に関する値として、ひずみ、応力および安全率のうちの少なくとも一つを出力する、上記（６）に記載の構造部材の評価方法。 (7) The structural member evaluation method according to (6) above, wherein in the calculating step, at least one of strain, stress, and safety factor is output as the value related to strength.

（８）前記荷重負荷ステップでは、異なる複数の荷重条件ごとに、前記解析モデルに荷重を与え、
前記変位取得ステップでは、前記複数の荷重条件ごとに各節点の変位を取得し、
前記算出ステップは、
前記複数の荷重条件ごとに、前記対象節点と前記仮想節点との間に生じるひずみを算出する、第１算出ステップと、
前記第１算出ステップで算出された前記ひずみに基づいて、前記対象節点と前記仮想節点との間に生じる応力を前記荷重条件ごとに算出する、第２算出ステップと、
前記第２算出ステップで荷重条件ごとに算出された応力に基づいて、それらの平均応力成分の和を取って前記対象節点と前記仮想節点との間の複合平均応力を算出するとともに、それらの変動応力成分の二乗和平方根を取って前記対象節点と前記仮想節点との間の複合変動応力を算出する、第３算出ステップと、
予め設定された複合平均応力、複合変動応力および応力限界の関係と、前記第３算出ステップで算出された前記複合平均応力および前記複合変動応力とに基づいて、前記構造部材の前記対象節点に対応する部位の安全率を算出する、第４算出ステップと、
を含む、上記（６）または（７）に記載の構造部材の評価方法。 (8) in the load applying step, a load is applied to the analysis model for each of a plurality of different load conditions;
In the displacement acquisition step, the displacement of each node is acquired for each of the plurality of load conditions;
The calculating step includes:
a first calculation step of calculating the strain generated between the target node and the virtual node for each of the plurality of load conditions;
a second calculation step of calculating the stress generated between the target node and the virtual node for each load condition based on the strain calculated in the first calculation step;
Based on the stresses calculated for each load condition in the second calculation step, the sum of the average stress components is calculated to calculate the composite average stress between the target node and the virtual node, and their fluctuations a third calculating step of taking the square root of the sum of squares of the stress components to calculate a composite fluctuating stress between the target node and the virtual node;
Corresponding to the target node of the structural member based on the preset relationship between the composite mean stress, the composite fluctuating stress, and the stress limit, and the composite mean stress and the composite fluctuating stress calculated in the third calculation step A fourth calculation step for calculating the safety factor of the part to be
The method for evaluating the structural member according to (6) or (7) above, comprising:

（９）前記規定ステップでは、前記基準節点ペアを構成する２つの節点のうち、一方を第１基準節点、他方を第２基準節点とし、前記第１基準節点と前記第２基準節点との距離に対する第１基準節点と仮想節点との距離の比を０～１の範囲で変化させることによって仮想節点の位置を変更し、
前記第１算出ステップでは、前記仮想節点の位置ごとに、前記対象節点と前記仮想節点との間に生じるひずみを算出し、
前記第２算出ステップでは、前記仮想節点の位置ごとに、前記対象節点と前記仮想節点との間に生じる応力を算出し、
前記第３算出ステップでは、前記仮想節点の位置ごとに、前記複合平均応力および前記複合変動応力を算出し、
前記第４算出ステップでは、前記仮想節点の位置ごとに前記安全率を算出し、算出された安全率のうち最も低い安全率を出力する、上記（８）に記載の構造部材の評価方法。 (9) In the defining step, one of two nodes constituting the reference node pair is defined as a first reference node and the other is defined as a second reference node, and a distance between the first reference node and the second reference node is determined. changing the position of the virtual node by changing the ratio of the distance between the first reference node and the virtual node in the range of 0 to 1,
In the first calculation step, a strain generated between the target node and the virtual node is calculated for each position of the virtual node;
In the second calculation step, a stress generated between the target node and the virtual node is calculated for each position of the virtual node;
In the third calculation step, the composite mean stress and the composite fluctuating stress are calculated for each position of the virtual node;
The structural member evaluation method according to (8) above, wherein in the fourth calculation step, the safety factor is calculated for each position of the virtual node, and the lowest safety factor among the calculated safety factors is output.

（１０）前記構造部材は、鉄道車両用台車枠である、上記（６）から（９）のいずれかに記載の構造部材の評価方法。 (10) The structural member evaluation method according to any one of (6) to (9) above, wherein the structural member is a bogie frame for a railway vehicle.

（１１）上記（６）から（１０）のいずれかに記載の評価方法をコンピュータに実行させるプログラム。 (11) A program that causes a computer to execute the evaluation method according to any one of (6) to (10) above.

本発明によれば、構造部材の強度を適切に評価することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the intensity|strength of a structural member can be evaluated appropriately.

図１は、本発明の一実施形態に係る評価装置の概略構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an evaluation device according to one embodiment of the present invention. 図２は、本実施形態に係る評価装置の評価対象となる鉄道車両用台車枠の一例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an example of a railway vehicle bogie frame to be evaluated by the evaluation device according to the present embodiment. 図３は、抽出部による基準節点ペアの抽出方法を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a method of extracting reference node pairs by an extraction unit. 図４は、規定部の機能を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the function of the defining unit. 図５は、本実施形態に係る評価装置の作用効果を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the effects of the evaluation device according to this embodiment. 図６は、本発明の一実施形態に係る評価装置の構成を具体的に示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram specifically showing the configuration of the evaluation device according to one embodiment of the present invention. 図７は、応力限界図である。FIG. 7 is a stress limit diagram. 図８は、本発明の一実施形態に係る評価装置の動作を示すフロー図である。FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the evaluation device according to one embodiment of the present invention. 図９は、本発明の一実施形態に係る評価装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing an example of a computer that implements the evaluation device according to one embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施の形態に係る構造部材の評価装置、評価方法およびプログラムについて説明する。なお、以下においては、構造部材の一例として鉄道車両用台車枠を挙げ、鉄道車両用台車枠の各部の強度に関する値を評価装置によって算出する場合について説明する。 Hereinafter, a structural member evaluation apparatus, evaluation method, and program according to an embodiment of the present invention will be described. In the following description, a bogie frame for a railway vehicle is taken as an example of a structural member, and a case in which values relating to the strength of each portion of the bogie frame for a railway vehicle are calculated by an evaluation device will be described.

［装置構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る評価装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る評価装置１０は、モデル取得部１２、抽出部１４、規定部１６、荷重負荷部１８、変位取得部２０、および算出部２２を備える。 [Device configuration]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an evaluation device according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1 , the evaluation device 10 according to this embodiment includes a model acquisition unit 12 , an extraction unit 14 , a regulation unit 16 , a load application unit 18 , a displacement acquisition unit 20 and a calculation unit 22 .

図２は、本実施形態に係る評価装置１０の評価対象となる鉄道車両用台車枠の一例を示す斜視図である。図２に示すように、台車枠１００は、一対の側梁１０２と、一対の側梁１０２を接続する横梁１０４とを備えている。横梁１０４は、一対のパイプ部材１０４ａを有している。以下においては、評価装置１０が、台車枠１００の解析モデルを用いて、台車枠１００の各部の強度に関する値を算出する場合について説明する。ただし、評価装置１０によって強度が評価される台車枠の構成は図２に示す台車枠１００に限定されず、評価装置１０は、種々の構成の台車枠の強度評価を行うために用いられる。 FIG. 2 is a perspective view showing an example of a railway vehicle bogie frame to be evaluated by the evaluation device 10 according to this embodiment. As shown in FIG. 2 , the bogie frame 100 includes a pair of side beams 102 and a lateral beam 104 connecting the pair of side beams 102 . The cross beam 104 has a pair of pipe members 104a. A case will be described below in which the evaluation device 10 uses the analysis model of the bogie frame 100 to calculate the values related to the strength of each part of the bogie frame 100 . However, the configuration of the bogie frame whose strength is evaluated by the evaluation device 10 is not limited to the bogie frame 100 shown in FIG.

図１に示すように、評価装置１０のモデル取得部１２は、台車枠１００の解析モデルを取得する。解析モデルは、複数の要素および複数の節点を有する。本実施形態では、複数の節点には、コーナー節点（一次節点：要素の角に配置された節点）に加えて、中間節点（二次節点：コーナー節点とコーナー節点との間に位置するように要素辺上に配置された節点）が含まれてもよい。なお、解析モデルとしては、有限要素法（ＦＥＭ）による応力解析において用いられる公知の解析モデルを利用することができるので、解析モデルについての詳細な説明は省略する。 As shown in FIG. 1 , the model acquisition unit 12 of the evaluation device 10 acquires an analysis model of the bogie frame 100 . The analytical model has multiple elements and multiple nodes. In this embodiment, in addition to corner nodes (primary nodes: nodes located at the corners of the element), the plurality of nodes include intermediate nodes (secondary nodes: located between the corner nodes). Nodes located on element edges) may be included. As the analysis model, a known analysis model used in stress analysis by the finite element method (FEM) can be used, so a detailed description of the analysis model will be omitted.

本実施形態では、モデル取得部１２は、他の装置において作成された解析モデルを与えられることによって解析モデルを取得してもよいし、公知のＦＥＭ解析ソフトと同様に、ユーザの操作に基づいて解析モデルを作成することによって解析モデルを取得してもよい。 In this embodiment, the model acquisition unit 12 may acquire an analysis model by being given an analysis model created in another device, or may acquire an analysis model based on the user's operation, similar to known FEM analysis software. An analytical model may be obtained by creating an analytical model.

抽出部１４は、解析モデルの表面上の任意の節点を対象節点として、解析モデルの表面上において対象節点と共通の要素に属する複数の節点から、複数の基準節点ペアを抽出する。具体的には、抽出部１４は、対象節点とともに三角形を形成することができる２つの節点の複数の組み合わせをそれぞれ基準節点ペアとして抽出する。なお、対象節点は、強度に関する値（例えば、安全率）の算出対象となる節点である。本実施形態では、抽出部１４は、例えば、ユーザによって指定された領域に属する複数の節点を対象節点として選択してもよく、解析モデルの全ての節点を対象節点として選択してもよい。また、抽出部１４は、コーナー節点のみを対象節点として選択してもよい。以下、図面を用いて基準節点ペアの抽出方法について説明する。 The extracting unit 14 takes arbitrary nodes on the surface of the analytical model as target nodes and extracts a plurality of reference node pairs from multiple nodes belonging to common elements with the target nodes on the surface of the analytical model. Specifically, the extraction unit 14 extracts a plurality of combinations of two nodes that can form a triangle together with the target node as reference node pairs. Note that the target node is a node for which a value related to strength (for example, a safety factor) is to be calculated. In this embodiment, the extraction unit 14 may select, for example, a plurality of nodes belonging to a region specified by the user as target nodes, or may select all nodes of the analysis model as target nodes. Alternatively, the extraction unit 14 may select only corner nodes as target nodes. A method of extracting a reference node pair will be described below with reference to the drawings.

図３は、抽出部１４による基準節点ペアの抽出方法を説明するための図である。なお、図３には、解析モデルの表面上の複数の要素のうちの一部の要素ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４が示されている。また、図３には、複数の節点として、コーナー節点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆおよび中間節点Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏが示されている。なお、図３において、コーナー節点Ｂとコーナー節点Ｆとを結ぶ要素辺は存在しないものとする。すなわち、要素ｅ１と要素ｅ４との間は、要素が存在しない空間である。 FIG. 3 is a diagram for explaining how the extraction unit 14 extracts reference node pairs. Note that FIG. 3 shows some of the elements e1, e2, e3, and e4 among the plurality of elements on the surface of the analytical model. FIG. 3 also shows corner nodes A, B, C, D, E, F and middle nodes G, H, I, J, K, L, M, N, O as a plurality of nodes. . In FIG. 3, it is assumed that there is no element side connecting the corner node B and the corner node F. FIG. That is, the space between the element e1 and the element e4 is a space in which no element exists.

例えば、図３において、要素ｅ１～ｅ４に属するコーナー節点Ａを対象節点とする。この場合、抽出部１４は、対象節点Ａと共通の要素ｅ１～ｅ４に属する複数の節点Ｂ～Ｏ（対象節点Ａを除く節点）から、基準節点ペアを抽出する。具体的には、抽出部１４は、対象節点Ａとともに三角形を形成することができる２つの節点の組み合わせを基準節点ペアとして抽出する。 For example, in FIG. 3, the corner node A belonging to elements e1 to e4 is set as the target node. In this case, the extraction unit 14 extracts a reference node pair from a plurality of nodes B to O belonging to elements e1 to e4 common to the object node A (nodes excluding the object node A). Specifically, the extraction unit 14 extracts a combination of two nodes that can form a triangle together with the target node A as a reference node pair.

例えば、図３に示す要素Ｂ～Ｏのうち、節点Ｂおよび節点Ｃは、対象節点Ａと共通の要素ｅ１に属し、かつ対象節点Ａとともに三角形を形成することができる。したがって、抽出部１４は、節点Ｂおよび節点Ｃの組み合わせを基準節点ペアとして抽出する。また、例えば、節点Ｂおよび節点Ｈも、対象節点Ａと共通の要素ｅ１に属し、かつ対象節点Ａとともに三角形を形成することができる。したがって、抽出部１４は、節点Ｂおよび節点Ｈの組み合わせも基準節点ペアとして抽出する。 For example, among the elements B to O shown in FIG. 3, the node B and the node C belong to the common element e1 with the object node A and can form a triangle with the object node A. Therefore, the extraction unit 14 extracts the combination of node B and node C as a reference node pair. Also, for example, node B and node H can also belong to element e1 common to object node A and form a triangle with object node A. Therefore, the extraction unit 14 also extracts the combination of node B and node H as a reference node pair.

ただし、抽出部１４は、対象節点とともに三角形を形成することができる２つの節点の組み合わせであっても、双方の節点が属する共通の要素が存在しない節点の組み合わせを、基準節点ペアから除外する。例えば、図３に示す要素Ｂ～Ｏのうち、節点Ｈおよび節点Ｋは、対象節点Ａと共通の要素ｅ１,ｅ２,ｅ３に属し、かつ対象節点Ａとともに三角形を形成することができる。しかしながら、節点Ｈおよび節点Ｋが属する共通の要素は存在しない。具体的には、節点Ｈは、要素ｅ１に属し、節点Ｋは要素ｅ２および要素ｅ３に属している。このため、節点Ｈ，Ｋの組み合わせは、双方の節点が属する共通の要素が存在しない組み合わせとなり、抽出部１４は、節点Ｈ，Ｋの組み合わせを基準節点ペアとして抽出しない。同様に、例えば、節点Ｈおよび節点Ｏは、対象節点Ａと共通の要素ｅ１,ｅ４に属し、かつ対象節点Ａとともに三角形を形成することができる。しかしながら、節点Ｈおよび節点Ｏが属する共通の要素は存在しない。具体的には、節点Ｈは、要素ｅ１に属し、節点Ｏは要素ｅ４に属している。このため、節点Ｈ，Ｏの組み合わせも、双方の節点が属する共通の要素が存在しない組み合わせであり、抽出部１４は、節点Ｈ，Ｏの組み合わせを基準節点ペアとして抽出しない。 However, the extraction unit 14 excludes, from the reference node pair, a node combination that does not have a common element to which both nodes belong, even if it is a combination of two nodes that can form a triangle with the target node. For example, among elements BO shown in FIG. 3, node H and node K belong to common elements e1, e2, and e3 with target node A, and can form a triangle with target node A. However, there is no common element to which node H and node K belong. Specifically, node H belongs to element e1, and node K belongs to elements e2 and e3. Therefore, the combination of the nodes H and K is a combination in which there is no common element to which both nodes belong, and the extraction unit 14 does not extract the combination of the nodes H and K as the reference node pair. Similarly, for example, node H and node O may belong to common elements e1, e4 with object node A and form a triangle with object node A. However, there is no common element to which node H and node O belong. Specifically, the node H belongs to the element e1, and the node O belongs to the element e4. Therefore, the combination of nodes H and O is also a combination in which there is no common element to which both nodes belong, and the extraction unit 14 does not extract the combination of nodes H and O as a reference node pair.

本実施形態では、抽出部１４は、上記のルールに従って、対象節点ごとに１以上の基準節点ペアを抽出する。例えば、節点Ａが対象節点に設定された場合には、抽出部１４は、節点Ｂ，Ｃ、節点Ｂ，Ｈ、節点Ｂ，Ｉ、節点Ｃ，Ｇ、節点Ｃ，Ｈ、節点Ｇ，Ｈ、節点Ｇ，Ｉ、節点Ｈ，Ｉ、節点Ｃ，Ｄ、節点Ｃ，Ｊ、節点Ｃ，Ｋ、節点Ｄ，Ｉ、節点Ｄ，Ｊ、節点Ｉ，Ｊ、節点Ｉ，Ｋ、節点Ｊ，Ｋ、節点Ｄ，Ｅ、節点Ｄ，Ｌ、節点Ｄ，Ｍ、節点Ｅ，Ｋ、節点Ｅ，Ｌ、節点Ｋ，Ｌ、節点Ｋ，Ｍ、節点Ｌ，Ｍ、節点Ｅ，Ｆ、節点Ｅ，Ｎ、節点Ｅ，Ｏ、節点Ｆ，Ｍ，節点Ｆ，Ｎ、節点Ｍ，Ｎ、節点Ｍ，Ｏ、および節点Ｎ，Ｏの３２通りの節点の組み合わせを、基準節点ペアとして抽出する。 In this embodiment, the extraction unit 14 extracts one or more reference node pairs for each target node according to the above rules. For example, when the node A is set as the target node, the extraction unit 14 extracts the nodes B and C, the nodes B and H, the nodes B and I, the nodes C and G, the nodes C and H, the nodes G and H, Nodes G, I, Nodes H, I, Nodes C, D, Nodes C, J, Nodes C, K, Nodes D, I, Nodes D, J, Nodes I, J, Nodes I, K, Nodes J, K, Nodes D, E Nodes D, L Nodes D, M Nodes E, K Nodes E, L Nodes K, L Nodes K, M Nodes L, M Nodes E, F Nodes E, N, 32 combinations of nodes E and O, nodes F and M, nodes F and N, nodes M and N, nodes M and O, and nodes N and O are extracted as reference node pairs.

また、上述したように、本実施形態では、中間節点を対象節点とすることもできる。この場合も、抽出部１４は、上述したルールに従って基準節点ペアを抽出する。例えば、中間節点Ｉが対象節点に設定された場合には、抽出部１４は、対象節点Ｉとともに対象節点Ｉの周囲の要素ｅ１，ｅ２に属する複数の節点Ａ～Ｄ、Ｇ、Ｈ、ＪおよびＫから、複数の基準節点ペアを抽出する。具体的には、抽出部１４は、節点Ａ，Ｂ、節点Ａ，Ｄ、節点Ａ，Ｇ、節点Ａ，Ｈ，節点Ａ，Ｊ、節点Ａ，Ｋ、節点Ｂ，Ｃ、節点Ｂ，Ｇ、節点Ｂ，Ｈ、節点Ｃ，Ｄ、節点Ｃ，Ｇ、節点Ｃ，Ｈ、節点Ｃ，Ｊ、節点Ｃ，Ｋ、節点Ｄ，Ｊ、節点Ｄ，Ｋ、節点Ｇ，Ｈおよび節点Ｊ，Ｋの１８通りの節点の組み合わせを、基準節点ペアとして抽出する。 Further, as described above, in the present embodiment, intermediate nodes can also be set as target nodes. Also in this case, the extraction unit 14 extracts the reference node pair according to the above-described rule. For example, when the intermediate node I is set as the target node, the extraction unit 14 extracts the target node I and a plurality of nodes A to D, G, H, J and From K, extract a plurality of reference node pairs. Specifically, the extraction unit 14 extracts nodes A and B, nodes A and D, nodes A and G, nodes A and H, nodes A and J, nodes A and K, nodes B and C, nodes B and G, Nodes B, H, Nodes C, D, Nodes C, G, Nodes C, H, Nodes C, J, Nodes C, K, Nodes D, J, Nodes D, K, Nodes G, H and Nodes J, K 18 combinations of nodes are extracted as reference node pairs.

なお、詳細な説明は省略するが、例えば、評価装置１０の負担を軽減するために、上述の基準節点ペアのうちの一部を、基準節点ペアから除外してもよい。例えば、対象節点と同一の要素辺上に位置する中間節点と、対象節点と異なる要素辺上に位置する中間節点との組み合わせを、基準節点ペアから除外してもよい。したがって、図３において節点Ａを対象節点とした場合に、対象節点Ａと同一の要素辺上に位置する中間節点Ｇ（または中間節点Ｉ）と、対象節点Ａと異なる要素辺上に位置する中間節点Ｈとの組み合わせを、基準節点ペアから除外してもよい。なお、基準節点ペアから除外する節点の組み合わせは、ユーザが適宜設定することができる。 Although detailed description is omitted, for example, in order to reduce the burden on the evaluation device 10, some of the above reference node pairs may be excluded from the reference node pairs. For example, a combination of an intermediate node located on the same element side as the target node and an intermediate node located on a different element side from the target node may be excluded from the reference node pair. Therefore, when the node A is the object node in FIG. The combination with node H may be excluded from the reference node pair. Note that the combination of nodes to be excluded from the reference node pair can be appropriately set by the user.

規定部１６は、上記のようにして抽出した基準節点ペアごとに、仮想節点を規定する。具体的には、規定部１６は、基準節点ペアを構成する２つの節点のうち、一方を第１基準節点、他方を第２基準節点とし、第１基準節点と前記第２基準節点との間に仮想節点を規定する。 The defining unit 16 defines a virtual node for each reference node pair extracted as described above. Specifically, the defining unit 16 sets one of the two nodes forming the reference node pair as a first reference node and the other as a second reference node, and sets the distance between the first reference node and the second reference node. defines a virtual node in

以下、規定部１６の機能を具体的に説明する。図４は、規定部１６の機能を説明するための図である。なお、図４には、図３に示した要素ｅ１が示されている。また、以下においては、節点Ａを対象節点とする基準節点ペアＧ，Ｉに対して、仮想節点を規定する場合について説明する。 The functions of the defining unit 16 will be specifically described below. FIG. 4 is a diagram for explaining the function of the defining unit 16. As shown in FIG. Note that FIG. 4 shows the element e1 shown in FIG. In the following, a case will be described in which virtual nodes are defined for a reference node pair G and I having node A as a target node.

図４を参照して、基準節点ペアＧ，Ｉに対して仮想節点を規定する場合、規定部１６は、例えば、節点Ｇを第１基準節点とし、節点Ｉを第２基準節点とし、第１基準節点Ｇと第２基準節点Ｉとを結ぶ線分ＧＩ上に、仮想節点Ｖを規定する。なお、本実施形態では、規定部１６は、第１基準節点Ｇと第２基準節点Ｉとの距離Ｄ_０に対する第１基準節点Ｇと仮想節点Ｖとの距離Ｄ_１の比を０～１の範囲で変化させることによって、仮想節点の位置を変更する。これにより、規定部１６は、複数の基準節点ペアに対してそれぞれ、複数の仮想節点を規定することができる。 Referring to FIG. 4, when defining virtual nodes for reference node pair G and I, definition unit 16, for example, defines node G as the first reference node, node I as the second reference node, and first A virtual node V is defined on a line segment GI connecting the reference node G and the second reference node I. In the present embodiment, _the defining unit 16 sets the ratio of the distance D1 between the first reference node G and the virtual node V to the distance _D0 between the first reference node G and the second reference node I to a value between 0 and 1. Change the position of the virtual node by varying the range. Thereby, the defining unit 16 can define a plurality of virtual nodes for each of the plurality of reference node pairs.

なお、本明細書において、第１基準節点と第２基準節点との距離に対する第１基準節点と仮想節点との距離の比が０になる場合とは、第１基準節点を仮想節点として規定することを意味し、第１基準節点と第２基準節点との距離に対する第１基準節点と仮想節点との距離の比が１になる場合とは、第２基準節点を仮想節点として規定することを意味する。 In this specification, when the ratio of the distance between the first reference node and the virtual node to the distance between the first reference node and the second reference node is 0, the first reference node is defined as a virtual node. When the ratio of the distance between the first reference node and the virtual node to the distance between the first reference node and the second reference node is 1, it means that the second reference node is defined as the virtual node. means.

なお、第１基準節点と第２基準節点との距離に対する第１基準節点と仮想節点との距離の比については、０～１の範囲で連続的に変化させてもよく、複数の値をユーザが適宜設定してもよい。また、例えば、１つの基準節点ペアに対して規定される仮想節点の数が予め設定されていてもよい。この場合、第１基準節点と第２基準節点との間において、予め設定された数の仮想節点を等間隔で規定してもよい。 Note that the ratio of the distance between the first reference node and the virtual node to the distance between the first reference node and the second reference node may be continuously changed within the range of 0 to 1, and a plurality of values may be set by the user. may be set as appropriate. Also, for example, the number of virtual nodes defined for one reference node pair may be set in advance. In this case, a preset number of virtual nodes may be defined at regular intervals between the first reference node and the second reference node.

荷重負荷部１８は、モデル取得部１２が取得した解析モデルに荷重を与える。なお、荷重負荷部１８の機能は、公知のＦＥＭ解析ソフトの機能と同様である。したがって、荷重負荷部１８は、公知のＦＥＭ解析ソフトと同様に構成することができるので、詳細な説明は省略する。 The load application unit 18 applies a load to the analysis model acquired by the model acquisition unit 12 . The function of the load application unit 18 is the same as that of known FEM analysis software. Therefore, since the load application unit 18 can be configured in the same manner as known FEM analysis software, detailed description thereof will be omitted.

変位取得部２０は、荷重負荷部１８が荷重を与える前後における解析モデルの表面上の各節点（コーナー節点、中間節点および仮想節点）の変位を取得する。本実施形態では、変位取得部２０は、公知のＦＥＭ解析ソフトと同様の機能により、コーナー節点および中間節点の変位を取得する。 The displacement acquiring unit 20 acquires the displacement of each node (corner node, intermediate node, and virtual node) on the surface of the analytical model before and after the load is applied by the load applying unit 18 . In this embodiment, the displacement acquisition unit 20 acquires the displacements of the corner nodes and intermediate nodes using the same function as known FEM analysis software.

また、本実施形態では、変位取得部２０は、第１基準節点および第２基準節点の変位に基づいて、内挿（直接内挿）により仮想節点の変位を取得する。図４に示した例では、変位取得部２０は、第１基準節点Ｇの変位および第２基準節点Ｉの変位に基づいて、仮想節点Ｖの変位を算出する。本実施形態では、変位取得部２０は、例えば、仮想節点Ｖの変位を変位ベクトルとして算出する。具体的には、第１基準節点Ｇの変位をΔＧ（＝（Δｘ_１，Δｙ_１，Δｚ_１））とし、第２基準節点Ｉの変位をΔＩ（＝（Δｘ_２，Δｙ_２，Δｚ_２））とした場合、仮想節点Ｖの変位ΔＶは、下記式（１）によって算出される。
ΔＶ＝（１－（Ｄ_１／Ｄ_０））×ΔＧ＋（Ｄ_１／Ｄ_０）× ΔＩ・・・（１） Further, in the present embodiment, the displacement acquisition unit 20 acquires the displacement of the virtual node by interpolation (direct interpolation) based on the displacements of the first reference node and the second reference node. In the example shown in FIG. 4, the displacement acquisition unit 20 calculates the displacement of the virtual node V based on the displacement of the first reference node G and the displacement of the second reference node I. In this embodiment, the displacement acquisition unit 20 calculates, for example, the displacement of the virtual node V as a displacement vector. Specifically, the displacement of the first reference node G is ΔG (=(Δx ₁ , Δy ₁ , Δz ₁ )), and the displacement of the second reference node I is ΔI (=(Δx ₂ , Δy ₂ , Δz ₂ ). ), the displacement ΔV of the virtual node V is calculated by the following equation (1).
ΔV=(1−(D ₁ /D ₀ ))×ΔG+(D ₁ /D ₀ )×ΔI (1)

算出部２２は、変位取得部２０が取得した対象節点の変位および仮想節点の変位に基づいて、台車枠１００において対象節点に対応する部位の強度に関する値を算出する。本実施形態では、算出部２２は、強度に関する値として、ひずみ、応力および安全率を算出する。図４に示した例では、算出部２２は、対象節点Ａの変位および仮想節点Ｖの変位に基づいて、台車枠１００において対象節点Ａに対応する部位のひずみ、応力および安全率を算出する。 The calculation unit 22 calculates a value related to the strength of the portion of the bogie frame 100 corresponding to the target node based on the displacement of the target node and the displacement of the virtual node acquired by the displacement acquisition unit 20 . In the present embodiment, the calculator 22 calculates strain, stress, and safety factor as values related to strength. In the example shown in FIG. 4, the calculator 22 calculates the strain, stress and safety factor of the portion of the bogie frame 100 corresponding to the target node A based on the displacement of the target node A and the displacement of the virtual node V.

本実施形態では、算出部２２は、まず、対象節点Ａの変位および仮想節点Ｖの変位に基づいて、荷重負荷部１８が解析モデルに荷重を与えることによって対象節点Ａと仮想節点Ｖとの間に生じるひずみを算出する。本実施形態では、算出部２２は、例えば、下記式（２）によってひずみλを算出する。
λ＝（ＡＶ_１－ＡＶ_０）／ＡＶ_０・・・（２）
ただし、上記式において、ＡＶ_０は、荷重負荷部１８による荷重負荷前における対象節点Ａと仮想節点Ｖとの距離を示し、ＡＶ_１は、荷重負荷部１８による荷重負荷後における対象節点Ａと仮想節点Ｖとの距離を示す。 In the present embodiment, the calculation unit 22 first calculates the distance between the target node A and the virtual node V by causing the load applying unit 18 to apply a load to the analysis model based on the displacement of the target node A and the displacement of the virtual node V. Calculate the strain that occurs in In the present embodiment, the calculator 22 calculates the strain λ by, for example, Equation (2) below.
λ=(AV ₁ -AV ₀ )/AV ₀ (2)
However, in the above formula, AV ₀ indicates the distance between the target node A and the virtual node V before the load is applied by the load applying unit 18, and AV ₁ indicates the target node A and the virtual node V after the load is applied by the load applying unit 18. The distance to the node V is shown.

次に、算出部２２は、上記のようにして算出したひずみと、解析モデルにおいて予め設定されたヤング率とに基づいて、対象節点Ａと仮想節点Ｖとの間に生じる応力を算出する。 Next, the calculator 22 calculates the stress generated between the object node A and the virtual node V based on the strain calculated as described above and the Young's modulus preset in the analysis model.

最後に、算出部２２は、上記のようにして算出した応力、および予め設定された応力と応力限界との関係に基づいて、台車枠１００において対象節点Ａに対応する部位の安全率を算出する。 Finally, the calculation unit 22 calculates the safety factor of the portion corresponding to the object node A in the bogie frame 100 based on the stress calculated as described above and the preset relationship between the stress and the stress limit. .

なお、本実施形態では、算出部２２は、仮想節点の位置ごとに、対象節点に対応する部位の安全率を算出する。算出部２２は、例えば、仮想節点の位置ごとに算出した安全率のうち、最も低い安全率を、対象節点に対応する部位の安全率として出力してもよく、算出した全ての安全率を、仮想節点の位置に紐付けて出力してもよい。 Note that, in the present embodiment, the calculator 22 calculates the safety factor of the part corresponding to the target node for each position of the virtual node. For example, the calculation unit 22 may output the lowest safety factor among the safety factors calculated for each position of the virtual node as the safety factor of the part corresponding to the target node, and all the calculated safety factors may be It may be output in association with the position of the virtual node.

以下、本実施形態に係る評価装置１０の作用効果を説明する。図５は、本実施形態に係る評価装置１０の作用効果を説明するための図である。具体的には、図５は、台車枠の解析モデル１０６の一部を示す斜視図である。解析モデル１０６は、底部１０６ａおよび底部１０６ａから立ち上がる壁部１０６ｂを有している。なお、図５においては、図面が煩雑になることを避けるために、解析モデル１０６の複数の要素（三角要素）のうち、底部１０６ａおよび壁部１０６ｂの内表面の要素（三角要素）のみを示している。 The effects of the evaluation device 10 according to this embodiment will be described below. FIG. 5 is a diagram for explaining the effects of the evaluation device 10 according to this embodiment. Specifically, FIG. 5 is a perspective view showing part of the analysis model 106 of the bogie frame. The analytical model 106 has a bottom portion 106a and a wall portion 106b rising from the bottom portion 106a. In order to avoid complication of the drawing, FIG. 5 shows only the inner surface elements (triangular elements) of the bottom portion 106a and the wall portion 106b among the plurality of elements (triangular elements) of the analytical model 106. ing.

上述したように、本実施形態に係る評価装置１０では、対象節点と共通の要素に属する複数の節点から基準節点ペアを抽出する際に、対象節点とともに三角形を形成することができる２つの節点の組み合わせであっても、双方の節点が属する共通の要素が存在しない場合には、その節点の組み合わせは基準節点ペアから除外される。 As described above, in the evaluation apparatus 10 according to the present embodiment, when extracting a reference node pair from a plurality of nodes belonging to a common element with the target node, two nodes that can form a triangle together with the target node Even if it is a combination, if there is no common element to which both nodes belong, the combination of nodes is excluded from the reference node pair.

例えば、図５に示す解析モデル１０６において、底部１０６ａと壁部１０６ｂとの境界に位置する節点ａが対象節点に設定されたとする。この場合、対象節点ａと共通の要素Ｅ１,Ｅ２に属する中間節点ｂ、および対象節点と共通の要素Ｅ３,Ｅ４に属する中間節点ｃは、対象節点ａとともに三角形を形成することができる。しかしながら、中間節点ｂ，ｃが属する共通の要素は存在しない。したがって、対象節点ａの安全率を算出する際には、中間節点ｂ，ｃの組み合わせは基準節点ペアとして抽出されない。これにより、中間節点ｂ,ｃを結ぶ線分ｂｃ上、すなわち要素が存在していない空間上に仮想節点が配置されることを防止することができる。その結果、対象節点ａの周囲に生じるひずみおよび対象節点ａに作用する応力を適切に算出することができ、解析対象（台車枠）において対象節点ａに対応する部位の安全率を適切に算出することができる。 For example, in the analysis model 106 shown in FIG. 5, assume that the node a located on the boundary between the bottom 106a and the wall 106b is set as the target node. In this case, an intermediate node b belonging to elements E1 and E2 common to object node a, and an intermediate node c belonging to elements E3 and E4 common to object node a can form a triangle together with object node a. However, there is no common element to which intermediate nodes b and c belong. Therefore, when calculating the safety factor of the target node a, the combination of the intermediate nodes b and c is not extracted as the reference node pair. As a result, it is possible to prevent the virtual node from being placed on the line segment bc connecting the intermediate nodes b and c, that is, on the space where no element exists. As a result, the strain generated around the target node a and the stress acting on the target node a can be appropriately calculated, and the safety factor of the portion corresponding to the target node a in the analysis target (bogie frame) can be appropriately calculated. be able to.

次に、評価装置１０の具体的な構成について説明する。図６は、本発明の一実施形態に係る評価装置の構成を具体的に示すブロック図である。 Next, a specific configuration of the evaluation device 10 will be described. FIG. 6 is a block diagram specifically showing the configuration of the evaluation device according to one embodiment of the present invention.

本実施形態に係る評価装置１０においても、上述の実施形態と同様に、モデル取得部１２が台車枠のＦＥＭ解析用の解析モデルを取得し、抽出部１４は、複数の基準節点ペアを抽出し、規定部１６は、基準節点ペアごとに仮想節点を規定する。 Also in the evaluation apparatus 10 according to this embodiment, as in the above-described embodiment, the model acquisition unit 12 acquires an analysis model for FEM analysis of the bogie frame, and the extraction unit 14 extracts a plurality of reference node pairs. , the defining unit 16 defines a virtual node for each reference node pair.

本実施形態では、荷重負荷部１８は、異なる複数の荷重条件で解析モデルに荷重を与える。荷重条件の区分としては、例えば、上下方向の荷重、左右方向の荷重、前後方向の荷重、およびねじり方向の荷重等が挙げられる。本実施形態では、例えば、ＪＩＳＥ４２０７：２０１９に示された荷重条件に従って、解析モデルに荷重を与えることができる。 In this embodiment, the load application unit 18 applies loads to the analysis model under a plurality of different load conditions. Classification of the load condition includes, for example, a vertical load, a horizontal load, a longitudinal load, a torsional load, and the like. In this embodiment, for example, a load can be applied to the analysis model according to the load conditions specified in JIS E 4207:2019.

なお、本実施形態では、荷重条件ごとに、平均荷重および変動荷重が予め設定されている。また、本実施形態では、荷重負荷部１８は、荷重条件ごとに、平均荷重および変動荷重を加算して得られる荷重を、解析モデルに与える。 In addition, in this embodiment, the average load and the fluctuating load are set in advance for each load condition. Further, in the present embodiment, the load application unit 18 applies a load obtained by adding the average load and the fluctuating load to the analysis model for each load condition.

変位取得部２０は、複数の荷重条件ごとに、上述の実施形態と同様に、荷重負荷部１８が荷重を与える前後における解析モデルの表面上の各節点（コーナー節点、中間節点および仮想節点）の変位を取得する。 For each of a plurality of load conditions, the displacement acquisition unit 20 calculates each node (corner node, intermediate node, and virtual node) on the surface of the analysis model before and after the load is applied by the load applying unit 18, as in the above-described embodiment. Get the displacement.

算出部２２は、第１算出部２２ａ、第２算出部２２ｂ、第３算出部２２ｃおよび第４算出部２２ｄを有する。第１算出部２２ａは、複数の荷重条件ごとに、対象節点と仮想節点との間に生じるひずみを算出する。具体的には、第１算出部２２ａは、例えば、上述の実施形態と同様に、上記式（２）によって、対象節点と仮想節点との間に生じるひずみを、規定部１６が規定した仮想節点の位置ごとに算出する。 The calculator 22 has a first calculator 22a, a second calculator 22b, a third calculator 22c, and a fourth calculator 22d. The first calculator 22a calculates the strain generated between the target node and the virtual node for each of the plurality of load conditions. Specifically, for example, the first calculator 22a calculates the strain generated between the target node and the virtual node by using the above equation (2) as in the above-described embodiment. is calculated for each position.

第２算出部２２ｂは、第１算出部２２ａが算出したひずみと、解析モデルにおいて予め設定されたヤング率とに基づいて、対象節点と仮想節点との間に生じる応力を荷重条件ごとに算出する。本実施形態では、第２算出部２２ｂは、規定部１６が規定した仮想節点の位置ごとに、対象節点と仮想節点との間に生じる応力を算出する。 The second calculator 22b calculates the stress generated between the target node and the virtual node for each load condition based on the strain calculated by the first calculator 22a and the Young's modulus preset in the analysis model. . In this embodiment, the second calculator 22b calculates the stress generated between the target node and the virtual node for each position of the virtual node defined by the defining unit 16 .

第３算出部２２ｃは、第２算出部２２ｂが荷重条件ごとに算出した応力の平均応力成分および変動応力成分を算出する。なお、上述したように、本実施形態では、荷重負荷部１８は、平均荷重および変動荷重を加算して得られる荷重を解析モデルに与えている。すなわち、第２算出部２２ｂによって算出される応力は、平均荷重および変動荷重を加算して得られる荷重に基づいて算出された応力である。 The third calculator 22c calculates the average stress component and the fluctuating stress component of the stress calculated for each load condition by the second calculator 22b. In addition, as described above, in the present embodiment, the load applying section 18 applies the load obtained by adding the average load and the fluctuating load to the analysis model. That is, the stress calculated by the second calculator 22b is stress calculated based on the load obtained by adding the average load and the fluctuating load.

したがって、本実施形態では、第３算出部２２ｃは、第２算出部２２ｂが算出した応力と、荷重負荷部１８が解析モデルに与えた荷重に対する平均荷重の割合とを乗算することにより、平均応力成分を算出することができる。また、第３算出部２２ｃは、第２算出部２２ｂが算出した応力と、荷重負荷部１８が解析モデルに与えた荷重に対する変動荷重の割合とを乗算することにより、変動応力成分を算出することができる。 Therefore, in the present embodiment, the third calculator 22c multiplies the stress calculated by the second calculator 22b by the ratio of the average load to the load applied to the analysis model by the load applying unit 18, thereby calculating the average stress components can be calculated. Further, the third calculator 22c calculates the fluctuating stress component by multiplying the stress calculated by the second calculator 22b by the ratio of the fluctuating load to the load applied to the analysis model by the load applying section 18. can be done.

例えば、荷重負荷部１８が解析モデルに与えた荷重が１３０ｋＮで、そのうち、平均荷重が１００ｋＮで、変動荷重が３０ｋＮであったとする。この条件で、第２算出部２２ｂによって算出された応力が１３０ＭＰａであったとする。この場合、第２算出部２２ｂが算出した応力（１３０ＭＰａ）と、荷重負荷部１８が解析モデルに与えた荷重（１３０ｋＮ）に対する平均荷重（１００ｋＮ）の割合（１００／１３０）とが乗算され、平均応力成分が１００ＭＰａであると算出される。また、第２算出部２２ｂが算出した応力（１３０ＭＰａ）と、荷重負荷部１８が解析モデルに与えた荷重（１３０ｋＮ）に対する変動荷重（３０ｋＮ）の割合（３０／１３０）とが乗算され、変動応力成分が３０ＭＰａであると算出される。 For example, assume that the load applied to the analysis model by the load applying unit 18 is 130 kN, of which the average load is 100 kN and the fluctuating load is 30 kN. Assume that the stress calculated by the second calculator 22b under this condition is 130 MPa. In this case, the stress (130 MPa) calculated by the second calculation unit 22b is multiplied by the ratio (100/130) of the average load (100 kN) to the load (130 kN) applied to the analysis model by the load applying unit 18, and the average The stress component is calculated to be 100 MPa. Further, the stress (130 MPa) calculated by the second calculation unit 22b is multiplied by the ratio (30/130) of the fluctuating load (30 kN) to the load (130 kN) applied to the analysis model by the load applying unit 18, and the fluctuating stress The component is calculated to be 30 MPa.

第３算出部２２ｃは、上記のようにして荷重条件ごとに算出した平均応力成分の和を取って、対象節点と仮想節点との間の複合平均応力を算出する。また、第３算出部２２ｃは、上記のようにして荷重条件ごとに算出した変動応力成分の二乗和平方根を取って、対象節点と仮想節点との間の複合変動応力を算出する。本実施形態では、第３算出部２２ｃは、規定部１６が規定した仮想節点の位置ごとに、複合平均応力および複合変動応力を算出する。 The third calculator 22c sums the average stress components calculated for each load condition as described above to calculate the composite average stress between the target node and the virtual node. The third calculator 22c also calculates the complex fluctuating stress between the target node and the virtual node by taking the square root of the sum of squares of the fluctuating stress components calculated for each load condition as described above. In the present embodiment, the third calculator 22c calculates the composite average stress and the composite fluctuating stress for each virtual node position defined by the defining unit 16 .

第４算出部２２ｄは、予め設定された複合平均応力、複合変動応力および応力限界の関係（以下、応力限界関係と記載する。）と、第３算出部２２ｃが算出した複合平均応力および複合変動応力とに基づいて、台車枠１００において対象節点に対応する部位の安全率を算出する。本実施形態では、応力限界関係は、図示しないデータベースに予め記憶されていてもよく、評価装置１０による解析を実行する際に、ユーザによって入力されてもよい。以下、第４算出部２２ｄによる安全率の算出方法の一例について図面を用いて説明する。 The fourth calculator 22d calculates the relationship between the preset composite average stress, the composite fluctuating stress, and the stress limit (hereinafter referred to as the stress limit relation), and the composite mean stress and composite fluctuation calculated by the third calculator 22c. The safety factor of the portion corresponding to the object node in the bogie frame 100 is calculated based on the stress. In this embodiment, the stress limit relationship may be stored in advance in a database (not shown), or may be input by the user when performing analysis by the evaluation device 10 . An example of a method of calculating the safety factor by the fourth calculator 22d will be described below with reference to the drawings.

図７は、応力限界関係の一例を示す図（応力限界図）である。図７に示す応力限界関係では、平均応力を第１軸（横軸）とし、変動応力を第２軸（縦軸）とするグラフ上に、応力限界線が規定されている。 FIG. 7 is a diagram (stress limit diagram) showing an example of the stress limit relationship. In the stress limit relationship shown in FIG. 7, a stress limit line is defined on a graph having mean stress as the first axis (horizontal axis) and fluctuating stress as the second axis (vertical axis).

図７に示すように、本実施形態では、第４算出部２２ｄは、まず、応力限界線が示されたグラフ上に、第３算出部２２ｃが算出した複合平均応力および複合変動応力を示す点をプロットする。なお、図７には、複合平均応力が「－５０ＭＰａ」で、複合変動応力が「５０ＭＰａ」の場合を示している。 As shown in FIG. 7, in the present embodiment, the fourth calculator 22d first places points indicating the composite average stress and the composite fluctuating stress calculated by the third calculator 22c on the graph showing the stress limit line. to plot Note that FIG. 7 shows a case where the composite average stress is "-50 MPa" and the composite fluctuating stress is "50 MPa".

次に、第４算出部２２ｄは、プロットした点と原点とを通る直線（以下、判定線と記載する。）を算出する。次に、第４算出部２２ｄは、下記式（３）に基づいて、安全率ＳＦを算出する。
ＳＦ＝ＯＰ１／ＯＰ２・・・（３）
なお、上記式（３）において、ＯＰ１は、判定線および応力限界線の交点と原点とを結ぶ線分の長さであり、ＯＰ２は、判定線において、第４算出部２２ｄがプロットした点と原点とを結ぶ線分の長さである。 Next, the fourth calculator 22d calculates a straight line (hereinafter referred to as a determination line) passing through the plotted points and the origin. Next, the fourth calculator 22d calculates the safety factor SF based on the following formula (3).
SF=OP1/OP2 (3)
In the above formula (3), OP1 is the length of the line segment connecting the point of intersection of the decision line and the stress limit line and the origin, and OP2 is the point plotted by the fourth calculator 22d on the decision line. It is the length of the line segment connecting the origin.

なお、応力限界関係としては、例えば、ＪＩＳＥ４２０７：２０１９に示された応力限界図を用いることができる。 As the stress limit relationship, for example, the stress limit diagram shown in JIS E 4207:2019 can be used.

本実施形態では、第４算出部２２ｄは、規定部１６が規定した仮想節点の位置ごとに、上述の（３）式を用いて、台車枠１００において対象節点に対応する部位の安全率を算出する。また、本実施形態では、第４算出部２２ｄは、仮想節点の位置ごとに算出した安全率のうち、最も低い安全率を、対象節点に対応する部位の安全率として出力する。 In the present embodiment, the fourth calculator 22d calculates the safety factor of the portion of the bogie frame 100 corresponding to the target node using the above-described equation (3) for each position of the virtual node defined by the defining unit 16. do. Further, in the present embodiment, the fourth calculator 22d outputs the lowest safety factor among the safety factors calculated for each position of the virtual node as the safety factor of the part corresponding to the target node.

なお、本実施形態では、例えば、解析モデルに予め形成された全ての節点（仮想節点を除く節点：コーナー節点および中間節点）が対象節点に設定される。したがって、第４算出部２２ｄは、解析モデルに予め設定された全ての節点について、安全率を算出することができる。また、本実施形態では、第４算出部２２ｄは、台車枠１００において解析モデルの各節点に対応する部位の安全率を、安全率分布図として出力してもよい。この場合、第４算出部２２ｄは、台車枠１００の各部位の安全率を、その大きさに基づいてコンター表示してもよい。 In this embodiment, for example, all nodes (nodes other than virtual nodes: corner nodes and intermediate nodes) previously formed in the analysis model are set as target nodes. Therefore, the fourth calculator 22d can calculate the safety factor for all nodes preset in the analysis model. Further, in the present embodiment, the fourth calculator 22d may output the safety factor of the parts of the bogie frame 100 corresponding to each node of the analysis model as a safety factor distribution diagram. In this case, the fourth calculator 22d may contour-display the safety factor of each part of the bogie frame 100 based on its magnitude.

以上のように、本実施形態においては、複合平均応力および複合変動応力を用いて、台車枠１００の各部の安全率が算出される。ここで、本実施形態では、複合平均応力および複合変動応力を算出するに際して、要素が存在していない空間上に仮想節点が配置されることが防止される。これにより、各対象節点に作用する複合平均応力および複合変動応力を適切に算出することができ、台車枠１００の各部の安全率を適切に算出することができる。 As described above, in the present embodiment, the safety factor of each part of the bogie frame 100 is calculated using the composite average stress and the composite fluctuating stress. Here, in the present embodiment, when calculating the composite mean stress and the composite fluctuating stress, placement of virtual nodes in a space where no elements exist is prevented. As a result, the composite average stress and the composite fluctuating stress acting on each target node can be appropriately calculated, and the safety factor of each portion of the bogie frame 100 can be properly calculated.

［装置動作］
次に、本実施形態に係る評価装置１０の動作について図８を用いて説明する。図８は、本発明の一実施形態に係る評価装置１０の動作を示すフロー図である。なお、本実施形態に係る評価方法は、評価装置１０を動作させることによって実施される。 [Device operation]
Next, the operation of the evaluation device 10 according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the evaluation device 10 according to one embodiment of the invention. Note that the evaluation method according to the present embodiment is implemented by operating the evaluation device 10 .

図８に示すように、本実施形態では、上述したように、まず、モデル取得部１２が、台車枠のＦＥＭ解析用の解析モデルを取得する（ステップＳ１）。次に、上述したように、抽出部１４が、解析モデルに予め形成された複数の節点をそれぞれ対象節点に設定するとともに、対象節点ごとに複数の基準節点ペアを抽出する（ステップＳ２）。 As shown in FIG. 8, in this embodiment, as described above, first, the model acquisition unit 12 acquires an analysis model for FEM analysis of the bogie frame (step S1). Next, as described above, the extraction unit 14 sets a plurality of nodes formed in advance in the analysis model as target nodes, and extracts a plurality of reference node pairs for each target node (step S2).

次に、上述したように、規定部１６が、基準節点ペアごとに仮想節点を規定する（ステップＳ３）。次に、上述したように、荷重負荷部１８が解析モデルに荷重を与える（ステップＳ４）。 Next, as described above, the definition unit 16 defines virtual nodes for each reference node pair (step S3). Next, as described above, the load application unit 18 applies a load to the analysis model (step S4).

次に、上述したように、変位取得部２０が、荷重負荷部１８が荷重を与える前後における解析モデルの表面上の各節点（コーナー節点、中間節点および仮想節点）の変位を取得する（ステップＳ５）。 Next, as described above, the displacement acquiring unit 20 acquires the displacement of each node (corner node, intermediate node, and virtual node) on the surface of the analytical model before and after the load is applied by the load applying unit 18 (step S5 ).

最後に、上述したように、算出部２２が、台車枠１００において対象節点に対応する部位の強度に関する値を算出する（ステップＳ６）。ステップＳ６では、ステップＳ２において対象節点に設定された複数の節点についてそれぞれ、強度に関する値（ひずみ、応力および安全率）が算出される。なお、ステップＳ６では、上述したように、台車枠１００において解析モデルの各節点に対応する部位の安全率が、安全率分布図として出力されてもよい。 Finally, as described above, the calculator 22 calculates the strength value of the portion of the bogie frame 100 corresponding to the target node (step S6). In step S6, values relating to strength (strain, stress and safety factor) are calculated for each of the plurality of nodes set as target nodes in step S2. In addition, in step S6, as described above, the safety factor of the parts of the bogie frame 100 corresponding to each node of the analysis model may be output as a safety factor distribution diagram.

［プログラム］
本実施の形態におけるプログラムは、コンピュータに、図８に示すステップＳ１～Ｓ６を実行させるプログラムであればよい。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態における評価装置と評価方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのプロセッサは、モデル取得部１２、抽出部１４、規定部１６、荷重負荷部１８、変位取得部２０、および算出部２２（第１算出部２２ａ、第２算出部２２ｂ、第３算出部２２ｃおよび第４算出部２２ｄ）として機能し、処理を行う。 [program]
The program in this embodiment may be any program that causes a computer to execute steps S1 to S6 shown in FIG. By installing this program in a computer and executing it, the evaluation apparatus and evaluation method according to the present embodiment can be realized. In this case, the processor of the computer includes the model acquiring unit 12, the extracting unit 14, the defining unit 16, the load applying unit 18, the displacement acquiring unit 20, and the calculating unit 22 (the first calculating unit 22a, the second calculating unit 22b, the third It functions as the calculation unit 22c and the fourth calculation unit 22d) and performs processing.

また、本実施形態に係るプログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されてもよい。この場合、各コンピュータがそれぞれ、モデル取得部１２、抽出部１４、規定部１６、荷重負荷部１８、変位取得部２０、および算出部２２（第１算出部２２ａ、第２算出部２２ｂ、第３算出部２２ｃおよび第４算出部２２ｄ）のいずれかとして機能してもよい。 Also, the program according to the present embodiment may be executed by a computer system constructed by a plurality of computers. In this case, each computer has a model acquisition unit 12, an extraction unit 14, a regulation unit 16, a load application unit 18, a displacement acquisition unit 20, and a calculation unit 22 (first calculation unit 22a, second calculation unit 22b, third It may function as either the calculator 22c or the fourth calculator 22d).

［物理構成］
図９は、本発明の一実施形態に係る評価装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。コンピュータ１１０は、本実施形態に係るプログラムを実行することによって、本実施形態に係る評価装置１０を実現する。 [Physical configuration]
FIG. 9 is a block diagram showing an example of a computer that implements the evaluation device according to one embodiment of the present invention. The computer 110 realizes the evaluation device 10 according to this embodiment by executing the program according to this embodiment.

図９に示すように、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１と、メインメモリ１１２と、記憶装置１１３と、入力インターフェイス１１４と、表示コントローラ１１５と、データリーダ／ライタ１１６と、通信インターフェイス１１７とを備える。これらの各部は、バス１２１を介して、互いにデータ通信可能に接続される。なお、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１に加えて、又はＣＰＵ１１１に代えて、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を備えていてもよい。 As shown in FIG. 9, computer 110 includes CPU 111 , main memory 112 , storage device 113 , input interface 114 , display controller 115 , data reader/writer 116 and communication interface 117 . These units are connected to each other via a bus 121 so as to be able to communicate with each other. The computer 110 may include a GPU (Graphics Processing Unit) or an FPGA (Field-Programmable Gate Array) in addition to the CPU 111 or instead of the CPU 111 .

ＣＰＵ１１１は、記憶装置１１３に格納された、本実施の形態におけるプログラム（コード）をメインメモリ１１２に展開し、これらを所定順序で実行することにより、各種の演算を実施する。メインメモリ１１２は、典型的には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性の記憶装置である。また、本実施の形態におけるプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１２０に格納された状態で提供される。なお、本実施の形態におけるプログラムは、通信インターフェイス１１７を介して接続されたインターネット上で流通するものであってもよい。 The CPU 111 expands the programs (codes) of the present embodiment stored in the storage device 113 into the main memory 112 and executes them in a predetermined order to perform various calculations. The main memory 112 is typically a volatile storage device such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory). Also, the program in the present embodiment is provided in a state stored in computer-readable recording medium 120 . It should be noted that the program in this embodiment may be distributed on the Internet connected via communication interface 117 .

また、記憶装置１１３の具体例としては、ハードディスクドライブの他、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置が挙げられる。入力インターフェイス１１４は、ＣＰＵ１１１と、キーボードおよびマウスといった入力機器１１８との間のデータ伝送を仲介する。表示コントローラ１１５は、ディスプレイ装置１１９と接続され、ディスプレイ装置１１９での表示を制御する。 Further, as a specific example of the storage device 113, in addition to a hard disk drive, a semiconductor storage device such as a flash memory can be cited. Input interface 114 mediates data transmission between CPU 111 and input devices 118 such as a keyboard and mouse. The display controller 115 is connected to the display device 119 and controls display on the display device 119 .

データリーダ／ライタ１１６は、ＣＰＵ１１１と記録媒体１２０との間のデータ伝送を仲介し、記録媒体１２０からのプログラムの読み出し、およびコンピュータ１１０における処理結果の記録媒体１２０への書き込みを実行する。通信インターフェイス１１７は、ＣＰＵ１１１と、他のコンピュータとの間のデータ伝送を仲介する。 Data reader/writer 116 mediates data transmission between CPU 111 and recording medium 120 , reads programs from recording medium 120 , and writes processing results in computer 110 to recording medium 120 . Communication interface 117 mediates data transmission between CPU 111 and other computers.

また、記録媒体１２０の具体例としては、ＣＦ（Compact Flash（登録商標））およびＳＤ（Secure Digital）等の汎用的な半導体記憶デバイス、フレキシブルディスク（Flexible Disk）等の磁気記録媒体、又はＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの光学記録媒体が挙げられる。 Specific examples of the recording medium 120 include general-purpose semiconductor storage devices such as CF (Compact Flash (registered trademark)) and SD (Secure Digital); magnetic recording media such as flexible disks; An optical recording medium such as a ROM (Compact Disk Read Only Memory) can be used.

なお、本実施形態に係る評価装置１０は、プログラムがインストールされたコンピュータではなく、各部に対応したハードウェアを用いることによって実現されてもよい、また、評価装置１０は、一部がプログラムで実現され、残りの部分がハードウェアで実現されていてもよい。 Note that the evaluation device 10 according to the present embodiment may be realized by using hardware corresponding to each part instead of a computer in which a program is installed. and the rest may be implemented in hardware.

［他の実施形態］
上述の実施形態では、評価装置が、鉄道車両用台車枠の各部の強度に関する値を算出する場合について説明したが、本発明に係る評価装置の評価対象となる構造部材は、鉄道車両用台車枠に限定されない。例えば、評価装置が、他の機械構造部材（自動車用車体等）、建築構造部材および土木構造部材等の種々の構造部材の各部の強度に関する値を算出してもよい。 [Other embodiments]
In the above-described embodiment, the case where the evaluation device calculates the strength value of each part of the railroad vehicle bogie frame has been described. is not limited to For example, the evaluation device may calculate the strength of each part of various structural members such as other mechanical structural members (vehicle bodies for automobiles, etc.), building structural members, and civil engineering structural members.

また、上述の実施形態では、算出部２２が強度に関する値として安全率を出力する場合について説明したが、算出部２２が強度に関する値としてひずみまたは応力（複合平均応力および複合変動応力を含む。）を出力してもよい。すなわち、算出部２２が、ひずみ、応力および安全率のうちの少なくとも一つを出力してもよい。なお、上述したように、算出部２２は、仮想節点の位置ごとに、対象節点に対応する部位のひずみおよび応力を算出する。算出部２２は、例えば、仮想節点の位置ごとに算出したひずみまたは応力のうち、最も大きいひずみまたは応力を、対象節点に対応する部位のひずみまたは応力として出力してもよく、算出した全てのひずみまたは応力を、仮想節点の位置に紐付けて出力してもよい。 Further, in the above-described embodiment, the case where the calculation unit 22 outputs the safety factor as a value related to strength has been described. may be output. That is, the calculator 22 may output at least one of strain, stress and safety factor. Note that, as described above, the calculator 22 calculates the strain and stress of the portion corresponding to the target node for each position of the virtual node. For example, the calculation unit 22 may output the largest strain or stress among the strains or stresses calculated for each position of the virtual node as the strain or stress of the part corresponding to the target node, and all the calculated strains Alternatively, the stress may be output in association with the position of the virtual node.

また、上述の実施形態では、算出部２２が強度に関する値として、ひずみ、応力および安全率を算出する場合について説明したが、算出部が強度に関する値として、安全率を算出しなくてもよく、安全率および応力を算出しなくてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the case where the calculation unit 22 calculates the strain, stress and safety factor as the value related to strength has been described, but the calculation unit does not need to calculate the safety factor as the value related to strength. It is not necessary to calculate the safety factor and stress.

１０評価装置
１２モデル取得部
１４抽出部
１６規定部
１８荷重負荷部
２０変位取得部
２２算出部
10 Evaluation Device 12 Model Acquisition Part 14 Extraction Part 16 Prescription Part 18 Load Application Part 20 Displacement Acquisition Part 22 Calculation Part

Claims

a model acquisition unit that acquires an analysis model for FEM analysis of a structural member to be evaluated;
With an arbitrary node on the surface of the analysis model as a target node, a combination of two nodes that can form a triangle together with the target node is selected from a plurality of nodes on the surface that belong to a common element with the target node. an extraction unit for extracting as a reference node pair;
a defining unit that defines a virtual node between two nodes forming the reference node pair extracted by the extracting unit;
a load applying unit that applies a load to the analysis model;
a displacement acquisition unit that acquires the displacement of each node on the surface of the analysis model before and after the load applying unit applies the load;
a calculation unit that calculates a strength value of a portion of the structural member corresponding to the target node based on the displacement of the target node and the virtual node;
with
The extraction unit does not extract a reference node pair even if the combination of two nodes that can form a triangle with the target node does not have a common element to which both nodes belong. evaluation equipment.

2. The structural member evaluation device according to claim 1, wherein said calculation unit outputs at least one of strain, stress and safety factor as said value related to strength.

The load applying unit applies a load to the analysis model for each of a plurality of different load conditions,
The displacement acquisition unit acquires the displacement of each node for each of the plurality of load conditions,
The calculation unit
a first calculator that calculates the strain generated between the target node and the virtual node for each of the plurality of load conditions;
a second calculator that calculates the stress generated between the target node and the virtual node for each load condition based on the strain calculated by the first calculator;
Based on the stress calculated for each load condition by the second calculation unit, the sum of the average stress components is calculated to calculate the composite average stress between the target node and the virtual node, and their fluctuations a third calculation unit that calculates a composite fluctuating stress between the target node and the virtual node by taking the square root of the sum of squares of the stress components;
Corresponding to the target node of the structural member based on the preset relationship between the composite mean stress, the composite fluctuating stress, and the stress limit, and the composite mean stress and the composite fluctuating stress calculated by the third calculation unit A fourth calculation unit that calculates the safety factor of the part to
The structural member evaluation device according to claim 1 or 2, comprising:

The defining unit defines one of two nodes constituting the reference node pair as a first reference node and the other as a second reference node, and defines a first reference node for a distance between the first reference node and the second reference node. changing the position of the virtual node by changing the ratio of the distance between the reference node and the virtual node in the range of 0 to 1;
The first calculation unit calculates a strain generated between the target node and the virtual node for each position of the virtual node,
The second calculation unit calculates a stress generated between the target node and the virtual node for each position of the virtual node,
The third calculation unit calculates the composite average stress and the composite fluctuating stress for each position of the virtual node,
4. The structural member evaluation apparatus according to claim 3, wherein said fourth calculator calculates said safety factor for each position of said virtual node, and outputs the lowest safety factor among the calculated safety factors.

5. The structural member evaluation apparatus according to claim 1, wherein said structural member is a railroad vehicle bogie frame.

A computer implemented evaluation method comprising:
a model acquisition step of acquiring an analysis model for FEM analysis of a structural member to be evaluated;
With an arbitrary node on the surface of the analysis model as a target node, a combination of two nodes that can form a triangle together with the target node is selected from a plurality of nodes on the surface that belong to a common element with the target node. an extraction step of extracting as reference node pairs;
a defining step of defining a virtual node between two nodes constituting the reference node pair extracted in the extracting step;
a loading step that applies a load to the analytical model;
a displacement acquisition step of acquiring the displacement of each node on the surface of the analysis model before and after the load is applied in the load application step;
a calculation step of calculating a strength value of a portion of the structural member corresponding to the target node based on the displacements of the target node and the virtual node;
with
In the extraction step, even if a combination of two nodes that can form a triangle with the target node, if there is no common element to which both nodes belong, the structural member is not extracted as a reference node pair. evaluation method.

7. The method of evaluating a structural member according to claim 6, wherein in said calculating step, at least one of strain, stress and safety factor is output as said value related to strength.

In the load applying step, a load is applied to the analysis model for each of a plurality of different load conditions,
In the displacement acquisition step, the displacement of each node is acquired for each of the plurality of load conditions;
The calculating step includes:
a first calculation step of calculating the strain generated between the target node and the virtual node for each of the plurality of load conditions;
a second calculation step of calculating the stress generated between the target node and the virtual node for each load condition based on the strain calculated in the first calculation step;
Based on the stresses calculated for each load condition in the second calculation step, the sum of the average stress components is calculated to calculate the composite average stress between the target node and the virtual node, and their fluctuations a third calculating step of taking the square root of the sum of squares of the stress components to calculate a composite fluctuating stress between the target node and the virtual node;
Corresponding to the target node of the structural member based on the preset relationship between the composite mean stress, the composite fluctuating stress, and the stress limit, and the composite mean stress and the composite fluctuating stress calculated in the third calculation step A fourth calculation step for calculating the safety factor of the part to be
The method for evaluating a structural member according to claim 6 or 7, comprising:

In the defining step, one of the two nodes forming the reference node pair is set as a first reference node and the other is set as a second reference node, and the distance between the first reference node and the second reference node is defined as a first reference node. changing the position of the virtual node by changing the ratio of the distance between the reference node and the virtual node in the range of 0 to 1;
In the first calculation step, a strain generated between the target node and the virtual node is calculated for each position of the virtual node;
In the second calculation step, a stress generated between the target node and the virtual node is calculated for each position of the virtual node;
In the third calculation step, the composite mean stress and the composite fluctuating stress are calculated for each position of the virtual node;
9. The structural member evaluation method according to claim 8, wherein in said fourth calculating step, said safety factor is calculated for each position of said virtual node, and the lowest safety factor among the calculated safety factors is output.

The structural member evaluation method according to any one of claims 6 to 9, wherein the structural member is a railroad vehicle bogie frame.

A program that causes a computer to execute the evaluation method according to any one of claims 6 to 10.