1.일본의 연구자나 학생이 참고 문헌을 찾을 때 잘 사용하는“CiNii”(CiNii【Scholarly and Academic Information Navigator, pronounced like “sigh-knee”】 is a database service that enables searching of information on academic articles published in academic society journals or university research bulletins, or articles included in the National Diet Library"s Japanese Periodicals Index Database.)(을)를 사용하기로 했다.
2.Google나 Yahoo!(와)과 같이, 「철도 차량 충돌」이라고 입력하고, 논문을 검색한다.그러자(면),검색 결과가 나온다.
3.1건째에는「고속 차량에 있어서의 내충돌 성능의 향상—내충돌 구조의 시뮤레이션베이스드데자인 (철도 차량 특집호) Improving the crashworthiness of high speed rail vehicles: simulation-based design for a crash resistant structure」가 나온다.이것이 2010년 2월에 「카와사키겹공사기술보」(Kawasaki Technical Review)의 제170호 38 페이지-41 페이지에 게재된 것인 것은, 상부 링크처 페이지아래의 정보로부터 안다.
유감스럽지만, CiNii에 본문이 없지만, 만약을 위해 K.T.R Vol.170에 대해 검색하면, 카와사키 중공업의 웹 사이트에서 기술 해설도의 일부를 볼 수 있었다.
4.그것만으로는 납득하지 않는 청조도 있을 것이다로부터, 만약을 위해 CiNii로 본문을 읽을 수 있는 논문을 찾으면, 3건째에「유럽을 위한 철도 차량의 충돌 구조의 개발(토픽)」가 나온다.이것은, 2009년 3월에 「일본 기계 학회잡지」의 제112호 1084번째에 게재된 것으로, 저자가 히타치 제작소의 사원인 것은, 상부 링크처 페이지아래의 정보로부터 안다.
무료로 본문을 읽을 수 있으므로, 이 때에 소개한다.
1.처음에
주식회사 히타치 제작소는, 영국·런던과 도버 해협 터널을 묶는 해협 연락선을 주행하는 고속 철도 차량을 수주했다.이것은, 일본의 차량 메이커로서 영국을 포함한 유럽에 있어서의 최초의 고속 철도 차량과 있다.이 차량의 개발에 임해 과제가 된 것은,현지 규격에의 적응이다.특히 충돌 안전성에 대해서는, 유럽에서는 사고가 일어났을 경우에서도 승무원·승객의 보호를 고려해 규정되고 있다.그 때문에, 본안건의 차량에는, 차체를 적극적으로 변형시키고, 충돌시의 에너지를 흡수하는, 충격 흡수 구조를 개발할 필요가 있었다.차량 제어나 신호 시스템에 의해, 사고를 미연에 방지하는 대책을 기본으로 하고 있는 일본도, 충돌 안전성에 관한 배려가 높아지고 있다.본고에서는, 이번 개발한 충격 흡수 구조에 대해 보고한다.
2.편성 차량의 구성
그림 1에 편성 차량의 구성을 나타낸다.편성 차량【도 1(a)】은, 선두 차량【도 1(b)】으로 중간 차량【도 1(c)】을 조합한 6 양편성이 기본 구성이 된다.각 차량의 단부에는 충돌시의 충격을 흡수해 운전석이나 객실의 데미지를 저감 시키는 충격 흡수 구조가 배치되어 있다.충격 흡수 구조는, 편성 차량의 양단에 위치하는 선두부 충격 흡수 구조【도 1(d)】으로 각 차량의 단부에 위치하는 중간부 충격 흡수 구조【도 1(e)】으로부터 구성된다.또, 각부 충격 흡수 구조에는, 충돌시의 에너지를 흡수하는 주요 부품인 에너지 흡수재가 배치되어 있다.
3.충격 흡수 구조의 충돌 특성
충격 흡수 구조의 개발에 임해, 충돌시의 특성을 예측·평가하기 위해서, 시험과 해석을 실시했다.그림 2에 실물 크기의 선두부 충격 흡수 구조의 시험체를 느긋하게 망치는, 준정적압궤시험과 유한 요소 해석의 결과를 나타낸다.그림 2(a) 및(b)에 나타내는 충격 흡수 구조의 압궤상태는 시험과 해석으로 자주(잘) 일치하고 있어, 에너지 흡수재를 배치한 선두부에서 무너져 운전석의 생존 공간은 확보되고 있다.또, 그림 2(c)에 나타내는 압궤량과 압궤하중에 관해서도 시험과 해석으로 일치하고 있다.충격 흡수 구조의 에너지 흡수량은, 그림 2에 나타내는 그래프의 면적(=∫압궤하중×압궤량)에 대응한다.따라서, 압궤하중이 높고, 압궤량이 길면, 큰 에너지를 흡수할 수 있다.그러나, 압궤하중이 너무 높으면 운전석이 먼저 무너질 가능성이 있어, 또, 압궤량을 크게 하면, 운전석의 공간을 확보할 수 없게 된다.따라서, 압궤하중과 압궤량에는 상한치가 있어, 이러한 제약 조건의 아래에서 최저한 확보해야 할 에너지 흡수량을 얻을 수 있도록(듯이) 구조를 설계할 필요가 있다.영국의 철도 전반과 관계되는 규격 RGS(Railway GroupStandards)에서는, 압궤하중 3000 kN이하, 압궤량 1 m이내라고 규정되고 있어 본충격 흡수 구조의 설계 조건으로서 채용했다.
4.편성 차량의 충돌 안전성
3장에 나타내는 시험과 해석의 비교에 의해서, 모델화의 타당성이 보증된 충격 흡수 구조를 짜넣은 편성 차량에 대해서 충돌 해석을 실시해, 충돌 안전성을 평가했다.충돌 기준은, 유럽의 각국간의 상호 연결 운행과 관계되는 기준(Technical Specification for Interoperability:TSI)에 규정되고 있는, 3 종류의 충돌 시나리오를 채용했다.1번째의 충돌 조건인 동일 편성 차량의 충돌 해석을 그림 3(a)에 나타낸다.좌우에 편성 차량을 배치해, 초속도 5 m/s로 충돌시켰다.여기에서는, 좌측의 편성 차량을 우측의 편성 차량보다 위에 40 mm병행 이동한 오프셋 조건도 추가했다.2번째의 충돌 조건인 Wagon와의 정면충돌 해석을 그림 3(b)에 나타낸다.좌측으로 Wagon, 우측으로 편성 차량을 배치해, 편성 차량을 초속도 10 m/s로 Wagon에 충돌시켰다.3번째의 충돌 조건인 Lorry와의 정면충돌 해석을 그림 3(c)에 나타낸다.좌측으로 Lorry, 우측으로 편성 차량을 배치해, 편성 차량을 초속도 30.6 m/s로 Lorry에 충돌시켰다.3 종류의 충돌 조건에 대한 해석 결과보다, 차량은, 차량 단부의 충격 흡수 구조로 무너지고 있어 운전석의 생존 공간은 확보되고 있는 것을 안다.
5.끝에
홍카이호츠 차량은 2009년의 운행을 향해서, 현지에서 주행 시험을 실시하고 있다(원고 접수:2008연 9월 29일).
1.日本の研究者や学生が参考文献を探すときによく使う"CiNii"(CiNii【Scholarly and Academic Information Navigator, pronounced like "sigh-knee"】 is a database service that enables searching of information on academic articles published in academic society journals or university research bulletins, or articles included in the National Diet Library"s Japanese Periodicals Index Database.)を使用することにした。
2.GoogleやYahoo!のように、「鉄道 車両 衝突」と入力して、論文を検索する。すると、検索結果が出る。
3.1件目には「高速車両における耐衝突性能の向上--耐衝突構造のシミュレーションベイスドデザイン (鉄道車両特集号) Improving the crashworthiness of high speed rail vehicles: simulation-based design for a crash resistant structure」が出てくる。これが2010年2月に『川崎重工技報』(Kawasaki Technical Review)の第170号38ページ-41ページに掲載されたものであることは、上部リンク先ページの下の情報からわかる。
残念ながら、CiNiiに本文が無いのだが、念のためにK.T.R Vol.170について検索すると、川崎重工業のウェブサイトで技術解説図の一部を見ることができた。
4.それだけでは納得しない青組もいるであろうから、念のためにCiNiiで本文が読める論文を探すと、3件目に「ヨーロッパ向け鉄道車両の衝突構造の開発(トピックス)」が出てくる。これは、2009年3月に『日本機械学会誌』の第112号1084番目に掲載されたもので、著者が日立製作所の社員であることは、上部リンク先ページの下の情報からわかる。
無料で本文を読むことができるので、この際に紹介する。
1.はじめに
株式会社日立製作所は、イギリス・ロンドンとドーバー海峡トンネルを結ぶ海峡連絡線を走行する高速鉄道車両を受注した。これは、日本の車両メーカーとして、イギリスを含めたヨーロッパにおける始めての高速鉄道車両とある。この車両の開発に当たり課題となったのは、現地規格への適応である。とくに衝突安全性に対しては、ヨーロッパでは事故が起こった場合でも乗員・乗客の保護を考慮して規定されている。そのため、本案件の車両には、車体を積極的に変形させて、衝突時のエネルギーを吸収する、衝撃吸収構造を開発する必要があった。車両制御や信号システムにより、事故を未然に防止する対策を基本としている日本も、衝突安全性に関する配慮が高まりつつある。本稿では、今回開発した衝撃吸収構造について報告する。
2.編成車両の構成
図1に編成車両の構成を示す。編成車両【図1(a)】は、先頭車両【図1(b)】と中間車両【図1(c)】を組み合わせた6両編成が基本構成となる。各車両の端部には衝突時の衝撃を吸収して運転席や客室のダメージを低減させる衝撃吸収構造が配置されている。衝撃吸収構造は、編成車両の両端に位置する先頭部衝撃吸収構造【図1(d)】と各車両の端部に位置する中間部衝撃吸収構造【図1(e)】から構成される。また、各部衝撃吸収構造には、衝突時のエネルギーを吸収する主要部品であるエネルギー吸収材が配置されている。
3.衝撃吸収構造の衝突特性
衝撃吸収構造の開発に当たり、衝突時の特性を予測・評価するために、試験と解析を実施した。図2に実物大の先頭部衝撃吸収構造の試験体をゆっくり潰す、準静的圧潰試験と有限要素解析の結果を示す。図2(a)および(b)に示す衝撃吸収構造の圧潰状態は試験と解析でよく一致しており、エネルギー吸収材を配置した先頭部で潰れ、運転席の生存空間は確保されている。また、図2(c)に示す圧潰量と圧潰荷重に関しても試験と解析で一致している。衝撃吸収構造のエネルギー吸収量は、図2に示すグラフの面積(=∫圧潰荷重×圧潰量)に対応する。よって、圧潰荷重が高く、圧潰量が長ければ、大きなエネルギーを吸収することができる。しかし、圧潰荷重が高すぎると運転席が先に潰れる可能性があり、また、圧潰量を大きくすると、運転席の空間が確保できなくなる。よって、圧潰荷重と圧潰量には上限値があり、これらの制約条件のもとで最低限確保すべきエネルギー吸収量が得られるように構造を設計する必要がある。イギリスの鉄道全般にかかわる規格RGS(Railway Group Standards)では、圧潰荷重3000kN以下、圧潰量1m以内と規定されており、本衝撃吸収構造の設計条件として採用した。
4.編成車両の衝突安全性
3章に示す試験と解析の比較によって、モデル化の妥当性が保証された衝撃吸収構造を組み込んだ編成車両に対して衝突解析を実施し、衝突安全性を評価した。衝突基準は、ヨーロッパの各国間の相互乗り入れにかかわる基準(Technical Specification for Interoperability:TSI)に規定されている、3種類の衝突シナリオを採用した。1つ目の衝突条件である同一編成車両の衝突解析を図3(a)に示す。左右に編成車両を配置し、初速度5m/sで衝突させた。ここでは、左側の編成車両を右側の編成車両よりも上に40mm並行移動したオフセット条件も追加した。2つ目の衝突条件であるWagonとの正面衝突解析を図3(b)に示す。左側にWagon、右側に編成車両を配置し、編成車両を初速度10m/sでWagonに衝突させた。3つ目の衝突条件であるLorryとの正面衝突解析を図3(c)に示す。左側にLorry、右側に編成車両を配置し、編成車両を初速度30.6m/sでLorryに衝突させた。3種類の衝突条件に対する解析結果より、車両は、車両端部の衝撃吸収構造で潰れており、運転席の生存空間は確保されていることが分かる。
5.おわりに
本開発車両は2009年の運行に向けて、現地で走行試験を実施している(原稿受付:2008年9月29日)。