JP7469653B2 - Evaluation device, evaluation method, and program - Google Patents
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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 bogie frame for railway vehicles (hereafter abbreviated as bogie frame) is a structural member that supports the car body as well as various bogie parts such as wheels, axles, main motors, drive units, and suspension parts. When the railway vehicle is running, loads are transmitted from the various bogie parts to the bogie frame. For this reason, the bogie frame must 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, various methods have been proposed to evaluate the strength of the bogie frame. For example, in the method of evaluating the strength of the bogie frame disclosed in Patent Document 1, the strength of the bogie frame is evaluated 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モデルの表面上の複数の節点に対してそれぞれ仮想的に歪みゲージが定義され、荷重負荷時に生じる応力が節点ごとに算出される。そして、予め準備された耐久限度線図と節点ごとに算出された応力とに基づいて、各節点における安全率が算出される。 Specifically, in the strength evaluation method of Patent Document 1, a virtual strain gauge is defined for each of the multiple nodes on the surface of the FEM model, and the stress that occurs when a load is applied is calculated for each node. Then, the safety factor at each node is calculated based on a previously prepared endurance limit diagram and the stress calculated for each node.
台車枠の強度は、台車枠の各部の材料区分(材料の種類を示す区分:SM400、SM400A、SM490、SM490A等)および仕様区分(各部の状態を示す区分:母材、溶接まま、研磨仕上げ等)に応じて適切に評価する必要がある。この点に関して、特許文献1の方法では、仕様区分ごと(母材、溶接ままおよび研磨仕上げごと)に耐久限度線図が準備されており、仕様区分ごとに各節点の安全率が算出される。そして、算出された各節点の安全率に基づいて、安全率分布図(コンター図)が作成される。評価者は、作成された安全率分布図を用いて、台車枠の各部の安全率を評価することができる。 The strength of the bogie frame needs to be appropriately evaluated according to the material classification (classification indicating the type of material: SM400, SM400A, SM490, SM490A, etc.) and specification classification (classification indicating the state of each part: base material, as welded, polished finish, etc.) of each part of the bogie frame. In this regard, in the method of Patent Document 1, a durability limit diagram is prepared for each specification classification (base material, as welded, and polished finish), and the safety factor of each node is calculated for each specification classification. Then, a safety factor distribution diagram (contour diagram) is created based on the calculated safety factor of each node. The evaluator can use the created safety factor distribution diagram to evaluate the safety factor of each part of the bogie frame.
ところで、特許文献1の方法では、例えば、仕様区分ごとに安全率分布図が作成される。この場合、台車枠の評価者は、評価対象部位がどの仕様区分に基づいて評価されるべきなのかを理解した上で、複数の安全率分布図の中から、評価対象部位の仕様区分に対応する安全率分布図を選択して、強度を評価しなければならない。このため、評価対象部位がどの仕様区分に基づいて評価されるべきなのかを評価者が理解できていない場合には、台車枠の強度を適切に評価することができない。また、評価対象部位ごとに安全率分布図を選択する必要があり、台車枠の強度を効率よく評価することができない。 In the method of Patent Document 1, for example, a safety factor distribution diagram is created for each specification category. In this case, the evaluator of the bogie frame must understand which specification category the evaluation target part should be based on, and then select from multiple safety factor distribution diagrams a safety factor distribution diagram that corresponds to the specification category of the evaluation target part to evaluate the strength. For this reason, if the evaluator does not understand which specification category the evaluation target part should be based on, the strength of the bogie frame cannot be appropriately evaluated. In addition, it is necessary to select a safety factor distribution diagram for each evaluation target part, and the strength of the bogie frame cannot be evaluated efficiently.
また、特許文献1には、安全率分布図の他の作成方法として、部位毎に安全率を求めるための耐久限度線図を定義することで、1種類の安全率分布図(コンター図)を作成することが記載されている。この場合、評価者は、1つの安全率分布図に基づいて台車枠の各部の強度を効率よく評価することができると考えられる。 Patent Document 1 also describes another method of creating a safety factor distribution diagram, in which a single type of safety factor distribution diagram (contour diagram) is created by defining a durability limit diagram for determining the safety factor for each part. In this case, it is believed that the evaluator can efficiently evaluate the strength of each part of the bogie frame based on a single safety factor distribution diagram.
しかしながら、台車枠の設計変更(材料変更、各部の仕様変更)が行われた場合には、評価者は、その設計変更に応じた適切な耐久限度線図を部位ごとに定義し直す必要がある。この点に関して、評価者の経験が豊富であれば、耐久限度線図を適切に定義することができるかもしれないが、評価者の経験が不足している場合には、設計変更された条件に対してどのような耐久限度線図を定義すべきか適切に判断することができないおそれがある。この場合、台車枠の強度を適切に評価することができない。 However, when design changes are made to the bogie frame (such as material changes or changes to the specifications of each part), the evaluator must redefine an appropriate endurance limit diagram for each part in accordance with the design changes. In this regard, if the evaluator has a lot of experience, he or she may be able to properly define the endurance limit diagram, but if the evaluator does not have enough experience, there is a risk that he or she will not be able to properly determine what kind of endurance limit diagram should be defined for the conditions of the design change. In this case, the strength of the bogie frame cannot be properly evaluated.
そこで、本発明は、構造部材の強度評価を適切かつ効率よく行うことを可能にする、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。 The present invention aims to provide an evaluation device, evaluation method, and program that enable appropriate and efficient strength evaluation of structural members.
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 present invention relates to the following evaluation device, evaluation method, and program.
(1)評価対象となる構造部材のFEMモデルの表面上の複数の節点に対してそれぞれ、複数の材料区分の中から選択された一の材料区分を付与するとともに、複数の仕様区分の中から選択された一の仕様区分を付与する付与部と、
前記FEMモデルに荷重を与え、前記FEMモデルの表面に生じる応力を算出する応力算出部と、
前記材料区分および前記仕様区分が紐付けられた複数の安全率情報と前記応力算出部が算出した応力とに基づいて、前記複数の節点それぞれについて、前記付与部が付与した前記一の材料区分および前記一の仕様区分に対応する安全率を算出する安全率算出部と、
を備える構造部材の評価装置。
(1) an assignment unit that assigns one material class selected from a plurality of material classes to each of a plurality of nodes on a surface of an FEM model of a structural member to be evaluated, and assigns one specification class selected from a plurality of specification classes to each of the nodes;
a stress calculation unit that applies a load to the FEM model and calculates a stress generated on a surface of the FEM model;
a safety factor calculation unit that calculates a safety factor corresponding to the one material class and the one specification class assigned by the assignment unit for each of the plurality of nodes based on a plurality of pieces of safety factor information linked to the material class and the specification class and the stress calculated by the stress calculation unit;
A structural member evaluation device comprising:
(2)前記安全率算出部が前記複数の節点それぞれについて算出した前記一の材料区分および前記一の仕様区分に対応する安全率に基づいて、前記構造部材の安全率分布図を作成する分布図作成部をさらに備える、上記(1)に記載の構造部材の評価装置。 (2) The structural member evaluation device described in (1) above further includes a distribution map creation unit that creates a safety factor distribution map of the structural member based on the safety factor corresponding to the one material class and the one specification class calculated by the safety factor calculation unit for each of the multiple nodes.
(3)前記安全率算出部は、
前記FEMモデルの前記複数の節点それぞれについて、前記安全率情報ごとに安全率を算出する第1処理部と、
前記複数の節点それぞれについて、前記第1処理部が前記安全率情報ごとに算出した安全率の中から、前記付与部が付与した前記一の材料区分および前記一の仕様区分に対応する前記安全率情報に基づいて算出された安全率を抽出する第2処理部と、を有する、上記(1)または(2)に記載の構造部材の評価装置。
(3) The safety factor calculation unit
A first processing unit that calculates a safety factor for each of the safety factor information for each of the plurality of nodes of the FEM model;
The structural member evaluation device described in (1) or (2) above, further comprising: a second processing unit that extracts, for each of the plurality of nodes, a safety factor calculated based on the safety factor information corresponding to the one material class and the one specification class assigned by the assignment unit, from the safety factors calculated by the first processing unit for each of the safety factor information.
(4)前記安全率算出部は、
前記FEMモデルの前記複数の節点それぞれについて、前記複数の安全率情報の中から前記付与部が付与した前記一の材料区分および前記一の仕様区分に対応する前記安全率情報を抽出する第1処理部と、
前記複数の節点それぞれについて、前記第1処理部が抽出した安全率情報に基づいて安全率を算出する第2処理部と、を有する、上記(1)または(2)に記載の構造部材の評価装置。
(4) The safety factor calculation unit
a first processing unit that extracts, for each of the plurality of nodes of the FEM model, the safety factor information corresponding to the one material class and the one specification class assigned by the assignment unit from the plurality of pieces of safety factor information;
The structural member evaluation device described in (1) or (2) above, further comprising: a second processing unit that calculates a safety factor for each of the plurality of nodes based on the safety factor information extracted by the first processing unit.
(5)前記複数の節点それぞれについて、前記安全率算出部が算出した安全率を前記節点ごとに設定された安全率の条件と比較し、前記条件を満たしてない前記節点を抽出する抽出部をさらに備える、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 device according to any one of (1) to (4) above, further comprising an extraction unit that compares the safety factor calculated by the safety factor calculation unit with the safety factor conditions set for each of the plurality of nodes, and extracts the nodes that do not satisfy the conditions.
(6)前記抽出部はさらに、前記構造部材において前記抽出した前記節点に対応する部位または当該部位を含む所定領域を通知するための通知データを生成する、上記(5)に記載の構造部材の評価装置。 (6) The structural member evaluation device described in (5) above, wherein the extraction unit further generates notification data for notifying a portion of the structural member that corresponds to the extracted node or a specified area that includes the portion.
(7)前記通知データは、前記構造部材において前記抽出した前記節点に対応する部位または当該部位を含む前記所定領域を、重点検査部として通知するデータである、上記(6)に記載の構造部材の評価装置。 (7) The structural member evaluation device described in (6) above, in which the notification data is data that notifies the part of the structural member that corresponds to the extracted node or the specified area including that part as a focus inspection part.
(8)前記通知データは、前記重点検査部を前記構造部材の図上に示すデータである、上記(7)に記載の構造部材の評価装置。 (8) The structural member evaluation device described in (7) above, in which the notification data is data showing the focus inspection area on a diagram of the structural member.
(9)前記通知データは、前記構造部材に対して予め設定された複数の検査対象部の中から前記重点検査部となる前記検査対象部を示すデータである、上記(7)に記載の構造部材の評価装置。 (9) The structural member evaluation device described in (7) above, in which the notification data is data indicating the inspection target part that is to be the focus inspection part from among a plurality of inspection target parts previously set for the structural member.
(10)前記複数の節点それぞれについて、前記安全率算出部が算出した安全率を前記節点ごとに設定された安全率の条件と比較し、前記条件を満たしてない前記節点を抽出し、前記構造部材において前記抽出した前記節点に対応する部位または当該部位を含む所定領域を、重点検査部として、前記分布図作成部が作成した前記安全率分布図上に示すためのデータを生成する抽出部をさらに備える、上記(2)に記載の構造部材の評価装置。 (10) The structural member evaluation device described in (2) above further includes an extraction unit that compares the safety factor calculated by the safety factor calculation unit with the safety factor conditions set for each of the multiple nodes, extracts the nodes that do not satisfy the conditions, and generates data to display, as a focus inspection unit, the parts of the structural member that correspond to the extracted nodes or a specified area including the parts, on the safety factor distribution map created by the distribution map creation unit.
(11)前記構造部材は、鉄道車両用台車枠である、上記(1)から(10)のいずれかに記載の構造部材の評価装置。 (11) The structural member evaluation device according to any one of (1) to (10) above, wherein the structural member is a bogie frame for a railway vehicle.
(12)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モデルの表面上の複数の節点に対してそれぞれ、複数の材料区分の中から選択された一の材料区分を付与するとともに、複数の仕様区分の中から選択された一の仕様区分を付与する付与ステップと、
前記FEMモデルに荷重を与え、前記FEMモデルの表面に生じる応力を算出する応力算出ステップと、
前記材料区分および前記仕様区分が紐付けられた複数の安全率情報と前記応力算出ステップで算出された応力とに基づいて、前記複数の節点それぞれについて、前記付与ステップで付与された前記一の材料区分および前記一の仕様区分に対応する安全率を算出する安全率算出ステップと、
を備える構造部材の評価方法。
(12) A computer-implemented evaluation method, comprising:
an assignment step of assigning one material class selected from a plurality of material classes to each of a plurality of nodes on a surface of an FEM model of a structural member to be evaluated, and assigning one specification class selected from a plurality of specification classes to each of the nodes;
a stress calculation step of applying a load to the FEM model and calculating a stress generated on a surface of the FEM model;
a safety factor calculation step of calculating a safety factor corresponding to the one material class and the one specification class assigned in the assignment step for each of the plurality of nodes based on a plurality of pieces of safety factor information associated with the material class and the specification class and the stress calculated in the stress calculation step;
A method for evaluating a structural member comprising:
(13)前記安全率算出ステップで前記複数の節点それぞれについて算出された前記一の材料区分および前記一の仕様区分に対応する安全率に基づいて、前記構造部材の安全率分布図を作成する分布図作成ステップをさらに備える、上記(12)に記載の構造部材の評価方法。 (13) The method for evaluating a structural member described in (12) above, further comprising a distribution map creation step of creating a safety factor distribution map of the structural member based on the safety factor corresponding to the one material class and the one specification class calculated for each of the plurality of nodes in the safety factor calculation step.
(14)前記安全率算出ステップは、
前記FEMモデルの前記複数の節点それぞれについて、前記安全率情報ごとに安全率を算出する第1ステップと、
前記複数の節点それぞれについて、前記第1ステップで前記安全率情報ごとに算出された安全率の中から、前記付与ステップで付与された前記一の材料区分および前記一の仕様区分に対応する前記安全率情報に基づいて算出された安全率を抽出する第2ステップと、を有する、上記(12)または(13)に記載の構造部材の評価方法。
(14) The safety factor calculation step includes:
A first step of calculating a safety factor for each of the safety factor information for each of the plurality of nodes of the FEM model;
A method for evaluating a structural member as described in (12) or (13) above, comprising: a second step of extracting, for each of the plurality of nodes, a safety factor calculated based on the safety factor information corresponding to the one material class and the one specification class assigned in the assignment step, from the safety factors calculated for each of the safety factor information in the first step.
(15)前記安全率算出ステップは、
前記FEMモデルの前記複数の節点それぞれについて、前記複数の安全率情報の中から前記付与ステップで付与された前記一の材料区分および前記一の仕様区分に対応する前記安全率情報を抽出する第1ステップと、
前記複数の節点それぞれについて、前記第1ステップで抽出した安全率情報に基づいて安全率を算出する第2ステップと、を有する、上記(12)または(13)に記載の構造部材の評価方法。
(15) The safety factor calculation step includes:
a first step of extracting, for each of the plurality of nodes of the FEM model, the safety factor information corresponding to the one material class and the one specification class assigned in the assigning step from the plurality of pieces of safety factor information;
A method for evaluating a structural member according to (12) or (13) above, comprising a second step of calculating a safety factor for each of the plurality of nodes based on the safety factor information extracted in the first step.
(16)前記複数の節点それぞれについて、前記安全率算出ステップにおいて算出された安全率を前記節点ごとに設定された安全率の条件と比較し、前記条件を満たしてない前記節点を抽出する抽出ステップをさらに備える、上記(12)から(15)のいずれかに記載の構造部材の評価方法。 (16) The method for evaluating a structural member according to any one of (12) to (15) above, further comprising an extraction step of comparing the safety factor calculated in the safety factor calculation step with the safety factor conditions set for each of the plurality of nodes, and extracting the nodes that do not satisfy the conditions.
(17)前記抽出ステップではさらに、前記構造部材において前記抽出した前記節点に対応する部位または当該部位を含む所定領域を通知するための通知データを生成する、上記(16)に記載の構造部材の評価方法。 (17) The method for evaluating a structural member described in (16) above, further comprising generating notification data in the extraction step for notifying a portion of the structural member that corresponds to the extracted node or a specified area that includes the portion.
(18)前記通知データは、前記構造部材において前記抽出した前記節点に対応する部位または当該部位を含む前記所定領域を、重点検査部として通知するデータである、上記(17)に記載の構造部材の評価方法。 (18) The method for evaluating a structural member described in (17) above, in which the notification data is data that notifies a portion of the structural member that corresponds to the extracted node or the specified area including that portion as a focus inspection portion.
(19)前記通知データは、前記重点検査部を前記構造部材の図上に示すデータである、上記(18)に記載の構造部材の評価方法。 (19) The method for evaluating a structural member described in (18) above, in which the notification data is data showing the focus inspection area on a diagram of the structural member.
(20)前記通知データは、前記構造部材に対して予め設定された複数の検査対象部の中から前記重点検査部となる前記検査対象部を示すデータである、上記(18)に記載の構造部材の評価方法。 (20) The method for evaluating a structural member described in (18) above, in which the notification data is data indicating the inspection target part that is to be the focus inspection part from among a plurality of inspection target parts previously set for the structural member.
(21)前記複数の節点それぞれについて、前記安全率算出ステップにおいて算出された安全率を前記節点ごとに設定された安全率の条件と比較し、前記条件を満たしてない前記節点を抽出し、前記構造部材において前記抽出した前記節点に対応する部位または当該部位を含む所定領域を、重点検査部として、前記分布図作成ステップにおいて作成された前記安全率分布図上に示すためのデータを生成するステップをさらに備える、上記(13)に記載の構造部材の評価方法。 (21) The method for evaluating a structural member described in (13) above further comprises a step of comparing the safety factor calculated in the safety factor calculation step with the safety factor conditions set for each of the plurality of nodes, extracting the nodes that do not satisfy the conditions, and generating data for showing the parts of the structural member corresponding to the extracted nodes or a specified area including the parts as a focus inspection area on the safety factor distribution map created in the distribution map creation step.
(22)前記構造部材は、鉄道車両用台車枠である、上記(12)から(21)のいずれかに記載の構造部材の評価方法。 (22) A method for evaluating a structural member according to any one of (12) to (21) above, wherein the structural member is a bogie frame for a railway vehicle.
(23)上記(12)から(22)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。 (23) A program for causing a computer to execute the evaluation method described in any one of (12) to (22) above.
本発明によれば、評価者の経験によらず、構造部材の強度評価を適切かつ効率よく行うことができる。 The present invention allows for appropriate and efficient strength evaluation of structural members, regardless of the experience of the evaluator.
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(安全率)を評価装置によって算出する場合について説明する。 The following describes an evaluation device, evaluation method, and program for a structural member according to an embodiment of the present invention. In the following, a railroad vehicle bogie frame is used as an example of a structural member, and a case is described in which the strength values (safety factors) of each part of the railroad vehicle bogie frame are calculated using an evaluation device.
[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、付与部12、応力算出部14、および安全率算出部16を備える。
[Device configuration]
1 is a block diagram showing a schematic configuration of an evaluation device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an
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FEMモデルを用いて、台車枠100の各部の安全率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。
Figure 2 is a perspective view showing an example of a bogie frame for a railway vehicle to be evaluated by the
図1に示すように、評価装置10の付与部12には、評価対象となる構造部材(本実施形態では、台車枠100)のFEM(Finite Element Method)モデルが与えられる。FEM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、FEM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、FEMモデルについての詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 1, the assigning
なお、本実施形態では、他の装置において作成されたFEMモデルが付与部12に与えられるが、公知のFEM解析ソフトと同様に、ユーザの操作に基づいて付与部12がFEMモデルを作成してもよい。
In this embodiment, the FEM model created in another device is provided to the assigning
付与部12は、FEMモデルの表面上の複数の節点に対してそれぞれ、複数の材料区分の中から選択された一の材料区分を付与するとともに、複数の仕様区分の中から選択された一の仕様区分を付与する。本実施形態において材料区分とは、台車枠100において各節点に対応する部分の材料の種類(例えば、SM400、SM400A、SM490、SM490A等)を示す区分である。また、仕様区分とは、各節点に対応する部分の状態(例えば、母材、溶接まま、研磨仕上げ等)を示す区分である。本実施形態では、付与部12は、ユーザによって入力された材料区分および仕様区分に従って、各節点に材料区分および仕様区分を付与する。
The assigning
応力算出部14は、FEMモデルに荷重を与え、FEMモデルの表面に生じる応力を算出する。本実施形態では、応力算出部14は、ユーザによって設定された荷重に基づいてFEMモデルに荷重を与え、有限要素法による応力解析を行うことによって、FEMモデルの表面に生じる応力を算出する。
The
安全率算出部16は、複数の安全率情報を用いて、FEMモデルの表面上の各節点の安全率を算出する。本実施形態において安全率情報とは、節点周りに生じる応力に基づいて当該節点における安全率を算出するための情報である。複数の安全率情報は、評価装置10によって台車枠100の評価を行う際にユーザによって入力されてもよく、評価装置10に予め記憶されていてもよい。安全率情報については後述する。
The safety
複数の安全率情報にはそれぞれ、特定の材料区分および仕様区分が紐付けられている。例えば、ある安全率情報には、材料区分「SM400」および仕様区分「母材」が紐付けられる。また、例えば、他のある安全率情報には、材料区分「SM400」および仕様区分「溶接まま」が紐付けられる。本実施形態では、各節点に対して付与可能な材料区分の数と各節点に対して付与可能な仕様区分の数とを乗算して得られる数の安全率情報が用いられる。 Each of the multiple safety factor information is linked to a specific material category and specification category. For example, one piece of safety factor information is linked to the material category "SM400" and the specification category "base material." Furthermore, for example, another piece of safety factor information is linked to the material category "SM400" and the specification category "as welded." In this embodiment, the number of safety factor information used is the number obtained by multiplying the number of material categories that can be assigned to each node by the number of specification categories that can be assigned to each node.
本実施形態では、安全率算出部16は、複数の安全率情報と応力算出部14によって算出された応力とに基づいて、FEMモデルの表面上の複数の節点それぞれについて、付与部12で付与された材料区分および仕様区分に対応する安全率を算出する。
In this embodiment, the safety
以上のように、本実施形態に係る評価装置10では、付与部12によって、FEMモデルの各節点に対して、複数の材料区分の中から選択された一の材料区分が付与されるとともに、複数の仕様区分の中から選択された一の仕様区分が付与される。安全率算出部16は、応力算出部14が算出した応力と、複数の安全率情報とに基づいて、各節点の安全率を算出する。
As described above, in the
ここで、複数の安全率情報にはそれぞれ、特定の材料区分および仕様区分が紐付けられている。このため、安全率算出部16は、付与部12によって付与された材料区分および仕様区分と、各安全率情報に紐付けられた材料区分および仕様区分とを比較することによって、複数の安全率情報の中から、各節点の安全率を算出する際に利用すべき安全率情報を判別することができる。これにより、安全率算出部16は、各節点について、付与部12が付与した材料区分および仕様区分に対応する安全率を算出することができる。
Here, each of the multiple pieces of safety factor information is linked to a specific material classification and specification classification. Therefore, the safety
このように、本実施形態に係る評価装置10によれば、各節点の材料区分および仕様区分を設定することによって、設定された材料区分および仕様区分に応じた安全率を算出することができる。この場合、各節点について複数の安全率が算出され、評価者がその複数の安全率の中から仕様区分および材料区分に対応する安全率を選択する場合に比べて、台車枠100の強度評価を効率よく行うことができる。
In this way, the
また、本実施形態に係る評価装置10によれば、台車枠の設計変更(材料変更、各部の仕様変更)が行われた場合でも、FEMモデルの各節点に付与された材料区分および仕様区分を更新することによって、設計変更された材料区分および仕様区分に応じた安全率を算出することができる。この場合、設計変更された材料区分および仕様区分に応じた適切な安全率情報を評価者が改めて定義する必要が無いので、評価者の経験が豊富ではない場合でも、各節点について、適切な安全率情報に基づいて安全率を算出することができる。
Furthermore, according to the
以上の結果、本実施形態に係る評価装置10によれば、評価者の経験によらず、台車枠100の強度評価を適切かつ効率よく行うことができる。
As a result of the above, the
次に、評価装置10の具体的な構成について説明する。図3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, the specific configuration of the
図3に示すように、本実施形態に係る評価装置10は、付与部12、応力算出部14および安全率算出部16に加えて、分布図作成部18、抽出部20および安全率情報記憶部22(以下、記憶部22と略記する。)を備えている。記憶部22には、材料区分および仕様区分が紐付けられた複数の安全率情報が記憶されている。
As shown in FIG. 3, the
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、付与部12が、FEMモデルの表面上の各節点に対して材料区分および仕様区分を付与し、応力算出部14が、FEMモデルに荷重を与えてFEMモデルの表面に生じる応力を算出する。FEMモデルの表面に生じる応力の算出方法については後述する。
In the
本実施形態では、安全率算出部16は、第1処理部16aと、第2処理部16bとを備えている。第1処理部16aは、FEMモデルの表面上の複数の節点それぞれについて、記憶部22に記憶された安全率情報ごとに安全率を算出する。本実施形態では、第1処理部16aは、安全率情報ごとに算出した各節点の安全率を記憶部22に記憶させる。安全率の算出方法については後述する。
In this embodiment, the safety
第2処理部16bは、FEMモデルの表面上の複数の節点それぞれについて、第1処理部16aが安全率情報ごとに算出した安全率の中から、付与部12が付与した材料区分および仕様区分に対応する安全率情報に基づいて算出された安全率を抽出する。第2処理部16bは、抽出した安全率を、分布図作成部18および抽出部20に出力する。
The
分布図作成部18は、第2処理部16bから与えられた各節点の安全率に基づいて、台車枠100において各節点に対応する部位の安全率を示した安全率分布図を作成する。本実施形態では、分布図作成部18は、例えば、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た安全率分布図(コンター図)を作成する。分布図作成部18は、作成した安全率分布図を図示しない表示装置に表示させる。また、分布図作成部18は、作成した安全率分布図を記憶部22に記憶させる。
The distribution
抽出部20は、第2処理部16bから与えられた各節点の安全率を、節点ごとに設定された安全率の条件(閾値)と比較し、条件を満たしてない節点を抽出する。本実施形態では、節点ごとの安全率の条件は、記憶部22に予め記憶されている。
The
また、抽出部20は、台車枠100において上記抽出した節点に対応する部位または当該部位を含む所定領域をユーザ(評価者)に通知するための通知データを生成する。本実施形態では、抽出部20は、例えば、台車枠100において上記条件を満たしていない節点に対応する部位またはその部位を含む所定領域を、重点検査部として通知するための通知データを生成する。当該通知データは、例えば、表示装置において台車枠100の図上に重点検査部を示すデータであってもよく、表示装置において列記された複数の検査対象部(台車枠100に対して予め設定された複数の検査対象部)の中から重点検査部となる検査対象部を明示するデータであってもよい。また、当該通知データは、分布図作成部18が作成した安全率分布図上に重点検査部を示すためのデータであってもよい。
The
本実施形態に係る評価装置10においても、各節点の材料区分および仕様区分を設定することによって、設定された材料区分および仕様区分に応じた安全率を算出することができる。また、本実施形態に係る評価装置10においても、台車枠の設計変更(材料変更、各部の仕様変更)が行われた場合、FEMモデルの各節点に付与された材料区分および仕様区分を更新することによって、設計変更された材料区分および仕様区分に応じた安全率を算出することができる。これらの結果、本実施形態に係る評価装置10によれば、評価者の経験によらず、台車枠100の強度評価を適切かつ効率よく行うことができる。
In the
また、本実施形態では、第1処理部16aは、記憶部22に記憶された安全率情報ごとに安全率を算出する。そして、第2処理部16bは、第1処理部16aが安全率情報ごとに算出した安全率の中から、付与部12が付与した材料区分および仕様区分に対応する安全率情報に基づいて算出された安全率を抽出する。すなわち、本実施形態では、各節点について、第1処理部16aが複数の安全率情報に基づいて複数の安全率を算出し、算出された複数の安全率の中から第2処理部16bが適切な安全率を抽出する。このため、第1処理部16aが算出した安全率のデータを保持しておくことによって、任意の節点の仕様区分が変更(例えば、溶接まま→研磨仕上げ)されたとしても、第1処理部16aによる処理を再度行うことなく、上記保持した安全率のデータの中から、第2処理部16bによって適切な安全率を抽出することができる。これにより、任意の節点の仕様区分が変更された場合でも、台車枠100の強度評価を迅速に行うことができる。
In addition, in this embodiment, the
また、本実施形態では、分布図作成部18によって台車枠100の安全率分布図が作成される。この安全率分布図では、節点ごとに適切な安全率情報に基づいて算出された安全率が示されている。このため、台車枠100の評価者は、分布図作成部18によって作成された1つの安全率分布図によって台車枠100の強度を評価することができる。言い換えると、評価者は、台車枠100の強度を評価する際に複数の安全率分布図を見比べる必要がない。これにより、台車枠100の強度評価をより効率よく行うことができる。
In addition, in this embodiment, a safety factor distribution diagram of the
また、本実施形態では、抽出部20によって所定の条件を満たしていない節点が抽出され、さらに、その節点に対応する部位または当該部位を含む所定領域を通知するための通知データが生成される。この通知データを用いることにより、評価者は、台車枠100において重点的に検査すべき部位を容易に把握することができる。
In addition, in this embodiment, the
(応力および安全率の算出方法)
以下、FEMモデルの表面に生じる応力および各節点の安全率の算出方法の一例について説明するが、応力および安全率の算出方法は以下の例に限定されず、公知の種々の方法を用いて応力および安全率を算出することができる。例えば、上述の特許文献1に開示された方法によって応力および安全率を算出してもよい。
(Calculation method of stress and safety factor)
An example of a method for calculating the stress occurring on the surface of the FEM model and the safety factor of each node will be described below, but the method for calculating the stress and the safety factor is not limited to the following example, and the stress and the safety factor can be calculated using various known methods. For example, the stress and the safety factor may be calculated by the method disclosed in the above-mentioned Patent Document 1.
(応力算出方法)
まず、応力の算出方法について説明する。本実施形態では、応力算出部14は、FEMモデルの表面上の任意の節点を対象節点として、FEM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、応力算出部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、安全率の算出対象となる節点である。本実施形態では、応力算出部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、FEMモデルの表面上の全ての節点を対象節点として選択してもよい。また、応力算出部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。
(Stress calculation method)
First, a method of calculating stress will be described. In this embodiment, the
図4は、応力算出部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4には、FEM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4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4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。
Figure 4 is a diagram for explaining a method for extracting reference node pairs by the
例えば、図4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、応力算出部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、応力算出部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. 4, corner node A belonging to elements e1 to e4 is taken as the target node. In this case, the
例えば、図4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、応力算出部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、応力算出部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, of elements B to O shown in FIG. 4, nodes B and C belong to element e1, which is common to target node A, and can form a triangle with target node A. Therefore, the
ただし、応力算出部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4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、応力算出部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、応力算出部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
本実施形態では、応力算出部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、応力算出部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
また、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、応力算出部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、応力算出部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、応力算出部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。
In this embodiment, the intermediate node can also be the target node. In this case, the
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4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 explanation is omitted, for example, in order to reduce the burden on the
応力算出部14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、応力算出部14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基準節点と第2基準節点との間に仮想節点を規定する。
The
図5は、応力算出部14による仮想節点の規定方法を説明するための図である。なお、図5には、図4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。
Figure 5 is a diagram for explaining the method of defining a virtual node by the
図5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、応力算出部14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、応力算出部14は、第1基準節点Gと第2基準節点Iとの距離D0に対する第1基準節点Gと仮想節点Vとの距離D1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、応力算出部14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。
5, when defining a virtual node for a reference node pair G and I, the
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, it means that the first reference node is defined as a virtual node, and 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 a virtual node.
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。 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 changed continuously in the range of 0 to 1, or multiple values may be set by the user 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 equal intervals between the first reference node and the second reference node.
本実施形態では、応力算出部14は、FEMモデルの表面上の複数の節点それぞれについて、上記のルールに従って仮想節点を規定する。すなわち、節点ごとに、その節点の周囲を覆うように複数の仮想節点が規定される。
In this embodiment, the
次に、応力算出部14はFEMモデルに荷重を与える。本実施形態では、応力算出部14は、異なる複数の荷重条件でFEM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、JIS E 4207:2019に示された荷重条件に従って、FEMモデルに荷重を与えることができる。
Next, the
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、応力算出部14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、FEMモデルに与える。
In this embodiment, the average load and the fluctuating load are set in advance for each load condition. In addition, in this embodiment, the
次に、応力算出部14は、複数の荷重条件ごとに、荷重を与える前後における各節点(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、応力算出部14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。一方、仮想節点の変位は、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)により算出することができる。例えば、図5を参照して、応力算出部14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。
Next, the
本実施形態では、応力算出部14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(=(Δx1,Δy1,Δz1))とし、第2基準節点Iの変位をΔI(=(Δx2,Δy2,Δz2))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-(D1/D0))×ΔG+(D1/D0)× ΔI ・・・(1)
In this embodiment, the
ΔV=(1−(D 1 /D 0 ))×ΔG+(D 1 /D 0 )×ΔI (1)
次に、応力算出部14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、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、応力算出部14は、例えば、下記式(2)によってひずみλを算出する。
λ=(AV1-AV0)/AV0 ・・・(2)
ただし、上記式において、AV0は、応力算出部14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、AV1は、応力算出部14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。
Next, the
λ=(AV 1 −AV 0 )/AV 0 (2)
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
本実施形態では、応力算出部14は、対象節点と仮想節点との間に生じるひずみを、仮想節点の位置ごとに算出する。すなわち、節点ごとに、その節点の周りに生じるひずみが算出される。次に、応力算出部14は、上記のようにして算出したひずみと、FEMモデルにおいて予め設定されたヤング率とに基づいて、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。すなわち、節点ごとに、その節点の周りに生じる応力が算出される。
In this embodiment, the
なお、本実施形態では、上述したように、複数の荷重条件でFEMモデルに荷重が与えられており、応力算出部14は、荷重条件ごとに、対象節点と仮想節点との間に生じる応力を算出する。すなわち、荷重条件ごとに、各節点の周りに生じる応力が算出される。
In this embodiment, as described above, loads are applied to the FEM model under multiple load conditions, and the
次に、応力算出部14は、荷重条件ごとに算出した対象節点と仮想節点との間に生じる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、応力算出部14は、平均荷重および変動荷重を加算して得られる荷重をFEMモデルに与えている。すなわち、応力算出部14によって算出される対象節点と仮想節点との間に生じる応力は、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。
Next, the
したがって、本実施形態では、応力算出部14は、荷重条件ごとに算出した応力と、FEM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、荷重条件ごとに、対象節点と仮想節点との間に生じる応力の平均応力成分を算出することができる。また、応力算出部14は、荷重条件ごとに算出した応力と、FEM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、荷重条件ごとに、対象節点と仮想節点との間に生じる応力の変動応力成分を算出することができる。
Therefore, in this embodiment, the
例えば、FEM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、応力算出部14が算出した対象節点と仮想節点との間に生じる応力が130MPaであったとする。この場合、応力算出部14が算出した応力(130MPa)と、応力算出部14がFEM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、対象節点と仮想節点との間に生じる応力の平均応力成分が100MPaであると算出される。また、応力算出部14が算出した応力(130MPa)と、応力算出部14がFEM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、対象節点と仮想節点との間に生じる応力の変動応力成分が30MPaであると算出される。
For example, assume that the load applied to the FEM model is 130 kN, of which the average load is 100 kN and the fluctuating load is 30 kN. Under these conditions, assume that the stress calculated by the
応力算出部14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、応力算出部14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、応力算出部14は、上述したように、仮想節点ごとに、その仮想節点と対象節点との間に生じる複合平均応力および複合変動応力を算出する。したがって、本実施形態では、一つの節点(対象節点)に対して、複数の複合平均応力および複数の複合変動応力が算出される。
The
(安全率算出方法)
次に、安全率の算出方法について説明する。本実施形態では、第1処理部16aは、上記のようにして応力算出部14によって算出された複合平均応力および複合変動応力と、記憶部22に記憶された複数の安全率情報とを用いて、各節点の安全率を算出する。本実施形態では、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。)を示す情報が、安全率情報として用いられる。
(Safety factor calculation method)
Next, a method for calculating the safety factor will be described. In this embodiment, the
図6は、応力限界関係の一例を示す図(応力限界図)である。図6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。 Figure 6 is a diagram (stress limit diagram) showing an example of a stress limit relationship. In the stress limit relationship shown in Figure 6, a stress limit line is defined on a graph with the mean stress on the first axis (horizontal axis) and the fluctuating stress on the second axis (vertical axis).
図6に示すように、本実施形態では、第1処理部16aは、まず、応力限界線が示されたグラフ上に、任意の節点に対して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6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. 6, in this embodiment, the
次に、第1処理部16a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1処理部16a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、安全率算出部16がプロットした点と原点とを結ぶ線分の長さである。
Next,
SF=OP1/OP2 (3)
In the above formula (3), OP1 is the length of the line segment connecting the intersection of the judgment line and the stress limit line and the origin, and OP2 is the length of the line segment connecting the point plotted by the safety
なお、応力限界関係としては、例えば、JIS E 4207:2019に示された応力限界図を用いることができる。 For example, the stress limit diagram shown in JIS E 4207:2019 can be used to determine the stress limit relationship.
上述したように、本実施形態では、一つの節点(対象節点)に対して、その周囲に複数の仮想節点が規定されることにより、一つの節点に対して複数の複合平均応力および複数の複合変動応力が算出される。第1処理部16aは、各節点について、仮想節点ごとに算出される複合平均応力および複合変動応力を用いて、安全率を算出する。このため、本実施形態では、各節点について、一つの応力限界関係(応力限界図)から複数の安全率が算出される。
As described above, in this embodiment, multiple virtual nodes are defined around one node (target node), and multiple composite mean stresses and multiple composite variable stresses are calculated for the one node. The
次に、第1処理部16aは、各節点について、一つの応力限界関係(応力限界図)に基づいて算出した複数の安全率のうち、最も低い安全率(以下、最低安全率と称する。)を抽出する。本実施形態では、第1処理部16aは、複数の応力限界関係それぞれについて、最低安全率を算出する。したがって、本実施形態では、第1処理部16aは、節点ごとに、複数の最低安全率を算出する。
Next, the
本実施形態では、第2処理部16bは、FEMモデルの表面上の複数の節点それぞれについて、第1処理部16aが安全率情報ごとに算出した最低安全率の中から、付与部12が付与した材料区分および仕様区分に対応する安全率情報に基づいて算出された最低安全率を抽出する。第2処理部16bは、抽出した安全率を、各節点の安全率として、分布図作成部18および抽出部20に出力する。本実施形態では、以上のようにして、FEMモデルの表面上の各節点の安全率が算出される。
In this embodiment, the
(変形例)
上述の実施形態では、第1処理部16aが、複数の節点それぞれについて安全率情報ごとに安全率を算出し、第2処理部16bが、安全率情報ごとに算出された安全率の中から、付与部12が付与した材料区分および仕様区分に対応する安全率情報に基づいて算出された安全率を抽出する場合について説明した。しかしながら、第1処理部16aが、複数の節点それぞれについて、複数の安全率情報の中から付与部12が付与した材料区分および仕様区分に対応する安全率情報を抽出し、第2処理部16bが、複数の節点それぞれについて、第1処理部16aが抽出した安全率情報に基づいて安全率を算出してもよい。この場合、各節点について、予め適切な安全率情報が第1処理部16aによって抽出されるので、各節点について複数の安全率情報に基づいて安全率を算出する場合に比べて、評価装置10の負担を軽減することができる。なお、この場合、第2処理部16bは、上述した方法と同様の方法によって安全率を算出してもよく、公知の他の方法(例えば、上述の特許文献1に記載された方法)を利用して安全率を算出してもよい。
(Modification)
In the above embodiment, the
[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7を用いて説明する。図7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
図7に示すように、本実施形態では、上述したように、まず、付与部12が、台車枠100のFEMモデルの表面上の複数の節点に対してそれぞれ、材料区分および仕様区分を付与する(ステップS1)。次に、上述したように、応力算出部14が、FEMモデルに荷重を与え、FEMモデルの表面に生じる応力を算出する(ステップS2)。
As shown in FIG. 7, in this embodiment, as described above, first, the assigning
次に、上述したように、安全率算出部16が、複数の節点それぞれについて、付与部12が付与した材料区分および仕様区分に対応する安全率を算出する(ステップS3)。なお、ステップS3では、例えば、まず、第1処理部16aが、各節点について安全率情報ごとに安全率を算出し(第1ステップA1)、その後、第2処理部16bが、各節点について、安全率情報ごとに算出された安全率の中から、付与部12が付与した材料区分および仕様区分に対応する安全率情報に基づいて算出された安全率を抽出してもよい(第2ステップA2)。また、ステップS3では、例えば、まず、第1処理部16aが、各節点について、複数の安全率情報の中から付与部12が付与した材料区分および仕様区分に対応する安全率情報を抽出し(第1ステップB1)、その後、第2処理部16bが、各節点について、第1処理部16aが抽出した安全率情報に基づいて安全率を算出してもよい(第2ステップB2)。
Next, as described above, the safety
次に、上述したように、分布図作成部18が安全率分布図を作成する(ステップS4)。また、抽出部20が、安全率が所定の条件を満たしていない節点を抽出する(ステップS5)。その後、抽出部20が、台車枠100において上記条件を満たしていない節点に対応する部位または当該部位を含む所定領域を通知するための通知データを生成する(ステップS6)。
Next, as described above, the distribution
なお、図7においては、ステップS1を実行した後にステップS2が実行されているが、ステップS1がステップS2の後に実行されてもよい。例えば、ステップS2とステップS3との間にステップS1が実行されてもよい。また、例えば、ステップS3の第1ステップA1と第2ステップA2との間にステップS1が実行されてもよい。また、図7においては、ステップS4を実行した後にステップS5,S6が実行されているが、ステップS4がステップS5の後に実行されてもよい。例えば、ステップS5とステップS6との間にステップS4が実行されてもよく、ステップS6の後にステップS4が実行されてもよい。 In FIG. 7, step S2 is executed after step S1, but step S1 may be executed after step S2. For example, step S1 may be executed between step S2 and step S3. Also, for example, step S1 may be executed between the first step A1 and the second step A2 of step S3. Also, in FIG. 7, steps S5 and S6 are executed after step S4, but step S4 may be executed after step S5. For example, step S4 may be executed between step S5 and step S6, or step S4 may be executed after step S6.
[プログラム]
本実施の態に係るプログラムは、コンピュータに、図7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、付与部12、応力算出部14、安全率算出部16(第1処理部16aおよび第2処理部16b)、および抽出部20として機能し、処理を行う。
[program]
The program according to this embodiment may be a program that causes a computer to execute steps S1 to S6 shown in Fig. 7. By installing and executing this program in a computer, the evaluation device and evaluation method according to this embodiment can be realized. In this case, the processor of the computer functions as the applying
また、本実施形態では、記憶部22は、コンピュータに備えられたハードディスク等の記憶装置に、これらを構成するデータファイルを格納することによって、又はこのデータファイルが格納された記録媒体をコンピュータと接続された読取装置に搭載することによって実現されている。
In addition, in this embodiment, the
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、付与部12、応力算出部14、安全率算出部16(第1処理部16aおよび第2処理部16b)、分布図作成部18および抽出部20のいずれかとして機能してもよい。また、記憶部22は、本実施形態に係るプログラムを実行するコンピュータとは別のコンピュータ上に構築されていてもよい。
The program according to this embodiment may be executed by a computer system constructed by a plurality of computers. In this case, each computer may function as any one of the
[物理構成]
図8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]
8 is a block diagram showing an example of a computer that realizes the evaluation device according to an embodiment of the present invention. The
図8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. 8, the
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
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。
Specific examples of the
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。
The data reader/
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
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。
The
[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安全率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安全率を算出してもよい。
[Other embodiments]
In the above embodiment, the evaluation device calculates the safety factor of a bogie frame for a railway vehicle, but the structural member to be evaluated by the evaluation device according to the present invention is not limited to the bogie frame for a railway vehicle. For example, the evaluation device may calculate the safety factor of each part of various structural members such as other machine structural members (such as automobile bodies), architectural structural members, and civil engineering structural members.
本発明によれば、評価者の経験によらず、構造部材の強度評価を適切かつ効率よく行うことができる。 The present invention allows for appropriate and efficient strength evaluation of structural members, regardless of the experience of the evaluator.
10 評価装置
12 付与部
14 応力算出部
16 安全率算出部
16a 第1処理部
16b 第2処理部
18 分布図作成部
20 抽出部
22 安全率情報記憶部
100 台車枠
REFERENCE SIGNS
Claims (23)
前記FEMモデルに荷重を与え、前記FEMモデルの表面に生じる応力を算出する応力算出部と、
前記材料区分および前記仕様区分が紐付けられた複数の安全率情報と前記応力算出部が算出した応力とに基づいて、前記複数の節点それぞれについて、前記付与部が付与した前記一の材料区分および前記一の仕様区分に対応する安全率を算出する安全率算出部と、
を備える構造部材の評価装置。 an assigning unit that assigns one material class selected from a plurality of material classes to each of a plurality of nodes on a surface of an FEM model of a structural member to be evaluated, and assigns one specification class selected from a plurality of specification classes;
a stress calculation unit that applies a load to the FEM model and calculates a stress generated on a surface of the FEM model;
a safety factor calculation unit that calculates a safety factor corresponding to the one material class and the one specification class assigned by the assignment unit for each of the plurality of nodes based on a plurality of pieces of safety factor information linked to the material class and the specification class and the stress calculated by the stress calculation unit;
A structural member evaluation device comprising:
前記FEMモデルの前記複数の節点それぞれについて、前記安全率情報ごとに安全率を算出する第1処理部と、
前記複数の節点それぞれについて、前記第1処理部が前記安全率情報ごとに算出した安全率の中から、前記付与部が付与した前記一の材料区分および前記一の仕様区分に対応する前記安全率情報に基づいて算出された安全率を抽出する第2処理部と、を有する、請求項1または2に記載の構造部材の評価装置。 The safety factor calculation unit is
A first processing unit that calculates a safety factor for each of the safety factor information for each of the plurality of nodes of the FEM model;
3. The structural member evaluation device according to claim 1, further comprising: a second processing unit that extracts, for each of the plurality of nodes, a safety factor calculated based on the safety factor information corresponding to the one material class and the one specification class assigned by the assignment unit, from the safety factors calculated by the first processing unit for each of the safety factor information.
前記FEMモデルの前記複数の節点それぞれについて、前記複数の安全率情報の中から前記付与部が付与した前記一の材料区分および前記一の仕様区分に対応する前記安全率情報を抽出する第1処理部と、
前記複数の節点それぞれについて、前記第1処理部が抽出した安全率情報に基づいて安全率を算出する第2処理部と、を有する、請求項1または2に記載の構造部材の評価装置。 The safety factor calculation unit is
a first processing unit that extracts, for each of the plurality of nodes of the FEM model, the safety factor information corresponding to the one material class and the one specification class assigned by the assignment unit from the plurality of pieces of safety factor information;
3. The structural member evaluation device according to claim 1, further comprising: a second processing unit that calculates a safety factor for each of the plurality of nodes based on the safety factor information extracted by the first processing unit.
評価対象となる構造部材のFEMモデルの表面上の複数の節点に対してそれぞれ、複数の材料区分の中から選択された一の材料区分を付与するとともに、複数の仕様区分の中から選択された一の仕様区分を付与する付与ステップと、
前記FEMモデルに荷重を与え、前記FEMモデルの表面に生じる応力を算出する応力算出ステップと、
前記材料区分および前記仕様区分が紐付けられた複数の安全率情報と前記応力算出ステップで算出された応力とに基づいて、前記複数の節点それぞれについて、前記付与ステップで付与された前記一の材料区分および前記一の仕様区分に対応する安全率を算出する安全率算出ステップと、
を備える構造部材の評価方法。 1. A computer-implemented evaluation method comprising:
an assignment step of assigning one material class selected from a plurality of material classes to each of a plurality of nodes on a surface of an FEM model of a structural member to be evaluated, and assigning one specification class selected from a plurality of specification classes to each of the nodes;
a stress calculation step of applying a load to the FEM model and calculating a stress generated on a surface of the FEM model;
a safety factor calculation step of calculating a safety factor corresponding to the one material class and the one specification class assigned in the assignment step for each of the plurality of nodes based on a plurality of pieces of safety factor information associated with the material class and the specification class and the stress calculated in the stress calculation step;
A method for evaluating a structural member comprising:
前記FEMモデルの前記複数の節点それぞれについて、前記安全率情報ごとに安全率を算出する第1ステップと、
前記複数の節点それぞれについて、前記第1ステップで前記安全率情報ごとに算出された安全率の中から、前記付与ステップで付与された前記一の材料区分および前記一の仕様区分に対応する前記安全率情報に基づいて算出された安全率を抽出する第2ステップと、を有する、請求項12または13に記載の構造部材の評価方法。 The safety factor calculation step includes:
A first step of calculating a safety factor for each of the safety factor information for each of the plurality of nodes of the FEM model;
and a second step of extracting, for each of the plurality of nodes, a safety factor calculated based on the safety factor information corresponding to the one material class and the one specification class assigned in the assignment step, from the safety factors calculated for each of the safety factor information in the first step.
前記FEMモデルの前記複数の節点それぞれについて、前記複数の安全率情報の中から前記付与ステップで付与された前記一の材料区分および前記一の仕様区分に対応する前記安全率情報を抽出する第1ステップと、
前記複数の節点それぞれについて、前記第1ステップで抽出した安全率情報に基づいて安全率を算出する第2ステップと、を有する、請求項12または13に記載の構造部材の評価方法。 The safety factor calculation step includes:
a first step of extracting, for each of the plurality of nodes of the FEM model, the safety factor information corresponding to the one material class and the one specification class assigned in the assigning step from the plurality of pieces of safety factor information;
14. The method for evaluating a structural member according to claim 12, further comprising: a second step of calculating a safety factor for each of the plurality of nodes based on the safety factor information extracted in the first step.
A program for causing a computer to execute the evaluation method according to any one of claims 12 to 22.
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