鉄道車両の構体および車軸の強度設計法と信頼性確保

摘要

本稿では主に新幹線電車を例にとって，車両構体に対する強度設計·検証の考え方および車軸の強度設計·損傷事例·メンテナンス等について述べる．新幹線電車の構体は一般的な強度条件に加え，トンネル内走行時に作用する気密荷重に対する強度が要求される．この気密荷重に関して，最近は，気密荷重の頻度解析結果および材料のS-N線図を用いた修正マイナー則による強度評価が行われ，加減圧装置を用いた構体の気密疲労試験による検証と相まって，結果の信頼度が高められている．一方，車軸は破断疲労限度に基づく安全寿命設計が行われ，供用中は定期的に超音波探傷·磁粉探傷による非破壊検査を実施することによって，安全性を確保している．車軸の典型的な損傷例であったフレッティング疲労き裂については，車輪のオーバハング圧入を対策として行うことによって，発生の大幅な減少を達成している．なお，新幹線電車車軸については，フレッティング疲労き裂を対象として，確率論的破壊力学を用いた破壊確率に関する計算も行われ，圧縮残留応力がき裂の進展性に大きな影響を及ぼすことが示されている．