衝突荷重の計算について

Question

現在、台車の設計をやっておりますが、台車の走行路に安全対策としてストッパーを設置しています。そのストッパーに総重量1600kgの台車が走行速度160m/minで衝突した場合にストッパーにかかる衝突荷重の求め方をどなたか教えて頂けないでしょうか？実際に荷重は計算では求められないかもしれないですが、簡易的に求める方法があれば教えてください。

Answer

荷重を求めても、設計にはなりません。入力点の形状でどの部品が壊れないようにするのがよいか、なるべく応力集中を避ける形状にすべきです。

Answer

ROARKのFormulas for Stress & Strain に、
σi/σs=V/√(g・ds)という近似式があります。
衝撃荷重(σi)=2667(mm/sec)/√[9807(mm/sec2)・ds(mm)]×1600kgf
静荷重1600kgfでのストッパーの変形量(ds mm)によって、衝撃荷重の倍率が決まるという式です。ds=1mmだと衝撃荷重は1600kgfの27倍になるということです。

Answer

ストッパの接触部のタワミを仮定して加速度を求める方法もあります。
v1^2－v0^2＝2as
v1：初速度 160m/min＝2.67m/s
v0：0m/s
s：力を受けたときのタワミ量 例えば 5mm＝0.005mとする。
＜初速度v1のもを5mmの移動量で受け止めたと仮定＞
a：そのときの加速度（減速度）
a＝（2.67^2-0^2）/（2*0.005）＝712.89m/s^2
となる。
あとは、F＝ｍａでｍは質量：1600kg
Ｆ＝1600*712.89＝1,140,624kgfとなります。1,141ton？

よって、ストッパ部に５mmたわんで1141ﾄﾝを受止められるバネを付ければ
良いことになります。
バネ定数はえーと、228200kgf/mmのバネになります。

ということで、ストッパは十分ストロークのある緩衝装置が必要です。

以上

Answer

運動量の変化は力積ストッパーから受けた力積と等しくなりますから、
もともとの運動量をゼロにする（台車をとめる）ための加重をPとすると

P　ｘ　Δｔ　＝　１６００　ｘ　１６０

となります。Δｔはストッパーが台車に力を加える時間、つまり
台車とストッパーの接触時間です。この式からも分かるように
一瞬しかストッパーと台車が接しないのであれば大きな力が発生しますし、
長時間かけてとめれば力は弱まります。

ですからコンクリートの壁で受け止めるのか、スポンジで吸収するのかでは
かかる荷重が変わります。与えられた条件から分かるのはこの力積の大きさ
だけで、Δｔが分からなければ荷重を出すことも難しいように思います。
Δｔを仮定できるのであれば上式から求められます。

実際にはPは時間によって変化するｔの関数ですから、
左辺は∫P(t)・ｄｔとするのが正しいです。
さらにこれは衝突後の跳ね返りがない場合を仮定していますので注意してください。

なんだか的を射ない回答で申し訳ないですが、
Δｔを仮定できるかどうかが肝になると思います。

Answer

参考になるかは解りませんがショックアブソーバ選定式の例を…

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