JP7469653B2 - 評価装置、評価方法およびプログラム - Google Patents

評価装置、評価方法およびプログラム Download PDF

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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。
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。
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。
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。
特開２００５－１９０２４２号公報
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
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。
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。 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。 図４は、応力算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。 図５は、応力算出部による仮想節点の規定方法を説明するための図である。 図６は、応力限界図である。 図７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。 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。
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。
［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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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）
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
［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。
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）。
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）。
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）。
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。
［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。
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。
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。
［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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
［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。
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。
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

Claims (23)

  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。
  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、請求項１に記載の構造部材の評価装置。
  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、請求項１または２に記載の構造部材の評価装置。
  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、請求項１または２に記載の構造部材の評価装置。
  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、請求項１から４のいずれかに記載の構造部材の評価装置。
  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、請求項５に記載の構造部材の評価装置。
  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、請求項６に記載の構造部材の評価装置。
  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、請求項７に記載の構造部材の評価装置。
  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、請求項７に記載の構造部材の評価装置。
  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、請求項２に記載の構造部材の評価装置。
  11. 前記構造部材は、鉄道車両用台車枠である、請求項１から１０のいずれかに記載の構造部材の評価装置。
  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。
  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、請求項１２に記載の構造部材の評価方法。
  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、請求項１２または１３に記載の構造部材の評価方法。
  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、請求項１２または１３に記載の構造部材の評価方法。
  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、請求項１２から１５のいずれかに記載の構造部材の評価方法。
  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、請求項１６に記載の構造部材の評価方法。
  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、請求項１７に記載の構造部材の評価方法。
  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、請求項１８に記載の構造部材の評価方法。
  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、請求項１８に記載の構造部材の評価方法。
  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、請求項１３に記載の構造部材の評価方法。
  22. 前記構造部材は、鉄道車両用台車枠である、請求項１２から２１のいずれかに記載の構造部材の評価方法。
  23. 請求項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。
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