沖擊能量吸收柱及具備該沖擊能量吸收柱的鐵道車輛的制作方法
沖擊能量吸收柱及具備該沖擊能量吸收柱的鐵道車輛的制作方法
【專利摘要】沖擊能量吸收柱（1）設(shè)置于鐵道車輛構(gòu)體（2）的端側(cè)且從端梁（72）向車頂構(gòu)體（20）延伸。沖擊能量吸收柱（1）具備：橫截面為凹狀截面或中空截面的金屬制的外側(cè)構(gòu)件（3）；和沿著外側(cè)構(gòu)件（3）的內(nèi)周設(shè)置，與外側(cè)構(gòu)件（3）平行地延伸的增強(qiáng)塑料制的內(nèi)側(cè)構(gòu)件（4）。外側(cè)構(gòu)件（3）是將分別沿著柱軸延伸的兩個柱半體（6）向與外側(cè)構(gòu)件（3）的柱軸正交的方向排列并接合而構(gòu)成。兩個柱半體（6）的接合部分沿著柱軸延伸。外側(cè)構(gòu)件（3）與端梁（72）及車頂構(gòu)體（20）之間通過緊固單元緊固。內(nèi)側(cè)構(gòu)件（4）將所述被緊固的部分除外，在從端梁（72）至車頂構(gòu)體（20）的下部之間延伸。
【專利說明】沖擊能量吸收柱及具備該沖擊能量吸收柱的鐵道車輛
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及設(shè)置于鐵道車輛的先頭車輛上的沖擊能量吸收柱及具備該沖擊能量吸收柱的鐵道車輛。
【背景技術(shù)】
[0002]以往以來在鐵道車輛中，為了保護(hù)乘務(wù)員和乘客等以免受來自于與汽車和鐵道車輛等之間的沖撞的傷害，而提出了各種用于吸收沖擊能量的結(jié)構(gòu)。例如，在專利文獻(xiàn)I中提出了設(shè)置有在車輛端部上垂直延伸的強(qiáng)度構(gòu)件、和在車輛長度方向上延伸的骨構(gòu)件的軌道車輛。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以在一定程度以上的載荷作用于其上時積極地變形而吸收能量，而在一定程度以下的載荷作用于其上時不會發(fā)生結(jié)構(gòu)變形。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn):
專利文獻(xiàn):
專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-62817號公報。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]發(fā)明要解決的問題:
對于現(xiàn)有的沖擊能量吸收結(jié)構(gòu)，各構(gòu)件由金屬制成，因此非常重，成為妨礙鐵道車輛整體的輕量化的一個要因。另一方面，為了保護(hù)乘務(wù)員和乘客等且防止各構(gòu)件從與車身的安裝部上脫落，而需要在一定彎曲變形量以內(nèi)充分吸收沖撞時的能量。然而，在專利文獻(xiàn)I中，并未提出具備滿足上述兩種要求的那樣的沖擊能量吸收結(jié)構(gòu)的鐵道車輛。本發(fā)明的目的是提供能夠?qū)崿F(xiàn)輕量化和在一定彎曲變形量以內(nèi)充分吸收沖擊能量的兩者的沖擊能量吸收柱。
[0005]解決問題的手段:
根據(jù)本發(fā)明的沖擊能量吸收柱設(shè)置于鐵道車輛的端側(cè)且從端梁向車頂構(gòu)體延伸，具備:橫截面為凹狀截面或中空截面的金屬制的外側(cè)構(gòu)件；和沿著所述外側(cè)構(gòu)件的內(nèi)周設(shè)置，與所述外側(cè)構(gòu)件平行地延伸的增強(qiáng)塑料制的內(nèi)側(cè)構(gòu)件。
[0006]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)塑料制的內(nèi)側(cè)構(gòu)件與沖撞物不直接接觸，因此在剛沖撞之后的應(yīng)力集中的程度較小。即，可以使沖撞后的龜裂的產(chǎn)生延遲，可以蓄積更大的沖擊能量。之后，當(dāng)沖擊能量蓄積至極限時，結(jié)果是該內(nèi)側(cè)構(gòu)件斷裂，但是在該時刻金屬制的外側(cè)構(gòu)件仍然未斷裂，而繼續(xù)吸收沖擊能量。借助于此，盡管局部由樹脂構(gòu)成，但是可以吸收較大的沖擊能量。又，與沖擊能量吸收柱整體由金屬形成的情況相比，可以謀求柱整體的輕量化。
[0007]此外，至少使外側(cè)構(gòu)件的橫截面形成為凹狀截面或中空截面，以此與外側(cè)構(gòu)件例如為平板狀的情況相比，截面系數(shù)更大。借助于此，允許的彎曲應(yīng)力增大，因此沖擊能量吸收柱可以承受較大的沖擊載荷，從而可以吸收較大的沖擊能量。
[0008]此外，也可以是所述外側(cè)構(gòu)件與所述端梁及所述車頂構(gòu)體之間通過緊固單元緊固，所述內(nèi)側(cè)構(gòu)件是在將所述被緊固的部分除外的從所述端梁上部至所述車頂構(gòu)體下部之間的區(qū)域延伸。
[0009]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，沖擊能量吸收柱通過金屬制的外側(cè)構(gòu)件與端梁及車頂構(gòu)體相緊固，因此無需將塑料制的內(nèi)側(cè)構(gòu)件與端梁及車頂構(gòu)體緊固。借助于此，內(nèi)側(cè)構(gòu)件所受的約束少且容易變形，因此在斷裂之前可以吸收更大的沖擊能量。又，無需使內(nèi)側(cè)構(gòu)件延伸至被緊固單元緊固的部分，因此可以謀求成本減少。
[0010]此外，也可以是所述外側(cè)構(gòu)件是將分別沿著柱軸延伸的兩個柱半體向與外側(cè)構(gòu)件的柱軸正交的方向排列并接合而構(gòu)成，兩個柱半體的接合部分沿著所述柱軸延伸。
[0011]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，兩個柱半體的接合部分沿著柱軸延伸。借助于此，與接合部分沿著與柱軸正交的方向設(shè)置的情況相比，在受到來自于與柱軸正交的方向的沖擊載荷時，該接合部分不容易成為龜裂的起點(diǎn)。
[0012]此外，也可以是各柱半體具備沿著所述柱軸延伸的第一板狀部、和從該第一板狀部的兩側(cè)向與第一板狀部正交的方向延伸的相互平行的第二板狀部，兩個柱半體是沿著沖擊載荷的載荷方向相互以相反朝向配置并將第二板狀部的梢端相接合而構(gòu)成，第一板狀部的板面與受到?jīng)_擊載荷的方向?qū)χ谩?br> [0013]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，兩個柱半體在第二板狀部的梢端相互接合，因此，兩個柱半體的接頭位置位于第二板狀部上。沖擊載荷施加于無接合接頭的第一板狀部上。借助于此，沖擊載荷不直接施加于容易成為沖擊能量吸收柱的斷裂的起點(diǎn)的接頭部分上，因此防止容易斷裂。借助于此，可以提高沖擊能量吸收效果。
[0014]此外，也可以是所述增強(qiáng)塑料是含有纖維的塑料，該纖維的體積率為60%以上。
[0015]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，通過使增強(qiáng)塑料內(nèi)的纖維量達(dá)到規(guī)定量以上，以此可以提高增強(qiáng)塑料制的構(gòu)件對于沖擊載荷的強(qiáng)度，樹脂柱不容易斷裂。
[0016]發(fā)明效果:
根據(jù)本發(fā)明的沖擊能量吸收柱，可以實現(xiàn)輕量化和在一定的彎曲變形量以內(nèi)充分吸收沖擊能量的兩者。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是示出具備根據(jù)本發(fā)明的實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱的鐵道車輛的概略結(jié)構(gòu)的立體圖；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的沖擊能量吸收柱的立體圖；
圖3是示出在沖擊載荷施加于沖擊能量吸收柱的柱長度方向中央部上的情況下的變形行程的圖；
圖4中的(a)是示出關(guān)于沖擊能量吸收柱的變形行程與該沖擊能量吸收柱所受到的沖擊載荷、即反力之間的關(guān)系所預(yù)想的概念的圖表，(b)是示出關(guān)于沖擊能量吸收柱的變形行程與吸收的能量之間的關(guān)系所預(yù)想的概念的圖表；
圖5是解析用柱的立體圖；
圖6是示出對于在將沖擊載荷施加于解析用柱時反力與位移之間的關(guān)系進(jìn)行解析的結(jié)果的圖表；
圖7是示出對于在將沖擊載荷施加于解析用柱時吸收能量與位移之間的關(guān)系進(jìn)行解析的結(jié)果的圖表； 圖8中的(a)是另一解析用柱的立體圖，(b)是示出其截面形狀的變形例的圖；
圖9是示出對于在將沖擊載荷施加于圖8的解析用柱時反力和位移之間的關(guān)系進(jìn)行解析的結(jié)果的圖表；
圖10是示出對于在將沖擊載荷施加于圖8的解析用柱時吸收能量與位移之間的關(guān)系進(jìn)行解析的結(jié)果的圖表。
【具體實施方式】
[0018]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】根據(jù)本發(fā)明的實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱。另外，以下，在所有附圖中對于相同或相當(dāng)?shù)囊貥?biāo)以相同的參考符號并省略重復(fù)的說明。本實施形態(tài)中的方向的概念與將鐵道車輛的行進(jìn)方向作為前方，且面向前方時的方向的概念一致。即，車輛長度方向?qū)?yīng)于前后方向，車輛寬度方向?qū)?yīng)于左右方向；
[具備沖擊能量吸收柱的鐵道車輛的結(jié)構(gòu)]
圖1是示出具備根據(jù)本發(fā)明的實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I的鐵道車輛構(gòu)體的概略結(jié)構(gòu)的立體圖。鐵道車輛構(gòu)體2如周知的那樣在底架7上具備側(cè)構(gòu)體10和端構(gòu)體8，為了便于說明，示出前側(cè)的端構(gòu)體8。車頂構(gòu)體20覆蓋在該側(cè)構(gòu)體10和端構(gòu)體8上。底架7具備相互分離的一對側(cè)梁70、和將該側(cè)梁70的后端部相連接的枕梁71。將側(cè)梁70之間的前端部通過端梁72相連接。將端梁72和前述的枕梁71通過前后延伸的兩根中梁73相連接。端構(gòu)體8具備豎立在端梁72的兩側(cè)的一對角柱80、和在該角柱80之間豎立在端梁72上的兩根沖擊能量吸收柱I。車頂構(gòu)體20具備位于前端部且在車輛的寬度方向上延伸的拱形梁21、和從該拱形梁21的兩側(cè)向后方延伸的上邊梁22。角柱80和沖擊能量吸收柱I的上端部連接于拱形梁21。S卩，沖擊能量吸收柱I設(shè)置于鐵道車輛構(gòu)體2的端部上，并且從端梁72向車頂構(gòu)體20延伸。沖擊能量吸收柱I在道口上與汽車等沖撞或與鐵道車輛之間沖撞等時吸收該沖撞所產(chǎn)生的能量而在一定的彎曲變形量以內(nèi)防止柱的破裂及脫落，與此同時保護(hù)乘務(wù)員和乘客等。
[0019][沖擊能量吸收柱的結(jié)構(gòu)]
圖2是根據(jù)本實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I的立體圖。該沖擊能量吸收柱I具備在鉛垂方向上延伸的柱狀的金屬制的外側(cè)構(gòu)件3、和在鉛垂方向上延伸的柱狀的增強(qiáng)塑料制的內(nèi)側(cè)構(gòu)件4。外側(cè)構(gòu)件3和內(nèi)側(cè)構(gòu)件4均形成為橫截面為矩形且中空的結(jié)構(gòu)，并且內(nèi)側(cè)構(gòu)件4的外周沿著外側(cè)構(gòu)件3的內(nèi)周嵌入。形成內(nèi)側(cè)構(gòu)件4的增強(qiáng)塑料具體而言是含有纖維的碳纖維增強(qiáng)塑料(carbon fiber reinforced plastic ;CFRP)或玻璃纖維增強(qiáng)塑料(glassfiber reinforced plastic ;GFRP)。在本實施形態(tài)中，CFRP或GFRP中的纖維的體積率為60%以上。另外，內(nèi)側(cè)構(gòu)件4與外側(cè)構(gòu)件3相比柱長度方向的抗拉強(qiáng)度高且輕量，又，只要使用延性較小的材料即可，可以應(yīng)用具有同樣的特性的內(nèi)側(cè)構(gòu)件4及外側(cè)構(gòu)件3。
[0020]內(nèi)側(cè)構(gòu)件4形成為與外側(cè)構(gòu)件3相比在鉛垂方向上短。在該外側(cè)構(gòu)件3的上端部和下端部上分別設(shè)置有不存在內(nèi)側(cè)構(gòu)件4的第一緊固區(qū)域30和第二緊固區(qū)域31。在第一緊固區(qū)域30中，在外側(cè)構(gòu)件3上設(shè)置有多個第一貫通孔32。例如鉚釘或螺栓的緊固單元插入于該第一貫通孔32中，從而使拱形梁21和沖擊能量吸收柱I的上端部之間被緊固。又，在該第二緊固區(qū)域31中，在外側(cè)構(gòu)件3上設(shè)置有多個第二貫通孔33。在第二緊固區(qū)域31的內(nèi)側(cè)設(shè)置有金屬制或增強(qiáng)塑料制的中空的增強(qiáng)構(gòu)件34。在增強(qiáng)構(gòu)件34的周面上以與所述第二貫通孔33重疊的形式開設(shè)有多個透孔35。例如鉚釘或螺栓的緊固單元插入于第二貫通孔33及透孔35中，而使端梁72和沖擊能量吸收柱I的下端部之間被緊固。對沖擊能量吸收柱I的下端部通過增強(qiáng)構(gòu)件34進(jìn)行增強(qiáng)的原因是在以沖擊能量吸收柱I的下部為中心施加沖擊載荷時，防止該沖擊能量吸收柱I被剪切或從底架完全脫卸。
[0021]如圖2所示，外側(cè)構(gòu)件3將分別沿著柱軸延伸的兩個柱半體6在前后方向上排列而構(gòu)成。各柱半體6具備沿著柱軸延伸的第一板狀部60、和從該第一板狀部60的兩側(cè)向與第一板狀部60正交的方向延伸的一對第二板狀部61。兩個第二板狀部61相互平行。兩個柱半體6沿著沖擊載荷的載荷方向、即前后方向相互反向配置。兩個柱半體6形成將第二板狀部61的梢端相互焊接接合而構(gòu)成，并且該接合部分沿著柱軸延伸的焊接線62。第一板狀部60的板面與受到?jīng)_擊載荷的方向?qū)χ?。借助于此，在鐵道車輛從前方受到?jīng)_擊載荷時，該沖擊載荷由無焊縫的第一板狀部60所承受。借助于此，沖擊能量吸收柱I在受到?jīng)_擊載荷時，不容易引起從焊縫斷裂的情況。因此，可以防止沖擊能量吸收柱I容易斷裂的情況，從而可以提高沖擊能量吸收效果。
[0022]又，焊接線62在鉛垂方向上延伸。借助于此，與焊接線62沿著與鉛垂方向正交的方向設(shè)置的情況相比，在受到來自于與鉛垂方向正交的方向的沖擊載荷時，該焊接線62不容易成為龜裂的起點(diǎn)。在這里，為了使鐵道車輛整體輕量化，而也可以將沖擊能量吸收柱例如由樹脂形成。然而，這樣的樹脂材料延性小。因此，在樹脂制的沖擊能量吸收柱中，存在難以通過塑性變形吸收能量的問題。即，樹脂制的沖擊能量吸收柱不會較大地塑性變形而會斷裂，因此不能充分吸收能量。
[0023]又，也可以通過使沖擊能量吸收柱由樹脂制成，并且僅將需要的部分用金屬增強(qiáng)，以此謀求輕量化。在該情況下，一般而言為了接合金屬增強(qiáng)件而使用焊接。然而，對于上述沖擊能量吸收柱來說，在被施加沖擊能量時，容易從該焊接接合部分開始不穩(wěn)定地斷裂。因此，存在作為沖擊能量吸收柱無法充分吸收沖擊能量的擔(dān)憂。又，存在如果在沖撞時沖擊載荷施加于未實施增強(qiáng)的部位時，則無法發(fā)揮預(yù)想的性能的擔(dān)憂。在本實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I中，通過采用外側(cè)構(gòu)件3、和與該外側(cè)構(gòu)件3相比柱長度方向的抗拉強(qiáng)度高、輕量且延性小的內(nèi)側(cè)構(gòu)件4的雙重結(jié)構(gòu)，以此可以實現(xiàn)輕量化和沖擊能量的充分吸收的兩者。
[0024][能量吸收效果]
接著，為了確認(rèn)本實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I的能量吸收效果，而對僅由增強(qiáng)塑料形成的沖擊能量吸收柱(以下簡稱為增強(qiáng)塑料制沖擊能量吸收柱)、僅由金屬形成的沖擊能量吸收柱(以下簡稱為金屬制沖擊能量吸收柱)、本實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱的比較結(jié)果進(jìn)行說明。具體而言，對如圖3所示沖擊載荷P施加于沖擊能量吸收柱I的柱長度方向中央部的情況下的變形行程S (彎曲變形量)進(jìn)行比較研究。圖4 (a)是示出變形行程與沖擊能量吸收柱所受到的沖擊載荷、即反力之間的關(guān)系的圖表，圖4 (b)是示出沖擊能量吸收柱I的變形行程與吸收的能量之間的關(guān)系的圖表。在圖4 (a)、(b)中，(I)線表示增強(qiáng)塑料制的沖擊能量吸收柱，(2)線表示金屬制的沖擊能量吸收柱，(3)線表示本實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱。增強(qiáng)塑料制的沖擊能量吸收柱與金屬制的沖擊能量吸收柱具有相同質(zhì)量。又，載荷Ps是指沖擊能量吸收柱I與底架或車頂構(gòu)體的結(jié)合部不斷裂的情況下所能夠承受的極限載荷。行程Ss是沖擊能量吸收柱I所允許的規(guī)定的最大彎曲，吸收能量Es是沖擊能量吸收柱I應(yīng)吸收的規(guī)定的沖擊能量。
[0025]增強(qiáng)塑料制的沖擊能量吸收柱盡管是厚板但比較輕量，如(I)線所示，可以以短的行程支持一定的沖擊載荷。然而，由于在較短的行程內(nèi)達(dá)到載荷Ps，因此在吸收規(guī)定的沖擊能量之前，增強(qiáng)塑料制的沖擊能量吸收柱從車輛構(gòu)體上脫落。又，增強(qiáng)塑料制的沖擊能量吸收柱不發(fā)生塑性變形，因此這一點(diǎn)也使吸收沖擊載荷的效果變?nèi)?。相對于此，?2)線所示，在與上述(I)的增強(qiáng)塑料制的沖擊能量吸收柱相同質(zhì)量的金屬制的沖擊能量吸收柱中，在比較小的載荷下引起塑性變形。然而，相比于行程的變化，所上升的載荷、即所吸收的能量的上升率較小。因此，為了以行程S s吸收規(guī)定的沖擊能量Es，而需要通過不容易塑性變形的相當(dāng)厚的厚板構(gòu)成沖擊能量吸收柱。這樣，大幅度增加沖擊能量吸收柱的重量。
[0026]相比于上述(I) (2)線，如(3)線所示，當(dāng)本實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I受到?jīng)_擊載荷時，金屬制的外側(cè)構(gòu)件3在比較早期開始發(fā)生局部的塑性變形，但是增強(qiáng)塑料制的內(nèi)側(cè)構(gòu)件4先斷裂(圖4 (a)的點(diǎn)B)。然而，金屬制的外側(cè)構(gòu)件3盡管發(fā)生塑性變形，但是并未斷裂，而繼續(xù)吸收沖擊能量。借助于此，與整體由樹脂或金屬構(gòu)成的沖擊能量吸收柱相t匕，預(yù)期可以在相同的單位質(zhì)量下吸收更大的沖擊能量。像這樣，本實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱可以實現(xiàn)輕量化及在一定的彎曲變形量以內(nèi)充分吸收沖擊能量。此外，至少使外側(cè)構(gòu)件3形成為中空，以此與外側(cè)構(gòu)件3例如為平板狀的情況相比，截面系數(shù)增大。借助于此，所允許的彎曲應(yīng)力增大，從而可以承受較大的沖擊載荷，可以吸收較大的沖擊能量。又，例如外側(cè)構(gòu)件3由增強(qiáng)塑料制成時，在沖擊能量吸收柱I與銳利的障礙物沖撞的情況下，外側(cè)構(gòu)件3上立刻產(chǎn)生龜裂而斷裂。因此，無法吸收沖擊能量。然而，外側(cè)構(gòu)件3由金屬制成，因此即使沖擊能量吸收柱I與銳利的障礙物發(fā)生沖撞，外側(cè)構(gòu)件3也不會立即斷裂。因此，可以有效地吸收沖擊能量。
[0027](解析結(jié)果I)
申請人:為了確認(rèn)上述能量吸收效果，設(shè)想出呈現(xiàn)圖5所示的形狀的解析用柱5。該解析用柱5具備金屬制的第一半體50、和位于該第一半體50的內(nèi)側(cè)的增強(qiáng)塑料制且截面凹狀的第二半體51。又，還設(shè)想出未圖示且僅由第一半體50構(gòu)成的解析用柱5。準(zhǔn)備了厚度9mm的第一半體50,和厚度11.7mm的第一半體50。第二半體51的厚度是20mm。而且,對于它們，關(guān)于解析用柱5的變形行程與所吸收的載荷、即反力之間的關(guān)系、以及該變形行程與所吸收的能量之間的關(guān)系進(jìn)行模擬并解析。在圖5所示的解析用柱5中，縱長LI為304.8mm(12英寸)、寬度L2為152.4mm (6英寸)、高度H為2000mm。假設(shè)在固定(約束)解析用柱5的兩端部的狀態(tài)下，對高度762mm (30英寸)的地點(diǎn)S由矩形狀的按壓構(gòu)件54以400mm/s的速度施加沖擊載荷。第二半體51具備相互對置的一對側(cè)壁52，在兩側(cè)壁52之間地點(diǎn)S的高度位置上，架設(shè)有肋狀構(gòu)件(rib)53。借助于此，兩側(cè)壁52相同地發(fā)生變形。又，使第一半體50的材質(zhì)為不銹鋼,第二半體51的材質(zhì)為碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)。第一半體50與第二半體51盡管相互接觸但是未粘接。兩個半體50、51之間的摩擦系數(shù)為0.2。對于作為第二半體51的材質(zhì)的CFRP,其UD (un1-direct1nal ;單向)材料0°方向、即增強(qiáng)纖維的方向為沿著沖擊能量吸收柱I的長度方向的方向。
[0028]當(dāng)進(jìn)行解析時，將僅由厚度9mm的第一半體50構(gòu)成的解析用柱5作為CASElJf僅由厚度11.7mm的第一半體50構(gòu)成的解析用柱5作為CASE2，將具備厚度9mm的第一半體50和厚度20mm的CFRP制成的第二半體51的解析用柱5作為CASE3，將具備厚度9mm的第一半體50和厚度20mm的CFRP制成的第二半體51的解析用柱5作為CASE3’。另外，在CASE2、CASE3及CASE3’中，解析用柱5的質(zhì)量相等；
在CASE3’和CASE3中，CASE3’是未約束解析用柱5的第二半體51的兩端部，相對于此，CASE3是約束解析用柱5的兩端部。另外，在CASEl和CASE2中，約束解析用柱5的第二半體51的兩端部。又，形成第二半體51的CFRP的材料特性、具體而言楊氏模量Ep E2,泊松比V、剪切系數(shù)G12、抗拉強(qiáng)度Nlt、N2t、壓縮強(qiáng)度Nlc;、N2。、剪切強(qiáng)度S12的值為如表I所示的值。
[0029][表 I]
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[0030]在這里，對于上述記號的附加數(shù)字1、2，附加數(shù)字I表示沿著解析用柱5的長度方向的值，附加數(shù)字2表示沿著與解析用柱5的長度方向正交的方向的值。又，形成第二半體51的CFRP是考慮到破壞的正交各向異性材料。
[0031]圖6的圖表中示出對向解析用柱5施加沖擊載荷時的反力與位移之間的關(guān)系進(jìn)行解析的結(jié)果，圖7中示出對吸收能量和位移之間的關(guān)系進(jìn)行解析的結(jié)果。位移的單位是_，反力的單位是kN，能量的單位是MJ。
[0032]在圖6及圖7中，(I)線為CASE3 (厚度9mm的不銹鋼+厚度20mm的CFRP，且約束兩端部)的解析用柱5的解析結(jié)果，(2)線為CASE3’(厚度9mm的不銹鋼+厚度20mm的CFRP，且僅對不銹鋼部未約束兩端部)的解析用柱5的解析結(jié)果。又，(3)線為CASE2 (僅厚度11.7mm的不銹鋼，且約束兩端部)的解析用柱5的解析結(jié)果，(4)線為CASEl (僅厚度9mm不銹鋼，且約束兩端部)的解析用柱5的解析結(jié)果。在圖7及下述的圖10及圖12中，將厚度表示為t。例如,將厚度9mm表示為t9。如圖6所示，與上述(4)線相比，如(I) (2)線所示，當(dāng)本實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I受到?jīng)_擊載荷時，增強(qiáng)塑料制的內(nèi)側(cè)構(gòu)件4先斷裂(圖6的點(diǎn)F1、F2)。然而，金屬制的外側(cè)構(gòu)件3并未斷裂，繼續(xù)吸收沖擊能量。借助于此，可以證實與整體由樹脂構(gòu)成的沖擊能量吸收柱相比，能夠吸收更大的沖擊能量。
[0033]又，如圖7所示，可知將(4)線與(3)線進(jìn)行比較時(CASE1與CASE2之間的比較)，為了使僅金屬制的解析用柱5吸收更大的沖擊能量，不得不加厚該解析用柱5的板厚。然而，將(I)線、(2)線與(3)線進(jìn)行比較時(CASE3及CASE3，與CASE2之間的比較)，將金屬制的第一半體50和增強(qiáng)塑料制的第二半體51進(jìn)行組合后的解析用柱5與增加厚度的僅金屬制的解析用柱5相比，相對于位移的能量吸收量基本不變。借助于此，可知通過使沖擊能量吸收柱I形成為金屬制的外側(cè)構(gòu)件3和增強(qiáng)塑料制的內(nèi)側(cè)構(gòu)件4的雙重結(jié)構(gòu)，以此可以使外側(cè)構(gòu)件3的厚度變薄且吸收較大的沖擊能量。尤其是，在CASE3中，如果是在一定的位移以內(nèi)(例如直至90_左右)則能量吸收率較高。
[0034](解析結(jié)果2)
申請人:為了進(jìn)一步確認(rèn)上述的能量吸收效果，而設(shè)想出圖8 (a)所示的解析用柱100。該解析用柱100的縱長L5為254mm (10英寸)、寬度1^6為152.4mm (6英寸)、高度H為2300mm。假設(shè)對高度762mm (30英寸)的地點(diǎn)S由矩形狀的按壓構(gòu)件54以400mm/s的速度施加沖擊載荷。該解析用柱100具備:截面矩形狀且中空的外角柱110 ;和外表面與該外角柱110的內(nèi)表面接觸，截面矩形狀且中空的內(nèi)角柱120。即，與圖5所示的解析用柱5不同，夕卜角柱110與內(nèi)角柱120的截面形狀是閉合的。外角柱110由不銹鋼等的金屬制成，其厚度在全周上相同且為6mm或7.8mm。內(nèi)角柱120由CFRP制成,其厚度在全周上相同且為10mm。作為內(nèi)角柱120，如圖8 (b)所示， 申請人:還準(zhǔn)備了具有將厚度16mm的第一壁130和厚度6mm的第二壁140連接設(shè)置的截面形狀的構(gòu)件。外角柱110和內(nèi)角柱120并未粘接，兩者之間的摩擦系數(shù)為0.2。在進(jìn)行解析時，將僅由厚度6mm的外角柱110構(gòu)成的解析用柱100作為CASE1，將僅由厚度7.8mm的外角柱110構(gòu)成的解析用柱100作為CASE2，將具備厚度6mm的外角柱110和厚度1mm的CFRP制成的內(nèi)角柱120的解析用柱100作為CASE3，將具備厚度6mm的外角柱110和截面形狀為如圖8 (b)所示那樣的內(nèi)角柱120的解析用柱100作為CASE4。對于CASEl至CASE4中的任意一個，均約束解析用柱100的兩端部。CASE2、CASE3和CASE4的解析用柱100形成為其重量均大致相等，其目的是在相同重量的解析用柱100中確認(rèn)能量吸收效果。
[0035]在圖9的圖表中示出對沖擊載荷施加于解析用柱100時的反力與位移之間的關(guān)系進(jìn)行解析的結(jié)果，在圖10中示出對吸收能量與位移之間的關(guān)系進(jìn)行解析的結(jié)果。位移的單位是mm，反力的單位是kN，能量的單位是MJ。在圖9及圖10中，(I)線為CASE4 (厚度6mm的不銹鋼+圖8 (b)所示的CFRP)的解析用柱100的解析結(jié)果，(2)線為CASE2 (厚度
7.8mm的不銹鋼)的解析用柱100的解析結(jié)果。又，(3)線為CASE3 (厚度6mm的不銹鋼+厚度1mm的CFRP)的解析用柱100的解析結(jié)果，(4)線為CASEl (僅厚度6mm的不銹鋼)的解析用柱100的解析結(jié)果。經(jīng)過圖9及圖10所示的(4)線與(3)線之間的比較(CASE1與CASE3之間的比較)可知即使使用相同厚度的金屬制的外角柱110，但是在內(nèi)側(cè)插入有增強(qiáng)塑料制的內(nèi)角柱120的解析用柱100與未插入內(nèi)角柱120的解析用柱100相比，能量吸收量在位移為90?150mm的范圍內(nèi)達(dá)到約2倍。
[0036]此外，如圖10所示，由(I)線可知，在CASE4的解析用柱100中，在位移量為IlOmm以下的范圍內(nèi)，與相同重量的CASE2和CASE3 ((2)線和(3線))的解析用柱100相比，能量吸收特性更加優(yōu)異。即，根據(jù)位置改變內(nèi)角柱120的周圍方向的厚度，以此改善能量吸收性能。然而，當(dāng)位移量超過IlOmm時，理解為內(nèi)角柱120的斷裂已開始，與CASE2的解析用柱100相比能量吸收特性稍差。又，關(guān)于圖9及圖10，對重量相等的CASE2的解析用柱100和CASE3的解析用柱100的結(jié)果進(jìn)行比較時((2)線與(3)線之間的比較)，尤其在位移值較大的情況下無法得到將金屬制的外角柱110和增強(qiáng)塑料制的內(nèi)角柱120進(jìn)行組合的解析用柱100與使用僅由金屬制成的外角柱110的解析用柱100相比能量吸收特性格外優(yōu)異的效果。然而，通過CASE4，證實了根據(jù)本實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I得到輕量化和在一定位移量以內(nèi)充分吸收沖擊能量的效果。
[0037]又，可知將金屬制的外角柱110和增強(qiáng)塑料制的內(nèi)角柱120進(jìn)行組合后的解析用柱100顯示出與使用僅由金屬制成的外角柱110的解析用柱100同等以上的能量吸收特性，因此通過使沖擊能量吸收柱I形成為金屬制的外側(cè)構(gòu)件3和增強(qiáng)塑料制的內(nèi)側(cè)構(gòu)件4的雙重結(jié)構(gòu)，以此可以使外側(cè)構(gòu)件3的厚度變薄且吸收較大的沖擊能量。如上所述，外側(cè)構(gòu)件3是將兩個柱半體6通過焊接而形成，因此通過使各柱半體6形成為較薄的厚度，以此柱半體6的焊接變得容易，借助于此，焊接兩個柱半體6時的熱應(yīng)變也減小。在上述實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I中，使外側(cè)構(gòu)件3和內(nèi)側(cè)構(gòu)件4均形成為中空截面。然而，取而代之，也可以使外側(cè)構(gòu)件3和內(nèi)側(cè)構(gòu)件4的截面均形成為凹狀。又，截面也可以不是矩形，而是形成為圓形和橢圓等的各種形狀。
[0038]在上述實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I中，使外側(cè)構(gòu)件3由半體構(gòu)成，但是不限于此。例如，也可以使用由鋁擠壓型材構(gòu)成的中空材料。上述實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I是直線，但是也可以是有曲率的柱。上述實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I與車頂構(gòu)體及底架是使用緊固單元進(jìn)行結(jié)合，但是也可以通過焊接和其他手段等進(jìn)行結(jié)合。外側(cè)構(gòu)件3和內(nèi)側(cè)構(gòu)件4也可以具有相同長度。在上述實施形態(tài)中，沖擊能量吸收柱I在鐵道車輛構(gòu)體2的端側(cè)上設(shè)置有兩根，但是也可以是一根，又可以是三根以上。此外，也可以使圖1所示的角柱80由沖擊能量吸收柱I形成。又，形成內(nèi)側(cè)構(gòu)件4的增強(qiáng)塑料不限于CFRP或GFRP，也可以是其他的塑料、例如KFRP (含有芳綸的纖維增強(qiáng)塑料)和BFRP (含有硼的纖維增強(qiáng)塑料)等。由上述說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員明了本發(fā)明的較多的改良和其他實施形態(tài)等。因此，上述說明僅作為例示解釋，是以向本領(lǐng)域技術(shù)人員教導(dǎo)實施本發(fā)明的一個形態(tài)為目的提供。在不脫離本發(fā)明的精神的范圍內(nèi)，可以實質(zhì)上變更其結(jié)構(gòu)和/或功能的具體內(nèi)容。
[0039]工業(yè)應(yīng)用性:
本發(fā)明應(yīng)用于設(shè)置于鐵道車輛的先頭車輛上的沖擊能量吸收柱中時有益處。
[0040]符號說明:
1沖擊能量吸收柱；
2鐵道車輛構(gòu)體；
3外側(cè)構(gòu)件；
4內(nèi)側(cè)構(gòu)件；
5解析用柱；
6柱半體；
50第一半體；
51第二半體；
100 解析用柱。
【權(quán)利要求】
1.一種沖擊能量吸收柱， 是設(shè)置于鐵道車輛的端部且從端梁向車頂構(gòu)體延伸的沖擊能量吸收柱，具備: 橫截面為凹狀截面或中空截面的金屬制的外側(cè)構(gòu)件；和 沿著所述外側(cè)構(gòu)件的內(nèi)周設(shè)置，與所述外側(cè)構(gòu)件平行地延伸的增強(qiáng)塑料制的內(nèi)側(cè)構(gòu)件。
2.一種沖擊能量吸收柱， 是設(shè)置于鐵道車輛的端部且從端梁向車頂構(gòu)體延伸的沖擊能量吸收柱，具備: 外側(cè)構(gòu)件；和 由所述外側(cè)構(gòu)件包圍，與所述外側(cè)構(gòu)件相比柱長度方向的抗拉強(qiáng)度高且輕量，并且延性小的內(nèi)側(cè)構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的沖擊能量吸收柱，其特征在于，所述外側(cè)構(gòu)件具有作為柱長度方向端部的與所述車頂構(gòu)體結(jié)合的第一區(qū)域、和與所述底架結(jié)合的第二區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的沖擊能量吸收柱，其特征在于， 所述車頂構(gòu)體與所述第一區(qū)域之間及所述底架與所述第二區(qū)域之間分別通過機(jī)械緊固相結(jié)合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的沖擊能量吸收柱，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)構(gòu)件是將所述第一區(qū)域及所述第二區(qū)域除外，在從所述底架上部至所述車頂構(gòu)體下部之間延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的沖擊能量吸收柱，其特征在于，所述外側(cè)構(gòu)件是將分別沿著柱軸延伸的兩個柱半體向與外側(cè)構(gòu)件的柱軸正交的方向排列并接合而構(gòu)成，兩個柱半體的接合部分沿著所述柱軸延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的沖擊能量吸收柱，其特征在于，各柱半體具備沿著所述柱軸延伸的第一板狀部、和從該第一板狀部的兩側(cè)向與第一板狀部正交的方向延伸的相互平行的第二板狀部，兩個柱半體是沿著沖擊載荷的載荷方向相互以相反朝向配置并將第二板狀部的梢端相接合而構(gòu)成，第一板狀部的板面與受到?jīng)_擊載荷的方向?qū)χ谩?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任意一項所述的沖擊能量吸收柱，其特征在于，所述增強(qiáng)塑料是含有纖維的塑料，該纖維的體積率為60%以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊能量吸收柱，其特征在于，所述增強(qiáng)塑料是包括碳纖維增強(qiáng)塑料或玻璃纖維增強(qiáng)塑料的纖維增強(qiáng)塑料。
10.一種鐵道車輛，根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的沖擊能量吸收柱為從底架豎立設(shè)置的沖擊柱。
11.一種鐵道車輛，還具備豎立設(shè)置于側(cè)梁與端梁之間的角柱，所述角柱包括權(quán)利要求1至9中任意一項所述的沖擊能量吸收柱。
【文檔編號】B61D15/06GK104144839SQ201380013338
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月13日
【發(fā)明者】平島利行, 林清一, 永原齊 申請人:川崎重工業(yè)株式會社
【專利摘要】沖擊能量吸收柱（1）設(shè)置于鐵道車輛構(gòu)體（2）的端側(cè)且從端梁（72）向車頂構(gòu)體（20）延伸。沖擊能量吸收柱（1）具備：橫截面為凹狀截面或中空截面的金屬制的外側(cè)構(gòu)件（3）；和沿著外側(cè)構(gòu)件（3）的內(nèi)周設(shè)置，與外側(cè)構(gòu)件（3）平行地延伸的增強(qiáng)塑料制的內(nèi)側(cè)構(gòu)件（4）。外側(cè)構(gòu)件（3）是將分別沿著柱軸延伸的兩個柱半體（6）向與外側(cè)構(gòu)件（3）的柱軸正交的方向排列并接合而構(gòu)成。兩個柱半體（6）的接合部分沿著柱軸延伸。外側(cè)構(gòu)件（3）與端梁（72）及車頂構(gòu)體（20）之間通過緊固單元緊固。內(nèi)側(cè)構(gòu)件（4）將所述被緊固的部分除外，在從端梁（72）至車頂構(gòu)體（20）的下部之間延伸。
【專利說明】沖擊能量吸收柱及具備該沖擊能量吸收柱的鐵道車輛
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及設(shè)置于鐵道車輛的先頭車輛上的沖擊能量吸收柱及具備該沖擊能量吸收柱的鐵道車輛。
【背景技術(shù)】
[0002]以往以來在鐵道車輛中，為了保護(hù)乘務(wù)員和乘客等以免受來自于與汽車和鐵道車輛等之間的沖撞的傷害，而提出了各種用于吸收沖擊能量的結(jié)構(gòu)。例如，在專利文獻(xiàn)I中提出了設(shè)置有在車輛端部上垂直延伸的強(qiáng)度構(gòu)件、和在車輛長度方向上延伸的骨構(gòu)件的軌道車輛。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以在一定程度以上的載荷作用于其上時積極地變形而吸收能量，而在一定程度以下的載荷作用于其上時不會發(fā)生結(jié)構(gòu)變形。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn):
專利文獻(xiàn):
專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-62817號公報。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]發(fā)明要解決的問題:
對于現(xiàn)有的沖擊能量吸收結(jié)構(gòu)，各構(gòu)件由金屬制成，因此非常重，成為妨礙鐵道車輛整體的輕量化的一個要因。另一方面，為了保護(hù)乘務(wù)員和乘客等且防止各構(gòu)件從與車身的安裝部上脫落，而需要在一定彎曲變形量以內(nèi)充分吸收沖撞時的能量。然而，在專利文獻(xiàn)I中，并未提出具備滿足上述兩種要求的那樣的沖擊能量吸收結(jié)構(gòu)的鐵道車輛。本發(fā)明的目的是提供能夠?qū)崿F(xiàn)輕量化和在一定彎曲變形量以內(nèi)充分吸收沖擊能量的兩者的沖擊能量吸收柱。
[0005]解決問題的手段:
根據(jù)本發(fā)明的沖擊能量吸收柱設(shè)置于鐵道車輛的端側(cè)且從端梁向車頂構(gòu)體延伸，具備:橫截面為凹狀截面或中空截面的金屬制的外側(cè)構(gòu)件；和沿著所述外側(cè)構(gòu)件的內(nèi)周設(shè)置，與所述外側(cè)構(gòu)件平行地延伸的增強(qiáng)塑料制的內(nèi)側(cè)構(gòu)件。
[0006]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)塑料制的內(nèi)側(cè)構(gòu)件與沖撞物不直接接觸，因此在剛沖撞之后的應(yīng)力集中的程度較小。即，可以使沖撞后的龜裂的產(chǎn)生延遲，可以蓄積更大的沖擊能量。之后，當(dāng)沖擊能量蓄積至極限時，結(jié)果是該內(nèi)側(cè)構(gòu)件斷裂，但是在該時刻金屬制的外側(cè)構(gòu)件仍然未斷裂，而繼續(xù)吸收沖擊能量。借助于此，盡管局部由樹脂構(gòu)成，但是可以吸收較大的沖擊能量。又，與沖擊能量吸收柱整體由金屬形成的情況相比，可以謀求柱整體的輕量化。
[0007]此外，至少使外側(cè)構(gòu)件的橫截面形成為凹狀截面或中空截面，以此與外側(cè)構(gòu)件例如為平板狀的情況相比，截面系數(shù)更大。借助于此，允許的彎曲應(yīng)力增大，因此沖擊能量吸收柱可以承受較大的沖擊載荷，從而可以吸收較大的沖擊能量。
[0008]此外，也可以是所述外側(cè)構(gòu)件與所述端梁及所述車頂構(gòu)體之間通過緊固單元緊固，所述內(nèi)側(cè)構(gòu)件是在將所述被緊固的部分除外的從所述端梁上部至所述車頂構(gòu)體下部之間的區(qū)域延伸。
[0009]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，沖擊能量吸收柱通過金屬制的外側(cè)構(gòu)件與端梁及車頂構(gòu)體相緊固，因此無需將塑料制的內(nèi)側(cè)構(gòu)件與端梁及車頂構(gòu)體緊固。借助于此，內(nèi)側(cè)構(gòu)件所受的約束少且容易變形，因此在斷裂之前可以吸收更大的沖擊能量。又，無需使內(nèi)側(cè)構(gòu)件延伸至被緊固單元緊固的部分，因此可以謀求成本減少。
[0010]此外，也可以是所述外側(cè)構(gòu)件是將分別沿著柱軸延伸的兩個柱半體向與外側(cè)構(gòu)件的柱軸正交的方向排列并接合而構(gòu)成，兩個柱半體的接合部分沿著所述柱軸延伸。
[0011]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，兩個柱半體的接合部分沿著柱軸延伸。借助于此，與接合部分沿著與柱軸正交的方向設(shè)置的情況相比，在受到來自于與柱軸正交的方向的沖擊載荷時，該接合部分不容易成為龜裂的起點(diǎn)。
[0012]此外，也可以是各柱半體具備沿著所述柱軸延伸的第一板狀部、和從該第一板狀部的兩側(cè)向與第一板狀部正交的方向延伸的相互平行的第二板狀部，兩個柱半體是沿著沖擊載荷的載荷方向相互以相反朝向配置并將第二板狀部的梢端相接合而構(gòu)成，第一板狀部的板面與受到?jīng)_擊載荷的方向?qū)χ谩?br> [0013]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，兩個柱半體在第二板狀部的梢端相互接合，因此，兩個柱半體的接頭位置位于第二板狀部上。沖擊載荷施加于無接合接頭的第一板狀部上。借助于此，沖擊載荷不直接施加于容易成為沖擊能量吸收柱的斷裂的起點(diǎn)的接頭部分上，因此防止容易斷裂。借助于此，可以提高沖擊能量吸收效果。
[0014]此外，也可以是所述增強(qiáng)塑料是含有纖維的塑料，該纖維的體積率為60%以上。
[0015]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，通過使增強(qiáng)塑料內(nèi)的纖維量達(dá)到規(guī)定量以上，以此可以提高增強(qiáng)塑料制的構(gòu)件對于沖擊載荷的強(qiáng)度，樹脂柱不容易斷裂。
[0016]發(fā)明效果:
根據(jù)本發(fā)明的沖擊能量吸收柱，可以實現(xiàn)輕量化和在一定的彎曲變形量以內(nèi)充分吸收沖擊能量的兩者。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是示出具備根據(jù)本發(fā)明的實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱的鐵道車輛的概略結(jié)構(gòu)的立體圖；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的沖擊能量吸收柱的立體圖；
圖3是示出在沖擊載荷施加于沖擊能量吸收柱的柱長度方向中央部上的情況下的變形行程的圖；
圖4中的(a)是示出關(guān)于沖擊能量吸收柱的變形行程與該沖擊能量吸收柱所受到的沖擊載荷、即反力之間的關(guān)系所預(yù)想的概念的圖表，(b)是示出關(guān)于沖擊能量吸收柱的變形行程與吸收的能量之間的關(guān)系所預(yù)想的概念的圖表；
圖5是解析用柱的立體圖；
圖6是示出對于在將沖擊載荷施加于解析用柱時反力與位移之間的關(guān)系進(jìn)行解析的結(jié)果的圖表；
圖7是示出對于在將沖擊載荷施加于解析用柱時吸收能量與位移之間的關(guān)系進(jìn)行解析的結(jié)果的圖表； 圖8中的(a)是另一解析用柱的立體圖，(b)是示出其截面形狀的變形例的圖；
圖9是示出對于在將沖擊載荷施加于圖8的解析用柱時反力和位移之間的關(guān)系進(jìn)行解析的結(jié)果的圖表；
圖10是示出對于在將沖擊載荷施加于圖8的解析用柱時吸收能量與位移之間的關(guān)系進(jìn)行解析的結(jié)果的圖表。
【具體實施方式】
[0018]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】根據(jù)本發(fā)明的實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱。另外，以下，在所有附圖中對于相同或相當(dāng)?shù)囊貥?biāo)以相同的參考符號并省略重復(fù)的說明。本實施形態(tài)中的方向的概念與將鐵道車輛的行進(jìn)方向作為前方，且面向前方時的方向的概念一致。即，車輛長度方向?qū)?yīng)于前后方向，車輛寬度方向?qū)?yīng)于左右方向；
[具備沖擊能量吸收柱的鐵道車輛的結(jié)構(gòu)]
圖1是示出具備根據(jù)本發(fā)明的實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I的鐵道車輛構(gòu)體的概略結(jié)構(gòu)的立體圖。鐵道車輛構(gòu)體2如周知的那樣在底架7上具備側(cè)構(gòu)體10和端構(gòu)體8，為了便于說明，示出前側(cè)的端構(gòu)體8。車頂構(gòu)體20覆蓋在該側(cè)構(gòu)體10和端構(gòu)體8上。底架7具備相互分離的一對側(cè)梁70、和將該側(cè)梁70的后端部相連接的枕梁71。將側(cè)梁70之間的前端部通過端梁72相連接。將端梁72和前述的枕梁71通過前后延伸的兩根中梁73相連接。端構(gòu)體8具備豎立在端梁72的兩側(cè)的一對角柱80、和在該角柱80之間豎立在端梁72上的兩根沖擊能量吸收柱I。車頂構(gòu)體20具備位于前端部且在車輛的寬度方向上延伸的拱形梁21、和從該拱形梁21的兩側(cè)向后方延伸的上邊梁22。角柱80和沖擊能量吸收柱I的上端部連接于拱形梁21。S卩，沖擊能量吸收柱I設(shè)置于鐵道車輛構(gòu)體2的端部上，并且從端梁72向車頂構(gòu)體20延伸。沖擊能量吸收柱I在道口上與汽車等沖撞或與鐵道車輛之間沖撞等時吸收該沖撞所產(chǎn)生的能量而在一定的彎曲變形量以內(nèi)防止柱的破裂及脫落，與此同時保護(hù)乘務(wù)員和乘客等。
[0019][沖擊能量吸收柱的結(jié)構(gòu)]
圖2是根據(jù)本實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I的立體圖。該沖擊能量吸收柱I具備在鉛垂方向上延伸的柱狀的金屬制的外側(cè)構(gòu)件3、和在鉛垂方向上延伸的柱狀的增強(qiáng)塑料制的內(nèi)側(cè)構(gòu)件4。外側(cè)構(gòu)件3和內(nèi)側(cè)構(gòu)件4均形成為橫截面為矩形且中空的結(jié)構(gòu)，并且內(nèi)側(cè)構(gòu)件4的外周沿著外側(cè)構(gòu)件3的內(nèi)周嵌入。形成內(nèi)側(cè)構(gòu)件4的增強(qiáng)塑料具體而言是含有纖維的碳纖維增強(qiáng)塑料(carbon fiber reinforced plastic ;CFRP)或玻璃纖維增強(qiáng)塑料(glassfiber reinforced plastic ;GFRP)。在本實施形態(tài)中，CFRP或GFRP中的纖維的體積率為60%以上。另外，內(nèi)側(cè)構(gòu)件4與外側(cè)構(gòu)件3相比柱長度方向的抗拉強(qiáng)度高且輕量，又，只要使用延性較小的材料即可，可以應(yīng)用具有同樣的特性的內(nèi)側(cè)構(gòu)件4及外側(cè)構(gòu)件3。
[0020]內(nèi)側(cè)構(gòu)件4形成為與外側(cè)構(gòu)件3相比在鉛垂方向上短。在該外側(cè)構(gòu)件3的上端部和下端部上分別設(shè)置有不存在內(nèi)側(cè)構(gòu)件4的第一緊固區(qū)域30和第二緊固區(qū)域31。在第一緊固區(qū)域30中，在外側(cè)構(gòu)件3上設(shè)置有多個第一貫通孔32。例如鉚釘或螺栓的緊固單元插入于該第一貫通孔32中，從而使拱形梁21和沖擊能量吸收柱I的上端部之間被緊固。又，在該第二緊固區(qū)域31中，在外側(cè)構(gòu)件3上設(shè)置有多個第二貫通孔33。在第二緊固區(qū)域31的內(nèi)側(cè)設(shè)置有金屬制或增強(qiáng)塑料制的中空的增強(qiáng)構(gòu)件34。在增強(qiáng)構(gòu)件34的周面上以與所述第二貫通孔33重疊的形式開設(shè)有多個透孔35。例如鉚釘或螺栓的緊固單元插入于第二貫通孔33及透孔35中，而使端梁72和沖擊能量吸收柱I的下端部之間被緊固。對沖擊能量吸收柱I的下端部通過增強(qiáng)構(gòu)件34進(jìn)行增強(qiáng)的原因是在以沖擊能量吸收柱I的下部為中心施加沖擊載荷時，防止該沖擊能量吸收柱I被剪切或從底架完全脫卸。
[0021]如圖2所示，外側(cè)構(gòu)件3將分別沿著柱軸延伸的兩個柱半體6在前后方向上排列而構(gòu)成。各柱半體6具備沿著柱軸延伸的第一板狀部60、和從該第一板狀部60的兩側(cè)向與第一板狀部60正交的方向延伸的一對第二板狀部61。兩個第二板狀部61相互平行。兩個柱半體6沿著沖擊載荷的載荷方向、即前后方向相互反向配置。兩個柱半體6形成將第二板狀部61的梢端相互焊接接合而構(gòu)成，并且該接合部分沿著柱軸延伸的焊接線62。第一板狀部60的板面與受到?jīng)_擊載荷的方向?qū)χ?。借助于此，在鐵道車輛從前方受到?jīng)_擊載荷時，該沖擊載荷由無焊縫的第一板狀部60所承受。借助于此，沖擊能量吸收柱I在受到?jīng)_擊載荷時，不容易引起從焊縫斷裂的情況。因此，可以防止沖擊能量吸收柱I容易斷裂的情況，從而可以提高沖擊能量吸收效果。
[0022]又，焊接線62在鉛垂方向上延伸。借助于此，與焊接線62沿著與鉛垂方向正交的方向設(shè)置的情況相比，在受到來自于與鉛垂方向正交的方向的沖擊載荷時，該焊接線62不容易成為龜裂的起點(diǎn)。在這里，為了使鐵道車輛整體輕量化，而也可以將沖擊能量吸收柱例如由樹脂形成。然而，這樣的樹脂材料延性小。因此，在樹脂制的沖擊能量吸收柱中，存在難以通過塑性變形吸收能量的問題。即，樹脂制的沖擊能量吸收柱不會較大地塑性變形而會斷裂，因此不能充分吸收能量。
[0023]又，也可以通過使沖擊能量吸收柱由樹脂制成，并且僅將需要的部分用金屬增強(qiáng)，以此謀求輕量化。在該情況下，一般而言為了接合金屬增強(qiáng)件而使用焊接。然而，對于上述沖擊能量吸收柱來說，在被施加沖擊能量時，容易從該焊接接合部分開始不穩(wěn)定地斷裂。因此，存在作為沖擊能量吸收柱無法充分吸收沖擊能量的擔(dān)憂。又，存在如果在沖撞時沖擊載荷施加于未實施增強(qiáng)的部位時，則無法發(fā)揮預(yù)想的性能的擔(dān)憂。在本實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I中，通過采用外側(cè)構(gòu)件3、和與該外側(cè)構(gòu)件3相比柱長度方向的抗拉強(qiáng)度高、輕量且延性小的內(nèi)側(cè)構(gòu)件4的雙重結(jié)構(gòu)，以此可以實現(xiàn)輕量化和沖擊能量的充分吸收的兩者。
[0024][能量吸收效果]
接著，為了確認(rèn)本實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I的能量吸收效果，而對僅由增強(qiáng)塑料形成的沖擊能量吸收柱(以下簡稱為增強(qiáng)塑料制沖擊能量吸收柱)、僅由金屬形成的沖擊能量吸收柱(以下簡稱為金屬制沖擊能量吸收柱)、本實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱的比較結(jié)果進(jìn)行說明。具體而言，對如圖3所示沖擊載荷P施加于沖擊能量吸收柱I的柱長度方向中央部的情況下的變形行程S (彎曲變形量)進(jìn)行比較研究。圖4 (a)是示出變形行程與沖擊能量吸收柱所受到的沖擊載荷、即反力之間的關(guān)系的圖表，圖4 (b)是示出沖擊能量吸收柱I的變形行程與吸收的能量之間的關(guān)系的圖表。在圖4 (a)、(b)中，(I)線表示增強(qiáng)塑料制的沖擊能量吸收柱，(2)線表示金屬制的沖擊能量吸收柱，(3)線表示本實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱。增強(qiáng)塑料制的沖擊能量吸收柱與金屬制的沖擊能量吸收柱具有相同質(zhì)量。又，載荷Ps是指沖擊能量吸收柱I與底架或車頂構(gòu)體的結(jié)合部不斷裂的情況下所能夠承受的極限載荷。行程Ss是沖擊能量吸收柱I所允許的規(guī)定的最大彎曲，吸收能量Es是沖擊能量吸收柱I應(yīng)吸收的規(guī)定的沖擊能量。
[0025]增強(qiáng)塑料制的沖擊能量吸收柱盡管是厚板但比較輕量，如(I)線所示，可以以短的行程支持一定的沖擊載荷。然而，由于在較短的行程內(nèi)達(dá)到載荷Ps，因此在吸收規(guī)定的沖擊能量之前，增強(qiáng)塑料制的沖擊能量吸收柱從車輛構(gòu)體上脫落。又，增強(qiáng)塑料制的沖擊能量吸收柱不發(fā)生塑性變形，因此這一點(diǎn)也使吸收沖擊載荷的效果變?nèi)?。相對于此，?2)線所示，在與上述(I)的增強(qiáng)塑料制的沖擊能量吸收柱相同質(zhì)量的金屬制的沖擊能量吸收柱中，在比較小的載荷下引起塑性變形。然而，相比于行程的變化，所上升的載荷、即所吸收的能量的上升率較小。因此，為了以行程S s吸收規(guī)定的沖擊能量Es，而需要通過不容易塑性變形的相當(dāng)厚的厚板構(gòu)成沖擊能量吸收柱。這樣，大幅度增加沖擊能量吸收柱的重量。
[0026]相比于上述(I) (2)線，如(3)線所示，當(dāng)本實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I受到?jīng)_擊載荷時，金屬制的外側(cè)構(gòu)件3在比較早期開始發(fā)生局部的塑性變形，但是增強(qiáng)塑料制的內(nèi)側(cè)構(gòu)件4先斷裂(圖4 (a)的點(diǎn)B)。然而，金屬制的外側(cè)構(gòu)件3盡管發(fā)生塑性變形，但是并未斷裂，而繼續(xù)吸收沖擊能量。借助于此，與整體由樹脂或金屬構(gòu)成的沖擊能量吸收柱相t匕，預(yù)期可以在相同的單位質(zhì)量下吸收更大的沖擊能量。像這樣，本實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱可以實現(xiàn)輕量化及在一定的彎曲變形量以內(nèi)充分吸收沖擊能量。此外，至少使外側(cè)構(gòu)件3形成為中空，以此與外側(cè)構(gòu)件3例如為平板狀的情況相比，截面系數(shù)增大。借助于此，所允許的彎曲應(yīng)力增大，從而可以承受較大的沖擊載荷，可以吸收較大的沖擊能量。又，例如外側(cè)構(gòu)件3由增強(qiáng)塑料制成時，在沖擊能量吸收柱I與銳利的障礙物沖撞的情況下，外側(cè)構(gòu)件3上立刻產(chǎn)生龜裂而斷裂。因此，無法吸收沖擊能量。然而，外側(cè)構(gòu)件3由金屬制成，因此即使沖擊能量吸收柱I與銳利的障礙物發(fā)生沖撞，外側(cè)構(gòu)件3也不會立即斷裂。因此，可以有效地吸收沖擊能量。
[0027](解析結(jié)果I)
申請人:為了確認(rèn)上述能量吸收效果，設(shè)想出呈現(xiàn)圖5所示的形狀的解析用柱5。該解析用柱5具備金屬制的第一半體50、和位于該第一半體50的內(nèi)側(cè)的增強(qiáng)塑料制且截面凹狀的第二半體51。又，還設(shè)想出未圖示且僅由第一半體50構(gòu)成的解析用柱5。準(zhǔn)備了厚度9mm的第一半體50,和厚度11.7mm的第一半體50。第二半體51的厚度是20mm。而且,對于它們，關(guān)于解析用柱5的變形行程與所吸收的載荷、即反力之間的關(guān)系、以及該變形行程與所吸收的能量之間的關(guān)系進(jìn)行模擬并解析。在圖5所示的解析用柱5中，縱長LI為304.8mm(12英寸)、寬度L2為152.4mm (6英寸)、高度H為2000mm。假設(shè)在固定(約束)解析用柱5的兩端部的狀態(tài)下，對高度762mm (30英寸)的地點(diǎn)S由矩形狀的按壓構(gòu)件54以400mm/s的速度施加沖擊載荷。第二半體51具備相互對置的一對側(cè)壁52，在兩側(cè)壁52之間地點(diǎn)S的高度位置上，架設(shè)有肋狀構(gòu)件(rib)53。借助于此，兩側(cè)壁52相同地發(fā)生變形。又，使第一半體50的材質(zhì)為不銹鋼,第二半體51的材質(zhì)為碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)。第一半體50與第二半體51盡管相互接觸但是未粘接。兩個半體50、51之間的摩擦系數(shù)為0.2。對于作為第二半體51的材質(zhì)的CFRP,其UD (un1-direct1nal ;單向)材料0°方向、即增強(qiáng)纖維的方向為沿著沖擊能量吸收柱I的長度方向的方向。
[0028]當(dāng)進(jìn)行解析時，將僅由厚度9mm的第一半體50構(gòu)成的解析用柱5作為CASElJf僅由厚度11.7mm的第一半體50構(gòu)成的解析用柱5作為CASE2，將具備厚度9mm的第一半體50和厚度20mm的CFRP制成的第二半體51的解析用柱5作為CASE3，將具備厚度9mm的第一半體50和厚度20mm的CFRP制成的第二半體51的解析用柱5作為CASE3’。另外，在CASE2、CASE3及CASE3’中，解析用柱5的質(zhì)量相等；
在CASE3’和CASE3中，CASE3’是未約束解析用柱5的第二半體51的兩端部，相對于此，CASE3是約束解析用柱5的兩端部。另外，在CASEl和CASE2中，約束解析用柱5的第二半體51的兩端部。又，形成第二半體51的CFRP的材料特性、具體而言楊氏模量Ep E2,泊松比V、剪切系數(shù)G12、抗拉強(qiáng)度Nlt、N2t、壓縮強(qiáng)度Nlc;、N2。、剪切強(qiáng)度S12的值為如表I所示的值。
[0029][表 I]
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[0030]在這里，對于上述記號的附加數(shù)字1、2，附加數(shù)字I表示沿著解析用柱5的長度方向的值，附加數(shù)字2表示沿著與解析用柱5的長度方向正交的方向的值。又，形成第二半體51的CFRP是考慮到破壞的正交各向異性材料。
[0031]圖6的圖表中示出對向解析用柱5施加沖擊載荷時的反力與位移之間的關(guān)系進(jìn)行解析的結(jié)果，圖7中示出對吸收能量和位移之間的關(guān)系進(jìn)行解析的結(jié)果。位移的單位是_，反力的單位是kN，能量的單位是MJ。
[0032]在圖6及圖7中，(I)線為CASE3 (厚度9mm的不銹鋼+厚度20mm的CFRP，且約束兩端部)的解析用柱5的解析結(jié)果，(2)線為CASE3’(厚度9mm的不銹鋼+厚度20mm的CFRP，且僅對不銹鋼部未約束兩端部)的解析用柱5的解析結(jié)果。又，(3)線為CASE2 (僅厚度11.7mm的不銹鋼，且約束兩端部)的解析用柱5的解析結(jié)果，(4)線為CASEl (僅厚度9mm不銹鋼，且約束兩端部)的解析用柱5的解析結(jié)果。在圖7及下述的圖10及圖12中，將厚度表示為t。例如,將厚度9mm表示為t9。如圖6所示，與上述(4)線相比，如(I) (2)線所示，當(dāng)本實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I受到?jīng)_擊載荷時，增強(qiáng)塑料制的內(nèi)側(cè)構(gòu)件4先斷裂(圖6的點(diǎn)F1、F2)。然而，金屬制的外側(cè)構(gòu)件3并未斷裂，繼續(xù)吸收沖擊能量。借助于此，可以證實與整體由樹脂構(gòu)成的沖擊能量吸收柱相比，能夠吸收更大的沖擊能量。
[0033]又，如圖7所示，可知將(4)線與(3)線進(jìn)行比較時(CASE1與CASE2之間的比較)，為了使僅金屬制的解析用柱5吸收更大的沖擊能量，不得不加厚該解析用柱5的板厚。然而，將(I)線、(2)線與(3)線進(jìn)行比較時(CASE3及CASE3，與CASE2之間的比較)，將金屬制的第一半體50和增強(qiáng)塑料制的第二半體51進(jìn)行組合后的解析用柱5與增加厚度的僅金屬制的解析用柱5相比，相對于位移的能量吸收量基本不變。借助于此，可知通過使沖擊能量吸收柱I形成為金屬制的外側(cè)構(gòu)件3和增強(qiáng)塑料制的內(nèi)側(cè)構(gòu)件4的雙重結(jié)構(gòu)，以此可以使外側(cè)構(gòu)件3的厚度變薄且吸收較大的沖擊能量。尤其是，在CASE3中，如果是在一定的位移以內(nèi)(例如直至90_左右)則能量吸收率較高。
[0034](解析結(jié)果2)
申請人:為了進(jìn)一步確認(rèn)上述的能量吸收效果，而設(shè)想出圖8 (a)所示的解析用柱100。該解析用柱100的縱長L5為254mm (10英寸)、寬度1^6為152.4mm (6英寸)、高度H為2300mm。假設(shè)對高度762mm (30英寸)的地點(diǎn)S由矩形狀的按壓構(gòu)件54以400mm/s的速度施加沖擊載荷。該解析用柱100具備:截面矩形狀且中空的外角柱110 ;和外表面與該外角柱110的內(nèi)表面接觸，截面矩形狀且中空的內(nèi)角柱120。即，與圖5所示的解析用柱5不同，夕卜角柱110與內(nèi)角柱120的截面形狀是閉合的。外角柱110由不銹鋼等的金屬制成，其厚度在全周上相同且為6mm或7.8mm。內(nèi)角柱120由CFRP制成,其厚度在全周上相同且為10mm。作為內(nèi)角柱120，如圖8 (b)所示， 申請人:還準(zhǔn)備了具有將厚度16mm的第一壁130和厚度6mm的第二壁140連接設(shè)置的截面形狀的構(gòu)件。外角柱110和內(nèi)角柱120并未粘接，兩者之間的摩擦系數(shù)為0.2。在進(jìn)行解析時，將僅由厚度6mm的外角柱110構(gòu)成的解析用柱100作為CASE1，將僅由厚度7.8mm的外角柱110構(gòu)成的解析用柱100作為CASE2，將具備厚度6mm的外角柱110和厚度1mm的CFRP制成的內(nèi)角柱120的解析用柱100作為CASE3，將具備厚度6mm的外角柱110和截面形狀為如圖8 (b)所示那樣的內(nèi)角柱120的解析用柱100作為CASE4。對于CASEl至CASE4中的任意一個，均約束解析用柱100的兩端部。CASE2、CASE3和CASE4的解析用柱100形成為其重量均大致相等，其目的是在相同重量的解析用柱100中確認(rèn)能量吸收效果。
[0035]在圖9的圖表中示出對沖擊載荷施加于解析用柱100時的反力與位移之間的關(guān)系進(jìn)行解析的結(jié)果，在圖10中示出對吸收能量與位移之間的關(guān)系進(jìn)行解析的結(jié)果。位移的單位是mm，反力的單位是kN，能量的單位是MJ。在圖9及圖10中，(I)線為CASE4 (厚度6mm的不銹鋼+圖8 (b)所示的CFRP)的解析用柱100的解析結(jié)果，(2)線為CASE2 (厚度
7.8mm的不銹鋼)的解析用柱100的解析結(jié)果。又，(3)線為CASE3 (厚度6mm的不銹鋼+厚度1mm的CFRP)的解析用柱100的解析結(jié)果，(4)線為CASEl (僅厚度6mm的不銹鋼)的解析用柱100的解析結(jié)果。經(jīng)過圖9及圖10所示的(4)線與(3)線之間的比較(CASE1與CASE3之間的比較)可知即使使用相同厚度的金屬制的外角柱110，但是在內(nèi)側(cè)插入有增強(qiáng)塑料制的內(nèi)角柱120的解析用柱100與未插入內(nèi)角柱120的解析用柱100相比，能量吸收量在位移為90?150mm的范圍內(nèi)達(dá)到約2倍。
[0036]此外，如圖10所示，由(I)線可知，在CASE4的解析用柱100中，在位移量為IlOmm以下的范圍內(nèi)，與相同重量的CASE2和CASE3 ((2)線和(3線))的解析用柱100相比，能量吸收特性更加優(yōu)異。即，根據(jù)位置改變內(nèi)角柱120的周圍方向的厚度，以此改善能量吸收性能。然而，當(dāng)位移量超過IlOmm時，理解為內(nèi)角柱120的斷裂已開始，與CASE2的解析用柱100相比能量吸收特性稍差。又，關(guān)于圖9及圖10，對重量相等的CASE2的解析用柱100和CASE3的解析用柱100的結(jié)果進(jìn)行比較時((2)線與(3)線之間的比較)，尤其在位移值較大的情況下無法得到將金屬制的外角柱110和增強(qiáng)塑料制的內(nèi)角柱120進(jìn)行組合的解析用柱100與使用僅由金屬制成的外角柱110的解析用柱100相比能量吸收特性格外優(yōu)異的效果。然而，通過CASE4，證實了根據(jù)本實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I得到輕量化和在一定位移量以內(nèi)充分吸收沖擊能量的效果。
[0037]又，可知將金屬制的外角柱110和增強(qiáng)塑料制的內(nèi)角柱120進(jìn)行組合后的解析用柱100顯示出與使用僅由金屬制成的外角柱110的解析用柱100同等以上的能量吸收特性，因此通過使沖擊能量吸收柱I形成為金屬制的外側(cè)構(gòu)件3和增強(qiáng)塑料制的內(nèi)側(cè)構(gòu)件4的雙重結(jié)構(gòu)，以此可以使外側(cè)構(gòu)件3的厚度變薄且吸收較大的沖擊能量。如上所述，外側(cè)構(gòu)件3是將兩個柱半體6通過焊接而形成，因此通過使各柱半體6形成為較薄的厚度，以此柱半體6的焊接變得容易，借助于此，焊接兩個柱半體6時的熱應(yīng)變也減小。在上述實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I中，使外側(cè)構(gòu)件3和內(nèi)側(cè)構(gòu)件4均形成為中空截面。然而，取而代之，也可以使外側(cè)構(gòu)件3和內(nèi)側(cè)構(gòu)件4的截面均形成為凹狀。又，截面也可以不是矩形，而是形成為圓形和橢圓等的各種形狀。
[0038]在上述實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I中，使外側(cè)構(gòu)件3由半體構(gòu)成，但是不限于此。例如，也可以使用由鋁擠壓型材構(gòu)成的中空材料。上述實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I是直線，但是也可以是有曲率的柱。上述實施形態(tài)的沖擊能量吸收柱I與車頂構(gòu)體及底架是使用緊固單元進(jìn)行結(jié)合，但是也可以通過焊接和其他手段等進(jìn)行結(jié)合。外側(cè)構(gòu)件3和內(nèi)側(cè)構(gòu)件4也可以具有相同長度。在上述實施形態(tài)中，沖擊能量吸收柱I在鐵道車輛構(gòu)體2的端側(cè)上設(shè)置有兩根，但是也可以是一根，又可以是三根以上。此外，也可以使圖1所示的角柱80由沖擊能量吸收柱I形成。又，形成內(nèi)側(cè)構(gòu)件4的增強(qiáng)塑料不限于CFRP或GFRP，也可以是其他的塑料、例如KFRP (含有芳綸的纖維增強(qiáng)塑料)和BFRP (含有硼的纖維增強(qiáng)塑料)等。由上述說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員明了本發(fā)明的較多的改良和其他實施形態(tài)等。因此，上述說明僅作為例示解釋，是以向本領(lǐng)域技術(shù)人員教導(dǎo)實施本發(fā)明的一個形態(tài)為目的提供。在不脫離本發(fā)明的精神的范圍內(nèi)，可以實質(zhì)上變更其結(jié)構(gòu)和/或功能的具體內(nèi)容。
[0039]工業(yè)應(yīng)用性:
本發(fā)明應(yīng)用于設(shè)置于鐵道車輛的先頭車輛上的沖擊能量吸收柱中時有益處。
[0040]符號說明:
1沖擊能量吸收柱；
2鐵道車輛構(gòu)體；
3外側(cè)構(gòu)件；
4內(nèi)側(cè)構(gòu)件；
5解析用柱；
6柱半體；
50第一半體；
51第二半體；
100 解析用柱。
【權(quán)利要求】
1.一種沖擊能量吸收柱， 是設(shè)置于鐵道車輛的端部且從端梁向車頂構(gòu)體延伸的沖擊能量吸收柱，具備: 橫截面為凹狀截面或中空截面的金屬制的外側(cè)構(gòu)件；和 沿著所述外側(cè)構(gòu)件的內(nèi)周設(shè)置，與所述外側(cè)構(gòu)件平行地延伸的增強(qiáng)塑料制的內(nèi)側(cè)構(gòu)件。
2.一種沖擊能量吸收柱， 是設(shè)置于鐵道車輛的端部且從端梁向車頂構(gòu)體延伸的沖擊能量吸收柱，具備: 外側(cè)構(gòu)件；和 由所述外側(cè)構(gòu)件包圍，與所述外側(cè)構(gòu)件相比柱長度方向的抗拉強(qiáng)度高且輕量，并且延性小的內(nèi)側(cè)構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的沖擊能量吸收柱，其特征在于，所述外側(cè)構(gòu)件具有作為柱長度方向端部的與所述車頂構(gòu)體結(jié)合的第一區(qū)域、和與所述底架結(jié)合的第二區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的沖擊能量吸收柱，其特征在于， 所述車頂構(gòu)體與所述第一區(qū)域之間及所述底架與所述第二區(qū)域之間分別通過機(jī)械緊固相結(jié)合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的沖擊能量吸收柱，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)構(gòu)件是將所述第一區(qū)域及所述第二區(qū)域除外，在從所述底架上部至所述車頂構(gòu)體下部之間延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的沖擊能量吸收柱，其特征在于，所述外側(cè)構(gòu)件是將分別沿著柱軸延伸的兩個柱半體向與外側(cè)構(gòu)件的柱軸正交的方向排列并接合而構(gòu)成，兩個柱半體的接合部分沿著所述柱軸延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的沖擊能量吸收柱，其特征在于，各柱半體具備沿著所述柱軸延伸的第一板狀部、和從該第一板狀部的兩側(cè)向與第一板狀部正交的方向延伸的相互平行的第二板狀部，兩個柱半體是沿著沖擊載荷的載荷方向相互以相反朝向配置并將第二板狀部的梢端相接合而構(gòu)成，第一板狀部的板面與受到?jīng)_擊載荷的方向?qū)χ谩?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任意一項所述的沖擊能量吸收柱，其特征在于，所述增強(qiáng)塑料是含有纖維的塑料，該纖維的體積率為60%以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊能量吸收柱，其特征在于，所述增強(qiáng)塑料是包括碳纖維增強(qiáng)塑料或玻璃纖維增強(qiáng)塑料的纖維增強(qiáng)塑料。
10.一種鐵道車輛，根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的沖擊能量吸收柱為從底架豎立設(shè)置的沖擊柱。
11.一種鐵道車輛，還具備豎立設(shè)置于側(cè)梁與端梁之間的角柱，所述角柱包括權(quán)利要求1至9中任意一項所述的沖擊能量吸收柱。
【文檔編號】B61D15/06GK104144839SQ201380013338
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月13日
【發(fā)明者】平島利行, 林清一, 永原齊 申請人:川崎重工業(yè)株式會社
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