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E 4031

:2013

(1)

目  次

ページ

序文  

1

1  適用範囲  

1

2  引用規格  

3

3  用語及び定義  

4

3.A  試験の方式  

5

4  試験の種類  

5

5  試験の順序  

6

6  試験手順に関する情報  

6

6.1  供試品の取付方法及び位置決め方法 

6

6.2  基準点及び監視点  

6

6.3  試験中の機械的状態及び動作  

7

6.4  振動試験の再現性  

8

6.5  許容値幅  

8

6.6  後処理  

8

7  初期測定及び前処理  

9

8  振動機能試験条件  

9

8.1  加振条件及び振動数範囲  

9

8.2  振動機能試験の試験時間  

10

8.3  試験中の動作  

10

9  振動耐久試験条件  

10

9.1  加振条件及び振動数範囲  

10

9.2  振動耐久試験の試験時間  

10

10  衝撃試験条件  

11

10.1  パルス形状及び許容値幅  

11

10.2  速度変化  

11

10.3  取付け  

11

10.4  繰返し間隔  

11

10.5  ピーク加速度,パルス形状及び加振方向  

11

10.6  衝撃回数  

11

10.7  試験中の動作  

11

11  輸送及び取扱い  

11

12  最終測定  

12

13  合否判定基準  

12

14  試験報告書  

12

15  試験証明書  

13


E 4031

:2013  目次

(2)

ページ

16  供試品の処理  

13

附属書 A(参考)車両走行中の振動測定,測定位置,データの記録方法,データの要約 

    及び収集したデータからランダム試験条件を決める方法  

20

附属書 B(参考)鉄道車両上で用品が取り付けられている一般的な場所及び試験区分の識別を示す図 ·· 

26

附属書 C(参考)試験証明書の例  

27

附属書 D(参考)ASD レベルから rms 値を算出するための指針  

28

附属書 JA(規定)正弦波振動試験方法  

30

附属書 JB(規定)前後衝撃を想定した衝撃試験方法  

36

附属書 JC(参考)ランダム振動試験データから設計条件を推定するための指針  

39

附属書 JD(参考)ランダム振動試験の理解及び試験機選択のための参考情報  

46

附属書 JE(参考)JIS と対応国際規格との対比表  

58


E 4031

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まえがき

この規格は,工業標準化法第 14 条によって準用する第 12 条第 1 項の規定に基づき,一般社団法人日本

鉄道車輌工業会(JARI)及び一般財団法人日本規格協会(JSA)から,工業標準原案を具して日本工業規

格を改正すべきとの申出があり,日本工業標準調査会の審議を経て,国土交通大臣が改正した日本工業規

格である。

これによって,JIS E 4031:2012 は改正され,この規格に置き換えられた。

この規格は,著作権法で保護対象となっている著作物である。

この規格の一部が,特許権,出願公開後の特許出願又は実用新案権に抵触する可能性があることに注意

を喚起する。国土交通大臣及び日本工業標準調査会は,このような特許権,出願公開後の特許出願及び実

用新案権に関わる確認について,責任はもたない。


日本工業規格

JIS

 E

4031

:2013

鉄道車両用品−振動及び衝撃試験方法

Rolling stock equipment-Vibration and shock tests

序文 

この規格は,2010 年に第 2 版として発行された IEC 61373 を基とし,我が国の実状を反映させるために

技術的内容を変更して作成した日本工業規格である。

なお,この規格で側線又は点線の下線を施してある箇所は,対応国際規格を変更している事項である。

変更の一覧表にその説明を付けて,

附属書 JE に示す。また,附属書 JA∼附属書 JD は対応国際規格には

ない事項である。

適用範囲 

この規格は,鉄道車両に取り付ける用品(以下,用品という。

)の振動試験及び衝撃試験の要求事項につ

いて規定する。

この規格に規定する試験は,鉄道車両で通常発生する振動環境条件に,用品が耐える能力を証明するこ

とを,主な目的としている。振動環境を最もよく再現するために,この規格で規定する値は,世界中の関

係機関から提供された実際に運用されている鉄道車両の実測値から得たものである。

用品自体が発生する振動は,当該用品を適用する場合に固有のものであるから,この規格の範囲外とす

る。

この規格の適用及び解釈に関しては,技術的判断及び経験が必要である。

この規格は,設計及び妥当性確認の目的に適しているが,あらかじめ定めた機械的信頼性及び性能の信

頼性を確保するために使える他の方法(例えば,正弦波掃引)の使用を禁止するものではないことから,

附属書 JA 及び附属書 JB を追加している。

用品に適用する試験条件は,車両への取付位置(例えば,輪軸,台車枠又は車体)だけによって区分す

る。

振動環境条件下の用品の性能に関する設計データを得るために,プロトタイプの用品で試験を行っても

よい。ただし,試験証明書用の試験は,通常の生産品の中から選んだ用品で実施しなければならない。

なお,実際に試験に供する用品を“供試品”という。

運転中の鉄道車両は,本質的に振動及び衝撃環境にさらされる。この規格は,鉄道車両に取り付けて使

用する用品の試験要求事項を規定する。

用品の品質が受け入れられるものであることの保証を得るために,

用品は,その予定寿命期間を通して予測される使用条件を模擬する適切な時間の試験に耐えなければなら

ない。

振動耐久試験は,利点及び欠点のある様々な方法によって行うことができるが,次の方法が最も一般的

である。

a)  振幅増加法:振幅を増加し,試験時間を短縮する。


2

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b)  時間圧縮法:振幅値の履歴は変えずに,試験時間を短縮する(振動数の増加)。

c)  間引き法:規定のしきい(閾)値未満の振幅の部分を除去する。

この規格では,箇条 に引用した鉄道車両に使用する用品の試験で遵守すべき基本的手順を規定した規

格とともに,上記 a)に規定する振幅増加法を使用する。ほかにも幾つかの規格があるので,製造業者及び

使用者(以下,受渡当事者という。

)間で事前の協定があれば,別の規格を採用してもよい。その場合,こ

の規格に関する試験証明書は発行できない。使用条件に関する情報が入手できる場合,

附属書 に示す方

法を使って,試験を行うことができる。もし,試験条件がこの規格で提示した基準よりも低いときには,

用品はこの規格についての部分的な証明書が発行される(実際の使用条件から得られる振動機能試験条件

が,試験報告書に記載された振動機能試験条件と同等以下の場合にだけ適用する。

鉄道車両用品が走行中に受ける振動は,ランダム振動だけでなく,輪軸,機関の回転などに起因する周

期的な正弦波状の振動もあるので,

附属書 JA に正弦波方式の場合の振動試験方法を規定する。また,こ

の規格の本体は,レールの継目などを通過したときに受ける 3 方向の衝撃を想定した衝撃試験を規定して

いるが,連結器構造及び連結作業方式の違いによって,発生する前後方向の衝撃の大きさが異なる場合が

あり,

附属書 JB に連結器を介した前後衝撃を想定した衝撃試験方法を規定する。

なお,振動試験及び衝撃試験とも,本体に規定された方法,附属書に規定された方法のいずれを選択す

るかは,受渡当事者間の協定によることとし,試験の報告書にはどの方式を採用したかを記載する。また,

ランダム振動試験は,正弦波振動試験より試験パラメータが多く,かつ,複雑なため,

附属書 JD にラン

ダム振動試験の理解及び試験機選択のための参考情報を示す。

さらに,ランダム振動下の用品の設計用の振動振幅を求めるための計算式を

附属書 JC に示す。

用品の質量が 500 kg を超える場合には,部分組立品だけで試験を行ってもよい。質量の大きい供試品に

対する振動試験及び衝撃試験実施の要否については,受渡当事者間で協定しなければならない。振動試験

及び衝撃試験を行わない場合には,製造業者は振動及び衝撃に耐えることを計算によって示してもよい。

この規格の本体,

附属書 JA 及び附属書 JB は,本来レール上を走行する鉄道車両に関する規定であるが,

適用範囲を広げることを禁止するものではない。空気入りタイヤを使用した車両システム又はトロリーバ

スのような,その他の輸送システムでは,振動及び衝撃の条件がレール上を走行する鉄道車両とは明らか

に違うので,入札段階において,受渡当事者間で試験条件について協定することができる。

附属書 に示

す指針に従って,加速度スペクトル密度及び衝撃作用時間並びに振幅を決めることを推奨する。ただし,

この規格の規定値より低い条件で試験した用品に対して,この規格の要求事項についての完全な証明書を

発行することはできない。

前記の例の一つにトロリーバスがある。トロリーバスの車体に取り付ける用品は,この規格の区分 1 の

規定に従って試験できる。

この規格の本体,

附属書 JA 及び附属書 JB は,単軸試験に適用する。ただし,この規格の本体に関して

は受渡当事者間で事前の協定があれば,3 軸同時の多軸試験を適用してもよい。

附属書 JA 及び附属書 JB

に関しては,3 軸同時の多軸試験を適用してはならない。この規格の本体に規定する試験の厳しさは,用

品を取り付ける車両の部位だけによって,次の 3 種類に区分する。

区分 1  車体に取り付ける場合で,次の 2 等級に分ける。

等級 A  車体に直接取り付ける用品。

等級 B  車体に直接取り付ける箱の中に取り付ける用品。

注記 1  取り付ける位置が明確でない場合には,等級 を適用する。

区分 2  車両の台車枠に取り付ける場合


3

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区分 3  車両の輪軸に取り付ける場合

注記 2  貨車のうち,金属ばねによる一段支持ばね式車両に取り付ける用品は,特に,入札段階にお

いて受渡当事者間に協定がない場合には,輪軸取付用品は

区分 で試験し,その他の用品は

全て

区分 で試験する。

試験のコストは,供試品の質量,形状及びその複雑さに左右される。したがって,製造業者は,入札段

階において,この規格の要求事項を満足することを検証するコストの安い方法があれば,それを提案して

もよい。代替案を協定した場合には,その代替案がこの規格の目的に合致していることを,使用者に対し

て証明するのは製造業者の責任である。ただし,評価の代替方法を協定した場合には,当該用品がこの規

格の要求事項を満足したということの証明書を発行することはできない。

この規格は,車両の主構造物に取り付ける用品(及び/又はその用品に取り付ける部品)を評価するこ

とを目的としており,車両の主構造物の一部を構成する用品の試験を目的とするものではない。主構造物

は,この規格では車体,台車枠及び輪軸を示す。使用者から,例えば,次のような用品は,追加又は特別

の振動試験を要求される場合がある。

−  固定振動数の励振力を発生する機器に取り付けるか又は連結する用品。

−  力及び/又はトルクを伝達するように設計されている主電動機,パンタグラフ,第三軌条集電器,ば

ね部品及び機械部品のような用品。これらの用品は,それぞれの使用状況に合わせた特別の要求事項

に従った試験に供されることがある。この場合,試験の実施は,入札段階の個別の協定によることが

望ましい。また,主電動機などの回転機を試験する場合は,回転状態で行うのが望ましい。

−  使用者が規定する特別な運転環境での使用を目的とする用品。

注記 3  この規格の対応国際規格及びその対応の程度を表す記号を,次に示す。

IEC 61373:2010,Railway applications−Rolling stock equipment−Shock and vibration tests(MOD)

なお,対応の程度を表す記号“MOD”は,ISO/IEC Guide 21-1 に基づき,

“修正している”

ことを示す。

引用規格 

次に掲げる規格は,この規格に引用されることによって,この規格の規定の一部を構成する。これらの

引用規格のうちで,西暦年を付記してあるものは,記載の年の版を適用し,その後の改正版(追補を含む。

は適用しない。西暦年の付記がない引用規格は,その最新版(追補を含む。

)を適用する。

JIS C 60068-2-27:2011  環境試験方法−電気・電子−第 2-27 部:衝撃試験方法(試験記号:Ea)

注記  対応国際規格:IEC 60068-2-27:2008,Environmental testing−Part 2-27: Tests−Test Ea and

guidance: Shock(IDT)

JIS C 60068-2-64:2011  環境試験方法−電気・電子−第 2-64 部:広帯域ランダム振動試験方法及び指

針(試験記号:Fh)

注記  対応国際規格:IEC 60068-2-64:2008,Environmental testing−Part 2-64: Tests−Test Fh: Vibration,

broadband random and guidance(IDT)

JIS E 4001  鉄道車両−用語

ISO 3534-1:2006,Statistics−Vocabulary and symbols−Part 1: General statistical terms and terms used in

probability


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用語及び定義 

この規格で用いる主な用語及び定義は,JIS C 60068-2-64:2011,JIS E 4001 及び ISO 3534-1:2006 による

ほか,次による。

3.1

ランダム振動(random vibration)

任意の時刻における瞬時の大きさが正確に予測できない振動。

3.2

ガウス分布(Gaussian distribution),正規分布(normal distribution)

ガウス分布又は正規分布は,次の関数で表される分布(

図 参照)。

(

)

=

2

2

x

2

π

2

1

)

(

σ

σ

x

x

e

x

P

ここに,

σ: 加速度の分散(加速度の平均値 からの 2 乗平均値)。 =0

の場合,σ は加速度実効値(rms 値)に等しい。

x: 瞬時の加速度

: 加速度の平均値

図 1−ガウス分布

注記  図 に従って,加速度波形の瞬時値の確率は,確率密度曲線 P

x

(x)の範囲帯に等しい。この意味

は,

・  −1σ∼1σ までの間に入る確率は,68.26 %であることを表す。

・  −2σ∼2σ までの間に入る確率は,95.44 %であることを表す。

・  −3σ∼3σ までの間に入る確率は,99.74 %であることを表す。

3.3

加速度スペクトル密度,ASD(acceleration spectral density)

ある中心振動数の狭帯域フィルタを通過した加速度信号のその部分の 2 乗平均値で,単位帯域幅当たり

で表し,帯域幅をゼロに近づけ,かつ,平均化時間を無限大に近づけたときの極限値。

注記 ASD は,加速度 PSD[power spectral density(加速度パワースペクトル密度)]とも呼ぶ。この

規格では,ASD に統一した。

3.4

用品(components)

きょう(筐)体の内部に取り付ける空気式,電気式又は電子式の装置,機器など。

3.5

きょう(筐)体(cubicle)


5

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機械式の部品及びとりわけ複数の用品を取り付けた構造を含む全体組立品。例えば,コンバータ,イン

バータなど。

3.6

応答倍率

基準点における加速度と応答点の加速度との振幅の比。

3.A  試験の方式 

試験の方式は,

表 0.A による。

表 0.A−試験の方式

試験の区分

方法の区分

概要

適用箇条

振動試験

ラ ン ダ ム 波

方式

車両走行時に用品が受ける不規則な振

動を想定した試験。

箇条 4∼箇条 9,箇条 11∼箇条 16 

附属書 A∼附属書 による。

正弦波方式

輪軸,機関の回転などに起因する周期的

な振動又は繰返し荷重による疲労損傷
を考慮すべき用品を想定した試験。

附属書 JA による。

衝撃試験

3 軸方式

車両走行時に用品が受ける上下,左右及
び前後方向の衝撃を想定した試験。

箇条 4∼箇条 及び箇条 10∼箇条 16
による。

1 軸方式

貨車及び客車の一般連結時,特に突放連
結時に発生する前後衝撃などの連結器
を介した前後衝撃を想定した試験。

附属書 JB による。

試験の種類 

この規格は,走行中の鉄道車両で発生する振動及び衝撃環境下で用品を作動させた結果,発生が予想さ

れるいかなる弱点及び誤作動をも見逃さないようにすることを意図したものであり,完全な寿命試験を目

的とするものではない。ただし,この規格の試験条件は,用品が実際の使用条件下で規定の寿命に耐える

ことを合理的に確認できるものである。

箇条 13 の判定基準を満足すれば,この規格に適合したことになる。

この規格に規定する試験条件は,

附属書 に示すように,走行中の振動測定データから得たものであり,

これらの情報は使用条件における振動環境条件の収集に責任をもつ複数の機関から提供されたものである。

次の試験は,この規格に適合するための必須条件である。

a)

  振動機能試験  振動機能試験のレベルは,用品が走行中の鉄道車両で発生すると予測される条件下で

機能することを検証するための最低限度の試験レベルである。

確認する機能は,試験を行う前に受渡当事者間で協定しなければならない(6.3.2 参照)

振動機能試験の要求事項は,箇条 に規定する。ただし,振動機能試験は,模擬した使用条件下で

の全ての性能評価を目的とするものではない。

b)

  振動耐久試験  この試験は,使用条件を上回る試験レベルにおける用品の機械的完全さを確認するこ

とを目的としている。振動耐久試験の要求事項は,箇条 に詳細に規定する。ただし,この条件下で

機能する能力を検証する必要はない。

c)

  衝撃試験  この試験は,使用中にまれに起きる現象を模擬するものであり,試験中の機能を検証する

必要はない。しかし,動作状況に変化を起こさず,外観及び機械的損傷を起こしていないことを検証

することが必要である。これらに関しては,試験報告書に明記しなければならない。


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なお,衝撃試験の要求事項は,箇条 10 に規定する。

試験の順序 

試験の順序は,次による。

a)

  性能試験(6.3.3 参照)

b)

  伝達関数試験(上下,前後,左右)

c)

  振動耐久試験(上下,前後,左右)

d)

  衝撃試験(上下,前後,左右)

e)

  輸送及び取扱試験

f)

  振動機能試験(上下,前後,左右)

g)

  伝達関数試験(上下,前後,左右)

h)

  性能試験(6.3.3 参照)

ここで,前後,左右及び上下方向とは,用品を車両に取り付けたとき,車両の前後,左右及び上下方向

とそれぞれ同じ方向をいう。

“試験機への取付条件変更”を最小限にするために,試験順序を変更してもよい。試験順序は,試験報

告書に記載する。

試験の前後に行う伝達関数試験は,供試品に何らかの変化が発生したかどうかを確認するために行う。

供試品を取り付ける方向及び加振方向は,試験仕様書に記載し,試験報告書に含める。

注記 1  輸送及び取扱試験は,この規格の要求事項ではないので,この規格には含めない。

注記 2  ここでいう伝達関数は,基準点の加速度(m/s

2

)に対する応答点の加速度(m/s

2

)の振幅比で

表される応答倍率及び両者の間の位相差を振動数の関数として表したものである。応答点の

位置及び試験前後の伝達関数試験結果を試験報告書に記載するのが望ましい。

試験手順に関する情報 

注記 1  一般的な追加情報は,JIS C 60068-2-64:2011 から確認することができる。

注記 2  供試品の一般的な取付けは,JIS C 60068-2-47:2008 を参照する。

6.1 

供試品の取付方法及び位置決め方法 

供試品は,実際の取付方法(防振装置がある場合にはそれを含める。

)によって,直接又は取付具を介し

て試験台に機械的に取り付ける。

取り付ける方法が試験結果に大きく影響する場合があるので,実際の取付方法を後で確認できるように

試験報告書に明確に記載する。

特に受渡当事者間の協定がない場合には,用品の動作及び性能に対する磁気干渉,熱又はその他の要因

の影響に対して特別な予防策を講じないで,用品の通常の取付方向で試験する。

可能な場合には,取付具の共振振動数は,試験振動数範囲内に含まれないようにする。共振が避けられ

ない場合には,用品の性能への共振の影響を調査し,試験報告書で明確にする。

6.2 

基準点及び監視点 

試験要求事項は,基準点及び場合によっては,供試品の複数の固定点に相当する複数の監視点における

測定によって確認する。

一つの取付具に多数の小形の供試品を取り付ける場合には,負荷状態の取付具の最低共振振動数が,試

験上限振動数を超えているとき,基準点及び/又は監視点は,供試品の固定点よりも取付具に関連付ける


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ことがある。

6.2.1 

固定点 

固定点は,取付具又は振動台表面と接触している供試品の一部であり,使用時に,通常,固定する点で

ある。

6.2.2 

監視点 

監視点は,できるだけ固定点の近くにとり,いかなる場合も固定点に強固に結合する。固定点が,4 か

所以下の場合,各点を監視点と定義する。これらの各点の振動は,規定の最低限度よりも小さくしてはな

らない。試験報告書には,全ての監視点が,識別できるように記録する。機械構造物の寸法,質量及び複

雑さから多数の点の監視点に利点がない小形の供試品の場合,採用した監視点の数及びその位置が識別で

きるように,試験報告書に記載する。

6.2.3 

基準点 

基準点は,試験要求事項を確認するための基準信号を取り出す唯一の点であり,供試品の運動を表すた

めに使われる。基準点は,監視点又は複数の監視点からの信号を手動処理又は自動処理によって求めた仮

想点である場合もある。

ランダム振動で仮想点を使う場合,基準信号のスペクトルは,全ての監視点からの各信号の加速度スペ

クトル密度(ASD)の各振動数成分の算術平均と定義する。この場合,基準信号全体の rms 値は,各監視

点からの信号の rms 値の 2 乗平均の平方根に等しい。

c

1

2

c

)

(

n

rms

rms

n

i

i

i

=

=

=

ここに,  rms

基準点の合計 rms 値

n

c

監視点の数

使用した点及びその点の選択方法を試験報告書に記載する。大形及び/又は複雑な供試品に対しては,

仮想点を使用することを推奨する。

注記  走査技法を用いて各監視点からの信号を自動処理して仮想点をつくり出すことは,基準信号全

体の rms 値を確認するためならば許容される。しかし,分析器の帯域幅,サンプリング時間な

どの誤差の発生源を訂正しないままで ASD レベルを確認することは,認められない。

6.2.4 

応答点 

応答点は,供試品の振動応答特性を調べるためのデータを得る供試品上の特定の点であり,この規格で

規定する試験の開始前に決めておく(箇条 参照)

推奨する点は,重要な部品又は共振の影響が懸念される部位であり,受渡当事者間で協定する。

6.3 

試験中の機械的状態及び動作 

6.3.1 

機械的状態 

鉄道車両に取り付けたときに,長期間持続する可能性のある複数の機械的条件がある場合,供試品の試

験条件として二つの機械的状態を選択する。少なくとも一つは,最悪の状態を選択しなければならない(例

えば,接触器の場合,最小のクランプ圧力を生じる機械的状態)

複数の持続状態が存在する場合,振動試験及び衝撃試験中に供試品に対して,それぞれの状態に均等な

試験時間を割り当て,箇条 8∼箇条 10 に規定する条件で行う。

6.3.2 

機能試験 

必要な場合,製造業者が機能試験を指定し,試験開始前に受渡当事者間で協定する。機能試験は,この


8

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規格の箇条 に規定する条件の振動試験中に行う。

機能試験は,動作上の能力を検証することが目的であり,供試品を,実際に確実に使用できることを検

証するだけであって,性能試験と混同してはならない。

注記 1  受渡当事者間での事前の協定がなければ,衝撃試験中に機能試験を行わない。

注記 2  機能試験条件を変更した場合には,変更の詳細を試験報告書に記載する。

6.3.3 

性能試験 

性能試験は,用品に要求されている性能を満足していることを確認するものであり,試験の開始時及び

箇条 で規定した全試験の完了時に行う。性能試験で確認する項目は,許容値幅も含めて,受渡当事者間

で協定する。

6.4 

振動試験の再現性 

ランダム振動の信号は,時間領域で繰り返すことはない。すなわち,ランダム信号発生器からの同じ時

間長さの信号は,重ね合わせて一致させることはできない。

それにもかかわらず,二つのランダム信号の類似性を説明することができるし,また,特性に許容値幅

を設定することもできる。後日,別の試験所で又は別の供試品に対して,同じ条件で試験を繰り返すこと

ができる方法でランダム信号を定義する必要がある。次の全ての許容値幅には,計器の誤差を含むが,そ

の他の誤差,具体的にはランダム(統計的)誤差及び偏り誤差は含まないことに注意しなければならない。

測定は監視点及び基準点において行う。

6.4.1 

加速度スペクトル密度(ASD 

ASD は,図 2∼図 に示す規定の ASD レベルに対し,±3 dB の範囲内(1/2×ASD から 2×ASD までの

範囲内)とする。初期傾斜部及び最終傾斜部は,

図 2∼図 の図中に示す傾斜部を下回ってはならない。

注記  低い振動数成分については,±3 dB を守ることが困難な場合がある。そのような場合には,試

験報告書に試験値を記載することが重要である。

6.4.2 

実効値(rms 値) 

基準点の加速度 rms 値は,供試品質量によって変動する規定振動数範囲に対して

図 2∼図 に示される

ASD レベル及び式(D.6)を用いて得られる rms 値の±10 %の範囲内とし,その値を試験報告書に記載する。

注記  図 2∼図 に示された rms 値は,それらの図に示された ASD レベルと供試品質量とによって変

動する振動数範囲の最小値及び最大値を用いて得られるものである。供試品質量によって変動

する振動数範囲を用いて得られる rms 値は,一般にそれより小さくなる。

6.4.3 

確率密度関数(PDF 

特に指定がなければ,各測定点で測定した加速度の時刻歴の PDF は,ほぼガウス分布で,2.5 以上の波

高率(rms 値に対するピーク値の比)とする。

注記  図 に累積 PDF の許容値幅を示す。

6.4.4 

試験時間 

各軸方向に規定のランダム振動を加える全試験時間は,規定値以上でなければならない(8.2 及び 9.2 

照)

6.5 

許容値幅 

振動の許容値幅は,JIS C 60068-2-64:2011 の箇条 4(試験要求事項)による。

6.6 

後処理 

箇条 に規定する全試験の前後に繰り返して行われる性能試験及び伝達関数試験は,

同一条件で行う

(例

えば,温度)

。供試品を最初の試験のときと同一条件にするために,

(必要ならば,

)試験終了後,しばらく


9

E 4031

:2013

の時間をおいてから最終測定をすることは許容される。

初期測定及び前処理 

供試品に対しては,振動及び衝撃試験を始める前に,6.3.3 による性能試験を行う。その試験内容が,試

験所の物理的能力に合わない場合には,この規格に規定する振動及び衝撃試験を行う前に,製造業者が,

性能試験を行い,供試品が性能試験に適合したことの証明書を作成する。応答点の位置を決め,試験報告

書にそれらを識別できるようにするのは製造業者の責任である。

伝達関数は,製造業者が規定する基準点及び幾つかの測定点から得たランダム信号から計算する。点検

及び計器設定のために,パネルなどを外した場合には,試験中は元どおりに正規に取り付けておく。

伝達関数は,

区分 及び区分 の供試品では箇条 の試験条件で,区分 の供試品では箇条 の試験条

件で,測定する。

測定は,0.9 以上のコヒーレンス(相関性)で行う。これが不可能な場合は,ゼロパーセントオーバーラ

ップで,120 回以上のスペクトル平均(リニア平均で統計的自由度 240 に相当)で測定する。

振動機能試験条件 

8.1 

加振条件及び振動数範囲 

供試品は

表 に規定する加振条件(rms 値)及び振動数範囲で試験する。供試品の使用時の取付方向が,

不明確又は未知の場合,3 軸方向全てに上下方向の rms 値を適用して試験を行う。また,3 軸同時の多軸試

験を行う場合は,各々の加振方向での rms 値を適用して試験を行う。

表 1−振動機能試験の加振条件及び振動数範囲

区分

加振方向

加振条件

rms 値

m/s

2

振動数範囲

(参照図)

区分 1

車体取付け

等級 A

上下

左右 
前後

0.750 
0.370 
0.500

図 

等級 B

上下 
左右 
前後

1.01 
0.450 
0.700

図 

区分 2

台車枠取付け

上下 
左右

前後

5.40 
4.70 
2.50

図 

区分 3

輪軸取付け

上下

左右 
前後

38.0 
34.0 
17.0

図 

注記 1  加振条件の数値は,附属書 に記載する標準的な使用条件を示すことを目的としており,

完全な試験証明書を得るための試験に供される供試品に適用する最低値である。実測データ
がある場合には,

附属書 に示す方法及び附属書 に示す式を用いて,振動機能試験条件

を厳しくしてもよい。

注記 2  附属書 に示す方法及び附属書 に示す式を用いて,実測データによって表 の最低値よ

り小さな振動機能試験条件を導き出してもよい。ただし,これらの条件は,受渡当事者間の
合意の下に適用される条件であり,この規格で制定された試験条件を満足するものではな

い。この供試品には(実際の使用条件から得られる振動機能試験条件が試験報告書に記載さ
れた振動機能試験条件と同等以下の場合にだけ有効な)部分的な試験証明書が与えられる。


10

E 4031

:2013

8.2 

振動機能試験の試験時間 

振動機能試験の試験時間は,

事前に協定した全ての機能を確認するのに十分な時間でなければならない。

注記 1  この試験の目的は,用品が実際の使用条件において予測される標準的な加振条件で振動を加

えられても,影響を受けなかったことを証明することである。

注記 2  これらの試験は,通常 10 分間以上の試験時間を想定している。

8.3 

試験中の動作 

受渡当事者間で協定した機能試験(6.3.2 参照)は,振動機能試験中に行う。

振動耐久試験条件 

9.1 

加振条件及び振動数範囲 

用品の使用時の取付方向が不明確又は未知の場合,3 軸方向全てに,上下方向の rms 値を適用して試験

を行う(

表 参照)。また,3 軸同時の多軸試験を行う場合は,各々の加振方向での rms 値を適用して試験

を行う。

表 2−振動耐久試験の加振条件及び振動数範囲

区分

加振方向

加振条件

rms 値(5 時間)

m/s

2

振動数範囲

(参照図)

区分 1

車体取付け

等級 A

上下

左右 
前後

4.25 
2.09 
2.83

図 

等級 B

上下 
左右 
前後

5.72 
2.55 
3.96

図 

区分 2

台車枠取付け

上下 
左右

前後

30.6 
26.6 
14.2

図 

区分 3

輪軸取付け

上下

左右 
前後

144 
129

64.3

図 

注記

振動機能試験条件を実測データから導き出した場合,振動耐久試験条件は,

附属書 によ

って算出された加速度比によって得られる。

9.2 

振動耐久試験の試験時間 

全ての区分の供試品は,合計 15 時間の振動試験を行う。通常,これを直交する 3 軸の各軸方向に,5 時

間ずつ配分する。試験中に,供試品の過熱が問題になると予測される場合(例えば,ゴム部品の振動)

,供

試品の状態を回復させるために,試験をある時間中断することは容認される。ただし,各方向の合計試験

時間 5 時間は,厳守しなければならない。試験を中断した場合は,そのことを試験報告書に記載する。

注記 1  この試験中に供試品を動作させる必要はない。

注記 2  受渡当事者間の協定があれば,振動振幅を下げることができる。その場合は附属書 に示す

方法によって,試験時間を増加させることが不可欠である。ただし,この選択は好ましくな

く,

区分 の輪軸取付けの供試品に限定することが望ましい。

注記 3  3 軸同時の多軸試験を行う場合は,各々の加振方向での rms 値を適用することを条件に,試

験時間を 5 時間とすることができる。


11

E 4031

:2013

10  衝撃試験条件 
10.1  
パルス形状及び許容値幅 

供試品には,JIS C 60068-2-27:2011 に従う公称パルス作用時間 及び公称パルスのピーク加速度 の単

発の正弦半波パルスを加える(

図 の 及び の値を参照)。

衝撃方向と直行する方向の加速度は,JIS C 60068-2-27:2011 に規定する衝撃方向で公称パルスのピーク

加速度の 30 %を超えてはならない。

図 に,パルス形状及び許容値幅を示す。

10.2  速度変化 

試験における実際の速度変化は,

図 に示す公称パルスの速度変化の±15 %の範囲内とする。

実際のパルスの積分から速度変化を求める場合には,

図 に示す積分時間で計算する。

10.3  取付け 

供試品は,6.1 によって試験機に取り付ける。

10.4  繰返し間隔 

繰返し衝撃試験の間には,供試品の共振の影響がおさまる十分な休止時間を設ける。

10.5  ピーク加速度,パルス形状及び加振方向 

ピーク加速度,パルス形状及び加振方向の数値は,

表 に規定する。

表 3−衝撃試験のピーク加速度,パルス形状及び加振方向

区分

加振方向

ピーク加速度

A(m/s

2

公称作用時間

D(ms)

区分 1

等級 A 及び等級 B

車体取付け

上下 
左右

前後

30 
30 
50

30 
30 
30

区分 2

台車枠取付け

全方向 300  18

区分 3

輪軸取付け

全方向 1 000

6

注記 1  パルス形状の詳細は,図 参照。 
注記 2  質量の大きな供試品については,十分な大きさの試験設備を用意できない場合には,受渡当

事者間の協定によって,適正な試験条件(加速度ピーク値の低減)の対象としてもよい。

注記 3  区分 の中で特殊用途のものは,ピーク加速度  A=30 m/s

2

,作用時間  D=100 ms の追加

衝撃試験を必要とする場合がある。その場合には,試験開始前に,受渡当事者間で試験条件
について協定することが望ましい。

10.6  衝撃回数 

供試品には,JIS C 60068-2-27:2011 に規定する合計 18 回(各直交 3 軸の正の方向に 3 回及び負の方向に

3 回)の衝撃を加える。この試験は,6.3.1 に規定する各機械的状態に対して繰り返す。

10.7  試験中の動作 

試験中に供試品を動作させる必要はない。ただし,供試品によっては機能の完全さを維持しなければな

らないことがあり,製品規格に特別の規定がある場合を除いて,試験仕様書に製造業者(又は使用者)か

らの要求があれば,試験中にこれを検証する。

11  輸送及び取扱い 

使用者が,輸送及び取扱試験を特に要求する場合には,これらの試験は JIS C 60068-2-27:2011 によって


12

E 4031

:2013

行う。

12  最終測定 

振動試験及び衝撃試験の完了後,供試品に対して 6.3.3 による性能試験を行う。ただし,性能試験の性質

から,その試験が試験所で行えない場合がある。その場合,試験終了後の供試品に対して製造業者が性能

試験を行い,この規格に規定する振動試験及び衝撃試験完了後の性能試験に適合したという試験証明書を

作成する。

伝達関数は,製造業者が規定する基準点及び幾つかの測定点から得たランダム信号から計算する。点検

及び計器設定のためにパネルなどを外した場合は,試験中は元どおり正規に取り付けておく。

伝達関数は,

区分 及び区分 の供試品では,箇条 の試験条件で測定し区分 の供試品では箇条 

試験条件で測定する。

測定は,0.9 以上のコヒーレンス(相関性)で行う。これが不可能な場合は,ゼロパーセントオーバーラ

ップで,120 回以上のスペクトル平均(リニア平均で統計的自由度 240 に相当)で測定する。

伝達関数又はその他の測定値の変化は,全て調査し,試験報告書に記載する。

13  合否判定基準 

全ての試験が完了し,供試品が次の事項を満足すれば,試験に合格したものとする。

a)

  6.3.2 による機能は,規定の限界内にある。

b)

  6.3.3 による性能は,規定の限界内にある。

c)

  視認できる変形がなく,機械的健全性が変化していない。

なお,機械的健全性の内容については,試験開始前に受渡当事者間で協定しておくことが望ましい。

14  試験報告書 

全ての試験又は一部の試験,最終測定及び機能確認が完了したら,試験を行った試験所は,依頼者に対

して包括的な試験報告書を発行する。その試験報告書には,試験の実施及び供試品への影響,並びに次の

事項を記載する。

a)

  試験中に生じた変化を明確に表した要約。これには,製造番号又は識別番号を引用する。

b)

  使用した計器及び試験手順の詳細。これらは要請があれば提出できるように準備しておく。これらは

必須条件ではないが,試験報告書に含めてもよい。

c)

  6.1 に規定する,報告すべき取付方法。

d)

  採用した試験の種類・試験の方式及び試験順序。試験報告書には,全ての監視点及び測定点の位置を

示す図を含める。

e)

  実施した機能試験並びに試験前及び試験後の数値。

f)

  制御目標値及び合格判定基準(許容値幅)に対する観察記録を含む監視点及び基準点の試験結果。試

験報告書には,

図 2∼図 及び図 の書式に合わせた,全ての監視点のグラフを含める。そのグラフ

には,試験がこの規格に規定する許容値内にあることを証明するために許容値幅を含める。

g)

  振動試験中の機能試験及び/又は衝撃試験中の機能検証が要求されている場合には,実施した内容に

関する全ての観察記録。

注記  この規格の要求を超えた特別な試験を実施した場合には,その試験を試験報告書に含めてもよ

い。


13

E 4031

:2013

15  試験証明書 

試験証明書には,次の全ての事項を含める。

a)

  用品の名称及び説明

b)

  製造業者名

c)

  用品の形式

d)

  供試品の製造番号

e)

  試験所の報告書番号

f)

  報告書発行日付

g)

  製品の試験仕様書(試験の方式を含む。)

この証明書には,試験所及び製造業者の正式な代表者が署名するか又は公印を押す。

注記  試験証明書の代表例を,附属書 に示す。

16  供試品の処理 

試験目的及び合否判定基準を満足した供試品は,受渡当事者間で協定した基準によって再整備の上,実

運用に供してもよい。

トレーサビリティの目的から,この規格によって試験を行った全ての供試品を,製造業者の責任におい

て明確に識別できるようにしなければならない。


14

E 4031

:2013

M  ≦ 500

kg:  f

1

=5 Hz

f

2

=150 Hz

 500

kg  <  M  ≦ 1 250 kg:  f

1

Hz

2

250

1

×

M

f

2

Hz

60

250

1

×

M

 1 250  kg  <  M  :

f

1

=2 Hz

f

2

=60 Hz

ここに,M:供試品の質量

加振方向

上下

左右

前後

振動機能試験

ASD レベル(X) (m/s

2

)

2

/Hz

0.016 6

0.004 1

0.007 3

加振条件

rms 値 m/s

2

2 Hz∼150 Hz

0.750 0.370 0.500

振動耐久試験

ASD レベル(X) (m/s

2

)

2

/Hz

0.532 0.131 0.234

加振条件

rms 値 m/s

2

2 Hz∼150 Hz

4.25 2.09 2.83

注記 1  供試品の試験振動数範囲が 2 Hz よりも大きい場合,加振条件(rms 値)は表の数値より小さくす

る。

注記 2  供試品の試験振動数範囲が 150 Hz 未満の場合,加振条件(rms 値)は表の数値より小さくする。
注記 3  f

2

を超える振動数の存在が既知の場合,6 dB/オクターブで減少する ASD の線を必要な最高振動

数まで延長させて振動数範囲を拡大してもよい。この場合 rms 値のレベルは増加する。

図 2−区分 1  等級 A  車体取付けの ASD


15

E 4031

:2013

M  ≦ 500

kg:  f

1

=5 Hz

f

2

=150 Hz

 500

kg  <  M  ≦ 1 250 kg:  f

1

Hz

2

250

1

×

M

f

2

Hz

60

250

1

×

M

 1 250  kg  <  M  :

f

1

=2 Hz

f

2

=60 Hz

ここに,M:供試品の質量

加振方向

上下

左右

前後

振動機能試験

ASD レベル(X) (m/s

2

)

2

/Hz

0.030 1

0.006 0

0.014 4

加振条件

rms 値 m/s

2

2 Hz∼150 Hz

1.01 0.450 0.700

振動耐久試験

ASD レベル(X) (m/s

2

)

2

/Hz

0.964 0.192 0.461

加振条件

rms 値 m/s

2

2 Hz∼150 Hz

5.72 2.55 3.96

注記 1  供試品の試験振動数範囲が 2 Hz よりも大きい場合,加振条件(rms 値)は表の数値より小さくす

る。

注記 2  供試品の試験振動数範囲が 150 Hz 未満の場合,加振条件(rms 値)は表の数値より小さくする。
注記 3  f

2

を超える振動数の存在が既知の場合,6 dB/オクターブで減少する ASD の線を必要な最高振動

数まで延長させて振動数範囲を拡大してもよい。この場合 rms 値のレベルは増加する。

図 3−区分 1  等級 B  車体取付けの ASD


16

E 4031

:2013

M  ≦ 100 kg:  f

1

=5 Hz

f

2

=250 Hz

 100 kg  <  M  ≦ 250 kg:  f

1

Hz

2

250

×

M

f

2

Hz

100

250

×

M

 250 kg  <  M  :

f

1

=2 Hz

f

2

=100 Hz

ここに,M:供試品の質量

加振方向

上下

左右

前後

振動機能試験

ASD レベル(X) (m/s

2

)

2

/Hz

0.190 0.144 0.041 4

加振条件

rms 値 m/s

2

2 Hz∼250 Hz

5.40 4.70 2.50

振動耐久試験

ASD レベル(X) (m/s

2

)

2

/Hz

6.12 4.62 1.32

加振条件

rms 値 m/s

2

2 Hz∼250 Hz

30.6 26.6 14.2

注記 1  供試品の試験振動数範囲が 2 Hz よりも大きい場合,加振条件(rms 値)は表の数値より小さくす

る。

注記 2  供試品の試験振動数範囲が 250 Hz 未満の場合,加振条件(rms 値)は表の数値より小さくする。
注記 3  f

2

を超える振動数の存在が既知の場合,6 dB/オクターブで減少する ASD の線を必要な最高振動

数まで延長させて振動数範囲を拡大してもよい。この場合 rms 値のレベルは増加する。

図 4−区分 2  台車枠取付けの ASD


17

E 4031

:2013

M  ≦ 50

kg:  f

2

=500 Hz

 50 kg  <  M  ≦ 125 kg:  f

2

Hz

200

125

×

M

 125 kg  <  M  :

f

2

=200 Hz

ここに,M:供試品の質量

加振条件

上下

左右

前後

振動機能試験

ASD レベル(X) (m/s

2

)

2

/Hz

8.74 7.0  1.751

加振条件

rms 値 m/s

2

10 Hz∼500 Hz

38.0 34.0 17.0

振動耐久試験

ASD レベル(X) (m/s

2

)

2

/Hz

124.9 100.2  25.02

加振条件

rms 値 m/s

2

10 Hz∼500 Hz

144 129  64.3

注記 1  供試品の試験振動数範囲が 500 Hz 未満の場合,加振条件(rms 値)は表の数値より小さくする。
注記 2  f

2

を超える振動数の存在が既知の場合,6 dB/オクターブで減少する ASD の線を必要な最高振動

数まで延長させて振動数範囲を拡大してもよい。この場合 rms 値のレベルは増加する。

図 5−区分 3  輪軸取付けの ASD


18

E 4031

:2013

注記  σ は標準偏差,すなわち,rms 値である。

図 6−累積 PDF の許容値幅


19

E 4031

:2013

時間 B1:通常の衝撃試験機を使用した場合の衝撃を監視する最小時間 
時間 B2:振動試験機を使用した場合の衝撃を監視する最小時間 

a)

  公称パルスを上方へ 0.2 移動した線は,許容上限線に一致する。

区分

衝撃方向

ピーク加速度  A

m/s

2

公称作用時間  D

ms

区分 1

等級 A 及び等級 B

車体取付け

上下 
左右

前後

30 
30 
50

30 
30 
30

区分 2

台車枠取付け

全方向 300

18

区分 3

輪軸取付け

全方向 1 000

6

図 7−正弦半波パルスのパルス形状及び許容値幅


20

E 4031

:2013

附属書 A

(参考)

車両走行中の振動測定,測定位置,データの記録方法,データの要約

及び収集したデータからランダム試験条件を決める方法

A.1  一般 

鉄道車両の振動及び衝撃は,車両速度,レール,軌道条件及びその他の環境条件によって変化する。鉄

道車両用品が,長年にわたり故障せず満足に動作するかどうかを評価するためには,設計,試験仕様が必

要である。

現実的な試験仕様を作成するために,走行中のデータを収集して,これに基づく試験条件を決定する必

要があり,そのために次のデータ及び方法を用いた。

a)

  輪軸,台車枠及び車体取付けの各区分に採用した標準測定点(A.2 参照)。

b)

  質問表への回答付きで鉄道事業者及び用品製造業者から提供された走行中のデータ(A.3 参照)。

c)

  走行データの要約(A.4 参照)

d)

  走行データからランダム振動試験条件を決めるために用いた方法(A.5 参照)

e)

  A.5 の方法を用いて走行中のデータから決定した試験条件(A.6 参照)

注記  実際の鉄道車両及び路線の振動データを利用できる場合は,A.4 の方法を使って試験レベル

を計算してもよい。

A.2  標準測定点 

輪軸,台車枠及び車体取付けの各区分に採用した標準測定点を,

図 A.1 に示す。

A: 輪軸の上下,左右及び前後方向の測定点 
F: 台車枠の上下,左右及び前後方向の測定点 
B: 車体の上下,左右及び前後方向の測定点

図 A.1−輪軸,台車枠及び車体の標準測定点

A.3  鉄道事業者及び用品製造業者から提供された走行中のデータの測定条件を明らかにするための質問

 

各測定位置に関して,

表 A.1 の全ての項目に記入する。


21

E 4031

:2013

表 A.1−環境データ収集の試験パラメータ及び条件の要約

測定位置                 
測定方向

試験パラメータ及び条件

(質問事項)

コメント 
(回答)

一般: 
1

振動を測定する理由

2

鉄道システムの所在場所

3

測定対象の車両形式

4

特殊試験走行又は通常走行の区別

5

車両速度

 
                 

                 
                 

主要条件: 
6

気象条件(℃,%RH,雨及び雪)

7

測定対象車両の軸重

8

レールの形式(例えば,UIC 等級)

9

レールの基礎(まくらぎ,バラスト)

10  レールの結合方式(溶接,ジョイント)

 

                 
                 

追加条件: 
11  車輪の状態,車輪形状及び車輪の踏面形状 
12  レールの状態,[上下方向振幅の実効値(rms 値)] 
13  測定に使用した軌道長さ 
14  曲線部の数及び半径 
15  十字交差軌道及び転てつ(轍)機の数 
16  その他特別の条件[橋りょう(梁)及びトンネル] 
17  列車の構成及び全質量 
18  引張力(動力車両に限る。)

 
                 
                 

                 
                 

                 

記録: 
19  記録方式(FM,DR,PCM 及び DAT) 
20  周波数範囲(下限及び上限) 
21  振幅範囲(最大及び最小)

 
                 
                 

時間領域解析: 
22  時間領域解析の帯域幅 
23  サンプリング周波数 
24  サンプル総数又は全ての記録の合計時間 
25  最大加速度(m/s

2

,正)

26  最小加速度(m/s

2

,負)

27  実効値(rms 値) 
28  振幅分解能 
29  密度関数に基づく実効値(rms 値)m/s

2

 

                 
                 

                 
                 

周波数解析(推奨する帯域幅:車体 150 Hz,台車枠 250 Hz 及び輪軸 500 Hz) 
30  周波数解析の帯域幅及びエイリアシング防止フィルタの遮断周波数 
31  時刻歴のサンプリング周波数 
32  周波数分解能(Δf)又は周波数ライン数 
33  処理データのサンプル数(ブロック長さ) 
34  下限周波数 
35  データ取得及び解析時の窓関数及び記録長さ 
36  平均回数 
37  オーバーラップ(100 %未満)及びサンプル総数 
38 AD コンバータの分解能(ダイナミックレンジ) 
39  測定計器固有のノイズレベル 
40 ASD に基づく全 rms 値(m/s

2

 
                 
                 

                 
                 

                 
                 

                 


22

E 4031

:2013

表 A.1−環境データ収集の試験パラメータ及び条件の要約(続き)

試験パラメータ及び条件

(質問事項)

コメント 
(回答)

必要なグラフ: 
41  周波数領域解析用の ASD スペクトル 
42  時間領域解析用の確率密度関数

 
                 

A.4  走行データの要約 

質問表で提供された加速度実効値(rms 値)の要約を,

表 A.2 に示す。

表 A.2−質問表で提供された加速度実効値(rms 値)の要約

区分

加振方向

最大実効値

(rms 値)

m/s

2

平均実効値

(rms 値)

m/s

2

標準偏差

データ数

区分 1

車体取付け

上下 
左右

前後

1.24 
0.43 
0.82

0.49 
0.29 
0.30

0.26 
0.08 
0.20

19 
15

8

区分 2

台車枠取付け

上下 
左右

前後

7.0 
7.0 
4.1

3.1 
3.0 
1.2

2.3 
1.7 
1.3

14 
10

9

区分 3

輪軸取付け

上下

左右 
前後

43 
39 
20

24 
20

11

14 
14

6

19 
17

9

注記  A.6 の試験条件を決めるために,A.5 に示す方法を用いる。

A.5  走行データからランダム振動試験条件を決めるために用いた方法 

試験時間を短縮するために,この規格では振幅増加法を選択する。振動耐久試験を実施するために,次

の仮定を用いる。

a)

  用品に作用する加速度と生じる応力範囲とは比例関係にある[すなわち,

    。ここで,σ は応力

(Pa)

は用品の質量(kg)

,γ は加速度(m/s

2

は断面積(m

2

b)

  損傷は繰返し数と応力範囲の累乗との積に比例する。仮定 a)  から,振動耐久試験の強度,すなわち,

振動機能試験に対する振動耐久試験の加速度比を決めるために,用品に生じる応力範囲及びその繰返

し数と損傷(D)との関係式を用いることができる。また,仮定 b)  を式で表すと,次の式となる。

f

N

D

m

σ

α

Δ

=

ここに,

N

f

繰返し数

Δσ: 応力範囲

m: 疲労強度曲線(Δσ曲線又は S−N 曲線)の傾きを表す指数

(通常 3∼9)

α: 定数

S

M

γ

σ

=


23

E 4031

:2013

図 A.2−疲労強度曲線

これは次の式の疲労強度関係から導かれる。

[これは,一定振幅の応力を繰り返したとき破壊に至るまでの回数と応力との関係を両対数線図で表し

た疲労強度曲線(Δσ曲線又は S−N 曲線ともいう。

図 A.2 参照)が直線で近似できるとした場合の,

次の関係式と等価となる。

)

log(

)

log(

)

log(

10

5

1

6

σ

Δ

=

×

m

a

N

)

log(

)

log(

)

log(

10

00

1

10

5

2

6

6

σ

Δ

=

×

×

m

b

N

ただし,m

2

m

1

+2

ここで,m

1

m

2

はそれぞれ,繰返し数 が N≦5×10

6

及び 5×10

6

N≦100×10

6

の場合の直線の傾きを

表す指数である。この関係式は次のように示される。

1

)

log(

6

10

10

5

m

a

N

N

σ

Δ

=

×

2

)

log(

6

6

10

10

00

1

10

5

m

b

N

N

σ

Δ

=

×

×

したがって,

1

10

5

1

1

6

=

Δ

×

m

N

N

σ

α

1

10

00

1

10

5

2

2

6

6

=

Δ

×

×

m

N

N

σ

α

ここで,右辺の 1 は破壊を生じる損傷度に対する最大の損傷度を表す。

疲労強度曲線上の繰返し数 100×10

6

に対応する応力範囲の打切り限界 Δσ

L

図 A.2

参照)以下の応力範

囲については,対応する疲労損傷の繰返し回数は無限とする。これは,打切り限度以下の応力範囲では繰

返し数にかかわらず損傷は生じないことを意味する。

試験時間を 5 時間として,想定する寿命に達するまでの走行時間に受けるのと同じ損傷度を求めるため

には,振動機能試験の ASD の値を増幅する必要がある。

ここで“想定する寿命”とは,25 年寿命×300 日/年×10 時間/日=0.075×10

6

時間=75×10

3

時間又は

270×10

6

秒である。振動機能試験における ASD 曲線の最低周波数は 2 Hz(

区分 1

及び

区分 2

)又は 10 Hz

区分 3

)であるので,上記の想定寿命に対応する繰返し数 N

s

は(

区分 1

及び

区分 2

:540×10

6

区分 3

2 700×10

6

)疲労強度曲線の打切り限界に達する繰返し数 100×10

6

を超える。そのため,考慮すべき応力


24

E 4031

:2013

範囲 Δσ

s

は Δσ

L

,考慮すべき繰返し数 N

s

は 100×10

6

となる。

試験時間は 5 時間=18 000 秒であり,振動機能試験における ASD 曲線の最低周波数は,2 Hz(

区分 1

及び

区分 2

)又は 10 Hz(

区分 3

)であるので,試験時間における最小繰返し数 N

t

は,0.036×10

6

回(

区分

1

及び

区分 2

)又は 0.18×10

6

回(

区分 3

)である。したがって,考慮すべき応力範囲 Δσ

t

は疲労強度曲線の

“第一の部分”

(傾きを表す指数が m

1

の部分)となる。

振動耐久試験の ASD 値を求めるために振動機能試験の ASD 値に乗じる倍率(加速度比:R)は,次に

よって算出する。

(

)

(

)

=

Δ

Δ

=

1

2

l

t

1

l

s

2

s

t

m

m

N

N

R

α

α

σ

σ

繰返し数 5×10

6

回における疲労強度曲線上の応力範囲を Δσ

D

とすると,定数 α

1

α

2

は,

1

1

D

6

D

D

1

10

5

1

1

m

m

N

σ

σ

α

Δ

×

=

Δ

=

2

2

D

6

D

D

2

10

5

1

1

m

m

N

σ

σ

α

Δ

×

=

Δ

=

となる。したがって,

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

1

2

2

1

1

1

2

2

1

t

1

6

1

s

1

6

1

D

6

t

1

D

6

s

10

5

10

5

10

5

10

5

m

m

m

m

m

m

m

m

N

N

N

N

R

×

×

=





Δ

×





Δ

×

=

σ

σ

ここで,m

1

=4(金属の場合の代表値)とすると,

区分 1

及び

区分 2

の加速度比:5.66

区分 3

の加速度比:3.78

となる。

この規格の作成のために,環境調査を実施した。取得したデータは,実効値(rms 値)に,数値のばら

つきは,標準偏差に変換した(

表 A.2

参照)

振動機能試験の加振条件(rms 値)は,

表 A.2

の平均実効値及び標準偏差を用いて,次の

c)

によって計

算する。

振動耐久試験の加振条件(rms 値)は,

A.5

で規定した加速度の比を用いて,次の

d)

によって計算する。

c)

  振動機能試験の加振条件(rms 値)

1)

区分 1

(車体)の等級 B の振動機能試験の加振条件(rms 値)=平均実効値(走行中の平均レベル)

+2×標準偏差

2)

  その他の区分の振動機能試験の加振条件(rms 値)=平均実効値(走行中の平均レベル)+1×標準偏

d)

  振動耐久試験の加振条件(rms 値)=振動機能試験の加振条件(rms 値)×加速度比

A.6 A.5 の方法を用いて走行中のデータから決定した試験条件 

A.5

の方法を用いて走行中のデータから決定した試験条件を,

表 A.3

に示す。


25

E 4031

:2013

表 A.3

A.5 の方法を用いて走行中のデータから決定した試験条件

区分

加振方向

振動機能試験の加振

条件(rms 値)

FRTL

振動耐久試験の加振

条件(rms 値)

SLLRTL

区分 1

車体取付け

等級 A

上下 
左右

前後

0.750 
0.370 
0.500

4.25 
2.09 
2.83

等級 B

上下

左右 
前後

1.01 
0.450 
0.700

5.72 
2.55 
3.96

区分 2

台車枠取付け

上下 
左右 
前後

5.40 
4.70 
2.50

30.6 
26.6 
14.2

区分 3

輪軸取付け

上下 
左右

前後

38.0 
34.0 
17.0

144 
129

64.3

注記  区分 1 の等級分類 

等級 A=車体に直接取り付ける用品

等級 B=車体に直接取り付ける箱の中に取り付ける用品

A.5

の方法を用いた試験条件の計算

車体,上下方向:

AS=0.49(

表 A.2

から)

STD=0.26(

表 A.2

から)

FRTLASSTD=0.750

等級 A

SLLRTLFRTL×加速度比=4.25  等級 A

ここで使われている略号は,次による。

AS=Average service level:平均実効値(平均走行条件)

STD=Standard deviation:標準偏差

FRTL=Functional random test level:ランダム振動機能試験の加振条件(rms 値) 
SLLRTL=Simulated long-life random test level:ランダム振動耐久試験の加振条件(rms 値)


26

E 4031

:2013

附属書 B

(参考)

鉄道車両上で用品が取り付けられている一般的な場所及び

試験区分の識別を示す図

B.1  一般 

車両に取り付けられる用品の一般的な取付位置は,

図 B.1

による。

注記

  金属ばねによる一段支持ばね式車両には,この区分は適用しない。

区分

取付位置

用品の取付位置

区分 1  等級 A M,N,O,I 及び J  車体の上又は車体(台枠)の下に直接取り付けられる用品 
区分 1  等級 B D

車体に固定されている床下収納箱の中に取り付けられる用品

区分 1  等級 B K 及び E

車体に固定されている機器室に取り付けられる用品

区分 1  等級 B F

車体に固定されている機器箱内の部分組立品に組み込まれている用品

区分 

G

鉄道車両の台車枠に取り付けられる用品

区分 

H

鉄道車両の輪軸組立部に取り付けられる用品

図 B.1

車両に取り付けられる用品の一般的な取付位置


27

E 4031

:2013

附属書 C

(参考)

試験証明書の例

C.1  試験証明書の例 

試験証明書の例は,

図 C.1

による。

次の鉄道車両用品は,JIS E 4031(鉄道車両用品−振動及び衝撃試験方法)の規格
本体に規定する要求事項に従って試験を行った。 
 
用品の名称及び説明: 

                                                                           
 
用品の形式:                          製造業者名:                         
                                                                           
                                                                           
 
発行・改定状況:                      供試品の製造番号:                   
                                                                           
                                                                           
 
試験所の報告書番号:                  報告書発行日付:                     

                                                                           
 
試験仕様書: 
                                                                           
                                                                           
意見: 
                                                                           
                                                                           
 
1)  試験所                          役職                日付               
2)  製造業者                        役職                日付

図 C.1

試験証明書(例)


28

E 4031

:2013

附属書 D

(参考)

ASD

レベルから rms 値を算出するための指針

D.1  一般 

この附属書では,走行中の振動データから振動機能試験の加振条件(rms 値)を算出するための式及び

図 2

図 5

の ASD レベルから振動機能試験の加振条件(rms 値)又は振動耐久試験の加振条件(rms 値)

を算出するための式を示す。

ここで走行中の振動データは,f

1

f

2

の周波数範囲で測定された ASD[単位は(m/s

2

)

2

/Hz]である。

D.2  記号 

ASD

i

  :測定データの ASD[(m/s

2

)

2

/Hz]の 番目の値

f

i

:測定データの周波数(Hz)の 番目の値

D.3  走行中の振動データから振動機能試験の加振条件(rms 値)を算出する方法 

仮定:

A.1

に示されている標準測定点で測定された走行中の振動データは,n

1

個からなる周波数及び ASD

の組(f

i

ASD

i

)とする。

このとき,この測定データの rms 値は次の式(D.1)で与えられる。

=





×

+

=

1

2

1

i

i

1

i

i

2

)

(

)

(

n

i

f

f

ASD

ASD

rms

  (D.1)

n

2

通りの測定データの rms 値から,振動機能試験の加振条件(rms 値)を,次の式(D.2)∼式(D.5)によっ

て求める。

2

1

i

2

n

RMS

AS

n

i

=

=

  (D.2)

(

)

2

1

2

i

2

n

AS

RMS

STD

n

i

=

=

  (D.3)

区分 1 等級 A,区分 2 及び区分 3:振動機能試験の加振条件(rms 値)=

AS

STD

 ···· (D.4)

区分 1 等級 B:振動機能試験の加振条件(rms 値)=

AS

+(2×

STD

)  (D.5)

D.4  図 2∼図 の ASD レベルから加振条件(rms 値)を算出する方法 

振動機能試験又は振動耐久試験の rms 値は,

対応する ASD スペクトルの下側の面積の平方根に等しい

D.1

参照)


29

E 4031

:2013

図 D.1

ASD スペクトル

この rms 値は,次の式(D.6)から計算できる。

(

)

1

)

2

log(

6

.

0

1

)

2

log(

9

.

0

1

)

2

log(

6

.

0

b

1

)

2

log(

6

.

0

2

)

2

log(

6

.

0

b

a

b

1

)

2

log(

9

.

0

1

1

)

2

log(

9

.

0

a

)

2

log(

9

.

0

a

+

×

×

+

+

+

×

×

=





+





+









+





+





 −

f

f

f

ASD

f

f

ASD

f

f

f

ASD

rms

   (D.6)


30

E 4031

:2013

附属書 JA

(規定)

正弦波振動試験方法

JA.1  概要 

この附属書は,鉄道車両の車体,台車などに取り付ける用品の正弦波方式による共振試験,振動機能試

験及び振動耐久試験方法(以下,振動試験という。

)について規定する。

用品は,車体,台車などの部材に直接若しくは緩衝材又は緩衝器を介して取り付けるものである。ただ

し,例えば,鉄道車両用機関の附属品のように,鉄道車両の部材に一次的に取り付けたものに,更に二次

的に取り付けるものには,この附属書を適用しない。

この附属書に規定する試験は,輪軸,機関の回転などに起因する周期的な振動を主に受ける部位に取り

付けられる用品及び繰返し荷重による疲労が懸念される機械部品などに有効である。

この附属書に基づく振動試験では,用品単独で試験ができない場合,又は質量が

100 kg

以上の供試品の

場合には,それを構成している各部分組立品について,振動試験を行ってもよい。

JA.2  用語及び定義 

この附属書で用いる主な用語及び定義は,次による。

JA.2.1

振動試験

共振試験,振動機能試験及び振動耐久試験の総称。

JA.2.2

共振試験

用品の特定部分に対し,共振の有無を調べ,その共振振動数を求める試験。

JA.2.3

振動機能試験

振動を与えているとき及び振動を与えていないときについて,用品の機能を比較する試験。

JA.2.4

振動耐久試験

振動に対する用品の耐久性を調べる試験。

JA.2.5

複振幅

正弦波振動変位の

1

周期における極大値と極小値との間の代数差。

注記

“振動変位

p-p

値”ともいう。

JA.2.6

加速度複振幅

正弦波振動加速度の

1

周期における極大値と極小値との間の代数差。

注記

“振動加速度

p-p

値”ともいう。


31

E 4031

:2013

JA.3  試験の種類及び記号 

振動試験の種類及び記号は,次による。

a)

振動試験の種類及び記号は,用品の取り付けられる部位によって分類し,

表 JA.1

による。振動試験の

選択は,受渡当事者間の協定による。

b)

振動耐久試験の種類及び記号は,

表 JA.2

による。

表 JA.1

振動試験の種類及び記号

種類

記号

適用用品

1 種 1

旅客車の車体に取り付ける用品

2 種 2

旅客車又は機関車の車体に取り付ける用品

3 種 3

機関車,貨車又は 2 軸車の車体に取り付ける用品

4 種 4

貨車若しくは 2 軸車の車体又は台車枠に取り付ける用品

5 種 5

台車枠又はばね下部分に取り付ける用品

6 種 6

ばね下部分に取り付ける用品

注記  貨車のうちで,旅客車と同等の支持ばねをもつ車体に取り付けるときは,

1 種又は 2 種を適用する。

表 JA.2

振動耐久試験の種類及び記号

種類

記号

1 種

A 種 1A 
B 種 1B 
C 種 1C

2 種

A 種 2A 
B 種 2B 
C 種 2C

3 種

A 種 3A 
B 種 3B 
C 種 3C

4 種

A 種 4A 
B 種 4B 
C 種 4C

5 種

A 種 5A 
B 種 5B 
C 種 5C

6 種

A 種 6A 
B 種 6B 
C 種 6C

JA.4  試験の順序 

振動試験は,

図 JA.1

に示すように,共振試験,振動機能試験及び振動耐久試験の順序で行うことが望ま

しい。


32

E 4031

:2013

図 JA.1

振動試験の順序

JA.5  試験の手順 
JA.5.1  
供試品の取付け 

供試品は,振動台上に使用状態に近い取付方法及び取付方向で取り付けるのが望ましい。

JA.5.2  供試品の作動 

振動機能試験は,供試品の作動状態で試験するが,共振試験及び振動耐久試験は,特に指定がない場合,

無作動状態で行う。

JA.5.3  振動の与え方 

供試品の取付方向に対する前後,左右及び上下

3

軸方向に対して

1

軸ごとに振動を与える。ただし,受

渡当事者間で事前の協定があれば,

3

軸方向の一部を省略してもよい。

なお,前後,左右及び上下の方向とは,供試品を車両に取り付けたとき,車両の前後,左右及び上下方

向とそれぞれ同じ方向をいう。

JA.6  試験方法 
JA.6.1  
初期測定 

供試品に対しては,共振試験及び振動機能試験を始める前に,目視検査及び性能試験を実施する。性能

試験の仕様は,許容値幅も含めて,製造業者が指定する。

開始

初期測定

共振試験

振動機能試験

共振の

有無

振動耐久試験

表 JA.6

振動耐久試験

  複振幅:

表 JA.5

試験時間:

表 JA.7

終了

最終測定

振動耐久試験

表 JA.5

共振試験及び振動機能試験は,
併せて同時に行ってもよい。


33

E 4031

:2013

JA.6.2  共振試験 

共振試験は,次の方法及び

表 JA.3

による。

a)

振動数範囲で,振動数を連続的に,上昇及び下降させる。

b)

振動数の変化速度は,共振振動数を見逃さない程度とする。

c)

最低・最高の振動数の間(例えば,

1

種について

1 Hz

30 Hz

)を

1

往復するのに要する時間は,共振

振動数を見逃さないように,十分に長くする。

d)

振動数の往復回数は,

1

回以上とする。

e)

振動の大きさは,低振動数範囲では,複振幅を一定とし,高振動数範囲では,加速度複振幅を一定と

する。

表 JA.3

共振試験条件

種類

振動数範囲

Hz

振動の大きさ

1 種

1∼5 未満

複振幅 5

mm

5∼30

加速度複振幅 4.9

m/s

2

2 種

1∼5 未満

複振幅 10

mm

5∼30

加速度複振幅 9.8

m/s

2

3 種

3∼7 未満

複振幅 10

mm

7∼40

加速度複振幅 20

m/s

2

4 種

5∼11 未満

複振幅 10

mm

11∼50

加速度複振幅 49

m/s

2

5 種

7∼16 未満

複振幅 10

mm

16∼60

加速度複振幅 98

m/s

2

6 種 10∼25 未満

複振幅 10

mm

25∼70

加速度複振幅 250

m/s

2

注記  加速度複振幅,振動の複振幅及び振動数との関係を,式(JA.1)で表す。

2

2

2

5

2

2

000

1

π

4

2

×

×

=

f

a

f

a

α

  (JA.1)

ここに,  2

α

:  加速度複振幅(m/s

2

2a:  複振幅(mm)

f:  振動数(Hz)

なお,この式は次のようにして導かれる。 
正弦波振動変位 x(単位は m)は時間 t(単位は s)の関数として次の式

で表すことができる。

(

)

φ

+

=

ft

a

t

x

π

2

sin

000

1

)

(

ここで,は変位振幅(複振幅の 1/2,単位は mm)

,π は円周率,φは

時刻 0 における位相角(単位は rad)である。この振動の加速度(単位は
m/s

2

)は振動変位を時間で 2 回微分することによって得られ,次の式とな

る。

(

)

(

)

φ

+

=

ft

a

f

dt

t

x

d

π

2

sin

000

1

π

2

)

(

2

2

2

この式の下線部が加速度振幅 α に等しいことから,式(JA.1)の左辺と中

辺との関係式を得る。また,

2

2

5

1

478

0.039

000

1

π

4

であるので,式(JA.1)の中辺と右辺との関係式が得られる。


34

E 4031

:2013

f)

振動試験機の能力が不足している場合,又は試験を簡単にする必要がある場合は,

表 JA.4

に示す振動

数範囲及び複振幅で行ってもよい。この振動数範囲で振動数を連続的に,上昇及び下降させる。

なお,振動数の変化速度,往復回数などは,

b)

d)

と同じとする。

表 JA.4

共振試験条件(代用の場合)

種類

振動数範囲

 

Hz

振動の大きさ

複振幅

mm

参考

最大加速度複振幅

m/s

2

1 種

1∼30 0.25

8.8

2 種 0.5

18

3 種

3∼40 0.6

37

4 種

5∼50 1.0

98

5 種

7∼60 1.4

200

6 種 10∼70 2.5

480

注記  最大加速度複振幅は,最大振動数及び複振幅に対応する値で,参考として

示す。

JA.6.3  振動機能試験 

振動機能試験は,共振試験の場合と同じ方法で,

表 JA.3

又は

表 JA.4

によって振動数を連続的に,上昇

及び下降させて行う。

JA.6.4  振動耐久試験 

振動耐久試験の種類は,各種類について共振がない場合及びある場合に分けられる。振動耐久試験は,

通常,

B

種によることとし,試験時間,振動試験機の能力などの条件によっては,

A

種又は

C

種によって

もよい。各種類の振動耐久試験は,次による。

a)

  共振がない場合

  共振がない場合の試験条件は,

表 JA.5

による。

表 JA.5

振動耐久試験条件(共振がない場合)

種類

振動

 
 

Hz

A 種

B 種

C 種

複振幅

 
 

mm

参考

試験時間

min

複振幅

 
 

mm

参考

試験時間

h

複振幅

 
 

mm

参考

試験時間

h

加速度 
複振幅

m/s

2

前後

左右

上下

加速度
複振幅

m/s

2

前後

左右

上下

加速度 
複振幅

m/s

2

前後

左右

上下

1 種 10  2.5

9.8 12

12

24

1.75

6.9

2

2

4

1.25

4.9 20

20

40

2 種 5.0

20

3.5

14

2.5

9.8

3 種 20  2.5

39

1.8

28

1.2

19

4 種 30  2.8

99

2.0

71

1.4

49

5 種

40 3.1 190

2.3 145

1.6 100

6 種

50 5.1 490

3.5 340

2.5 250

b)

  共振がある場合

1)

  共振振動数が一つある場合

表 JA.3

に示す複振幅又は共振振動数で加速度複振幅に対応する複振

幅を

2a mm

とするとき,各種類は,

表 JA.6

によって試験を行う。ただし,共振振動数で加速度複

振幅に対応する複振幅は,式

(JA.1)

によって求める。

なお,この場合,更に

表 JA.5

に規定する複振幅によって,

表 JA.7

に規定する試験時間で,引き


35

E 4031

:2013

続いて試験を行う。

表 JA.6

振動耐久試験条件(共振状態の場合)

振動数

A 種

B 種

C 種

複振幅

mm

試験時間

min

複振幅

mm

試験時間

h

複振幅

mm

試験時間

h

前後

左右

上下

前後

左右

上下

前後

左右

上下

共振振動数

4a 3 6

2.8a 0.5 1

2a 5

10

表 JA.7

振動耐久試験時間(共振状態でない場合)

種類

A 種の試験時間

min

B 種の試験時間

h

C 種の試験時間

h

前後

左右

上下

前後

左右

上下

前後

左右

上下

1 種∼6 種 9 18 1.5 3 15 30

2)

  共振振動数が二つ以上ある場合

  厳しい方の共振振動数で,

b)

1)

の規定に準じて試験を行う。

JA.6.5  最終測定 

振動耐久試験の完了後,供試品に対して目視検査及び性能試験を実施する。性能試験の仕様は,許容値

幅も含めて,製造業者が指定する。

JA.7  合否判定基準 

全ての試験が完了し,供試品が次の事項を満足すれば,試験に合格したものとする。

a)

  JA.6.5

による性能は,規定の限界内にある。

b)

視認できる変形がなく,機械的健全性が変化していない。

なお,

機械的健全性の内容については,試験開始前に受渡当事者間で協定しておくことが望ましい。

JA.8  試験記録 

試験記録は,次の事項を記録する。

a)

用品の名称,形式番号及び供試品の製造番号

b)

試験の種類,試験の方式,及び試験の区分又は記号

c)

試験の日時,場所及び気象の状況

d)

試験方法及びその結果

e)

試験機の名称及び性能

f)

その他,必要がある事項

JA.9  供試品の処理 

試験目的及び合否判定基準を満足した供試品は,受渡当事者間で協定した基準によって再整備の上,実

運用に供してもよい。

トレーサビリティの目的から,この規格によって試験を行った全ての供試品を,製造業者の責任におい

て明確に識別できるようにしなければならない。


36

E 4031

:2013

附属書 JB

(規定)

前後衝撃を想定した衝撃試験方法

JB.1  概要 

この附属書は,鉄道車両の車体,台車のばね上部分などに取り付ける用品に対する,主として連結器を

介して入力される前後方向の衝撃を想定した試験方法について規定する。用品は,車体,台車などの部材

に直接又は緩衝材若しくは緩衝器を介して取り付けるものである。ただし,例えば,車両用機関の附属品

のように,車両の部材に一次的に取り付けたものに,更に二次的に取り付けるものがある場合,二次的に

取り付けるものに対しては,この附属書を適用しない。

規格本体の

表 3

では,衝撃試験の加振方向は前後・上下・左右としているが,この附属書では前後方向

だけとしており,また,試験で与える衝撃の大きさ及び作用時間も異なる。これらの差異は,両者で想定

する衝撃が異なることに起因する。すなわち,本体の衝撃試験方法は,走行時のレール継目などによる衝

撃を想定し,

車体取付けのほか輪軸及び台車に取り付ける用品も対象としているのに対し,

この附属書は,

編成列車の発車時・ブレーキ時の前後衝撃,機関車,貨車及び客車の一般連結時,特に突放連結時に発生

する前後衝撃などの連結器を介した前後衝撃を想定した試験条件とし,車体取付用品だけを対象とした。

この附属書に基づく衝撃試験では,用品単独で試験ができない場合又は質量が

100 kg

以上の供試品の場

合には,それを構成している各部分組立品について,衝撃試験を行ってもよい。

JB.2  用語及び定義 

この附属書で用いる主な用語及び定義は,次による。

JB.2.1

衝撃試験

規定の衝撃を与えて,用品の構造及び機能への影響を調べる試験。

JB.2.2

衝撃の大きさ

供試品に与える最大加速度(

m/s

2

JB.2.3

作用時間

公称衝撃パルスの継続時間。

JB.3  衝撃試験の区分及び記号 

衝撃試験の種類及び記号は,車種別並びに

表 JB.2

に規定する供試品に与える衝撃の大きさ及び繰返し回

数によって分類し,

表 JB.1

による。


37

E 4031

:2013

表 JB.1

衝撃試験の種類及び記号

種類

記号

適用用品

a)

1 種

A 種 1A

旅客車及び機関車に取り付ける用品に適用する。

B 種 1B 
C 種 1C

2 種

A 種 2A

貨車に取り付ける用品に適用する。

B 種 2B 
C 種 2C

a)

  旅客車及び機関車と貨車との差は,連結装置の緩衝器の緩衝能力による。

JB.4  試験の手順 
JB.4.1  
供試品の取付け 

供試品は,使用時に近い取付方法及び取付姿勢で,衝撃試験機に取り付けるのがよい。

JB.4.2  供試品の作動 

特に指定がない場合,無作動状態で衝撃試験を行う。ただし,試験開始前及び試験終了後について,供

試品の作動状態を比較する。

JB.4.3  衝撃の与え方 

用品の取付姿勢に対する前後方向について衝撃を与える。ただし,指定によって他の方向を追加するこ

とができる。

JB.5  衝撃試験機 

衝撃試験に用いる衝撃試験機は,次の条件による。

a)

衝撃の大きさは,

表 JB.2

に規定する。実測値の許容差は,規定値の±

20 %

の精度とする。

b)

衝撃波形は,正弦半波とする。

JB.6  試験方法 

衝撃試験は,

表 JB.2

による。ただし,衝撃試験は

A

種によることとし,試験機の能力などの条件によ

っては,

B

種又は

C

種によってもよい。全ての衝撃試験の作用時間は

50 ms

とする。

表 JB.2

衝撃試験条件

種類

A 種

B 種

C 種

衝撃の大きさ

m/s

2

繰返し回数

衝撃の大きさ

m/s

2

繰返し回数

衝撃の大きさ

m/s

2

繰返し回数

1 種

29 4 20 40 9.8

4

000

2 種 88

59

29

JB.7  最終測定 

衝撃試験の完了後,供試品に対して目視検査及び性能試験を実施する。性能試験の仕様は,許容値幅も

含めて,製造業者が指定する。

JB.8  合否判定基準 

全ての試験が完了し,供試品が次の事項を満足すれば,試験に合格したものとする。


38

E 4031

:2013

a)

  JB.7

による性能は,規定の限界内にある。

b)

視認できる変形がなく,機械的健全性が変化していない。

なお,

機械的健全性の内容については,試験開始前に受渡当事者間で協定しておくことが望ましい。

JB.9  試験記録 

試験記録には,次の事項を記録する。

a)

用品の名称,形式番号及び供試品の製造番号

b)

試験の種類,試験の方式,及び試験の区分又は記号

c)

試験の日時,場所及び気象の状況

d)

試験方法及びその結果

e)

試験機の名称及び性能

f)

その他,必要のある事項

JB.10 供試品の処理 

試験目的及び合否判定基準を満足した供試品は,受渡当事者間で協定した基準によって再整備の上,実

運用に供してもよい。

トレーサビリティの目的から,この規格によって試験を行った全ての供試品を,製造業者の責任におい

て明確に識別できるようにしなければならない。


39

E 4031

:2013

附属書 JC

(参考)

ランダム振動試験データから設計条件を推定するための指針

JC.1  概要 

設計段階では,振動試験中又はその後に続く通常の使用中に,用品が故障しないような対策を講じてい

ることを確認する必要がある。

この附属書では,設計計算用の振動振幅を求める計算式を示す。その後に実際の計算例を示し,最後に

設計計算用の振動振幅を求める計算式の導出過程を示す。この附属書に示す近似式は,

1

自由度系(以下,

SDOF

系という。

)を用いて導き出したものである。したがって,設計上の機械的堅ろう(牢)性の評価を

左右する

SDOF

系の振動モードを選択するのは,設計技術者の責任である。

この附属書では,ランダム振動下の用品の応答を過小評価することを防ぐことを目的として,ランダム

振動による

SDOF

系の疲労損傷過程は,マイナー則に従うと仮定している。さらに,外力の加速度スペク

トル密度をホワイトノイズにて近似している。これらの仮定及び近似は,

図 A.2

に示す疲労強度曲線及び

6.4.1

に規定する加速度スペクトル密度を前提とした場合よりも,用品にとって厳しい条件となり安全側の

評価を行うことになる。

この附属書に記載する計算手順は参考であり,契約要求事項と解釈すべきではない。

機械的強度の評価には,ある程度の技術的判断が常に必要であり,受渡当事者は,このことを十分承知

しておくことが望ましい。ただし,この附属書は,特定の契約上又は環境上の要求を満足するために,設

計段階で別の検討を行うことを排除するものではない。

JC.2  目的 

機械的強度計算を行うときに,走行中に用品が受ける可能性のある振動の程度に関する情報は,必須で

ある。この指針は,そのような情報がない場合に,この規格に従って設計用の振動データを求める代替法

を示すものである。設計技術者は,これによって疲労による損傷を評価するのに用いる応力,力又は加速

度の応答を計算できる。しかしながら,特定の設計方法を扱うことは,この規格の適用範囲外である。

この附属書では,衝撃に関する計算は行わないが,設計技術者がこの規格の衝撃加振条件を考慮するこ

とを推奨する。

JC.3  用語及び定義 

この附属書で用いる主な用語及び定義は,次による。

JC.3.1

波高率

crest factor

時間領域における振動ピーク値の実効値(

rms

値)に対する比。

JC.3.2

疲労損傷過程

fatigue damage process

固定点に作用する振動力によって,用品の内部に累積的な損傷が発生する過程。

JC.3.3

強度設計

magnitude design


40

E 4031

:2013

用品が許容できる振動応答の最大値を考慮する設計。例えば,これを超えると損傷又は誤動作となる可

能性がある。

JC.3.4

衝撃設計

shock design

用品が許容できる衝撃応答の最大値を考慮する設計。例えば,これを超えると損傷又は誤動作となる可

能性がある。

JC.3.5

自由度系

SDOF 

single degree of freedom system

それぞれ

1

個の質量,ばね及び減衰器からなり,二次微分方程式で表現できる系。

JC.4  記号 

この附属書で用いる記号及び意味は,次による。

A

s

:設計モデルの共振点におけるランダム加振と同じ応答実効値が得られる定常正弦波の加振振幅

m/s

2

A

t

:設計モデルの共振点で

ASD

s

にて加振した場合の用品の応答振幅実効値(

m/s

2

A

d

:設計モデルの共振点における疲労損傷計算に用いる定常正弦波の加振振幅(

m/s

2

A

r

:設計モデルの共振点で

A

d

にて加振した場合の用品の応答振幅実効値(

m/s

2

ASD

s

図 2

図 5

で選択した振動機能試験の加振加速度スペクトル密度[

(m/s

2

)

2

/Hz

f

SDOF

系と仮定した用品の共振振動数(

Hz

ν

:ピーク/

rms

SDOF

系の応答値

Q

1/(2ζ)

=共振の増幅度

ζ

:減衰比

S

r

(ω)

:外力に対する

SDOF

系の定常応答の加速度スペクトル密度

S

α

(ω)

:外力の加速度スペクトル密度

H(ω)

:伝達関数

ω

:角振動数

σ

d

2

:変位応答の

2

乗平均値

JC.5  仮定 

この附属書の計算式は,次の仮定から成り立っている。

a)

各共振振動数で

SDOF

系とみなせる用品を,その共振振動数で,式

(JC.1)

に示す疲労損傷計算に用い

る定常正弦波の加振振幅

A

d

m/s

2

)で加振すれば,設計上のランダム加振レベル

ASD

s

(m/s

2

)

2

/Hz

]に

相当する疲労損傷過程と同じ効果が得られる。

b)

用品の動特性は,線形である。

c)

用品を取り付ける構造物の質量に対する用品の質量の比は小さいので,動的相互作用は無視できる。

d)

用品の主要共振振動数は,一つ以上存在する。

e)

疲労損傷過程は,マイナー則に従う。

f)

  1

サイクルの疲労損傷の増加は,

SDOF

系の応答振幅の

4

乗(

m

4

)に比例する。

g)

疲労損傷に対する波高率の影響は無視する。

h)

 SDOF

系のランダム振動の応答ピークは,レーリー分布と仮定する。


41

E 4031

:2013

JC.6  設計手順 
JC.6.1  
一般 

設計段階で疲労を計算する方法は,幾つかある。ここでは,この規格で規定する振動機能試験の

ASD

s

から計算した振動振幅を,設計技術者が定義する動的モデルに適用する方法を推奨するが,設計の過程に

おいて,動的モデルに代えて静的モデルによる近似計算を実施することを排除するものではない。この

ASD

s

は,

附属書 A

に示す走行データから得たものである。

この規格で規定する振動耐久試験の

ASD

値及び用品の応答の波高率を考慮して強度設計をすることも

推奨する。

JIS C 60068-2-27

:2011

附属書 B

に示す衝撃応答スペクトル及びこの規格から選択した衝撃入力データ

を考慮して,衝撃設計をすることも推奨する。

JC.6.2  設計条件 

機械的強度を評価する場合に,設計技術者は試験条件及び使用条件の両方を考慮することが望ましい。

この指針では,使用条件に対する強度を評価できる加振条件を示す。これは,この規格で定める振動耐久

試験に対する強度を評価できる加振条件ではないが,試験条件を満足する目安となる。

疲労損傷過程は,この規格で選択した振動機能試験の

ASD

s

から計算した加振条件から得られ,これは疲

労損傷の判断基準に対して評価するとよい。

JC.7  この規格から設計上の正弦波加振を求める近似計算法 
JC.7.1  
一般 

JC.5

で記載した仮定条件を考慮し,正弦波加振振幅概算値を設計上でランダム加振の代わりに使用して

もよい。

JC.7.2  正弦波加振を用いた疲労計算 

m/s

2

で表す疲労損傷過程の正弦波加振振幅の概算値

A

d

は,次の式

(JC.1)

で得られる。

( )

Q

ASD

f

A

/

2

/

π

7

.

1

s

d

×

×

×

=

  (JC.1)

注記

この式の導出は

JC.9

に示してある。

JC.8  例題 
JC.8.1  
正弦波加振条件の例題 

ある部品が車両の床下に取り付けられた機器箱内に取り付けられている。その機器自体は車体の主構造

体に直接,取り付けられ,この規格に規定する振動環境にさらされている。実走行状態での振動による損

傷過程に対応する設計上の上下方向の正弦波加振加速度振幅を求めよ。

JC.8.2  正弦波加振条件の回答 

図 3

の区分

1

等級

B

車体取付用品(上下)のランダム試験の振動データを選択し,

ASD

s

0.030 1

とする

(機能試験)

。また,そのほかの代入データを,次のように仮定する。

Q

10

f

20 Hz

(JC.1)

に代入し,疲労損傷計算用の設計上の正弦波加振振幅

A

d

を,計算する。

( )

2

d

m/s

52

.

0

10

/

1

030

.

0

20

2

/

π

7

.

1

=

×

×

×

=

A

A

d

Q

を乗じて,疲労損傷計算に用いる用品の応答振幅

A

r

を得る。

2

r

m/s

2

.

5

10

52

.

0

=

×

=

A


42

E 4031

:2013

A

r

に基づいて計算される応力振幅が材料の疲労限以下であることは,この規格の振動試験を満足する目

安となる。

JC.9  設計用の加振条件を求める近似式の導出 

近似式は,

JC.7

に示す。

ランダム外力に対する

1

自由度系の定常応答の加速度スペクトル密度

S

r

(ω)

は,伝達関数の絶対値の

2

とランダム外力の加速度スペクトル密度との積として表され,外力の加速度スペクトル密度を

S

α

(ω)

,伝達

関数を

H(ω)

,角振動数を

ω

とすると一般式は,次の式

(JC.2)

で表される。

)

(

)

(

)

(

α

2

r

ω

S

ω

H

ω

S

=

  (JC.2)

ここで,

H(ω)

の絶対値の

2

乗は共振の角振動数を

ω

0

として,次の式

(JC.3)

にて与えられる。

(

)

2

2

0

2

2

2

2

0

2

4

1

)

(

ω

ω

ς

ω

ω

ω

H

+

=

  (JC.3)

この規格で想定している外力をホワイトノイズと近似し,

S

α

(ω)

S

0

とおくと,式

(JC.2)

及び式

(JC.3)

から,

(

)

2

2

0

2

2

2

2

0

0

r

4

)

(

ω

ω

ς

ω

ω

S

ω

S

+

=

  (JC.4)

変位応答の

2

乗平均値

σ

d

2

は,加速度スペクトル密度の積分として与えられ,式

(JC.4)

から留数積分を用

いて,次の式

(JC.5)

のとおり求められる。

(

)

3

0

0

2

2

0

2

2

2

2

0

0

r

2

d

4

4

π

2

1

)

(

π

2

1

ςω

S

d

ω

ω

ς

ω

ω

S

ω

S

=

+

=

=

ω

σ

  (JC.5)

上式は積分範囲が−∞∼+∞であるが,この規格で想定している外力の振動数は正の範囲であるので,

S

0

ASD

s

/2 とおいて

3

0

s

2

d

8ςω

ASD

=

σ

  (JC.6)

(JC.6)

において変位

d

を加速度

a

0

2

で換算し,

ω

0

f

ζ

1/(2Q)

とすると,応答振幅実効値

A

t

(

)

( )

Q

ASD

f

Q

ASD

f

f

ASD

ASD

A

×

×

×

=

×

×

×

=

×

=

×

=

×

=

=

s

s

s

4

0

3

0

s

2

2

0

d

2

a

2

t

2

/

π

2

π

π

2

8

8

ς

ω

ςω

ω

σ

σ

 ··· (JC.7)

したがって,

( )

Q

ASD

f

A

×

×

×

=

s

t

2

/

π

  (JC.8)

加振振幅

A

s

は右辺を

Q

で除して,次の式

(JC.9)

を得る。

( )

Q

ASD

f

A

/

2

/

π

s

s

×

×

=

   (JC.9)

ランダム振動下では波高率

C

f

の範囲で加振振幅が変動し,疲労損傷は応答ピークの分布に依存したもの

となる。したがって,正弦波での疲労損傷過程に置き換えた場合に,疲労損傷計算に用いる定常正弦波の

加振振幅

A

d

は,等価波高率

C

fe

を用いて次の式

(JC.10)

で表される。


43

E 4031

:2013

s

fe

d

A

C

A

×

=

  (JC.10)

C

fe

は,次のとおり導出される。

ランダム振動下での応力振幅の応答ピーク値(瞬時の応力範囲)

s

の確率密度

P(s)

は,レーリー分布を

仮定した場合に振幅の標準偏差を

σ

として次の式

(JC.11)

で表される。





 −

=

2

2

2

2

exp

)

(

σ

σ

s

s

s

P

  (JC.11)

各ピーク値

s

に対応する損傷度

D(s)

は,ピーク値

s

に対応する繰返し寿命

N(s)

を用いて,マイナー則か

ら次の式

(JC.12)

で表される。

)

(

1

)

(

s

N

s

D

=

  (JC.12)

一方,材料の疲労強度曲線(

Δσ

N

曲線又は

S

N

曲線,ただし,

Δσ

は応力範囲を表す。

)は,次の式

(JC.13)

となる。

( )

m

s

N

s

N

×

=

σ

σ

)

(

  (JC.13)

ただし,

m

は傾斜を表す指数であり,この附属書では

4

を用いる。

(JC.12)

と式

(JC.13)

とから,

D(s)

に関して次の式

(JC.14)

を得る。

( )

m

s

N

s

D

×

=

σ

σ

1

)

(

  (JC.14)

様々なピーク値から受ける損傷を総合した総損傷度

S

は,個々の損傷度

D(s)

と確率密度

P(s)

との積をピ

ーク値

s

に関して積分したものとして得られ,次の式

(JC.15)

で表される。

( )

( )

ds

s

s

N

ds

s

s

s

N

ds

s

P

s

D

S

m

m





 −

×

×

=





 −

×

×

=

=

+

2

2

1

2

2

2

2

exp

1

1

2

exp

1

)

(

)

(

σ

σ

σ

σ

σ

σ

σ

σ

  (JC.15)

総損傷度 と等価な損傷を与える応力範囲を s

fe

とすると,式(JC.13)及び式(JC.15)から

( )

( )

m

m

m

m

ds

s

s

S

N

s

N

N

s

1

2

2

1

1

1

fe

fe

2

exp

1

/

1

)

(







 −

×

×

×

=

×

=





×

=

+

σ

σ

σ

σ

σ

σ

σ

σ

  (JC.16)

s/σ を ν に置き換え,ds/σdν として次の式(JC.17)を得る。

m

m

d

e

s

C

1

2

1

fe

fe

2



×

=

=

+

ν

ν

σ

ν

  (JC.17)

この附属書では

m

=4 を用いるので,

C

fe

=1.7 となる。

図 A.2

に示す疲労強度曲線を用いて等価な損傷を与える応力範囲

s

fe

(以下,

s

fe

'

と表記する。

)を算出す


44

E 4031

:2013

る場合には,傾き

m

の値ごとに場合分けして総損傷度を計算する。次にその手順を示す。

図 JC.1

疲労強度曲線

図 JC.1

図 A.2

の疲労強度曲線を再掲し,図中に

s

N

(

s

)との関係を示す。

s

が同図に示す Δ

σ

L

以下の

場合,Δ

σ

L

以上 Δ

σ

D

以下の場合,及び Δ

σ

D

以上の場合について,材料の疲労強度曲線は次の式(JC.18)のと

おり表される。

=

Δ

)

(

,

L

s

N

s

σ

2

D

D

D

L

)

(

)

(

,

m

s

N

s

N

s





Δ

×

Δ

=

Δ

Δ

σ

σ

σ

σ

1

D

D

f

D

)

(

)

(

,

m

s

N

s

N

C

s

Δ

×

Δ

=

Δ

σ

σ

σ

σ

  (JC.18)

(JC.12)

と式

(JC.18)

とから損傷度 D

(

s

)

は,次の式

(JC.19)

のとおりとなる。

0

1

)

(

,

L

=

=

Δ

s

D

s

σ

2

D

D

D

L

)

(

1

)

(

,

m

s

N

s

D

s

Δ

×

Δ

=

Δ

Δ

σ

σ

σ

σ

1

D

D

f

D

)

(

1

)

(

,

m

s

N

s

D

C

s





Δ

×

Δ

=

Δ

σ

σ

σ

σ

  (JC.19)

一方,総損傷度 は,損傷度 D(s)と確率密度 P(s)との積として次の式(JC.20)のとおり求められる。

Δ

Δ

Δ

Δ

+

+

=

=

σ

σ

σ

σ

σ

f

D

D

L

L

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

0

C

ds

s

P

s

D

ds

s

P

s

D

ds

s

P

s

D

ds

s

P

s

D

S

  (JC.20)

(JC.20)

の右辺第一項はゼロであるから,第二項及び第三項に式

(JC.11)

及び式

(JC.19)

を代入して次の式

(JC.21)

を得る。

Δ

Δ

Δ





 −





Δ

×

Δ

+





 −

Δ

Δ

=

σ

σ

σ

σ

σ

σ

σ

σ

σ

σ

σ

σ

f

D

1

D

L

2

2

2

2

D

D

2

2

2

D

D

2

exp

)

(

1

2

exp

)

(

1

C

m

m

ds

s

s

s

N

ds

s

s

s

N

S

                                                              (JC.21)


45

E 4031

:2013

総損傷度 の逆数 1/がその損傷度に対応する繰返し数であるから,材料の疲労強度曲線上で 1/に対

応する応力範囲 Δσ を読み取れば,その値が等価な損傷を与える応力範囲 s

fe

'となる。

図 JC.2

に 1/と s

fe

'

との関係を示す。

s

fe

'に対応する等価波高率を C

fe

'とすると,次の式(JC.22)で算出される。

σ

'

s

'

C

fe

fe

=

  (JC.22)

繰返し数 N(=1/S)が 10

8

以上では,

図 JC.2

に示すとおり s

fe

'は一定値の Δσ

L

となる。この領域では σ

が小さいほど C

fe

'の値は見掛け上増大し,工学的な意味を失う。以上のことから,

図 JC.2

に示す疲労強度

曲線に基づいて疲労損傷を評価する場合には,等価波高率 C

fe

'ではなく,等価な損傷を与える応力範囲 s

fe

'

を用いることを推奨する。

図 JC.2

1/と s

fe

'

との関係


46

E 4031

:2013

附属書 JD

(参考)

ランダム振動試験の理解及び試験機選択のための参考情報

JD.1  一般 

この附属書では,ランダム振動が現れる環境,ランダム振動試験の普及の経緯,ランダム振動の特性表

現及び規格本体に規定する試験条件から振動試験機を選択するための参考情報を記載する。

JD.2  ランダム振動が現れる環境 

走行中の鉄道車両の車輪には,レール面のゆがみ又は凹凸が振動として伝わり,その振動が輪軸,一次

ばね,台車枠,二次ばねを経由して車体に伝わる。レール面のゆがみ又は凹凸は不規則(ランダム)であ

るから,輪軸,台車枠及び車体の振動は,典型的なランダム振動である。

なお,レール面のゆがみ又は凹凸には,車両通過時のレールのたわみも含まれる。レールのたわみは,

まくらぎの間隔及び基礎の動剛性にも影響される。

走行中の自動車の車体振動も,道路表面の不規則な凹凸によるランダム振動である。飛行中の航空機の

機体振動は,

ジェットエンジンから排出するガス流及び機体周囲の気流の乱れによるランダム振動である。

このように,鉄道,自動車,航空機などに取り付ける用品又はそれらで輸送される貨物がランダム振動を

受けていることは,それらの移動手段が開発され,その振動を測定したときから分かっていたであろう。

しかし,

ランダム振動を振動試験機上で制御することが技術的及び/又は経済的に困難であった 1970 年代

までは,ランダム振動試験は,特別な場合を除けば,航空宇宙の分野に限って実施されていた。1980 年代

後半から 1990 年代後半にかけて,ランダム振動制御器は,コンピュータの性能向上及び低価格化の恩恵を

受けて,使いやすく安価なものとなり,ランダム振動試験は広く普及した。

JD.3  我が国におけるランダム振動試験の普及 
JD.3.1  
概要 

我が国では,1980 年代後半に電気製品を製造する幾つかの企業で,トラックの荷台の振動測定結果から

包装貨物のランダム振動試験条件が社内規格として作成された。自動車産業では,1970 年代に実働波形の

再現の試みなどが行われていた。乗り心地及び足回り部品の耐久性の評価には,現在でも実働波形の再現

試験が行われている。自動車車体に取り付ける部品では,1989 年の“ランダム振動による耐振性評価の試

み”の発表を契機に,各社で社内規格としてランダム振動試験条件が開発された。1990 年代後半から,包

装貨物及び自動車車体に取り付ける部品の振動試験は,大半がランダム振動になった。

JD.3.2  ランダム振動試験条件開発事例 

ここでは,

“ランダム振動による耐振性評価の試み”

(参考文献[2]参照)の概要を示す。

JIS D 1601

(参考文献の[3]参照)をベースとした評価を行ってきたが,

“振動試験で不合格になった部品

が悪路走行試験に耐えることもある”

“振動試験で合格とした部品が実使用中に破損することもある”な

どの問題点を解消できなかった。

そこで,実際の走行と正弦波掃引試験との違いを調べることにした。共振モデルを作成し,これを乗用

車の車体に取り付け,悪路を走行したときの共振モデルのばねに相当する箇所の応力波形を記録した。次

に同じモデルを振動台に取り付け,従来から実施していた正弦波掃引試験を行い,同じ箇所の応力波形を


47

E 4031

:2013

記録した。二つの応力波形は,全く違ったものであった。すなわち,悪路走行では常に共振モデルの共振

振動数成分が現れ,その振幅がランダムに変動していた。正弦波掃引試験では,加振振動数が共振モデル

の共振振動数に一致したときに,応力の振幅は極端に大きくなるが,それ以外の振動数では,極めて低い

振幅であった。この二つの応力波形から疲労損傷度を計算したところ,正弦波振動試験の疲労損傷度は,

悪路走行の 806 倍にもなっていることが分かった。すなわち,正弦波振動試験は疲労損傷の点では,極端

な過剰試験となっていたことが明らかになった。

次に,悪路走行時モデルの取付点の加速度波形から加速度スペクトル密度を求め,これを基に,加速度

比算出のために用いる振動耐久曲線(疲労強度曲線に対応)の傾きを表す指数 m

A.5

参照)を 4 として,

ランダム振動試験条件を開発した。この試験条件で前記の共振モデルを加振し,応力波形から疲労損傷度

を求めたところ,悪路走行の 1.3 倍になっていることを確認した。その後,この試験法の普及を図った結

果,各部署から,製品を取り付ける車種,取付部位ごとのランダム振動試験条件の開発事例,再現試験に

成功し故障原因を究明した事例,電子制御ユニット内の断線を試作品で発見した事例など,ランダム振動

試験を活用した事例が報告されるようになった。

JD.3.3 JIS におけるランダム振動試験の普及 

ランダム振動試験を取り入れた主な

JIS

を,年代順に記載する。

1994 年,

JIS Z 0200

(包装貨物−評価試験方法通則)に 1980 年代後半の電気製品製造業で作成された社

内規格を参考にしたランダム振動試験条件が,

附属書 3

(参考)の

表 1

に記載された。

1997 年,

JIS C 60068-2-64

(環境試験方法−電気・電子−広帯域ランダム振動試験方法及び指針)

(旧番

JIS C 0036

)が

IEC 60068-2-64

[Environmental testing−Part 2: Test methods−Test Fh: Vibration, broad-band

random (digital control) and guidance]に一致する

JIS

として発行された。

2004 年,

JIS Z 0232

(包装貨物−振動試験方法)にランダム振動を規定した

ISO 13355

(Packaging−

Complete, filled transport packages and unit loads−Vertical random vibration test)が本体に取り込まれた。

JD.3.4  正弦波振動試験の利用 

JD.2

のとおり,輪軸,台車枠及び車体の振動は,典型的なランダム振動であり,ランダム振動試験の有

効性は前述のとおりである。しかし,輪軸,機関の回転などに起因する周期的な正弦波状の振動が問題と

なることがあり,それらを想定した振動試験は正弦波によって行う必要がある。

また,正弦波振動試験は決定論的であり比較的簡単に実施できること,長年実施されているために基礎

データが多く存在すること,診断及び使用寿命試験に直ちに適用できること,などの利点があり現在も正

弦波試験は実施されている。

JD.4  ランダム振動の特性表現 
JD.4.1  
概要 

ランダム振動の特性を表現する場合に使われる,

加速度スペクトル密度及び確率密度について説明する。

ランダム波は一見でたらめな波形で,正弦波のように同じ波形が繰り返されることはない。ランダム振

動は,確率的性質をもっているので,統計的平均に基づいて表現する必要がある。ランダム振動試験では,

振動数に関する側面を加速度スペクトル密度で表現し,振幅に関する側面は確率密度で表現する。

JD.4.2  加速度スペクトル密度 

JIS C 60068-2-64

:2011 によれば,加速度スペクトル密度は,

“ある中心振動数の狭帯域フィルタを通過し

た加速度信号のその部分の 2 乗平均値で,単位帯域幅当たりで表し,帯域幅をゼロに近付け,かつ,平均

化時間を無限大に近付けたときの極限値。

”と定義されている。


48

E 4031

:2013

次に,

表 1

に規定する

区分 等級 A

の車体に取り付ける用品の振動耐久試験を例に,

図 JD.1

を用いて

加速度スペクトル密度を説明する。

a) 

は,この試験を実施したときの加速度時刻歴信号である。この加速

度信号を中心振動数 10 Hz の狭帯域フィルタを通過させると,その信号は,

b) 

のように元の信号の 10 Hz

付近の信号が抽出される。この信号は,一見 10 Hz の正弦波のように見えるが,10 Hz だけが存在してい

るのではなく,抽出される振動数幅は狭帯域フィルタの帯域幅(以下,振動数分解能という。

)に依存し,

振動数分解能が広ければ抽出される信号の振幅は大きくなり,狭ければ小さくなる。この

b) 

の信号の振

幅は正弦波のように一定ではなく,不規則に変動している。

d) 

は,

b) 

の信号を 2 乗したものであり,全

ての値がプラスになっている。この振幅も不規則に変動している。

c) 

は,同様に中心振動数 20 Hz の狭帯

域フィルタを通過した信号であり,

e) 

c) 

を 2 乗したものである。この規格で用いている用語の“加速

度スペクトル密度”を,

“加速度パワースペクトル密度”ということもある。この用語の“パワー”は,こ

の 2 乗処理を意味している。

加速度スペクトル密度を求めるためには,振動数分解能によって抽出される信号の振幅が,影響される

ので,分解能 1 Hz 当たりに換算する。加速度スペクトル密度の“密度”は,この処理を意味している。次

に 2 乗した信号も振幅が変動しているから,推定の確度を上げるために時間に関して平均化処理をして,

加速度スペクトル密度を得る。

a)  加速度信号(広帯域ランダム) 

b)  中心振動数 10 Hz の狭帯域フィルタを通過

した加速度信号 

c)  中心振動数 20 Hz の狭帯域フィルタを通過

した加速度信号 

d)  b)を 乗した信号 e)  c)を 乗した信号 

図 JD.1

加速度スペクトル密度の推定 1

これらの処理を,

測定振動数全域にわたって実施して,

加速度スペクトル密度曲線を得ることができる。

その例を,

図 JD.2

に示す。

a) 

は,振動数分解能 0.5 Hz,リニア平均に換算した平均化時間 10 s の場合の

例で,

b) 

は,同じ振動数分解能で,同じく平均化時間 60 s の場合の例である。

a) 

の統計的自由度は 20 で,

b) 

の統計的自由度は 120 である。ランダム振動試験では,一般に指数平均及びリニア平均を組み合わせて

用いている。リニア平均,指数平均及び統計的自由度の関係,並びに統計的自由度及び加速度スペクトル

密度推定確度の関係は

JIS C 60068-2-64

:2011 の

附属書 B

に記載されている。

ランダム振動試験では,

通常,

統計的自由度 120 以上で試験の制御を行う。


49

E 4031

:2013

a)  統計的自由度 20 b)  統計的自由度 120 

図 JD.2

加速度スペクトル密度の推定 2

JD.4.3  確率密度 

ランダム振動試験で用いる信号の瞬時値の分布は,ガウス分布(正規分布ともいう。

)に従うものを用い

るが,通常は rms 値の 3 倍,すなわち,3σ を超える信号が出ないように制限して試験を実施する。ここで

は標準偏差を σ で表す。振動では,σ は rms 値に等しい。

図 JD.3

は,

図 2

に規定する

区分 等級 A

の ASD

をもつランダム波の確率密度を,約 10 分間の平均化処理をして測定した例である。若干の統計的変動(細

かいぎざぎざ)を除けば,ガウス分布に一致している。

図 JD.3

確率密度

ガウス分布

図 JD.4

振幅確率密度−3σ クリップ

図 JD.4

は,3σ 以上を制限したときの振動制御器の出力信号の瞬時値の確率密度を平均化時間約 10 分間

で測定した例である。特に 3σ 付近を拡大した

図 JD.3

の右の図と

図 JD.4

の右の図とを比較すれば,3σ を

超える信号がクリップされている様子が分かる。このクリップした信号で駆動される振動発生機の振動台

での加速度波形の瞬時値の確率密度は,振動発生機のフィルタ効果によって,3σ 付近のとが(尖)りが鈍

り,

図 JD.3

に示すガウス分布に近い形になることが知られている

JIS C 60068-2-64

:2011 の

B.2.2.1

参照)


50

E 4031

:2013

JD.5  振動試験機選択のための参考情報 
JD.5.1  
概要 

振動試験機の主な性能は,加振力,速度及び変位で表されるので,試験条件からこれらを求めれば,使

用する試験機を選択することができる。ランダム振動試験では,試験条件は,加速度スペクトル密度(ASD)

で与えられる。次に,ASD から加速度,速度及び変位を求める方法,並びに加速度及び質量から加振力を

求める方法を説明する。求めた加振力,速度及び変位は,同時に振動試験機のそれぞれの定格値以下でな

ければならない。

振動試験機の選択に当たって,供試品の寸法,取付方法(床下,床上など)

,取付具の形状,寸法なども

考慮する必要がある。

JD.5.2  加振力 

必要な公称ランダム加振力 F

r

(N)は,次の式(JD.1)で計算できる。

a

m

c

c

F

2

1

r

1

  (JD.1)

ここに,

m: 振動試験機の可動部,補助振動台,試験取付具及び供試品の

合計質量(kg)

a: 試験加速度(m/s

2

JD.5.3

参照)

c

1

共振による影響係数

c

2

振動数範囲及び ASD 形状による影響係数

まず,c

1

について説明する。共振による影響係数の計算は,複雑なので,ここでは,計算の結果だけを

の示す(詳細は

JD.7

参照)

。次の

a) 

及び

b) 

の条件が成立する場合,c

1

=0.7 が最悪値となる。

a)

  供試品の質量が,試験取付具,補助振動台及び振動発生機可動部の合計質量の 2 倍以下である。

b)

  供試品は,試験振動数範囲で共振することが予測され,その減衰比 ζ は 0.1∼0.01 である。

c)

  試験取付具及び補助振動台は,試験振動数範囲で共振しない。

a) 

及び

b) 

の条件に合わない場合は,

図 JD.10

から c

1

を得ることができる。

次に,c

2

について説明する。振動試験機が発生できるランダム加振力の最大値は,試験振動数範囲及び

ASD の形状によって変化するので,試験機の規格で,公称定格加振力を表示する試験振動数範囲及び ASD

の形状が規定されている。例えば,動電式振動試験装置の規格

JIS B 7758

(参考文献[4]参照)では,ラン

ダム定格加振力は,振動発生機に共振しない負荷を取り付けて,20 Hz∼100 Hz では 20 dB/decade の傾斜,

100 Hz∼2 000 Hz では平たんな ASD で加振したときに製造業者が保証する最大値(ここでは,公称ランダ

ム加振力という。

)と規定されている。通常の動電式振動発生機は,2 000 Hz 付近で可動部の共振の影響下

にあるので,2 000 Hz までの帯域で使う場合は,大きな加振力が得られ,その影響がない振動数帯域で加

振する場合は,可能な加振力は公称ランダム加振力より小さい値となる。可能な加振力は,振動発生機の

駆動コイルのインピーダンス,電力増幅器が出力可能な電圧,電流及びそれらの波高率によっても左右さ

れる。一般に,500 Hz までの帯域で加振する場合,標準的な動電式振動試験機のランダム定格加振力は,

公称ランダム加振力の 0.8∼0.5 倍程度であり,式(JD.1)の c

2

は 0.8∼0.5 となる。

サーボ油圧式振動試験機では,一般に,ランダム定格加振力の 3σ 値は,正弦波定格加振力の片振幅値

に等しく,ランダム定格加振力の rms 値は,正弦波定格加振力の片振幅値の 1/3 となり,式(JD.1)の c

2

1/3 となる。

JD.5.3  加速度 

加速度 rms 値は,加速度の時刻歴から次の式(JD.2)によって計算できる。


51

E 4031

:2013

=

2

1

2

rms

)

(

t

t

dt

t

a

T

a

  (JD.2)

ここに,

a

rms

加速度 rms 値

a(t): 加速度の時刻歴関数

t

1

計算対象データの始点時刻

t

2

計算対象データの終点時刻

T: t

1

t

2

の時間

また,加速度 rms 値は,加速度スペクトル密度からも次の式(JD.3)のように計算できる。

=

2

1

)

(

rms

f

f

df

f

a

φ

  (JD.3)

ここに,

)

f

φ

振動数 の関数としての加速度スペクトル密度

f

1

下限振動数

f

2

上限振動数

ランダム振動試験では加速度スペクトル密度(ASD)が与えられるので,式(JD.3)を用いて試験で必要

な加速度 rms 値を計算して,必要な公称ランダム加振力を求めることができる(

JD.5.1

参照)

。具体的な数

値計算式を,

JD.8

に示す。また,通常のランダム振動制御器では,加速度スペクトル密度を入力すれば自

動的に計算できる。ランダム振動試験では,通常 rms 値の 3 倍までの加速度瞬時値が得られるように,試

験を制御する。

JD.5.4  速度 

振動試験機には,速度の限界もあるので,加速度スペクトル密度から速度 rms 値を計算して,使用する

試験機を選択するための参考にできる。速度 rms 値は,加速度スペクトル密度から速度スペクトル密度を

求め,これを式(JD.3)のφ(f)の箇所に代入して,同様の計算を行って求めることができる。具体的な数値計

算式を,

JD.8

に示す。また,通常のランダム振動制御器では,加速度スペクトル密度を入力すれば自動的

に計算できる。加速度の場合と同様に,試験では速度 rms 値の 3 倍の瞬時値が必要である。

JD.5.5  変位 

振動試験機には,変位の限界もあるので,加速度スペクトル密度から変位 rms 値を計算して,使用する

試験機を選択するための参考にできる。変位 rms 値は,加速度スペクトル密度から変位スペクトル密度を

求め,これを式(JD.3)のφ(f)の箇所に代入して,同様の計算を行って求めることができる。具体的な数値計

算式を,

JD.8

に示す。また,通常のランダム振動制御器では,加速度スペクトル密度を入力すれば,変位

rms 値が自動的に計算できる。加速度,速度と同様に,試験では変位 rms 値の 3 倍の瞬時値が必要である

が,変位の場合は,振動発生機の過変位検知機能が動作すると試験が中断することがあるので,通常は変

位 rms 値の 3.5 倍の瞬時値が得られる試験機を選択するとよい。

JD.5.6  各試験の加速度

速度及び変位 

使用する試験機の選択の参考に供するため,

表 JD.1

に本体に規定する振動耐久試験の加速度,速度及び

変位を波高率 3 とした場合の例を示す。

表 JD.1

には 3 方向のうち,最も試験レベルの高い上下方向だけを

示す。

なお,rms 値を式(D.6)によって算出する場合には,有効数値の取り方によって値が異なる場合がある。

また,試験機に備えられている演算装置を用いて算出する場合には,演算する際の周波数分解能によって

値が異なる場合がある。


52

E 4031

:2013

表 JD.1

上下方向振動耐久試験の加速度

速度及び変位(波高率 の場合)

区分−等級

供試品

質量

a)

kg

加速度

(m/s

2

速度

(m/s)

変位

(mm)

rms 値

最大

瞬時値

b)

rms 値

最大

瞬時値

b)

rms 値

最大

瞬時値

b)

1−A

<500 4.19 12.57

0.054 0.16  1.3  4.6

>1 250 3.98 11.94

0.060 0.18  2.2  7.7

1−B

<500 5.63 16.89

0.073 0.22  1.8  6.3

>1 250 5.36 16.08

0.081 0.25  2.9  10.2

2

<100 30.6  91.8  0.15  0.45  2.3

8.1

>250 23.9  71.7  0.15  0.45  3.1  10.9

3

<50 144

432

0.45

1.35

3.5

12.3

>125 130

390

0.45

1.35

3.5

12.3

a)

  供試品質量が中間の値の場合,rms 値は質量に応じて変化する。

b)

  最大瞬時値は,片振幅値で示す。

JD.6  衝撃試験用振動試験機選択のための参考情報 

箇条

10

に規定する衝撃試験は,衝撃専用試験機又は振動試験機を用いて実施することができる。ここで

は,衝撃試験条件から必要な振動試験機を選択する場合の参考情報を示す。

図 7

に規定する正弦半波パルス(数値は,

区分 等級 A

及び

等級 B

の前後方向の衝撃の値を用いた。

の加速度波形から,その速度及び変位波形を求めると,

図 JD.5

に示すように,パルス作用後に供試品は,

等速度運動をして(

図 JD.5

の速度参照)

,初めの位置から離れて(

図 JD.5

の変位参照)

,振動台は試験機

の固定部に激しく衝突することになる。

この衝突によって,供試品は意図しない衝撃を受けることになる。これを避けるために,パルス作用後

の速度及び変位をゼロにしなければならない。そのために,通常,パルスの前後に設けられた許容差(許

容値幅)内に補償波を追加した波形を制御目標波形として,試験を制御する手法が用いられている。

図 JD.6

に,

図 7

に規定する

区分 等級 A

及び

等級 B

の前後方向の衝撃試験の補償波付きの加速度波形,その速度

波形,及び変位波形の例を示す。

図 JD.5

と比較すれば,パルスの前後に設けた補償波によって,終わりの

速度及び変位がゼロになっている様子が分かる。

図 JD.5

公称パルスの加速度

速度及び変位


53

E 4031

:2013

図 JD.6

補償波付きの加速度

速度及び変位波形

図 JD.6

では加速度のピーク値を A,速度のプラスのピーク値を V

,マイナスのピーク値を V

,変位の

プラスのピーク値を X

,マイナスのピーク値を X

,変位のプラスのピークからマイナスのピークまでの

p-p 値を X

p-p

として示した。これらの具体的な値は,使用する衝撃制御用のソフトウエアによって異なる。

また,通常のソフトウエアでは,使用する補償波の種類が幾つか用意されており選択できるようになって

いる。したがって,試験機を選択するために必要な速度及び変位の正確な情報を得るには,使用するソフ

トウエアを使って,正確な値を調べる必要がある。

一般に

図 JD.6

のような緩やかな変化の補償波の場合よりも,急激な変化のある補償波の場合の方が必要

変位は小さくなる。急激な変化の補償波では,加速度の許容差内であっても,供試品に余分な厳しさを与

えることになるので,注意する必要がある。

公称パルスの作用時間の最後の時点(

図 JD.5

では 30 ms)の速度を ΔV(m/s)

,変位を ΔD(m)とする

と,正弦半波の場合,次の関係が成立する。Δを速度変化という(

10.2

参照)

。この用例を延長すれば,

Δは変位変化といえる。

D

A

V

π

2

Δ

=

  (JD.4)

2

π

1

Δ

D

A

X

=

  (JD.5)

ここに,

A: ピーク加速度(m/s

2

D: 作用時間(s)

補償波によって決まる必要速度 V

及び V

,並びに X

p-p

は,係数 k

v

及び k

x

を使って,次の式(JD.6)及び

式(JD.7)のように表すことができる。


54

E 4031

:2013

V

k

V

V

Δ

v

=

=

+

  (JD.6)

X

k

X

Δ

x

p

p

=

  (JD.7)

図 JD.6

で示した例では,k

v

=0.5,k

x

=1.45 である。

表 3

に規定する衝撃条件に必要な速度及び変位の例を

表 JD.2

に示す。

衝撃の場合の必要加振力は,次の式(JD.8)の a

i

にピーク加速度 を代入して必要加振力 F

i

をピーク値と

して計算できる。正弦半波の場合は,一般に共振によって加振力が制限される程度は少ない。

m

a

F

i

i

=

  (JD.8)

ここに,

F

i

必要加振力(N)

a

i

ピーク加速度(m/s

2

m: 振動試験機の可動部,補助振動台,試験取付具及び供試品の

合計質量(kg)

表 JD.2

表 に規定する衝撃条件に必要な速度及び変位の例

区分 1

2

3

衝撃方向

上下,左右

前後

全方向

全方向

ピーク加速度 A

m/s

2

30 50 300

1 000

公称作用時間

ms

30 30 18  6

ΔV

m/s

0.57 0.96 3.5  3.8

ΔX mm

8.6

14.3

31

11.5

図 JD.6 
の場合

係数  k

v

0.5 0.5 0.5 0.5

係数  k

x

1.45 1.45 1.45 1.45

必要ピーク速度  |V

|=|V

|

m/s

0.29 0.48 1.72 1.91

必要変位 p-p 値  X

p-p

 mm

12.5  21

45

16.6

JD.7  共振がある場合の必要加振力の計算 

ここでは,共振がある場合の振動試験に必要な加振力の計算方法について説明する。

a)  供試品 b)  試験取付具 c)  垂直補助振動台 
d)  水平補助振動台 e)  振動発生機

図 JD.7

車体の床下に取り付ける供試品の試験の構成例

図 JD.8

振動モデル

まず,

図 JD.8

に示す可動部全体の振動モデルについて考える。m

1

を振動発生機可動部,補助振動台及

び試験取付具(

図 JD.7

参照)の合計質量,m

2

を供試品の質量,及び をそれぞれ供試品取付部のばね定

数及び減衰係数とする。この設定では,最悪の状態を想定して,供試品全体が共振すると仮定している。

加振力 でこの振動モデルを加振したときの,m

1

の加速度を a

1

m

2

の加速度を a

2

とする。このときの伝

達率 a

1

/及び a

2

/

図 JD.9

に示す。この図では,十分低い振動数での伝達率が 1 になるように正規化す

るため,グラフの縦軸 T

r

を a

1

(m

1

m

2

)/とする。

また,図の各曲線は,m

1

m

2

を一定として,幾つかの質量比 m

2

/m

1

についてプロットした。


55

E 4031

:2013

なお,減衰比は 0.05 とした。

図 JD.9

振動モデルの伝達率

試験取付具の加速度 a

1

は,振動数 f

N

で極小になる(

図 JD.9

の太線の曲線を参照)

f

N

は,ばね定数 

び質量 m

2

で決まる反共振振動数である。このとき,質量 m

2

(供試品)は,共振の影響下にある(

図 JD.9

の振動数 f

N

における細線の曲線を参照)

。次に,その少し上の振動数 f

P

では,m

2

(供試品)の加速度 a

2

び質量 m

1

(試験取付具)の加速度 a

1

は極大となる(

図 JD.9

の振動数 f

P

における太線及び細線の曲線を参

照)

。この振動数 f

P

は,m

1

m

2

及びばね定数 で決まる共振振動数である。

試験では,供試品の固定点近くの試験取付具上の点の加速度が規定値になるように制御するので,必要

な加振力を計算するために,加速度 a

1

に注目する。正弦波加振の場合は,試験振動数が f

N

に一致したとき

に加速度が極小になるから,

このときの必要加振力を計算すればよいことになる。

正弦波の必要加振力は,

次の式(JD.9)で計算できる。

a

m

T

F

min

r

s

1

=

  (JD.9)

ここに,

F

s

正弦波の必要加振力

T

r min

伝達率 T

r

の極小値

図 JD.9

から,供試品の減衰比 0.05 で,m

2

/m

1

=1 の場合は,T

r min

=0.2 であるから,共振がない場合の 5

倍の加振力が必要である。

ランダム加振の場合は,試験中は常に試験振動数範囲の振動数が全て含まれているので,試験振動数範

囲内の

図 JD.9

の太線の曲線で示す伝達率 T

r

の平均的な値を,共振による影響係数 c

1

として用いる必要が

ある。最終結果を示す

図 JD.10

の算出には,次の式(JD.10)を用いた。さらに,厳密にこの計算を行うには,

ASD の形状による重み付けを考慮する必要があるが,本体に規定する ASD 形状では,この重み付けによ

って,必要加振力は低下するので,ここでは安全側の結果が出ればよいとして,この重み付けを省略した。

(

)

=

2

1

2

r

1

2

1

1

f

f

df

T

f

f

c

  (JD.10)

ここに,

c

1

式(JD.1)の共振による影響係数

f

1

試験下限振動数

f

2

試験上限振動数


56

E 4031

:2013

図 JD.10

共振による影響係数 c

1

試験振動数範囲内に供試品の共振がある場合は,c

1

はほとんどの場合 1 以上になり,共振のない場合よ

り,必要加振力は小さい。しかし,上限振動数近くに共振がある場合は,試験下限振動数を f

1

とし,T

r

f

N

で極小となり,f

P

で極大値に達する前に 1 と交差する振動数を f

2

として,最悪の場合を想定した必要加

振力を計算する必要がある。試験前には,供試品の共振振動数が未知の場合があるから,一般には,この

最悪の条件を想定して必要加振力を計算すると安全である。

図 JD.10

に減衰比 ζ をパラメータとして,この最悪の条件を想定して,c

1

を計算した結果を,質量比 m

2

 

/m

1

の関数として示す。図から明らかなように,質量比 m

2

/m

1

が 2 以上では,c

1

の変化は少ない。また,通

常の供試品の減衰比 ζ の範囲 0.1∼0.01 では,c

1

はあまり変わらない。

この説明は,

図 JD.8

に示す単純な振動モデルについて計算した結果であり,複数の供試品固定点の平均

値が規定の値になるように制御する場合は,各点の反共振振動数が一致することはまれであるから,この

計算はこの側面でも最悪の条件を想定したものであることを強調しておく。

JD.8  加速度,速度及び変位の rms 値の計算 

有効振動数範囲の加速度,速度及び変位の rms 値は,加速度スペクトル密度を S,傾斜を とする各部

分に対応する振動数範囲の 2 乗平均値の合計の平方根に等しい。

2 乗平均値は,の単位を(m/s

2

)

2

/Hz として次の式によって計算できる(下つき 及び n+1 を用いた

JD.11

参照)

a)

  加速度の 2 乗平均値,単位 (m/s

2

)

2

M≠−3 のとき,







×

+

=

+

+

+

3

/

1

1

1

2

3

3

M

n

n

n

n

n

f

f

f

f

M

S

A

  (JD.11)

M

=−

3

のとき,





×

×

=

+

+

+

n

n

n

n

f

f

f

S

A

1

1

1

2

ln

)

(

)

(

  (JD.12)

M

0

のとき,

A

2

S

n

 (f

n

1

f

n

)   (JD.13)

b)

速度の

2

乗平均値,単位

 (m/s)

2

M

3

のとき,







×

×

×

=

+

+

+

3

/

1

1

1

2

2

1

1

3

3

π

2

1

M

n

n

n

n

n

f

f

f

f

M

S

V

  (JD.14)


57

E 4031

:2013

M

3

のとき,





×

×

=

+

+

+

n

n

n

n

f

f

f

S

V

1

1

1

2

2

ln

π

2

1

  (JD.15)

c)

変位の

2

乗平均値,単位

mm

2

M

9

のとき,







×

×

×





=

+

+

+

3

/

1

3

1

3

1

2

2

3

2

1

1

9

3

π

4

10

M

n

n

n

n

n

f

f

f

f

M

S

D

   (JD.16)

M

9

のとき,





×

×





=

+

+

+

n

n

n

n

f

f

f

S

D

1

1

3

1

2

2

3

2

ln

π

4

10

   (JD.17)

注記 1

  式(JD.12),式(JD.15)及び式(JD.17)での,ln は自然対数

これらの式は両対数グラフ上の直線を仮定している。ここでは,傾き は次の式(JD.18)で定義される。









=

+

+

n

n

n

n

f

f

S

S

M

1

1

log

log

3

  (JD.18)

注記 2

  M は,オクターブ当たりの dB 数に相当する。

図 JD.11

加速度スペクトル密度及び振動数の関係図 

参考文献

[1]  最新耐震構造解析  第 2 版  柴田明徳著  森北出版株式会社  p177-191 
[2]  神谷洪次(日本電装株式会社:現株式会社デンソー)ランダム振動による耐振性評価の試み REAJ

第 2 回シンポジュウム[信頼性]1989.11  日本信頼性技術協会(現日本信頼性学会)

[3]

JIS D 1601

  自動車部品振動試験方法

[4]

JIS B 7758

:1995  動電式振動試験装置−特性表示方法

[5]

JIS C 60068-2-47

:2008  環境試験方法−電気・電子−第 2-47 部:動的試験での供試品の取付方法

注記

  対応国際規格:

IEC 60068-2-47

:2005,Environmental testing−Part 2-47: Test−Mounting of

specimens for vibration, impact and similar dynamic tests(IDT)


58

E 4031

:2013

附属書 JE

(参考)

JIS

と対応国際規格との対比表

JIS E 4031

:2013  鉄道車両用品−振動及び衝撃試験方法

IEC 61373

:2010  Railway applications−Rolling stock equipment−Shock and vibration

tests 

(I)JIS の規定

(II)

国際
規格
番号

(III)国際規格の規定

(IV)JIS と国際規格との技術的差異の箇条ごとの評

価及びその内容

(V)JIS と国際規格との技術的

差異の理由及び今後の対策

箇条番号 
及び題名

内容

箇条
番号

内容

箇条ごと
の評価

技術的差異の内容

1  適用範囲

鉄道車両用品の振動及
び衝撃試験方法につい

て規定

 1 JIS にほぼ同じ

選択

附属書 JA 及び附属書 JB を追加し,本体
と附属書との選択とした。

我が国の実状に合わせた。

追加

さらに,附属書 JA 及び附属書 JB の必要
な理由の説明を追加した。

我が国の実状に合わせた。

追加

対 応 国 際 規 格 の 序 文 を 適 用 範 囲 へ 移 し
た。500 kg を超える質量用品についての
特例措置を追加した。

次回 IEC 規格改正時に IEC 
の反映を提案する。

追加

附属書 JA 及び附属書 JB に関し多軸試験
を適用してはならない規定を追加した。

多軸試 験を適 用す ると本 来 の
試験の目的が達成されない。

追加

理解を容易にするため,区分 3 の注記に
説明を追加した。

実質上の技術的差異はない。

追加

回転機の試験方法について,我が国で実

施している試験方法を追加した。

我が国の実状に合わせたが,次

回 IEC 規格改正時に IEC への
反映を提案する。

追加

供試品の定義を追加した。

実質上の技術的差異はない。

2  引用規格

3  用語及び定義

3.2  ガウス分布,正規
分布

 3 JIS にほぼ同じ

変更

加速度波形の瞬時値の確率を一般的に用
いられている表示に変更した。

次回 IEC 規格改正時に IEC 
の反映を提案する。

 3.3

加速度スペクトル

密度

追加

注記を追加した。

実質上の技術的差異はない。

 3.6

応答倍率

追加

用語及び定義を追加した。

次回 IEC 規格改正時に IEC 
の反映を提案する。

58

E 403

1


2

013


59

E 4031

:2013

(I)JIS の規定

(II) 
国際
規格

番号

(III)国際規格の規定

(IV)JIS と国際規格との技術的差異の箇条ごとの評
価及びその内容

(V)JIS と国際規格との技術的
差異の理由及び今後の対策

箇条番号 
及び題名

内容

箇条
番号

内容

箇条ごと
の評価

技術的差異の内容

3.A  試験の方式

試験の方式を規定

選択

IEC 規格で規定されている方式と従来の
JIS で規定されている方式との選択とし,
概要の説明を追加した。 
JIS 方式は附属書 JA 及び附属書 JB で規定
した。

我が国の実状に合わせた。

5  試験の順序

試験の順序を規定

追加

試験の前後,左右及び上下の説明を追加

した。 
注記を追加した。

実質上の技術的差異はない。

6  試験手順に関
する情報

6.2.4  応答点

6

JIS にほぼ同じ

追加 

推奨する応答点は,受渡当事者間で協定

することとした。

次回 IEC 規格改正時に IEC 

の反映を提案する。

8  振動機能試験
条件

8.1  加振条件及び振動
数範囲

 8 JIS にほぼ同じ

追加

多軸試験を行う場合の加振条件を 8.1(加

振条件及び振動数範囲)に追加した。

次回 IEC 規格改正時に IEC 

の反映を提案する。

9  振動耐久試験
条件

9.1  加振条件及び振動
数範囲

 9 JIS にほぼ同じ

追加

多軸試験を行う場合の加振条件を 9.1(加
振条件及び振動数範囲)に追加した。

次回 IEC 規格改正時に IEC 
の反映を提案する。

9.2  振動耐久試験の試
験時間

追加

注記を追加した。

次回 IEC 規格改正時に IEC 
の反映を提案する。

10  衝撃試験条件 図 7

10

JIS にほぼ同じ

追加

注を追加した。

規定内容の理解を容易にした。

15  試験証明書

試験証明書について規

 15

JIS にほぼ同じ

追加

試験証明書に公印を押すことを認めた。

我が国の実状に合わせた。

附属書 JA 
(規定)

正弦波振動試験方法に
ついて規定

追加 3.A の欄参照

附属書 JB 
(規定)

前後衝撃を想定した衝
撃試験方法を規定

追加 3.A の欄参照

附属書 JC 
(参考)

附属書 JD 
(参考)

JIS と国際規格との対応の程度の全体評価:IEC 61373:2010,MOD

59

E 403

1


2

013


60

E 4031

:2013

注記 1  箇条ごとの評価欄の用語の意味は,次による。 

−  追加  国際規格にない規定項目又は規定内容を追加している。

−  変更  国際規格の規定内容を変更している。

−  選択  国際規格の規定内容とは異なる規定内容を追加し,それらのいずれかを選択するとしている。

注記 2  JIS と国際規格との対応の程度の全体評価欄の記号の意味は,次による。 

−  MOD  国際規格を修正している。

60

E 403

1


2

013