CN111263705B - 汽车门板部件的加固构造及加固方法 - Google Patents

汽车门板部件的加固构造及加固方法 Download PDF

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Abstract

本发明的汽车门板部件的加固构造具备沿着高度方向弯曲且形成有特征线(3a)的金属板制的门外板(3)和配设于门外板(3)的内表面侧的防撞梁(5)，通过向门外板(3)的内表面贴附树脂制的加固构件(7)来使门外板(3)的抗拉刚度提高，其中，加固构件(7)具有沿着门外板(3)的所述弯曲而从防撞梁(5)呈筋状地延伸至特征线(3a)的多个纵骨部(9)，该多个纵骨部(9)在门外板(3)的前后方向上以规定的间隔配置，各纵骨部(9)的外表面接合于门外板(3)的内表面。

Description

汽车门板部件的加固构造及加固方法
技术领域
本发明涉及使汽车的(automotive)金属板(metal sheet)制门板(door panel)部件(part)的抗拉刚度(tensil rigidity)提高的汽车门板部件的加固(stiffening)构造及加固方法。
背景技术
作为汽车的车门、车顶(roof)、发动机盖(hood)等汽车外板(outer panel)部件的重要的功能之一，存在担保抗拉刚度的功能。为了使汽车外板部件的抗拉刚度提高，例如，在专利文献1中公开了在车门、挡泥板(fender)等金属板的内侧将FRP(Fiber-ReinforcedPlastics；纤维增强塑料)板通过感光性粘接剂(photosensitive adhesive)而粘接(adhere)的技术。另外，在专利文献2中公开了在车门、车顶这样的金属板表面粘接CFRP(Carbon Fiber-Reinforced Plastics；碳纤维增强塑料)的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭56-128273号公报
专利文献2：日本特表2012-515667号公报
发明内容
发明所要解决的课题
专利文献1所公开的技术以车门、挡泥板等配置于汽车的侧面(side)的部件为对象，因此对于物体的角部与汽车侧面接触而局部凹陷的抗凹性(dent resistance)这样的集中载荷(concentrated load)，通过将载荷集中的部位设为必须地粘贴FRP来起到效果。但是，关于打蜡(waxing)这样的将手掌整体向外板压靠的抗拉刚度这样的大面积反转的分布载荷(distributed load)，根据专利文献1所公开的技术，必须在载荷施加的部位粘接FRP。因而，会遍及金属板的内侧整面而粘接FRP，需要对大面积整体粘贴与金属板相比会花费数倍～数十倍的成本的FRP，因此存在无法避免显著的成本上升之类的问题。
另外，专利文献2所公开的技术需要重视汽车的外观，因此不得不在人眼所触及的表侧的部件的整面粘贴CFRP，成为非常高的成本。于是，也可考虑为了成本降低而使CFRP层极薄的方法，但在应用于本发明的情况下，存在无法期待设为目的的门板部件的抗拉刚度的提高这一课题。
这样，虽然公开了很多在汽车板部件粘贴FRP、CFRP的技术，但使作用了分布载荷时的抗拉刚度提高并且达成轻量化(weight reduction of automotive body)的技术在此之前没有提出。
本发明鉴于上述课题而完成，其目的在于，提供能够使汽车的门板部件的抗拉刚度提高并将该门板部件轻量化的汽车门板部件的加固构造及加固方法。
用于解决课题的手段
本发明的第一方案的汽车门板部件的加固构造具备沿着高度方向弯曲且形成有特征线(character line)的金属板制门板部件和配设于该门板部件的内表面侧的防撞梁(impact beam)，通过向所述门板部件的内表面贴附树脂制的加固构件来使所述门板部件的抗拉刚度提高，其中，所述加固构件具有沿着所述门板部件的所述弯曲而从所述防撞梁呈筋状地延伸至所述特征线的多个纵骨部(vertical bone portion)，该多个纵骨部在所述门板部件的前后方向上以规定的间隔配置，并接合于所述门板部件的内表面。
本发明的第二方案的汽车门板部件的加固构造具备沿着高度方向弯曲且形成有特征线的门板部件和配设于该门板部件的内表面侧的防撞梁，通过向所述门板部件的内表面贴附树脂(resin)制的加固构件来使所述门板部件的抗拉刚度提高，其中，所述门板部件由门外板(door outer panel)和门内板(door inner panel)构成，该门外板和门内板的材质由金属和金属、树脂和树脂、金属和树脂及树脂和金属中的任一组合构成，所述加固构件具有沿着所述门板部件的所述弯曲(curve)而从所述防撞梁呈筋状地伸至所述特征线的多个纵骨部，该多个纵骨部在所述门板部件的前后方向上以规定的间隔配置，并接合于所述门板部件的内表面。
对于本发明的汽车门板部件的加固构造，在上述发明中，所述加固构件还具有在与所述纵骨部交叉的方向上延伸的横骨部(horizontal bone portion)。
对于本发明的汽车门板部件的加固构造，在上述发明中，所述加固构件是弹性模量(modulus of elasticity)为10GPa以上的纤维增强树脂(fiber-reinforced resin)。
本发明的第一方案的汽车门板部件的加固方法通过向在高度方向上弯曲且在内表面侧配设有防撞梁的金属板制门板部件的所述内表面贴附树脂制的加固构件来使抗拉刚度提高，其中，包括：最优形状加固构件取得步骤，取得将所述门板部件利用平面要素(two-dimensional element)和/或立体要素(three-dimensional element)模型化(modeling)而得到的门板部件模型，对该门板部件模型结合设为最优化解析的对象的加固构件模型，进行求出该加固构件模型的最优的形状的最优化解析；加固构件制作步骤，基于该最优的形状的加固构件模型来制作向所述门板部件的内表面接合的(bond)加固构件；及加固构件接合步骤，将该制作出的加固构件向所述门板部件的内表面接合，在所述加固构件制作步骤中制作的加固构件具有多个纵骨部，该多个纵骨部沿着所述门板部件的高度方向的弯曲而从所述防撞梁呈筋状地延伸至形成于所述金属板制门板部件的特征线，并在所述门板部件的前后方向上以规定的间隔配置。
本发明的第二方案的汽车门板部件的加固方法通过向在高度方向上弯曲且在内表面侧配设有防撞梁的门板部件的所述内表面贴附树脂制的加固构件来使抗拉刚度提高，其中，所述门板部件由门外板和门内板构成，该门外板和门内板的材质由金属和金属、树脂和树脂、金属和树脂及树脂和金属中的任一组合构成，所述加固方法包括：最优形状加固构件取得步骤，取得将所述门板部件利用平面要素和/或立体要素模型化而得到的门板部件模型，对该门板部件模型结合设为最优化解析的对象的加固构件模型，进行求出该加固构件模型的最优的形状的最优化解析；加固构件制作步骤，基于该最优的形状的加固构件模型来制作向所述门板部件的内表面接合的加固构件；及加固构件接合步骤，将该制作出的加固构件向所述门板部件的内表面接合，在所述加固构件制作步骤中制作的加固构件具有多个纵骨部，该多个纵骨部沿着所述门板部件的高度方向的弯曲而从所述防撞梁呈筋状地延伸至形成于所述门板部件的特征线，并在所述门板部件的前后方向上以规定的间隔配置。
对于本发明的汽车门板部件的加固方法，在上述发明中，在所述加固构件制作步骤中制作的加固构件还具有在与所述纵骨部交叉的方向上延伸的横骨部。
发明效果
在本发明中，具备沿着高度方向弯曲且形成有特征线的金属板制门板部件和配设于门板部件的内表面侧的防撞梁，通过向门板部件的内表面贴附树脂制的加固构件来使门板部件的抗拉刚度提高，其中，加固构件具有沿着门板部件的弯曲而从防撞梁呈筋状地延伸至特征线的多个纵骨部，多个纵骨部在门板部件的前后方向上以规定的间隔配置，各纵骨部的外表面接合于门板部件的内表面，由此，在门板部件作用了分布载荷时的变形量降低，能够使门板部件的抗拉刚度提高。而且，根据本发明，能够达成抗拉刚度的提高和门板部件的轻量化双方。
附图说明
图1是说明本发明的实施方式的汽车门板部件的加固构造的图。
图2是在本实施方式的汽车门板部件的加固构造及加固方法中示出求出加固构件的最优的形状的拓扑最优化解析(topology optimization analysis)的处理的流程的图。
图3是在本实施方式的汽车门板部件的加固构造及加固方法中说明在拓扑最优化解析中设定的设计空间及生成的加固构件模型的图。
图4是在本实施方式的汽车门板部件的加固构造及加固方法中示出加固构件的拓扑最优化解析中的载荷、束缚条件(load and constraint condition)的一例的图。
图5是在本实施方式的汽车门板部件的加固构造及加固方法中表示示出通过拓扑最优化解析而求出的最优的形状的加固构件模型的一例的解析结果的图。
图6是示出本实施方式的汽车门板部件的加固方法的处理的流程的图。
图7是在实施例1中说明抗拉刚度的评价方法及评价点的图。
图8是在实施例1中说明设为比较对象的比较例1的抗拉刚度评价模型的图。
图9是在实施例1中说明设为比较对象的比较例2的抗拉刚度评价模型的图。
图10是在实施例2中示出加固构件的拓扑最优化解析中的载荷、束缚条件的图。
图11是在实施例2中示出通过拓扑最优化解析而求出的最优的形状的加固构件模型的图。
图12是在实施例2中说明抗拉刚度的评价方法及评价点的图。
图13是示出本实施方式的汽车门板部件的加固构造中的加固构件的其他方式的图(其1)。
图14是示出本实施方式的汽车门板部件的加固构造中的加固构件的其他方式的图(其2)。
图15是在实施例3中示出通过拓扑最优化解析而求出的最优的形状的加固构件模型的图(铝板制的门外板，板厚0.8mm)。
图16是在实施例3中示出通过拓扑最优化解析而求出的最优的形状的加固构件模型的图(铝板制的门外板，板厚0.6mm)。
具体实施方式
<汽车门板部件的加固构造>
如图1所示，本发明的实施方式的一例的汽车门板部件的加固构造1具备沿着高度方向弯曲且形成有在前后方向上延伸的特征线3a的门外板3和配设于门外板3的内表面侧的防撞梁5，具有多个纵骨部9和与纵骨部9交叉的横骨部11的树脂制的加固构件7贴附于门外板3的内表面。在此，图1是从汽车的宽度方向的室外侧侧视观察门外板3时的图，配设于室内侧的防撞梁5由虚线图示(以下，在图3～图5、图7～图9中也是同样)。另外，树脂制的加固构件7也配设于室内侧。
纵骨部9沿着门外板3的所述高度方向的弯曲而从防撞梁5呈筋状地延伸至特征线3a。多个纵骨部9在门外板3的前后方向上以规定的间隔配置，各纵骨部9的外表面接合于门外板3的内表面。并且，横骨部11以在与纵骨部9交叉的方向上延伸的方式设置，设置于板面部3b的高度方向中央部附近。
本实施方式的加固构造1是进行拓扑最优化解析(例如，参照日本特开2013-25533号)并基于其解析结果而得到的。并且，拓扑最优化解析通过执行图2所示的步骤S1～步骤S9而进行。于是，以下对图2所示的各步骤中的处理进行说明。需要说明的是，步骤S1～步骤S9例如能够在计算机上执行。
《门板部件模型取得步骤》
门板部件模型取得步骤S1是取得使用平面要素和/或立体要素将作为所述门板部件的门外板3模型化而得到的门外板模型23(图3)的步骤。在此，门外板模型23沿着高度方向弯曲，形成有在前后方向上延伸的特征线23a，在内表面侧配设有将防撞梁5使用平面要素和/或立体要素模型化而得到的防撞梁模型25。另外，门外板模型23的内表面是指在将门外板3安装于车身时成为该车身的室内侧的面。
需要说明的是，门外板模型23的沿着高度方向的弯曲不限于以固定的曲率(curvature)弯曲的形状，如图3(b)所示，也可以是多个弯曲、平面组合而成的内表面形状，另外，该内表面形状也可以在内表面侧具有成为凹状的弯曲、凸状的弯曲。
《加固构件模型生成步骤》
加固构件模型生成步骤S3是生成由立体要素构成且向门外板模型23的内表面结合的加固构件模型27(图3)的步骤。
在此，如图3所示，加固构件模型27能够通过在门外板模型23的内表面生成设计空间29并将设计空间29利用立体要素进行要素分割而生成。
并且，在加固构件模型生成步骤S3中生成的加固构件模型27成为后述的最优化解析模型生成步骤S7中的拓扑最优化解析的对象。在拓扑最优化解析的过程中，位于加固不需要的部位的立体要素被消除，位于加固所需要的部位的立体要素残留。
需要说明的是，图3所示的设计空间29以将门外板模型23与防撞梁模型25之间的间隙也填满的方式沿着门外板模型23的内表面形状而生成。
《材料特性设定步骤》
材料特性设定步骤S5是设定在加固构件模型生成步骤S3中生成的加固构件模型27的材料特性的步骤。
在本实施方式中，以利用树脂制的加固构件7对金属板制门外板3进行加固为对象，作为在材料特性(material property)设定步骤S5中对加固构件模型27设定的材料特性，可举出树脂的弹性模量、泊松比(Poisson’s ratio)及密度(density)等。在表1中示出在本实施方式中作为材料特性而设定的弹性模量、泊松比及密度的值。
[表1]
弹性模量(GPa) 泊松比(-) 密度(g/cm3)
30 0.4 1.45
表1所示的材料特性作为加固构件7所使用的树脂是各向同性材料(isotropicmaterial)的情况的一例而对加固构件模型27设定。在加固构件7是例如具有面内各向异性(in-plane anisotropy)的材料特性的FRP(Fiber Reinforced Plastics；纤维增强树脂)的情况下，通过提供给出加固构件模型27的材料特性的面内各向异性的主轴角度(angleof principal axis)并设定与该主轴角度对应的所述材料特性的值，能够设定加固构件模型27的材料特性的面内各向异性。而且，在将加固构件7设为多个层层叠而成的树脂制的情况下，也能够生成多个层层叠的加固构件模型27，针对该多个层的每个层设定主轴角度。
《最优化解析模型生成步骤》
最优化解析模型生成步骤S7是将在加固构件模型生成步骤S3中生成的加固构件模型27向门外板模型23结合而生成最优化解析模型21(参照图3)的步骤。
门外板模型23与加固构件模型27的结合例如在门外板模型23由平面要素模型化的情况下，能够通过共有加固构件模型27的立体要素的节点(node)和门外板模型23的平面要素的节点来进行。
而且，如前所述，在本发明中，在最优化解析模型生成步骤S7中，关于防撞梁模型25和加固构件模型27最好利用刚体要素进行结合。
《最优化解析步骤》
最优化解析步骤S9是对在最优化解析模型生成步骤S7中生成的最优化解析模型21提供解析条件，将加固构件模型27设为进行最优化的解析处理的对象来进行拓扑最优化解析，求出加固构件模型27的最优的形状的步骤。
作为对最优化解析模型21提供的解析条件，存在对最优化解析模型21提供施加载荷的位置及束缚位移的位置的载荷、束缚条件和根据最优化解析的目的而设定的目的函数(objective function)及制约条件(constraint condition)。
在本实施方式中的拓扑最优化解析的例中，提供图4所示的载荷、束缚条件，并且将目的函数设为体积最小，将制约条件设为载荷点处的位移1.5mm以下(刚度值80N/mm以上)。
载荷、束缚条件如图4所示，在门外板模型23的高度方向及前后方向的各方向上以50mm间隔呈格子状配置的各载荷点处，独立地通过φ45mm的区域而在门外板模型23的板面部23b的法线方向(normal direction)上独立地施加120N的分布载荷，在实线的△标记的位置处束缚门外板模型23的外表面侧，在虚线的△标记的位置处束缚门外板模型23的内表面侧。
并且，进行对所述呈格子状配置的各个载荷点中的一个输入了载荷的情况下的构造解析(structural analysis)，将该构造解析对所有载荷点独立地进行，将对各载荷点输入了载荷的构造解析综合后，进行加固构件模型27的体积最小化，求出加固构件模型27的最优的形状即最优形状加固构件模型31。在此，将对关于各载荷点的构造解析进行综合时的权重设为均等。
另外，在最优化解析步骤S9中对拓扑最优化解析应用密度法(density method)的情况下，优选将要素(element)的惩罚系数(penalty coefficient)设定为2以上来进行离散化(discretization)。不过，在最优化解析步骤S9中，不限于利用拓扑最优化解析来进行最优化解析，能够利用其它的最优化解析方法来应用最优化的解析处理。另外，作为进行最优化的解析处理的手段，例如，能够使用市售的使用了有限要素(finite element)的解析软件。
在图5中示出利用上述的步骤S1～步骤S9执行拓扑最优化解析且作为加固构件模型27的最优的形状而求出的最优形状加固构件模型31。最优形状加固构件模型31成为了具有在高度方向上延伸的纵骨部33和在与纵骨部33交叉的方向上延伸的横骨部35的鱼骨状(fish bone)。
并且，纵骨部33以一端位于防撞梁模型25且另一端位于特征线23a的方式在高度方向上呈筋状延伸，多个纵骨部33在前后方向上以规定的间隔配置。并且，相邻的纵骨部33彼此的规定的间隔与利用压头(indenter)输入载荷的载荷点的间隔大致一致。
另一方面，横骨部35在门外板模型23的高度方向的中央部附近处以与纵骨部33交叉的方式在前后方向上延伸。而且，在配置有防撞梁模型25的部位也观察到呈胶泥密封剂(mastic sealer)状残留的树脂(在图5中，利用虚线○标记包围的部位)。
可认为最优形状加固构件模型31成为了这样的形状是因为：在拓扑最优化解析的过程中，在位移(displacement)小的部位未残留立体要素，以支承位移大的部位的方式残留了立体要素。
尤其是，可认为：防撞梁模型25的后端25a位于比高度方向中央部靠下方处，在防撞梁模型25斜着配置的该中央部处，未由防撞梁模型25支承的范围宽广而抗拉刚度低，因此成为了以支承该范围的方式残留横骨部35的结果。
另外，图5所示的最优形状加固构件模型31是在拓扑最优化解析中将输入载荷的载荷点的配置设为了格子状的情况下(参照图4)的解析结果，但在变更载荷点的配置(例如，配置成图10所例示的最密充填状(close-packed))而进行了同样的拓扑最优化解析的情况下得到的最优形状加固构件模型中，也观察到从防撞梁模型在高度方向上呈筋状地延伸至特征线且在前后方向上以规定的间隔配设的多个纵骨部。
本实施方式的加固构造1中的纵骨部9及横骨部11的配置及形状能够基于进行上述的拓扑最优化解析而求出的最优形状加固构件模型31的形状来决定。
首先，关于纵骨部9的配置，如前所述，最优形状加固构件模型31中的纵骨部33的前后方向上的规定的间隔对应于载荷点的间隔，因此，前后方向上的规定的间隔能够在门板设计时设定的抗拉刚度的评价中配合载荷点的配置而设定。这样，通过使纵骨部9的间隔与压头的载荷点的间隔一致，能够使输入到各载荷点的载荷经由纵骨部9而向防撞梁5或特征线3a高效地传递。
接着，关于纵骨部9的形状，在本实施方式中，在最优形状加固构件模型31中观察到宽度6.5mm、厚度10mm的纵骨部33，因此能够将纵骨部9的宽度及厚度分别设定为6.5mm及10mm。
而且，关于横骨部11的配置，在如图1所示那样防撞梁5斜着配置的情况下，在最优形状加固构件模型31的高度方向中央部附近处残留有在与纵骨部33交叉的方向上延伸的横骨部35，因此设置在门外板3的高度方向中央部处在与纵骨部9交叉的方向上延伸的横骨部11即可。
并且，关于横骨部11的形状，与纵骨部9同样，在本实施方式中，最优形状加固构件模型31中的横骨部35的宽度及厚度分别是6.5mm及10mm，因此，在加固构造1中，横骨部11的宽度及厚度也能够分别设定为6.5mm及10mm。
通过本实施方式的加固构造1而抗拉刚度提高的理由如下。在加固构造1中，基于对于减小在门外板3上作用了分布载荷时的变形量而言最优的形状即最优形状加固构件模型31来规定加固构件7(图1)，因此，以在分布载荷向板面部3b输入时使该载荷向防撞梁5、特征线3a传递的方式，纵骨部9贴附于门外板3的内表面。由此，载荷点处的变形量下降，抗拉刚度提高。
需要说明的是，上述的说明基于在拓扑最优化解析中设定30GPa的值作为加固构件模型27的弹性模量而得到的最优形状加固构件模型31，但本发明的加固构件7的弹性模量设为10GPa以上即可。若弹性模量小于10GPa，则加固构件7的宽度、厚度增加，构件的重量增加，因此难以实现轻量化。关于通过将加固构件7的弹性模量设为10GPa以上而能够实现轻量化，将在后述的实施例2中具体说明。
另外，在最优形状加固构件模型31中，能观察到虽然未从防撞梁模型25延伸至特征线23a但以与纵骨部33大致相等的间隔配置且与横骨部35交叉而在高度方向上延伸的纵骨部37，因此，加固构件7也可以与纵骨部9相独立地设置与横骨部11交叉的纵骨部13(图1)。在该情况下，纵骨部13的形状能够基于最优形状加固构件模型31中的纵骨部37的形状来决定。
而且，在拓扑最优化解析中横骨部35未必残留，根据防撞梁模型25的配置，有时得到相当于与纵骨部33交叉的横骨部35的部位不残留的最优形状加固构件模型。在这样的情况下，本发明的加固构造也可以仅具有在前后方向上以规定的间隔配置的多个纵骨部9。另外，横骨部有时残留于与纵骨部交叉的多个部位，本发明的加固构造也可以在门板中央的多个部位具有横骨部。
需要说明的是，在上述的说明中，将纵骨部9及横骨部11的配置及形状基于进行拓扑最优化解析而得到的最优形状加固构件模型31来决定，但本发明的加固构造也可以将纵骨部9及横骨部11的配置及形状如以下这样适当设定。
例如，关于多个纵骨部9的前后方向上的规定的间隔，在前述的拓扑最优化解析中，载荷点的间隔与纵骨部33的间隔对应，因此，纵骨部9的间隔能够在门板设计时设定的抗拉刚度的评价中根据载荷点的配置而适当设定。
另外，在前述的拓扑最优化解析中，在将加固构件模型27的弹性模量设为了30GPa的情况下，纵骨部33及横骨部35的宽度均为约6.5mm，在将加固构件模型27的弹性模量设为了10GPa的情况下，纵骨部33及横骨部35的宽度均为约15mm。因此，纵骨部9及横骨部11的宽度能够根据加固构件7所使用的树脂的弹性模量而适当设定。
另外，纵骨部9及横骨部11的厚度在上述的拓扑最优化解析中设定为10mm，但不限定于该值，能够考虑加固构造1的抗拉刚度及重量双方而适当设定。
而且，关于横骨部11的配置，如图1所示，在防撞梁5的后端5a位于比高度方向中央部靠下方处且防撞梁5斜着配设的情况下，优选在该中央部处以在与纵骨部9交叉的方向上延伸的方式设置。
这是因为，在所述中央部处，未由防撞梁5支承的范围宽广，因此该范围中的抗拉刚度低。这意味着，优选在通过防撞梁5的配置而门外板3的内表面侧未由防撞梁5支承因而抗拉刚度低的范围配置横骨部11。
由此，通过在内表面侧未由防撞梁5支承的部位设置在与纵骨部9交叉的方向上延伸的横骨部11，能够使输入到该部位的分布载荷分散。其结果，能够减小在门外板3的板面部3b上作用了分布载荷时的变形量，能够使抗拉刚度合适地提高。
需要说明的是，在上述的说明中，防撞梁5以位于比高度方向中央部靠下方侧处的方式配置，且特征线3a形成于高度方向上部，因此加固构件7的纵骨部9是从防撞梁5向高度方向上部侧延伸至特征线3a的形状，但例如即使在防撞梁配设于高度方向上部且特征线形成于高度方向下部的情况下，也设置沿着门外板的弯曲而从所述防撞梁呈筋状地延伸至所述特征线的多个纵骨部即可。
另外，本发明的加固构造也可以如图1所示那样还设置有与横骨部11交叉且在高度方向上呈筋状延伸的纵骨部13，纵骨部13可以不使其端部位于防撞梁5或特征线3a。不过，也可以取代纵骨部13而设置从防撞梁5延伸至特征线3a的纵骨部9。
上述的说明涉及作为门板部件而将金属板制的门外板加固的情况，但本发明也可以对由门外板和门内板构成的门板部件结合树脂制的加固构件，门外板和门内板的材质的组合可以是金属和金属、树脂和树脂、金属和树脂及树脂和金属中的任一者。
而且，本发明也可以是如图13所示那样将大致直线状的纵骨部75和横骨部77形成蜂巢形状(honeycomb shape)的加固构件73结合而得到的加固构造71、如图14所示那样将纵骨部85和横骨部87形成格子形状的加固构件83结合而得到的加固构造81。通过如加固构件73、加固构件83那样设为从防撞梁5呈筋状地延伸至特征线3a的多个纵骨部和与该纵骨部交叉的横骨部规则性地配置的简单形状，在加固构件的制作的方面是优选的。
另外，在上述的说明中，如图1所示，纵骨部9朝向处于比防撞梁5靠上方处的特征线3a而向高度方向的上方延伸，但本发明的汽车门板部件的加固构造也可以是，在比防撞梁靠下方处形成有特征线的门板部件(未图示)中，例如如图13及图14所示那样设置有从防撞梁5向高度方向的下方呈筋状延伸的纵骨部79或纵骨部89。
<汽车门板部件的加固方法>
接着，对本实施方式的汽车门板部件的加固方法进行说明。
本实施方式的汽车门板部件的加固方法通过向在高度方向上弯曲且在内表面侧配设有防撞梁的金属板制门板部件的所述内表面贴附加固构件来使抗拉刚度提高，如图6所示，具备最优形状加固构件取得步骤S11、加固构件制作步骤S13及加固构件接合步骤S15。
以下，关于作为门板部件而将图1所示的门外板3设为对象的情况，说明上述的各步骤。
《最优形状加固构件取得步骤》
最优形状加固构件取得步骤S11是以下步骤：取得将门外板3利用平面要素和/或立体要素模型化而得到的门外板模型23，对门外板模型23结合设为最优化解析的对象的加固构件模型27，进行求出加固构件模型27的最优的形状的最优化解析。
最优化解析能够应用前述的拓扑最优化解析方法，通过执行图2所示的步骤S1～步骤S9，求出加固构件模型27的最优的形状即最优形状加固构件模型31(参照图5)。
《加固构件制作步骤》
加固构件制作步骤S13是基于在最优形状加固构件取得步骤S11中求出的最优形状加固构件模型31来制作向门外板3的内表面接合的加固构件7的步骤。加固构件7具有沿着门外板3的高度方向的弯曲而从防撞梁5呈筋状地延伸至特征线3a且在门外板3的前后方向上以规定的间隔配置的多个纵骨部9。
在图5所示的最优形状加固构件模型31中，纵骨部33的前后方向上的间隔为约50mm，另外，宽度及厚度分别为约6.5mm及10mm，因此能够将这些间隔、宽度及厚度设定为加固构件7的纵骨部9的配置及形状。
另外，在最优形状加固构件模型31中，宽度及厚度分别为约6.5mm及10mm的横骨部35在高度方向中央部附近延伸，因此，在加固构件7中，能够设置在高度方向中央部附近处在与纵骨部9交叉的方向上延伸的横骨部11，将其宽度及厚度分别设定为6.5mm及10mm。
需要说明的是，最优形状加固构件模型31是以图3所示的门外板模型23为解析对象而在图4所示的载荷、束缚条件下求出的解析结果的一例，因此，在变更了设为对象的门外板3、用于评价抗拉刚度的载荷、束缚条件及最优化解析条件等各种条件的情况下，基于在这些条件下进行拓扑最优化解析而得到的最优形状加固构件模型31来设定加固构件7的纵骨部9及横骨部11的配置、形状、厚度、宽度即可。需要说明的是，厚度、宽度在加固构件中也可以不固定。
另外，在上述的说明中，加固构件7具有横骨部11，但例如根据设为对象的门外板3的内表面侧的防撞梁5的配置，有时得到相当于横骨部35的部位不残留的最优形状加固构件模型31。在这样的情况下，也可以作为加固构件7而仅将纵骨部9向门外板3的内表面接合。
需要说明的是，在最优形状加固构件模型31中，能观察到虽然未从防撞梁模型25延伸至特征线23a但以与纵骨部33大致相等的间隔配置且与横骨部35交叉而在高度方向上延伸的纵骨部37，因此，在加固构件制作步骤S13中制作的加固构件7中，也可以与纵骨部9相独立地设置与横骨部11交叉的纵骨部13。
不过，作为纵骨部13的代替，也可以进一步将从防撞梁5延伸至特征线3a的纵骨部9以与横骨部11交叉的方式设置，根据设为目标的抗拉刚度、重量的兼顾来决定加固构件7的形状即可。
这样，在加固构件制作步骤S13中制作的加固构件7不限于以成为与最优形状加固构件模型31相同的形状的方式制作，只要具有多个纵骨部9且根据需要而具有横骨部11即可。而且，纵骨部9只要将输入到板面部3b的载荷经由纵骨部9而向防撞梁5、特征线3a传递即可，也可以断续地在高度方向上延伸。
另外，纵骨部9的防撞梁5侧的端部通过设为将门外板3的内表面与防撞梁5之间的间隙填满的形状，能够代替以往使用的胶泥密封剂，在轻量化的方面是优选的。
《加固构件接合步骤》
加固构件接合步骤S15是将在加固构件制作步骤S13中制作出的加固构件7的外表面向门外板3的内表面接合的步骤。作为加固构件7的接合，例如能够使用粘接剂(adhesiveagent)而贴附于门外板3的内表面。
以上，根据本实施方式的汽车门板部件的加固构造及方法，在门板部件上作用了分布载荷时的变形量降低，能够使所述门板部件的抗拉刚度提高。而且，在使门板部件的金属板的板厚减小且基于进行最优化解析的结果而决定了加固构件的形状的情况下，能够与使板厚减小前的门板部件相比使抗拉刚度提高并将门板部件整体轻量化。关于本发明的抗拉刚度的提高和轻量化的效果，将在后述的实施例1及实施例2中具体示出。
需要说明的是，上述的说明与前述的本实施方式的汽车门板部件的加固构造同样，作为门板部件而将门外板设为对象，但本发明的汽车门板部件的加固方法也可以将由门外板和门内板构成的门板部件设为对象。并且，在该门板部件中，门外板和门内板的材质的组合能够设为金属和金属、树脂和树脂、金属和树脂及树脂和金属中的任一者。
实施例1
由于进行了确认本发明的效果的实验，所以对此进行说明。在本实施例1中，作为发明例1，以图1所示的门外板3的抗拉刚度的提高和轻量化为目的，进行了求出向减小了板厚的金属板(钢板)制门外板模型23的内表面贴附的加固构件模型27的最优的形状的拓扑最优化解析，求出了将通过该拓扑最优化解析求出的最优形状加固构件模型31与门外板模型23结合而得到的抗拉刚度评价模型41的抗拉刚度和重量变化。在此，加固构件模型27的最优的形状设为了通过在前述的实施方式中叙述的拓扑最优化解析方法(参照图2)而得到的最优形状加固构件模型31。
求出最优形状加固构件模型31的最优化解析的解析条件与前述的实施方式同样地提供图4所示的载荷、束缚条件，作为最优化解析条件，将目的函数设为了体积最小，将制约条件设为了载荷点处的位移1.5mm以下。另外，加固构件模型27设为了各向同性材料，对该材料特性设定了前述的表1所示的值。
在本实施例1中，如以下这样评价了抗拉刚度。图7示出评价门外板模型23的抗拉刚度的评价点A、评价点B及评价点C的位置和抗拉刚度评价中的束缚位置(图中的△)。抗拉刚度值使用在图7所示的各评价点(评价点A～评价点C)处利用压头输入的载荷和各评价点处的位移而通过下式算出。
抗拉刚度值(N/mm)＝载荷(N)/各评价点处的位移(mm)
并且，由于在拓扑最优化解析中将输入了120N的载荷时的位移的制约条件设为了1.5mm以下，所以将抗拉刚度值的基准值设为了80N/mm，将该基准值以上的抗拉刚度值设为了良好。
另外，关于轻量化的评价，算出了由门外板模型23的板厚减小和最优形状加固构件模型31的结合引起的重量变化。在本实施例1中，使门外板模型23的板厚从0.6mm减小为0.5mm，由此，门外板模型23的重量减少603g。因此，由最优形状加固构件模型31的结合引起的重量变化设为了对由板厚减小(gauge down)引起的减少量(-603g)加上最优形状加固构件模型31的重量而得到的值。
需要说明的是，在本实施例1中，作为比较对象，将如图8所示那样在门外板模型23的内表面结合大致矩形的加固构件模型45而得到的抗拉刚度评价模型43设为比较例1，将如图9所示那样将仅具有从防撞梁模型25的前后方向的中央部向高度方向延伸的纵骨部的一部分的加固构件模型49结合而得到的抗拉刚度评价模型47设为比较例2，关于抗拉刚度评价模型43及抗拉刚度评价模型47的各自，与发明例1同样地求出了抗拉刚度及重量变化。
在表2中示出关于使板厚减小为0.5mm的发明例1、比较例1及比较例2及作为以往例而不结合加固构件模型并使板厚保持为0.6mm的门外板模型23得到的抗拉刚度值及重量变化的结果。
[表2]
比较例1结合了遍及门外板模型23的内表面侧的整面的形状的加固构件模型45，抗拉刚度值不管在哪个评价点处都满足基准值。然而，加固构件模型45的重量是3618g，此时的重量变化成为+3015g，成为了因使用加固构件模型45而重量大幅增加的结果。
比较例2结合了在门外板模型23的中央部处在高度方向上延伸的形状的加固构件模型49，加固构件模型49的重量是50g，因此重量变化成为-553g，与以往例相比实现了轻量化。然而，关于抗拉刚度值，成为了以下结果：评价点A由于在其内表面侧贴附有加固构件模型49，所以抗拉刚度值超过以往例且满足了基准值，但评价点B及评价点C处的抗拉刚度值低于以往例的抗拉刚度值且大幅偏离基准值。
发明例1将通过拓扑最优化而求出了最优的形状的最优形状加固构件模型31向使板厚减小为0.5mm的门外板模型23结合，抗拉刚度值是在所有评价点处都超过基准值的良好的结果。而且，最优形状加固构件模型31的重量是136g，此时的重量变化成为-467g，与以往例相比实现了轻量化。
由以上示出：通过本发明的汽车门板部件的加固构造及加固方法，通过接合最优的形状的树脂制的加固构件并且减小所述金属板制门板部件的板厚，能够实现门板部件的抗拉刚度的提高和轻量化双方。
实施例2
在实施例2中，求出了用于评价门外板的抗拉刚度的载荷点的配置与前述的实施例1不同的情况下的最优形状加固构件模型，求出了将该求出的最优形状加固构件模型向门外板模型结合而得到的抗拉刚度评价模型的抗拉刚度和重量变化。而且，评价了关于该求出的最优形状加固构件模型变更了其弹性模量时的抗拉刚度评价模型的抗拉刚度，研究了加固构件所使用的树脂的弹性模量的合适范围。
在实施例2中，作为用于评价抗拉刚度的载荷点的配置不同的情况，提供图10所示的载荷、束缚条件，进行了在前述的实施方式中叙述的拓扑最优化解析(参照图2)。作为载荷、束缚条件，如图10所示，设定了呈格子状配置的载荷点(图10中的虚线)和配置于该格子的格中央的载荷点(图10中的实线)，在这些各载荷点处，独立地利用φ45mm的区域在门外板模型23的板面部23b的法线方向上施加了120N的分布载荷，在实线的△标记的位置处束缚了门外板模型23的外表面侧，在虚线的△标记的位置处束缚了门外板模型23的内表面侧。
在拓扑最优化解析中，对加固构件模型27的材料特性设定了前述的表1所示的值。而且，作为最优化解析条件，与实施例1同样，将目的函数设为了体积最小，将制约条件设为了载荷点处的位移1.5mm以下。并且，进行向如图10所示那样配置的各个载荷点中的一个输入了载荷的情况下的构造解析，将各构造解析对全部的载荷点独立地进行，将向各载荷点输入了载荷的构造解析综合后，进行了加固构件模型27(图3)的体积最小化。在此，将各载荷点的构造解析综合时的权重(weighting)设为了均等。
在图11中示出提供图10所示的载荷、束缚条件并进行拓扑最优化解析而求出的最优形状加固构件模型51。最优形状加固构件模型51与图5所示的最优形状加固构件模型31同样，成为了具有在高度方向上呈筋状延伸的纵骨部53和在与纵骨部53交叉的方向上延伸的横骨部55的鱼骨状。
纵骨部53的一端位于防撞梁模型25，另一端位于特征线23a，在门外板模型23的前后方向上配置有多个纵骨部53。而且，纵骨部53的宽度在门外板模型23的前方侧是4.5mm(图11中的(a))，在后方侧是14.5mm(图11中的(b))，与图5的最优形状加固构件模型31的情况不同，成为了根据前后方向的位置而纵骨部53的宽度不同的结果。
而且，图11所示的最优形状加固构件模型51还具有在门外板模型23的后方侧的高度方向中央部附近处在高度方向上呈筋状延伸的纵骨部57。可认为这是因为，防撞梁模型25的后端25a位于比高度方向中央部靠下方处，防撞梁模型25斜着配置，因此，未由防撞梁模型25支承的范围宽广而抗拉刚度变低，以支承该范围的方式在拓扑最优化解析中残留了纵骨部57。
接着，评价了将图11所示的最优形状加固构件模型51向使板厚减小为0.5mm的门外板模型23结合而得到的抗拉刚度评价模型61的抗拉刚度和轻量化。
关于抗拉刚度评价模型61的抗拉刚度，在图12所示的各评价点处对与实施例1同样的评价点A～C追加评价点D，利用使用输入的载荷和输入了该载荷时的各评价点处的位移而算出的抗拉刚度值进行了评价。在此，在实施例2中也是，根据拓扑最优化解析中的位移的制约条件，将抗拉刚度值的基准值设为了80N/mm，将该基准值以上的抗拉刚度值设为了良好。另外，关于轻量化也与实施例1同样，利用对使板厚从0.6mm减小为0.5mm的门外板模型23结合了最优形状加固构件模型51时的重量变化进行了评价。在表3中示出抗拉刚度评价模型61的抗拉刚度值及重量变化的结果。
[表3]
在表3中，以往例与前述的实施例1同样，是不结合加固构件模型并使板厚保持为0.6mm的门外板模型23的结果。另外，发明例2是结合了对加固构件模型27提供表1所示的材料特性而求出的最优形状加固构件模型51的抗拉刚度评价模型61的结果。而且，发明例3、发明例4及发明例5是在将与发明例2同一形状的最优形状加固构件模型51向门外板模型23结合而得到的抗拉刚度评价模型61中仅将该结合的最优形状加固构件模型51的弹性模量变更为合适范围即10GPa以上(10GPa、50GPa及200GPa)时的结果。另外，比较例3是结合与发明例2同一形状的最优形状加固构件模型51而得到的抗拉刚度评价模型61的结果且是本发明的范围内，但为仅将最优形状加固构件模型51的弹性模量设定为本发明的合适范围外即8GPa时的结果。
如表3所示，在发明例2～发明例5中，抗拉刚度值成为了在所有评价点(评价点A～评价点D)处超过基准值(＝80N/mm)的结果。而且，最优形状加固构件模型51的重量是103g，此时的重量变化成为-500g，得到了与以往例相比轻量化的结果。
比较例3由于结合了与发明例2同一形状的最优形状加固构件模型51，所以与以往例相比得到了-500g的重量变化。然而，关于抗拉刚度值，虽然关于评价点B及评价点D超过了基准值(＝80N/mm)，但关于评价点A及评价点C低于基准值，未得到在所有评价点处超过基准值的结果。
不过，如表3所示，是以下结果：比较例3中的评价点A～评价点C的抗拉刚度值与以往例相比提高，评价点D的抗拉刚度值与以往例大致相等。因此表示，即使在将最优形状加固构件的弹性模量设定为比本发明的合适范围低的值的情况下，也能够与以往例相比整体地使抗拉刚度提高并且轻量化。
而且，在表3中示出了若增大最优形状加固构件模型51的弹性模量则抗拉刚度值增加的结果。这启示了，通过增大加固构件所使用的树脂的弹性模量，能够在抗拉刚度值满足基准值的范围内减小加固构件的重量，将门板部件进一步轻量化。并且，在增大加固构件所使用的树脂的弹性模量来进一步轻量化的情况下，从表3所示的结果可知，优选以使各评价点处的抗拉刚度值满足基准值的方式使用弹性模量为10GPa以上的树脂。作为弹性模量为10GPa以上的树脂，存在纤维增强树脂。
需要说明的是，表3所示的发明例3～发明例5及比较例3是通过设定为加固构件模型的弹性模量30GPa的拓扑最优化解析而求出最优形状加固构件模型51且仅变更该求出的最优形状加固构件模型51的弹性模量而评价了抗拉刚度的结果，但该结果暗示了，将在求出最优形状加固构件模型的拓扑最优化解析中对加固构件模型设定的弹性模量设为10GPa以上即可。
由以上示出了：即使在用于评价在门板部件的设计时设定的抗拉刚度的载荷点的配置不同的情况下，对于加固门板部件而言最优的形状的加固构件模型也最好成为具有在门板部件的高度方向上延伸的纵骨部而且具有在与该纵骨部交叉的方向上延伸的横骨部的鱼骨状，并且示出了：通过结合最优的形状的树脂制的加固构件并且减小门板部件的板厚，能够达成抗拉刚度的提高和轻量化双方。而且示出了：将最优的形状的加固构件的弹性模量设为10GPa以上对于门板部件的抗拉刚度的提高是优选的。
实施例3
在实施例3中，为了评价材质与实施例1及实施例2不同的金属板制门外板的材质的抗拉刚度，求出了将材质设为铝的情况下的最优形状加固构件模型，求出了将该求出的最优形状加固构件模型向门外板模型结合而得到的抗拉刚度评价模型的抗拉刚度和重量变化。而且，评价了使该求出的最优形状加固构件模型的弹性模量变化时的抗拉刚度评价模型的抗拉刚度，研究了加固构件所使用的树脂的弹性模量的合适范围。
在实施例3中，设为门外板模型23的材质的铝的弹性模量及密度分别设为了70GPa及2.7g/cm3。另外，将门外板模型23的板厚设为了0.8mm或0.6mm，关于各板厚(thickness)与实施例2同样地进行拓扑最优化解析，求出了最优形状加固构件模型。
在拓扑最优化解析中，对加固构件模型27的弹性模量以外的材料特性设定了前述的表1所示的值。而且，载荷束缚条件设为了与实施例2同样(参照图10)，最优化解析条件与实施例1同样，将目的函数设为了体积最小，将制约条件设为了载荷点处的位移1.5mm以下。
在图15中示出通过将铝板制的门外板模型23的板厚设为0.8mm的情况下的最优化解析而求出的最优形状加固构件模型93。即使在将门外板模型23的材质设为铝的情况下，最优形状加固构件模型93也与将门外板模型23的材质设为钢而求出的最优形状加固构件模型31(图5)同样，成为了具有从防撞梁模型25向高度方向呈筋状延伸的纵骨部95和在与纵骨部95交叉的方向上延伸的横骨部97的骨构造。
在图16中示出通过将铝板制的门外板模型23的板厚设为0.6mm的情况下的最优化解析而求出的最优形状加固构件模型103。与板厚0.8mm的门外板模型23中的最优形状加固构件模型93同样，最优形状加固构件模型103成为了具有从防撞梁模型25向高度方向呈筋状延伸的纵骨部105和在与纵骨部105交叉的方向上延伸的横骨部107的骨构造。
接着，关于对将板厚设为0.8mm的铝板制的门外板模型23结合最优形状加固构件模型93而得到的抗拉刚度评价模型91(图15)和对将板厚设为0.6mm的铝板制的门外板模型23结合最优形状加固构件模型103而得到的抗拉刚度评价模型101(图16)的各自，评价了抗拉刚度和轻量化。
关于抗拉刚度评价模型91及101的抗拉刚度，与实施例2同样，利用使用向图12所示的各评价点(评价点A～评价点D)输入了载荷时的各评价点处的位移和输入的载荷而算出的抗拉刚度值进行了评价。在此，在实施例3中也是，根据拓扑最优化解析中的位移的制约条件，将抗拉刚度的基准值设为了80N/mm，将该基准值以上的抗拉刚度值设为了良好。
另外，关于轻量化，利用对使板厚从1.1mm减小为0.8mm或0.6mm的门外板模型23结合了最优形状加固构件模型93或103时的重量变化进行了评价。在表4中示出抗拉刚度评价模型91及101的抗拉刚度值及重量变化的结果。
[表4]
在表4中，以往例2是将最优形状加固构件模型93或103都不结合并将板厚保持为1.1mm的铝板制的门外板模型23设为了抗拉刚度评价模型时的结果。发明例6是对板厚0.8mm的门外板模型23结合图15所示的最优形状加固构件模型93而得到的抗拉刚度评价模型91的结果。而且，发明例7、发明例8及发明例9是与发明例6同样地将最优形状加固构件模型93的弹性模量分别变更为表4所示的值而得到的结果。
另外，发明例10是对板厚0.6mm的门外板模型23结合图16所示的最优形状加固构件模型103而得到的抗拉刚度评价模型101的结果。而且，发明例11、发明例12及发明例13是将最优形状加固构件模型103的弹性模量分别变更为表4所示的值而得到的结果。
如表4所示，在发明例6～发明例13中，最优形状加固构件模型103的弹性模量为10GPa以上，抗拉刚度值成为了在所有评价点(评价点A～评价点D)处超过基准值(＝80N/mm)的良好的结果。而且，重量变化均成为-325g或-567g，得到了与以往相比轻量化的结果。
实施例4
在实施例4中，关于由门外板和门内板构成的门板部件，为了评价该门外板和门内板的材质的组合不同的情况下的门板部件的抗拉刚度，求出了对由门外板模型和门内板模型构成的门板部件模型结合最优形状加固构件模型而得到的抗拉刚度评价模型的抗拉刚度和重量变化。
在实施例4中，向门板部件模型结合的最优形状加固构件模型设为了关于将材质设为钢的门外板模型23求出的最优形状加固构件模型51(图11)或关于将材质设为铝的门外板模型23求出的最优形状加固构件模型93(图15)。
将抗拉刚度评价模型中的门外板模型和门内板模型的材质、板厚及最优形状加固构件模型的组合示于表5。在表5中，内板表示门内板模型，外板表示门外板模型。并且，内板及外板的材质设为铝(Al)、钢(Fe)或树脂，对树脂的材料特性设定了表1所示的值。
关于抗拉刚度评价模型的抗拉刚度值，与实施例2同样，利用使用对图12所示的各评价点(评价点A～评价点D)输入了载荷时的各评价点处的位移和输入的载荷而算出的抗拉刚度值进行了评价。另外，关于轻量化，利用对使板厚从1.1mm减小为0.8mm或0.6mm的门外板模型23结合了最优形状加固构件模型93或103时的重量变化进行了评价。在表5中示出抗拉刚度评价模型的抗拉刚度值及重量变化的结果。
[表5]
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在表5中，以往例3～以往例9是将不结合最优形状加固构件模型并变更了门内板模型和门外板模型的材质的组合的门板部件模型设为抗拉刚度评价模型时的结果。另外，发明例14及发明例15在结合图11所示的门外板为钢(Fe)的情况下的最优形状加固构件模型51而得到的抗拉刚度评价模型中分别变更了门内板的材质、门外板模型及门内板模型的板厚。而且，发明例16～发明例20在结合图15所示的门外板为铝(Al)的情况下的最优形状加固构件模型93而得到的抗拉刚度评价模型中分别变更了门外板模型和门内板的材质的组合及板厚。需要说明的是，在门外板为树脂的情况下也应用了图15所示的最优形状加固构件模型93。
如表5所示，在发明例14～发明例20中，抗拉刚度值成为了在所有评价点(评价点A～评价点D)处超过基准值(＝80N/mm)的良好的结果。而且，发明例14及发明例15分别得到了与以往例3及以往例4相比抗拉刚度值上升且减轻了456g的结果。另外，在发明例16及发明例17中也分别得到了与以往例5及以往例6相比抗拉刚度值上升且减轻了325g的结果。而且，发明例18～发明例20分别得到了与以往例7～以往例9相比抗拉刚度值上升且减轻了174g的结果。
实施例5
在实施例5中，求出了将纵骨部和横骨部规则性地配置的加固构件模型向由门外板模型和门内板模型构成的门板部件模型结合而得到的抗拉刚度评价模型的抗拉刚度和重量变化。
在实施例5中，将与图13所示的蜂巢形状的加固构件73同一形状的加固构件模型或与图14所示的格子形状的加固构件83同一形状的加固构件模型向门外板模型结合，分别生成了抗拉刚度评价模型。
抗拉刚度评价模型中的门外板模型和门内板模型的材质设为钢，将钢板制门外板模型的板厚及加固构件模型的组合示于表6。加固构件模型的材质设为树脂，对树脂的材料特性设定了表1所示的值。
关于抗拉刚度评价模型的抗拉刚度值，与实施例2同样，利用使用向图12所示的各评价(评价点A～评价点D)点输入了载荷时的各评价点处的位移和输入的载荷而算出的抗拉刚度值进行了评价。另外，关于轻量化，利用对使板厚从0.6mm减小为0.5mm的门外板模型23结合了与加固构件73同一形状的加固构件模型或与加固构件83同一形状的加固构件模型时的重量变化进行了评价。在表6中示出抗拉刚度评价模型的抗拉刚度值及重量变化的结果。
[表6]
在表6中，以往例10是将不结合加固构件模型的门板部件模型设为了抗拉刚度评价模型时的结果。另外，发明例21是将与图13所示的加固构件73同一形状的加固构件模型向门外板模型结合而得到的抗拉刚度评价模型的结果，发明例22是将与图14所示的加固构件83同一形状的加固构件模型向门外板模型结合而得到的抗拉刚度评价模型的结果。
如表6所示，发明例21及发明例22中的抗拉刚度值成为在所有评价点(评价点A～评价点D)处超过基准值(＝80N/mm)的良好的结果，与以往例10相比抗拉刚度值上升。而且，在发明例21中，得到了减轻了268g的结果，另外，在发明例22中，得到了减轻了178g的结果。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供能够使汽车的门板部件的抗拉刚度提高并将该门板部件轻量化的汽车门板部件的加固构造及加固方法。
标号说明
1 加固构造
3 门外板
3a 特征线
3b 板面部
5 防撞梁
5a 后端
7 加固构件
9 纵骨部
11 横骨部
13 纵骨部
21 最优化解析模型
23 门外板模型
23a 特征线
23b 板面部
25 防撞梁模型
27 加固构件模型
29 设计空间
31 最优形状加固构件模型
33 纵骨部
35 横骨部
37 纵骨部
41 抗拉刚度评价模型(发明例1)
43 抗拉刚度评价模型(比较例1)
45 加固构件模型(比较例1)
47 抗拉刚度评价模型(比较例2)
49 加固构件模型(比较例2)
51 最优形状加固构件模型
53 纵骨部
55 横骨部
57 纵骨部
61 抗拉刚度评价模型
71 加固构造
73 加固构件(蜂巢形状)
75 纵骨部
77 横骨部
81 加固构造
83 加固构件(格子形状)
85 纵骨部
87 横骨部
91 抗拉刚度评价模型
93 最优形状加固构件模型
95 纵骨部
97 横骨部
101 抗拉刚度评价模型
103 最优形状加固构件模型
105 纵骨部
107 横骨部

Claims (6)

1.一种汽车门板部件的加固构造，具备沿着高度方向弯曲且形成有特征线的金属板制门板部件和配设于该门板部件的内表面侧的防撞梁，通过向所述门板部件的内表面贴附树脂制的加固构件来使所述门板部件的抗拉刚度提高，其特征在于，
所述加固构件具有沿着所述门板部件的所述弯曲而从所述防撞梁呈筋状地延伸至所述特征线的多个纵骨部，
该多个纵骨部的至少一部分以使得在分布载荷向所述门板部件作用时将所述分布载荷向所述防撞梁、所述特征线传递的方式以一端位于所述防撞梁、另一端位于所述特征线的方式在高度方向上呈筋状地延伸，所述纵骨部的防撞梁侧的端部是将所述门板部件的内表面与所述防撞梁之间的间隙填满的形状，在所述门板部件的前后方向上以规定的间隔配置，并接合于所述门板部件的内表面，
所述加固构件是弹性模量为10GPa以上的纤维增强树脂。
2.一种汽车门板部件的加固构造，具备沿着高度方向弯曲且形成有特征线的门板部件和配设于该门板部件的内表面侧的防撞梁，通过向所述门板部件的内表面贴附树脂制的加固构件来使所述门板部件的抗拉刚度提高，其特征在于，
所述门板部件由门外板和门内板构成，该门外板和门内板的材质由金属和金属、或金属和树脂的组合构成，
所述加固构件具有沿着所述门板部件的所述弯曲而从所述防撞梁呈筋状地延伸至所述特征线的多个纵骨部，
该多个纵骨部的至少一部分以使得在分布载荷向所述门板部件作用时将所述分布载荷向所述防撞梁、所述特征线传递的方式以一端位于所述防撞梁、另一端位于所述特征线的方式在高度方向上呈筋状地延伸，所述纵骨部的防撞梁侧的端部是将所述门板部件的内表面与所述防撞梁之间的间隙填满的形状，在所述门板部件的前后方向上以规定的间隔配置，并接合于所述门板部件的内表面，
所述加固构件是弹性模量为10GPa以上的纤维增强树脂。
3.根据权利要求1或2所述的汽车门板部件的加固构造，其特征在于，
所述加固构件还具有在与所述纵骨部交叉的方向上延伸的横骨部。
4.一种汽车门板部件的加固方法，通过向在高度方向上弯曲且在内表面侧配设有防撞梁的金属板制门板部件的所述内表面贴附树脂制的加固构件来使抗拉刚度提高，其特征在于，包括：
最优形状加固构件取得步骤，取得将所述门板部件利用平面要素和/或立体要素模型化而得到的门板部件模型，对该门板部件模型结合设为最优化解析的对象的加固构件模型，使所述门板部件模型的金属板的板厚减少来进行求出该加固构件模型的最优的形状的拓扑最优化解析，在所述拓扑最优化解析中，将对所述加固构件模型设定的弹性模量设定为10GPa以上；
加固构件制作步骤，基于该最优的形状的加固构件模型来制作向所述门板部件的内表面接合的加固构件；及
加固构件接合步骤，将该制作出的加固构件向所述门板部件的内表面接合，
在所述加固构件制作步骤中制作的加固构件具有多个纵骨部，该多个纵骨部沿着所述门板部件的高度方向的弯曲而从所述防撞梁呈筋状地延伸至形成于所述金属板制门板部件的特征线，并在所述门板部件的前后方向上以规定的间隔配置，
该多个纵骨部的至少一部分以使得在分布载荷向所述门板部件作用时将所述分布载荷向所述防撞梁、所述特征线传递的方式以一端位于所述防撞梁、另一端位于所述特征线的方式在高度方向上呈筋状地延伸，所述纵骨部的防撞梁侧的端部是将所述门板部件的内表面与所述防撞梁之间的间隙填满的形状。
5.一种汽车门板部件的加固方法，通过向在高度方向上弯曲且在内表面侧配设有防撞梁的门板部件的所述内表面贴附树脂制的加固构件来使抗拉刚度提高，其特征在于，
所述门板部件由门外板和门内板构成，该门外板和门内板的材质由金属和金属、或金属和树脂的组合构成，
所述加固方法包括：
最优形状加固构件取得步骤，取得将所述门板部件利用平面要素和/或立体要素模型化而得到的门板部件模型，对该门板部件模型结合设为最优化解析的对象的加固构件模型，使所述门板部件模型的门外板模型的金属板的板厚减少来进行求出该加固构件模型的最优的形状的拓扑最优化解析，在所述拓扑最优化解析中，将对所述加固构件模型设定的弹性模量设定为10GPa以上；
加固构件制作步骤，基于该最优的形状的加固构件模型来制作向所述门板部件的内表面接合的加固构件；及
加固构件接合步骤，将该制作出的加固构件向所述门板部件的内表面接合，
在所述加固构件制作步骤中制作的加固构件具有多个纵骨部，该多个纵骨部沿着所述门板部件的高度方向的弯曲而从所述防撞梁呈筋状地延伸至形成于所述门板部件的特征线，并在所述门板部件的前后方向上以规定的间隔配置，
该多个纵骨部的至少一部分以使得在分布载荷向所述门板部件作用时将所述分布载荷向所述防撞梁、所述特征线传递的方式以一端位于所述防撞梁、另一端位于所述特征线的方式在高度方向上呈筋状地延伸，所述纵骨部的防撞梁侧的端部是将所述门板部件的内表面与所述防撞梁之间的间隙填满的形状。
6.根据权利要求4或5所述的汽车门板部件的加固方法，其特征在于，
在所述加固构件制作步骤中制作的加固构件还具有在与所述纵骨部交叉的方向上延伸的横骨部。
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