CN111918781B - 具有顶板部和侧壁部的部件 - Google Patents
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Abstract
在弯曲部具有侧壁部的部件由于部件的振动而以侧壁部向外侧打开或向内侧倾倒的方式发生弹性变形。此时，在侧壁部的根部产生应力，通过对侧壁部的根部反复作用应力，而在侧壁部的根部产生疲劳裂纹。一种具有顶板部和侧壁部的部件，所述侧壁部通过在所述顶板部的周围将该顶板部弯折而构成，在垂直于所述顶板部的方向上是开放截面，在所述侧壁部包含弯曲部，该弯曲部从垂直于所述顶板部的方向观察时向部件内侧方向呈凹状或凸状，并且曲率半径为300mm以下地弯曲，在所述弯曲部的至少局部设有与所述侧壁部相接合的加强构件。
Description
技术领域
(相关申请的相互参考)
本申请基于2018年4月9日在日本申请的特愿2018-074634号主张优先权，并且在此援引其内容。
本发明涉及一种具有顶板部和侧壁部的部件。
背景技术
出于削减CO2排出量、提高燃料消耗率的目的，而对汽车的车身要求轻量化。伴随于此，构成车身的各部件谋求薄壁化，例如被称为前悬架臂、后悬架臂的行驶部件也在推进薄壁化。在专利文献1和专利文献2中作为行驶部件公开了前悬架臂。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-209044号公报
专利文献2：日本特开2015-231780号公报
发明内容
发明要解决的问题
图1是表示汽车的前悬架臂50的立体图。图1的前悬架臂50具有顶板部2和在顶板部2的周围将该顶板部2弯折而构成的侧壁部3。顶板部2形成为俯视时从中央向三个方向延伸。向三个方向延伸的部分的顶端侧的端部分别是作为安装于车身侧的端部的第1车身安装侧端部4、作为安装于车身侧的端部的第2车身安装侧端部5和作为安装于车轮侧的端部的车轮安装侧端部6。在将各端部4～6相连的部分分别包含俯视时呈弯曲的形状的部分，侧壁部3也形成于该弯曲部。
弯曲部的侧壁部通过在坯料的压制成形过程中产生伸长变形或缩短变形而形成。即，在弯曲部具有侧壁部的部件存在由伸长变形形成的部分和由缩短变形形成的部分中的至少任一部分。在本说明书中，将侧壁部的由伸长变形形成并且具有朝向构件(前悬架臂50)中央呈凸状的弯曲形状的部分称为“凸状弯曲部分”，将具有朝向构件中央呈凹状的弯曲形状的部分称为“凹状弯曲部分”。
作为在弯曲部具有侧壁部的部件的一例的图1的前悬架臂50伴随着由汽车行驶时的振动引起的侧壁部3的伸长变形或缩短变形，而以侧壁部3如图2所示向外侧打开或向内侧倾倒的方式发生弹性变形。此时，在侧壁部3的根部产生应力，因此由于振动而反复对侧壁部3的根部作用应力，从而有可能在侧壁部3的根部的板内侧产生疲劳裂纹。特别地，汽车的行驶部件容易受到行驶时的振动的影响，因此与其他部件相比容易在侧壁部3的根部产生疲劳裂纹。而且，出于轻量化的观点进行的前述的薄壁化导致由振动产生的应力增大，从而容易产生疲劳裂纹。因此，期望在实现薄壁化以实现轻量化的同时抑制疲劳裂纹的产生。
本发明是鉴于上述情况而完成的发明，其目的在于，在具有顶板部和侧壁部的部件中抑制疲劳裂纹的产生。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，根据本发明，提供了一种具有顶板部和侧壁部的部件，所述侧壁部通过在所述顶板部的周围将该顶板部弯折而构成，在垂直于所述顶板部的方向上是开放截面，其特征在于，在所述侧壁部包含弯曲部，该弯曲部在从垂直于所述顶板部的方向观察时向部件内侧方向呈凹状或凸状，并且曲率半径为300mm以下地弯曲，在所述弯曲部的至少局部设有与所述侧壁部相接合的加强构件。
所述加强构件可以至少设于所述侧壁部的延伸方向顶端部。
所述加强构件可以设于从垂直于所述顶板部的方向观察时曲率半径为20mm以上且250mm以下地弯曲的弯曲部。
所述加强构件可以设于从垂直于所述顶板部的方向观察时曲率半径为所述侧壁部的板厚的4倍以上且375倍以下地弯曲的弯曲部。
所述加强构件可以在所述弯曲部以包含从垂直于所述顶板部的方向观察时曲率半径最小的部分的方式设置。
也可以是，在所述弯曲部的周向上，设于该弯曲部的所述加强构件的长度是该弯曲部的长度的80％以上。
所述侧壁部的板厚可以是5.0mm以下。
所述加强构件可以是由树脂制成的树脂构件。
所述树脂可以是FRP(纤维增强树脂)。
也可以是，所述FRP中含有的增强纤维材料的纤维取向相对于所述弯曲部的周向在±30°以内。
所述FRP可以是CFRP(碳纤维增强树脂)。
所述FRP可以是GFRP(玻璃纤维增强树脂)。
所述加强构件可以是加厚部。
所述部件可以是汽车部件。
所述汽车部件可以是行驶部件。
发明的效果
根据本发明，在具有顶板部和侧壁部的部件中，能够抑制疲劳裂纹的产生。
附图说明
图1是表示以往的前悬架臂的立体图。
图2是表示以往的前悬架臂的发生振动时侧壁顶端部的动作的图。
图3是表示本发明的实施方式的前悬架臂的立体图。
图4是从侧壁部的延伸方向观察到的本发明的实施方式的前悬架臂的图。
图5是从侧壁部的延伸方向观察到的本发明的实施方式的凸状弯曲部分的与CFRP(碳纤维增强树脂)构件相接合的部分的放大图。在本图中表示侧壁部向外侧打开的情况下的作用于凸状弯曲部分的力。
图6是从侧壁部的延伸方向观察到的本发明的实施方式的凸状弯曲部分的与CFRP构件相接合的部分的放大图。在本图中表示侧壁部向内侧倾倒的情况下的作用于凸状弯曲部分的力。
图7是表示本发明的另一实施方式的前悬架臂的立体图。
图8是表示本发明的又一实施方式的前悬架臂的立体图。
图9是表示本发明的再一实施方式的前悬架臂的立体图。
图10是表示本发明的另一实施方式的CFRP构件的结构的概略说明图。
图11是表示应力模拟(A)的分析模型的图。
图12是表示应力模拟(B)的分析模型的图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。在本实施方式中，作为在弯曲部具有侧壁部的部件，列举汽车的前悬架臂为例进行说明。此外，在本说明书和附图中，通过对具有实质上相同的功能结构的要素标注相同的附图标记，而省略重复说明。
如图3所示，本实施方式的前悬架臂1具有顶板部2和在顶板部2的周围将该顶板部2弯折而构成的侧壁部3。侧壁部3以侧壁面3a相对于顶板部2的顶面垂直的方式延伸，前悬架臂1的纵截面形状是大致U字形。即，前悬架臂1具有在顶板部2的周围将该顶板部2弯折而构成的侧壁部3，在垂直于顶板部2的方向上构成为开放截面。本说明书中的“侧壁面”是指纵截面观察时的处于从侧壁部3的顶端位置到侧壁部3与顶板部2的连接部的弯折开始位置的范围的面。另外，在本说明书中，将部件的纵截面观察时的侧壁部3延伸的方向称为“侧壁部3的延伸方向D”。在本实施方式中，由于顶板部2的顶面与侧壁面3a所成的角为90°，因此从侧壁部3的延伸方向D观察前悬架臂1的情况下的图成为如图4那样从正下方仰视前悬架臂1的图。另外，在本说明书中，将从侧壁部3的延伸方向D观察的该侧壁部3的圆弧的长度方向称为“侧壁部3的周向C”。此外，不限定于顶板部2的顶面与侧壁面3a所成的角为90°。
此外，虽然本实施方式的前悬架臂1假定为钢制，但前悬架臂1的材质只要是金属，则没有特别限定。例如，前悬架臂1的材质也可以是铝合金等。另外，前悬架臂1主要由金属材料构成，但也可以局部地使用其他材料。
如图4所示，前悬架臂1形成为顶板部2从中央向三个方向延伸。向三个方向延伸的部分的顶端侧的端部分别是作为安装于车身侧的端部的第1车身安装侧端部4、同样地作为安装于车身侧的端部的第2车身安装侧端部5以及作为安装于车轮侧的端部的车轮安装侧端部6。在将各端部4～6相连的部分包含呈弯曲的形状的部分，侧壁部3也形成于弯曲部。此外，本实施方式的前悬架臂1的形状是一例，前悬架臂1的形状根据汽车的悬架形状等而适当变更。侧壁部3的板厚例如可以设计为0.8mm～5.0mm，更优选为3.2mm以下，进一步优选为2.9mm，更进一步优选为2.3mm以下。在侧壁部3的板厚不足0.8mm的情况下，部件强度不足，如果超过5.0mm，则部件的重量会变大。因此，期望侧壁部3的板厚在上述数值范围内尽可能薄地设计。
如前述那样，在弯曲部形成有侧壁部的情况下，在压制成形过程中产生坯料的伸长变形或缩短变形，因此在弯曲部的侧壁部形成有凸状弯曲部分和凹状弯曲部分中的一者或两者。在本实施方式中也在形成于弯曲部的侧壁部3形成有凸状弯曲部分7或凹状弯曲部分8。凸状弯曲部分7是从侧壁部3的延伸方向D观察时向前悬架臂1的部件内侧方向呈凸状的部分，凹状弯曲部分8是从侧壁部3的延伸方向D观察时向前悬架臂1的部件内侧方向呈凹状的部分。此外，在本实施方式的前悬架臂1的情况下，凸状弯曲部分7和凹状弯曲部分8分别存在多个，但在图3和图4中为了方便说明，而分别各图示了一个凸状弯曲部分7和一个凹状弯曲部分8。在此，凸状弯曲部分7和凹状弯曲部分8的侧壁部3的周向C上的区域也可以作为在侧壁部3的周向C上成为曲面的部分。即，在从侧壁部3的延伸方向D观察时，例如也可以是，曲率半径为300mm以下的部分是凸状弯曲部分7和凹状弯曲部分8的侧壁部3的周向C上的区域。另外，更严密地讲，凸状弯曲部分7和凹状弯曲部分8的侧壁部3的周向C上的区域的曲率半径也可以是20mm以上且250mm以下。如上述那样，侧壁部3的板厚例如为0.8mm～5.0mm，因此可以说，在从侧壁部3的延伸方向D观察时，在曲率半径为300mm以下的情况下，期望该曲率半径为侧壁部3的板厚的375倍以下，在曲率半径为250mm以下的情况下，期望该曲率半径为侧壁部3的板厚的300倍以下。
本实施方式的前悬架臂1除了具有顶板部2和侧壁部3的前悬架臂主体以外，作为加强构件的一例还具有由CFRP(碳纤维增强树脂)制成的CFRP构件9。该CFRP构件9的重量轻同时强度和比刚度优异。CFRP构件9与凸状弯曲部分7的侧壁部3(侧壁面3a)和凹状弯曲部分8的侧壁面3a中的至少一者的外侧的表面相接合。CFRP构件9通过与侧壁部3相接合，来加强侧壁部3的厚度方向。CFRP构件9相对于侧壁部3的接合方法没有特别限定，但例如使用粘接树脂粘贴于侧壁部3。此外，在利用粘接树脂将CFRP构件9粘贴于侧壁部3的情况下，如果观察该部分的侧壁部3的截面，则能够确认在侧壁部3与CFRP构件9之间存在粘接树脂层。对包含该CFRP构件9的FRP构件的粘接方法和粘接所使用的树脂等在后面进行说明。
本实施方式的前悬架臂1如上所述地构成。例如在CFRP构件9与凸状弯曲部分7相接合的前悬架臂1中，例如在侧壁部3由于汽车行驶时的振动而向外侧打开从而使顶板部2的顶面与侧壁面3a所成的角变大的情况下，如图5所示，对凸状弯曲部分7作用缩短方向的力。本实施方式中的“缩短方向”表示在垂直于侧壁部3的截面处观察凸状弯曲部分7的情况下的截面图中的凸状弯曲部分7与侧壁部3的平面部分的分界朝向凸状弯曲部分7的中点靠近的方向。图5是从侧壁部3的延伸方向D(图3中的下方)观察到的本实施方式的凸状弯曲部分7的与CFRP构件9相接合的部分的放大图。在该图5中表示在侧壁部3向外侧打开的情况下作用于凸状弯曲部分7的力。此时，在本实施方式的前悬架臂1中，通过在凸状弯曲部分7接合CFRP构件9，即使对凸状弯曲部分7作用缩短方向的力，该力也不仅施加于凸状弯曲部分7，还施加于CFRP构件9。因此，利用CFRP构件9产生阻碍凸状弯曲部分7向缩短方向变形那样的反作用力。因此，在侧壁面3a接合有CFRP构件9的凸状弯曲部分7的刚度增大，抑制了由振动引起的凸状弯曲部分7的变形。
另一方面，例如在侧壁部3由于汽车行驶时的振动而向内侧倾倒从而使顶板部2的顶面与侧壁面3a所形成的角变小的情况下，如图6所示对凸状弯曲部分7作用伸长方向的力。本实施方式中的“伸长方向”表示在垂直于侧壁部3的截面处观察凸状弯曲部分7的情况下的截面图中的凸状弯曲部分7与侧壁部3的平面部分的分界相对于凸状弯曲部分7的中点远离的方向。图6是从侧壁部3的延伸方向D(图3中的下方)观察到的本实施方式的凸状弯曲部分7的与CFRP构件9接合的部分的放大图。在该图6中表示在侧壁部3向内侧倾倒的情况下作用于凸状弯曲部分7的力。此时，在本实施方式的前悬架臂1中，通过在凸状弯曲部分7接合CFRP构件9，即使对凸状弯曲部分7作用伸长方向的力，该力也不仅施加于凸状弯曲部分7，还施加于CFRP构件9。因此，利用CFRP构件9产生阻碍凸状弯曲部分7向伸长方向的变形那样的反作用力。因此，在侧壁面3a接合有CFRP构件9的凸状弯曲部分7的刚度增大，抑制了由振动引起的凸状弯曲部分7的变形。
这样，利用本实施方式的前悬架臂1，无论在侧壁部3因振动而向外侧打开的情况下还是在向内侧倾倒的情况下，通过在凸状弯曲部分7接合有CFRP构件9，由此均能够抑制凸状弯曲部分7的变形。凸状弯曲部分7的侧壁部3的向外侧的打开、向内侧的倾倒是伴随着凸状弯曲部分7的变形而产生的，但在本实施方式的前悬架臂1中，由于能够抑制那样的凸状弯曲部分7的变形，因此作为结果能够抑制侧壁部3的向外侧的打开、向内侧的倾倒。由此，发生振动时作用于凸状弯曲部分7的侧壁部3的根部的应力减小，从而能够抑制在侧壁部3的根部产生疲劳裂纹。
此外，CFRP构件9相对于凸状弯曲部分7的侧壁面3a的接合位置没有特别限定。与CFRP构件9相对于侧壁面3a的接合位置无关，在侧壁面3a接合有CFRP构件9的部分，如图5和图6那样作用有阻碍由振动引起的凸状弯曲部分7的变形的力，与未设置CFRP构件9的情况相比，能够抑制凸状弯曲部分7的变形。不过，凸状弯曲部分7的变形容易在侧壁部3的延伸方向D上的顶端部发生。因此更优选的是，例如如图7所示CFRP构件9至少与凸状弯曲部分7的顶端部3b相接合。由此抑制了该顶端部3b的变形，因此能够更有效地抑制凸状弯曲部分7的变形。
另外，CFRP构件9优选如图3和图4所示以包含凸状弯曲部分7的周向C上的中央部7a的方式接合。“中央部7a”是指位于凸状弯曲部分7的周向C上的区域的中央的部分，如图4所示在从侧壁部3的延伸方向D观察凸状弯曲部分7的情况下，从中央部7a到凸状弯曲部分7的周向C上的区域的两端部的距离彼此相等。发生振动时凸状弯曲部分7的变形容易在中央部7a产生。因此，通过在与凸状弯曲部分7的周向C上的中央部7a接合CFRP构件9，容易抑制发生振动时凸状弯曲部分7的变形。
另外，CFRP构件9优选以包含凸状弯曲部分7的周向C上的曲率最大部7b的方式接合。“曲率最大部7b”是指在从侧壁部3的延伸方向D观察凸状弯曲部分7时该凸状弯曲部分7的区域内的曲率半径R最小的部分。在本实施方式中，曲率最大部7b包含上述的中央部7a。发生振动时凸状弯曲部分7的变形容易在曲率半径R较小的周向C的曲率最大部7b产生。因此，通过在与凸状弯曲部分7的周向C上的曲率最大部7b接合CFRP构件9，容易抑制发生振动时凸状弯曲部分7的变形。在从侧壁部3的延伸方向D观察的凸状弯曲部分7的曲率半径R为250mm以下的情况下，该效果更大。
CFRP构件9的周向C的长度L1优选为凸状弯曲部分7的周向C的长度L2的80％以上的长度。由此能够提高抑制发生振动时凸状弯曲部分7的变形的效果。另外，通过以包含前述那样的凸状弯曲部分7的周向C上的中央部7a的方式接合具有凸状弯曲部分7的周向C的长度L2的80％以上的长度L1的CFRP构件9，由此能够进一步提高抑制凸状弯曲部分7的变形的效果。此外，CFRP构件9的厚度没有特别限定。CFRP构件9的厚度根据凸状弯曲部分7的形状、周围的空间等适当变更，但例如为1mm～5mm。
另外，CFRP构件9的纤维取向没有特别限定，但优选为在正对着凸状弯曲部分7的侧壁面3a观察时相对于周向C在±30°以内。由此能够提高发生振动时凸状弯曲部分7的变形的效果。这样的CFRP构件9例如能够通过使用UD(单向：Unidirectional)材料来实现。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于该例。显然的是，只要是本领域技术人员，就能够在权利要求书所记载的技术思想的范畴内想到各种变更例或修改例，并且可了解到这些变更例或修改例当然也属于本发明的保护范围。
例如也可以如图8所示，CFRP构件9接合于与在上述实施方式中说明的凸状弯曲部分7不同的凸状弯曲部分7。在该情况下，也抑制接合有CFRP构件9的凸状弯曲部分7在发生振动时的变形。
另外，虽然在以上的说明中CFRP构件9与凸状弯曲部分7相接合，但CFRP构件9也可以如图9所示与凹状弯曲部分8相接合。在该情况下，与上述实施方式那样的CFRP构件9与凸状弯曲部分7相接合的情况同样，能够增大凹状弯曲部分8的刚度，从而能够抑制发生振动时的凹状弯曲部分8的变形。
例如在侧壁部3因汽车行驶时的振动而向外侧打开从而使顶板部2的顶面与侧壁面3a所成的角变大的情况下，对凹状弯曲部分8作用伸长方向的力。此时，如果在凹状弯曲部分8接合有CFRP构件9，则产生阻碍凹状弯曲部分8的向伸长方向的变形那样的反作用力。因此，在侧壁面3a接合有CFRP构件9的凹状弯曲部分8的刚度增大，抑制了由振动引起的凹状弯曲部分8的变形。
另一方面，例如在侧壁部3因汽车行驶时的振动而向内侧倾倒从而使顶板部2的顶面与侧壁面3a所成的角变小的情况下，对凹状弯曲部分8作用缩短方向的力。此时，如果在凹状弯曲部分8接合有CFRP构件9，则产生阻碍凹状弯曲部分8的向缩短方向的变形那样的反作用力。因此，在侧壁面3a接合有CFRP构件9的凹状弯曲部分8的刚度增大，抑制了由振动引起的凹状弯曲部分8的变形。
这样，在凹状弯曲部分8接合有CFRP构件9的情况下，无论是在侧壁部3因振动而向外侧打开的情况下还是在向内侧倾倒的情况下，均能够抑制凹状弯曲部分8的变形。凹状弯曲部分8的侧壁部3向外侧的打开、向内侧的倾倒是伴随着凹状弯曲部分8的变形而产生的，但通过在凹状弯曲部分8接合CFRP构件9，能够抑制那样的凹状弯曲部分8的变形，因此作为结果，能够抑制侧壁部3向外侧的打开、向内侧的倾倒。由此，发生振动时作用于凹状弯曲部分8的侧壁部3的根部的应力减小，从而能够抑制侧壁部3的根部的疲劳裂纹的产生。
此外，CFRP构件9也可以与凸状弯曲部分7和凹状弯曲部分8两者相接合。另外，在凸状弯曲部分7和凹状弯曲部分8存在多个的情况下，可以与所有的凸状弯曲部分7和凹状弯曲部分8相接合，但在轻量化的观点方面优选为，与容易产生疲劳裂纹的部分的凸状弯曲部分7或凹状弯曲部分8或这两者相接合。容易产生疲劳裂纹的部位根据前悬架臂1的形状而不同，但可以例如利用模拟从存在多个的凸状弯曲部分7或凹状弯曲部分8中推断容易产生疲劳裂纹的部分，来确定CFRP构件9的接合位置。
在CFRP构件9与凹状弯曲部分8相接合的情况下，与CFRP构件9与凸状弯曲部分7相接合的情况相同，也优选为CFRP构件9至少与凹状弯曲部分8的顶端部3b相接合。同样优选为，CFRP构件9以包含凹状弯曲部分8的周向C上的中央部的方式接合。同样优选为，CFRP构件9以包含凹状弯曲部分8的周向C上的曲率最大部的方式接合。同样进一步优选为，从侧壁部3的延伸方向D观察的凹状弯曲部分8的曲率半径250mm以下。同样优选为，CFRP构件9的周向C的长度为凹状弯曲部分8的周向C的长度的80％以上的长度。同样优选为，CFRP构件9的纤维的取向在正对着凹状弯曲部分8的侧壁面3a观察时相对于周向C在±30°以内。
另外，在上述实施方式的说明中，关于相对于凸状弯曲部分7、凹状弯曲部分8接合的作为加强构件的CFRP构件9的结构，对与侧壁面3a、顶端部3b的外侧相接合的情况进行了图示和说明，但本发明中的CFRP构件9的接合位置是任意的，能够与凸状弯曲部分7、凹状弯曲部分8的所有部位接合。图10是表示本发明的另一实施方式的CFRP构件9的结构的概略说明图，是放大地图示CFRP构件9的接合部的周向C截面的图。
如图10的(a)所示，CFRP构件9例如也可以与侧壁部3的内侧和外侧这两者相接合。另外，如图10的(b)所示，CFRP构件9除了与侧壁部3的内侧和外侧这两者相接合之外，还可以以覆盖侧壁部3的端面部3c的方式接合。通过将CFRP构件9与侧壁部3的内侧和外侧这两者相接合，能够进一步提高抑制发生振动时的凸状弯曲部分7、凹状弯曲部分8的变形的效果。另外，通过以利用CFRP构件9覆盖端面部3c的方式接合，能够提高侧壁部3的端面疲劳、耐防腐蚀性。
在以上的说明中，作为与凸状弯曲部分7和凹状弯曲部分8中的至少任一部分相接合的加强构件，列举CFRP构件9为例进行了说明，但加强构件也可以是例如由GFRP(玻璃纤维增强树脂)制成的GFRP构件。另外，加强构件也可以是由上述树脂以外的树脂制成的树脂构件。另外，也可以是形成于侧壁面3a的加厚部。即，只要是与前悬架臂1相互独立并且能够与侧壁面3a相接合的构件，则不特别地限定加强构件的材质。从轻量化和提高比刚度的观点出发，优选使用CFRP构件作为加强构件。关于加强构件是FRP构件的情况下的FRP构件的种类、接合方法等的具体示例，在后面进行说明。另外，加强构件也可以与侧壁面3a的内侧相接合。在该情况下，利用和加强构件与侧壁面3a的外侧相接合的情况相同的机理，也能够抑制发生振动时的凸状弯曲部分或凹状弯曲部分的变形。
此外，在弯曲部具有侧壁部3的部件不限定于在上述实施方式中说明的汽车的前悬架臂1，例如也可以是后悬架臂、拖曳臂、上支臂、前副架和后副架中的至少任一个部件。另外，在弯曲部具有侧壁部3的部件也可以是其他行驶部件。另外，在弯曲部具有侧壁部3的部件不限定于汽车的行驶部件，也可以是安装于行驶部位以外的其他部位的汽车部件。另外，在弯曲部具有侧壁部3的部件不限定于汽车部件，也可以是用于其他领域的部件。
形成有具有凸状弯曲部分7和凹状弯曲部分8中的至少任一部分的侧壁部3的部件可能与用途无关地暴露于某种振动，因此在由振动产生的应力下可能产生侧壁部3的根部的疲劳裂纹。对此，如果在凸状弯曲部分7和凹状弯曲部分8中的至少任一部分接合有加强构件，则抑制该部分的疲劳裂纹的产生，如果与未设置加强构件的部件相比，则能够抑制侧壁部3的根部的疲劳裂纹的产生。
<FRP构件的种类>
能够作为加强构件使用的FRP构件是指由基质树脂和该基质树脂中所含有的复合化的增强纤维材料制成的纤维增强树脂构件。
作为增强纤维材料，例如能够使用碳纤维、玻璃纤维。除此以外，作为增强纤维材料，还能够使用硼纤维、碳化硅纤维，芳香族聚酰胺纤维等。在用于FRP构件的FRP中，作为成为增强纤维材料的基材的增强纤维基材例如能够使用：使用短切纤维的无纺布基材、使用连续纤维的织物材料、单向增强纤维基材(UD材料)等。这些增强纤维基材能够根据增强纤维材料的取向性的需要而适当选择。
CFRP构件是使用碳纤维作为增强纤维材料的FRP构件。作为碳纤维，例如能够使用PAN类或沥青类的碳纤维。通过使用碳纤维，能够高效地提高相对于重量而言的强度等。
GFRP构件是使用玻璃纤维作为增强纤维材料的FRP构件。虽然与碳纤维相比机械特性差，但能够抑制金属构件的电蚀。
作为用于FRP构件的基质树脂，能够使用热固性树脂和热塑性树脂中的任一者。作为热固性树脂，能够列举环氧树脂、不饱和聚酯树脂以及乙烯酯树脂等。作为热塑性树脂，能够列举聚烯烃(聚乙烯、聚丙烯等)及其酸改性物、尼龙6以及尼龙66等聚酰胺树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯及聚对苯二甲酸丁二醇酯等热塑性芳香族聚酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚苯醚及其改性物、聚芳酯、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚氯乙烯、聚苯乙烯等苯乙烯类树脂以及苯氧基树脂等。此外，基质树脂也可以由多种树脂材料形成。
当考虑对金属构件的应用时，从加工性、生产率的观点出发，优选使用热塑性树脂作为基质树脂。而且，通过使用苯氧基树脂作为基质树脂，能够提高增强纤维材料的密度。另外，苯氧基树脂与作为热固性树脂的环氧树脂的分子构造非常相似，因此具有与环氧树脂相同程度的耐热性。另外，通过进一步添加硬化成分，还能够应用于高温环境。在添加硬化成分的情况下，其添加量只要考虑对增强纤维材料的浸渍性、FRP构件的脆性、生产节拍时间以及加工性等而适当确定即可。
<粘接树脂层>
在加强构件由FRP构件等形成的情况下也可以是，在FRP构件与金属构件(在上述实施方式中为前悬架臂1)之间设有粘接树脂层，利用该粘接树脂层将FRP构件和金属构件接合。
形成粘接树脂层的粘接树脂组合物的种类没有特别限定。例如，粘接树脂组合物可以是热固性树脂和热塑性树脂中的任一者。热固性树脂和热塑性树脂的种类没有特别限定。例如，作为热塑性树脂，能够使用从聚烯烃及其酸改性物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、AS树脂、ABS树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等热塑性芳香族聚酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚苯醚及其改性物、聚苯硫醚、聚甲醛、聚芳酯、聚醚酮、聚醚醚酮以及聚醚酮酮等中选择的一种以上树脂。另外，作为热固性树脂，例如能够使用从环氧树脂、乙烯酯树脂、酚醛树脂以及聚氨酯树脂中选择的一种以上树脂。
粘接树脂组合物能够根据构成FRP构件的基质树脂的特性、加强构件的特性或金属构件的特性而适当选择。例如，通过使用具有有极性的官能团的树脂、实施了酸改性等的树脂作为粘接树脂层，使得粘接性提高。
这样，通过使用上述的粘接树脂层将FRP构件粘接于金属构件，能够提高FRP构件与金属构件的密合性。这样，能够提高向金属构件输入载荷时的FRP构件的变形追随性。在该情况下，能够更可靠地发挥FRP构件对于金属构件的变形体的效果。
此外，为了形成粘接树脂层而使用的粘接树脂组合物的形式能够设为例如粉末、清漆等液体、膜等固体。
另外也可以是，在粘接树脂组合物中混合交联固化性树脂和交联剂，从而形成交联性粘接树脂组合物。由此粘接树脂组合物的耐热性提高，因此能够在高温环境下应用。作为交联固化性树脂，例如能够使用双官能性以上的环氧树脂、结晶性环氧树脂。另外，作为交联剂，能够使用胺、酸酐等。另外，在不损害粘接树脂组合物的粘接性、物理性质的范围内，也可以在粘接树脂组合物中混合各种橡胶、无机填料、溶剂等其他添加物。
FRP构件向金属构件的复合化利用各种方法来实现。例如，通过利用上述的粘接树脂组合物将成为FRP构件的FRP或作为其前体的FRP成形用预浸料与金属构件粘接，并且使该粘接树脂组合物固化(或硬化)而得到。在该情况下，例如通过进行加热压接，能够使FRP构件与金属构件复合化。
上述FRP或FRP成形用预浸料向金属构件的粘接能够在部件的成形前、成形过程中或成形后进行。例如也可以是，在将作为被加工材料的金属材料成形为金属构件之后，将FRP或FRP成形用预浸料粘接于该金属构件。另外也可以是，在利用加热压接将FRP或FRP成形用预浸料粘接于被加工材料之后，将粘接有FRP构件的该被加工材料成形，而得到复合化的金属构件。如果FRP构件的基质树脂是热塑性树脂，则也能够对粘接有FRP构件的部分进行弯曲加工等成形。另外，在FRP构件的基质树脂是热塑树脂的情况下，也可以进行加热压接工序与成形工序成为一体的复合一次成形。
此外，FRP构件与金属构件的接合方法不限于上述的利用粘接树脂层的粘接。例如，FRP构件与金属构件也可以机械性地接合。更具体来说，也可以是，在FRP构件与金属构件各自对应的位置形成有紧固用的孔，通过利用螺栓、铆钉等紧固手段经由该孔将它们紧固，从而将FRP构件与金属构件接合。此外也可以利用公知的接合手段将FRP构件与金属构件接合。另外，也可以利用多种接合手段将FRP构件与金属构件复合地接合。例如，也可以复合地使用利用粘接树脂层的粘接和利用紧固手段的紧固。
作为加强构件，除了FRP构件之外，还能够使用各种材料。例如，加强构件也可以利用由硬质聚氨酯泡沫等形成的发泡性树脂等上述的树脂组合物以外的树脂组合物形成。另外，加强构件也可以作为加厚部通过加厚来形成。在该情况下，用于加厚的金属的种类鉴于与金属构件的母材的特性而适当确定。另外，与金属构件的接合方法不限于焊接，而能够使用各种合适的接合方法。
<金属构件及其表面处理>
可以对本发明的金属构件进行镀敷。由此耐腐蚀性提高。特别在金属构件是钢材的情况下更适宜。镀敷的种类没有特别限定，能够使用公知的镀敷。例如，作为镀敷钢板(钢材)，能够使用热浸镀锌钢板、合金化热浸镀锌钢板、镀Zn-Al-Mg类合金钢板、镀铝钢板、电镀锌钢板、电镀Zn-Ni类合金钢板等。
另外，也可以在金属构件的表面覆盖被称为化学转化处理的皮膜。由此，耐腐蚀性进一步提高。作为化学转化处理，能够使用一般公知的化学转化处理。例如，作为化学转化处理，能够使用磷酸锌处理、铬酸盐处理、无铬酸盐处理等。另外，上述皮膜可以是公知的树脂皮膜。
另外，金属构件也可以是实施了一般公知的涂装的构件。由此耐腐蚀性进一步提高。作为涂装，能够使用公知的树脂。例如作为涂装，能够使用环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂或氟类树脂等作为主树脂的材料。另外在涂装中，也可以根据需要添加一般公知的颜料。另外，涂装也可以是未添加颜料的透明涂装。该涂装可以在将FRP构件复合化之前预先对金属构件实施，也可以在将FRP构件复合化之后对金属构件实施。另外，也可以在预先对金属构件实施了涂装后，将FRP构件复合化，之后进一步实施涂装。用于涂装的涂料可以是溶剂类涂料、水类涂料或粉末涂料等。作为涂装的施工方法，可应用一般公知的方法。例如，作为涂装的施工方法，可使用电沉积涂装、喷涂涂装、静电涂装或浸渍涂装等。电沉积涂装适合覆盖金属构件的端面、间隙部，因此涂装后的耐腐蚀性优异。另外，通过在涂装前对金属构件的表面实施磷酸锌处理、氧化锆处理等一般公知的化学转化处理，使得涂膜密合性提高。
实施例
<应力模拟(A)>
对本发明的在弯曲部具有侧壁部的部件实施应力模拟。分析模型是如图11所示的前悬架臂1，在第1车身安装侧端部4与第2车身安装侧端部5之间的凸状弯曲部分7粘贴有四层构造的由CFRP制成的CFRP构件9。
CFRP构件9以覆盖凸状弯曲部分7的侧壁面整体的方式粘贴，粘贴有CFRP构件9的凸状弯曲部分7的曲率半径为50mm左右。CFRP构件9的厚度是3mm，前悬架臂主体(母材)的板厚是2.3mm。此外，关于分析模型，准备了CFRP的纤维方向与周向C一致的模型、纤维方向与周向C正交的模型和未粘贴CFRP构件9的模型这三种。各分析模型中的前悬架臂主体(母材)的钢材种类、形状是相同的。
在本模拟中，假设从车辆长度方向的前方向后方的弯曲变形，向如图11所示的车轮安装侧端部6的箭头方向输入15kN的载荷。第1车身安装侧端部4和第2车身安装侧端部5被约束。将在这样的条件下实施的应力模拟的结果示出在下述表1中。此外，在本模拟中，着眼于处于第1车身安装侧端部4与第2车身安装侧端部5之间的凸状弯曲部分7的侧壁部3的根部的最大主应力，来进行评价。
[表1]
如表1所示，在CFRP构件9粘贴于凸状弯曲部分7的实施例1和实施例2中，相对于未粘贴CFRP构件9的比较例1，最大主应力减小。即，即使由于振动而对凸状弯曲部分7的侧壁部3的根部反复作用应力，该应力也比未粘贴CFRP构件9的情况下小，因此与未粘贴CFRP构件9的情况相比，抑制了疲劳裂纹的产生。
<应力模拟(B)>
接下来，制作如图12所示的分析模型来实施应力模拟。本模拟的分析模型在第1车身安装侧端部4与车轮安装侧端部6之间的凸状弯曲部分7粘贴有四层构造的由CFRP制成的CFRP构件9。
CFRP构件9以覆盖凸状弯曲部分7的侧壁面整体的方式粘贴，粘贴有CFRP构件9的凸状弯曲部分7的曲率半径为250mm。CFRP构件9的厚度是3mm，前悬架臂主体(母材)的板厚是2.3mm。此外，关于分析模型，准备了CFRP的纤维方向与周向C一致的模型、纤维方向与周向C正交的模型和未粘贴CFRP构件9的模型这三种。各分析模型中的前悬架臂主体(母材)的钢材种类、形状是相同的。
在本模拟中，假设从车辆长度方向的后方向前方的弯曲变形，向如图12所示的车轮安装侧端部6的箭头方向输入15kN的载荷。第1车身安装侧端部4和第2车身安装侧端部5被约束。将在这样的条件下实施的应力模拟的结果示出在下述表2中。此外，在本模拟中，着眼于处于第1车身安装侧端部4与车轮安装侧端部6之间的凸状弯曲部分7的侧壁部3的根部的最大主应力，来进行评价。
[表2]
如表2所示，在CFRP构件9粘贴于凸状弯曲部分7的实施例3和实施例4中，相对于未粘贴CFRP构件9的比较例2，最大主应力减小。即，即使由于振动而对凸状弯曲部分7的侧壁部3的根部反复作用应力，该应力也比未粘贴CFRP构件9的情况下的应力小，因此与未粘贴CFRP构件9的情况相比，抑制了疲劳裂纹的产生。
另外，对实施例3与实施例4进行比较，CFRP的纤维方向与周向C一致的实施例4的最大主应力较小。根据本模拟的结果，示出了无论CFRP的纤维方向如何，通过在凸状弯曲部分7粘贴CFRP构件9，都能够减小最大主应力，但通过以CFRP的纤维方向成为侧壁部的周向C的方式取向，能够进一步减小最大主应力。根据本模拟的结果，推测为CFRP的优选的纤维方向相对于周向C在±30°以内，在该情况下能够提高抑制在侧壁部3的根部产生疲劳裂纹的效果。另外，在代替CFRP而使用GFRP的情况下，纤维方向所带来的影响也与CFRP相同，因此，如果GFRP的纤维方向相对于周向C在±30°以内，则能够提高抑制在侧壁部3的根部产生疲劳裂纹的效果。
产业上的可利用性
本发明能够用作汽车的前悬架臂。
附图标记说明
1、前悬架臂；2、顶板部；3、侧壁部；3a、侧壁面；3b、顶端部；4、第1车身安装侧端部；5、第2车身安装侧端部；6、车轮安装侧端部；7、凸状弯曲部分；7a、凸状弯曲部分的中央部；7b、凸状弯曲部分的曲率最大部；8、凹状弯曲部分；9、CFRP构件；50、前悬架臂；C、侧壁部的周向；D、侧壁部的延伸方向；R、曲率半径；L1、CFRP构件的周向的长度；L2、凸状弯曲部分的周向的长度。
Claims (14)
1.一种具有顶板部和侧壁部的部件，所述侧壁部通过在所述顶板部的周围将该顶板部弯折而构成，在垂直于所述顶板部的方向上是开放截面，其特征在于，
在所述侧壁部包含弯曲部，该弯曲部从垂直于所述顶板部的方向观察时向部件内侧方向呈凹状或凸状，并且曲率半径为300mm以下地弯曲，
在所述弯曲部的至少局部设有与所述侧壁部相接合的加强构件，
所述加强构件至少设于所述侧壁部的顶端部。
2.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，
所述加强构件设于从垂直于所述顶板部的方向观察时曲率半径为20mm以上且250mm以下地弯曲的弯曲部。
3.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，
所述加强构件设于从垂直于所述顶板部的方向观察时曲率半径为所述侧壁部的板厚的4倍以上且375倍以下地弯曲的弯曲部。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的部件，其特征在于，
所述加强构件在所述弯曲部以包含从垂直于所述顶板部的方向观察时曲率半径最小的部分的方式设置。
5.根据权利要求1～3中的任一项所述的部件，其特征在于，
在所述弯曲部的周向上，设于该弯曲部的所述加强构件的长度是该弯曲部的长度的80％以上。
6.根据权利要求1～3中的任一项所述的部件，其特征在于，
所述侧壁部的板厚为5.0mm以下。
7.根据权利要求1～3中的任一项所述的部件，其特征在于，
所述加强构件是由树脂制成的树脂构件。
8.根据权利要求7所述的部件，其特征在于，
所述树脂是FRP。
9.根据权利要求8所述的部件，其特征在于，
所述FRP中含有的增强纤维材料的纤维取向相对于所述弯曲部的周向在±30°以内。
10.根据权利要求8所述的部件，其特征在于，
所述FRP是CFRP。
11.根据权利要求8所述的部件，其特征在于，
所述FRP是GFRP。
12.根据权利要求1～3中的任一项所述的部件，其特征在于，
所述加强构件是加厚部。
13.根据权利要求1～3中的任一项所述的部件，其特征在于，
该部件是汽车部件。
14.根据权利要求13所述的部件，其特征在于，
所述汽车部件是行驶部件。
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