CN111989257A - 汽车构造构件 - Google Patents

Abstract

在汽车构造构件中提高耐冲击性的重量效率。该汽车构造构件包括具有平面部的中空构件和与所述平面部的至少一个部位相接合的FRP构件，其特征在于，所述FRP构件与所述中空构件的长度方向的长度L1的至少0.1L1～0.9L1的部位相接合，在所述平面部的所述0.1L1～0.9L1的部位形成有接合有所述FRP构件的部分即FRP接合部和未接合所述FRP构件的部分即FRP非接合部，在所述平面部，所述FRP接合部的合计宽度是所述平面部的总宽度的8％～60％，在所述平面部，所述FRP接合部处的所述FRP构件的弯曲刚度是所述FRP接合部处的除了所述FRP构件以外的所述平面部的弯曲刚度的30倍以上。

Description

汽车构造构件

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2018-074647号主张优先权，并且在此援引其内容。

本发明涉及一种汽车构造构件。

背景技术

对汽车构造构件要求碰撞时用于保护乘员的耐冲击性。例如对如图1所示的地板横梁要求侧面碰撞时的耐冲击性，对地板通道和下边梁要求前面碰撞时和后面碰撞时的耐冲击性。另外，前纵梁由前纵梁前半部(日文：フロントサイドメンバーフロント)和前纵梁后半部(日文：フロントサイドメンバーリア)构成，其中对前纵梁后半部要求前面碰撞时的耐冲击性。为了进一步提高汽车的碰撞安全性，提高各构造构件的耐冲击性是重要的。

作为提高耐冲击性的技术，在专利文献1中公开了一种地板横梁，该地板横梁由与地板底板的车内侧相接合的帽状构件和与该帽状构件的上部接合的U字状构件构成。在专利文献1的地板横梁中，通过使汽车侧面碰撞时输入的冲击载荷向帽状构件和U字状构件分散地传递，来提高耐冲击性。

另外，在专利文献2中公开了一种复合构造的冲击吸收用构件，该复合构造的冲击吸收用构件在铝合金的中空框架(冲击吸收材料)接合有FRP(纤维增强树脂)构件(高强度轻量材料)。在专利文献2所记载的技术中公开了一种沿中空框架的长度方向大致100％地接合有FRP构件的结构，由此兼顾冲击能量吸收功能和变形阻止功能。

另外，在专利文献3中公开了一种在金属制的中空框架的壁部粘接CFRP(碳纤维增强树脂)制的加强材料的技术。在专利文献3所记载的技术中，通过仅在拉伸载荷集中的部位粘贴加强材料来兼顾轻量化和耐载荷。

另外，在专利文献4中公开了一种应用于汽车构件的金属-CFRP复合构件。在专利文献4所记载的技术中，能够降低用于粘接加强材料(CFRP)的热固性粘接剂的残余剪切应力。

另外，在专利文献5中公开了一种使用CFRP制补板来加强汽车的车身构件的车身制造方法。在专利文献5所记载的技术中，通过使补板粘贴或螺栓固定于应力集中部的拉伸面来提高加强效果，能够容易地调节加强效果的大小。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-112898号公报

专利文献2：日本特开平6-101732号公报

专利文献3：日本特开2015-160524号公报

专利文献4：日本特开2017-61068号公报

专利文献5：日本特开2014-233999号公报

发明内容

发明要解决的问题

一方面对汽车构造构件要求耐冲击性的提高，另一方面为了提高燃料消耗率还要求车身重量的轻量化。因此，在兼顾作为构造构件的耐冲击性和轻量化的观点方面，期望提高成为表示每单位重量的耐冲击性的指标的耐冲击性的重量效率。然而，专利文献1的地板横梁需要使用帽状构件、U字状构件等以在高度方向上具有两个闭合截面的方式构成，因此相对于耐冲击性的提高程度，重量的增加显著，耐冲击性的重量效率降低。

另外，在上述专利文献2中公开了一种沿中空框架的长度方向大致100％地接合有FRP构件的结构，但在FRP构件的接合部位有进一步研究的余地，为了兼顾耐冲击性和轻量化，而要求进一步提高重量效率。另外，在上述专利文献3中记载了仅在拉伸载荷集中的部位粘贴加强材料，但没有提及关于耐冲击性的优选的加强材料的结构，为了兼顾耐冲击性和轻量化，要求进一步的研究。

另外，上述专利文献4是降低用于粘接加强材料(CFRP)的热固性粘接剂的残余剪切应力的技术，上述专利文献5是通过使补板粘贴或螺栓固定于应力集中部的拉伸面来进行加强的技术，但这些文献均未充分地提及伴随着耐冲击性的FRP构件的优选的粘接位置、重量效率的提高技术，存在进一步改良的余地。

本发明是鉴于上述情况而完成的发明，其目的在于，在汽车构造构件中提高耐冲击性的重量效率。

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汽车构造构件，该汽车构造构件包括具有平面部的中空构件和与所述平面部的至少一个部位相接合的FRP构件，其特征在于，所述FRP构件与所述中空构件的长度方向的长度L的至少0.1L～0.9L的部位相接合，在所述平面部的所述0.1L～0.9L的部位形成有接合有所述FRP构件的部分即FRP接合部和未接合所述FRP构件的部分即FRP非接合部，在所述平面部，所述FRP接合部的合计宽度是所述平面部的总宽度的8％～60％，在所述平面部，所述FRP接合部处的所述FRP构件的弯曲刚度是所述FRP接合部处的除了所述FRP构件以外的所述平面部的弯曲刚度的30倍以上。

所述FRP构件的弯曲刚度也可以是除了所述FRP构件以外的所述平面部的弯曲刚度的100倍以上。

所述FRP构件的厚度可以是所述平面部的厚度的6倍以上。

也可以是，所述平面部的所述FRP非接合部的宽度D满足下式(1)：

[数式1]

其中，t：所述平面部的厚度，E：所述平面部的杨氏模量，σy：所述平面部的屈服应力。

所述FRP构件可以与所述中空构件的内部空间侧的表面相接合。

所述FRP构件可以是由CFRP制成的CFRP构件。

所述FRP构件也可以是由GFRP(玻璃纤维增强树脂)制成的GFRP构件。

也可以是，所述CFRP构件的纤维方向处于相对于该CFRP构件的长度方向在±5°以内的范围内的纤维是纤维整体的80％以上。

上述汽车构造构件可以是地板横梁、地板通道、前纵梁后半部和下边梁的至少任一构件。

此外，在本发明的汽车构造构件中不包含FRP构件与中空构件的平面部整体相接合的构造构件。

发明的效果

根据本发明，在汽车构造构件中能够提高耐冲击性的重量效率。

附图说明

图1是表示一般的汽车的车身构造的图。

图2是表示本发明的实施方式的构造构件的概略结构的立体图。

图3是将本发明的实施方式的构造构件相对于中空构件的长度方向垂直地剖切时的截面剖视图。

图4是将以往的构造构件中的帽状构件的顶板部比作板的支承构造的图。

图5是将本发明的实施方式的构造构件中的帽状构件的顶板部比作板的支承构造的图。

图6是表示本发明的另一实施方式的构造构件的概略结构的截面剖视图。

图7是表示本发明的又一实施方式的构造构件的概略结构的截面剖视图。

图8是表示碰撞模拟(A)的分析模型的立体图。

图9是表示碰撞模拟(A)的FRP构件的接合位置的图。

图10是表示碰撞模拟(A)的FRP构件的接合位置的图。

图11是表示碰撞模拟(A)的FRP构件的接合位置的图。

图12是表示碰撞模拟(A)的FRP构件的接合位置的图。

图13是表示碰撞模拟(B)的分析模型的立体图。

图14是表示碰撞模拟(B)的FRP构件的接合位置的图。

图15是表示碰撞模拟(B)的FRP构件的接合位置的图。

图16是表示碰撞模拟(B)的FRP构件的接合位置的图。

图17是表示碰撞模拟(B)的FRP构件的接合位置的图。

图18是表示碰撞模拟(B)的FRP构件的接合位置的图。

图19是表示碰撞模拟(B)的FRP构件的接合位置的图。

图20是表示碰撞模拟(B)的FRP构件的接合位置的图。

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。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标记，而省略重复说明。

如图2和图3所示，本实施方式的汽车构造构件1(以下也简称为“构造构件1”)由中空构件10和与中空构件10相接合的例如由CFRP(碳纤维增强树脂)制成的FRP构件20构成。后面对构成FRP构件20的树脂和增强纤维等进行说明。此外，在本实施方式中中空构件10的长度方向L的两端部分别处于开口的状态，但是其开口部也可以由其他平板(未图示)等覆盖。例如如果构造构件1是地板横梁，则其他平板是指与地板横梁的端部相接合的下边梁或地板通道等其他构件的壁部。

中空构件10由平板11和垂直于中空构件10的长度方向L的截面的形状是帽状的构件(以下称为“帽状构件12”)构成。平板11、帽状构件12的材料没有特别限定，例如使用钢板、铝板。此外，在本说明书中，将构造构件1的俯视时的中空构件10的闭合截面延伸的纵长方向称为构件的长度方向L，将在俯视时垂直于该长度方向L的方向称为“宽度方向W”。另外，将平板11的表面中的与帽状构件12相对的一侧的表面即中空构件10的内部空间侧的表面称为“内表面”，将相反侧的表面称为“外表面”。另外，将帽状构件12的表面中的中空构件10的内部空间侧的表面称为“内表面”，将相反侧的表面称为“外表面”。

如图3所示，帽状构件12具有：顶板部12a；纵壁部12b，其从顶板部12a的宽度方向W的两端部延伸，且相对于顶板部12a倾斜；以及凸缘部12c，其从纵壁部12b的顶端部向宽度方向W的外侧延伸。如图2和图3所示，本实施方式的FRP构件20与平板11的内表面的两个部位和帽状构件12的顶板部12a的内表面的一个部位相接合。与平板11相接合的FRP构件20隔开间隔地配置，与帽状构件12相接合的FRP构件20与顶板部12a的平面部P相接合。各FRP构件20沿着中空构件10的长度方向L延伸，在本实施方式中从中空构件10的长度方向L的一个端部连续地延伸至另一个端部，但在提高重量效率的观点方面，FRP构件20的长度方向L的长度是中空构件10的长度方向L的长度L1的80％以上即可。具体来说，需要在将中空构件10的长度方向L的长度设为L1的情况下的至少该长度方向L上的0.1L1～0.9L1的部位接合有FRP构件20。也就是说，需要从中空构件的长度方向的中央到向两个两端方向分离长度L1的40％的距离的部位接合有FRP构件20。这是因为，中空构件10的长度方向两端部通常与其他构件相连接而成为约束状态，因此即使在将中空构件10的长度方向L的长度设为L1的情况下的两端部(0～0.1L1和0.9L1～1.0L1)即从两端到长度L1的10％的部位不接合FRP构件20，也确保耐冲击性。另外，优选为FRP构件20的长度方向相对于中空构件10的长度方向L为-10°以上且10°以下(±10°以内)的范围内。上述角度更优选为-5°～+5°以内(±5°以内)。

此外，在本实施方式的帽状构件12中，顶板部12a与纵壁部12b分别由曲面相连接，因此在顶板部12a的宽度方向W的端部包含曲面，但本说明书中的包含平面和曲面的构件的“平面部”可以指平面与曲面的分界部分，即从一个曲面的圆角节点(日文：R止まり)到另一个曲面的圆角节点的部分。根据该定义，帽状构件12的纵壁部12b的平面部P是指从顶板部12a侧的曲面的圆角节点到凸缘部12c侧的曲面的圆角节点的部分。另外，作为“平面部”的更详细的定义，在将构件(顶板部12a、纵壁部12b等)的板厚设为t并将曲率半径设为r的情况下，可以将r/t≥10000限定为平面部P。平板11的表面当然也是平面部P，因此在本实施方式中使用的FRP构件20全部设于中空构件10的平面部P的内表面。此外，如后述的示例所示，中空构件10也可以不具有曲面部，而仅由平面部构成。

FRP构件20相对于平面部P的接合方法没有特别限定，但例如通过使用公知的粘接剂粘贴于平面部P来接合。因此，构造构件1例如通过利用点焊等公知的接合手段，使利用粘接材料在表面粘贴有FRP构件20的状态的平板11与利用粘接剂在顶板部12a的平面部P内表面粘贴有FRP构件20的状态的帽状构件12在帽状构件12的凸缘部12c相互接合来制造。不过，构造构件1的制造方法不限定于上述方法。此外，如果观察使用粘接剂在中空构件10的平面部P粘贴有FRP构件20的构造构件1的截面，则能够确认在中空构件10的平面部P与FRP构件20之间存在粘接剂。后面对平面部P与FRP构件20的接合方法的具体例进行说明。

本实施方式的汽车构造构件1如上所述地构成。根据本实施方式的构造构件1，通过FRP构件20与中空构件10的平面部P相接合，使得该平面部P的针对面外变形的弯曲刚度增大，从而能够抑制冲击载荷输入时的压曲现象的发生。由此能够提高作为构造构件1的耐冲击性。

在此，对如上所述地耐冲击性提高的机理进行说明。图4是将以往的构造构件的帽状构件12的顶板部12a比作板30的支承构造的图，是示意性地表示包含构造构件的宽度方向W的面的截面的图。图5是将本实施方式的构造构件1的帽状构件12的顶板部12a比作板30的支承构造的图，是示意性地表示包含构造构件1的宽度方向W的面的截面的图。如图4所示，在以往的构造构件中，板30的两端部处于由支承点31(相当于帽状构件12的纵壁部12b)简支的状态，但板30的中央部未被支承。因此，成为给压曲耐力带来影响的部分的所谓的有效宽度b的范围仅为板30的两端部附近。在此，本说明书中的“有效宽度b”是指用vonkarman的公式计算的有效宽度，是关于两缘简支的平板的压缩耐力而称呼的。

另一方面，在本实施方式的构造构件1中，通过在顶板部12a的平面部P的中央接合有FRP构件20，使得该部分的弯曲刚度提高，因此如果比作图5那样的板30的支承构造，则成为在板30的中央部设有新的简支点32的状态。即，板30的两端部和中央部成为简支状态，有效宽度b的范围相对于以往的构造构件增大，其结果为，压曲耐力提高。由此，构造构件1的耐冲击性提高。另外，与使用由钢板等以往的金属构件制成的加强构件来加强中空构件10的情况相比，能够抑制重量的增加，因此相对于未设置FRP构件20的构造构件，能够提高耐冲击性的重量效率。

在此，在本说明书中，例如如图3所示，将平面部P中接合有FRP构件20的部分称为“FRP接合部P_A”。该FRP接合部P_A是包含接合有FRP构件20的部分的平面部P和与该部分接合的FRP构件20的概念。另外，将平面部P中未接合FRP构件20的部分即FRP接合部P_A以外的部分称为“FRP非接合部P_B”。

为了使FRP接合部P_A像上述那样接近简支状态，FRP接合部P_A处的FRP构件20的弯曲刚度和FRP接合部P_A处的除了FRP构件20以外的部分即FRP接合部P_A处的平面部P的弯曲刚度之比(以下称为“弯曲刚度比”)需要是30以上。如果具有满足该条件的弯曲刚度的FRP构件20与中空构件10的平面部P相接合，则能够提高耐冲击性，并且能够使耐冲击性的重量效率与未设置FRP构件20的构件相同或更大。弯曲刚度比进一步优选为50以上、80以上、100以上、150以上、200以上或300以上。弯曲刚度比越大，重量效率越提高，因此弯曲刚度的上限没有特别限定，例如能够根据构造构件1的设计条件、成本等其他主要因素适当确定。在几个主要因素中，如果考虑FRP曲构件的粘接强度，则优选避免弯曲刚度比过高，具体来说优选将弯曲刚度比设为50000以下。根据需要，也可以将弯曲刚度比设为20000以下、10000以下、5000以下、1000以下、500以下。

在此，FRP构件20的弯曲刚度能够作为中空构件10的垂直横截面处的能够根据FRP构件20的形状计算的截面惯性矩I与FRP构件20的根据中空构件10的长度方向L的常温下的拉伸试验求出的弹性模量E的积IE而求出。根据FRP构件20的形状计算的截面惯性矩I在以下坐标系中利用下述式(2)计算：该坐标系将与中空构件10的粘接面(粘接于平面部P的面)平行且穿过FRP构件20的形心(重心位置)的直线作为原点，将与粘接面垂直的方向设为y轴，将与FRP构件的长度方向和y轴方向垂直的方向设为x轴。此外，式(2)中的A是截面。FRP构件20的截面形状优选为恒定的，但在截面形状变化的情况下，将截面惯性矩的最小值设为FRP构件20的截面惯性矩。

[数式2]

I＝∫_Ay²dA……(2)

平面部P的截面惯性矩I_O在以下坐标系中利用上述式(2)计算：该坐标系将穿过平面部的板厚中央且与板厚方向垂直的面作为基准，将与该基准面垂直的方向作为y轴，将与中空构件10的长度方向L和y轴方向垂直的方向作为x轴。平面部P的弯曲刚度能够作为平面部P的截面惯性矩I_O与平面部P的根据平面部P的长度方向L的常温下的拉伸试验求出的弹性模量E_O的积I_OE_O求出。因此，所述弯曲刚度比能够作为IE/I_OE_O求出。此外也可以是，关于平面部P的弹性模量E_O和FRP构件2的弹性模量E省略上述的拉伸试验，而使用公知的文献中记载的该材料的弹性模量。

在图5那样的板30的支承构造中，为了兼顾中空构件10的轻量化和压曲耐力的提高，FRP接合部P_A的合计宽度需要是平面部P的总宽度的8％～60％。这是因为，在FRP接合部P_A的合计宽度超过平面部P的总宽度的60％的情况下，不能获得与压曲耐力的提高效果相称的轻量化效果。另一方面，在FRP接合部P_A的合计宽度小于平面部P的总宽度的8％的情况下，有可能不能获得与由FRP构件20引起的重量增加相称的压曲耐力的提高效果。根据需要，可以将该比率(FRP接合部P_A的合计宽度/平面部P的总宽度)的上限设为50％、40％、30％或20％，也可以将该比率的下限设为10％、12％或14％。为了同时实现中空构件10的轻量化和压曲耐力的提高，优选将相邻的简支点31、32的间隔设在有效宽度b的0.5～1.6倍的范围内。即，优选FRP非接合部P_B的宽度D处于由von karman的公式计算的有效宽度b的0.5～1.6倍的范围内。因此，FRP构件20优选设为FRP非接合部P_B的各自的宽度D满足下述式(1)。由此能够提高耐冲击性。此外，从重量效率的观点出发，FRP非接合部P_B的宽度D的值越大，则重量越轻，因此更优选为满足下述式(1)的宽度D的最大值。根据需要，可以将宽度D的下限设为有效宽度b的0.6倍、0.7倍或0.8倍，也可以将宽度D的上限放宽至2.5倍或2.0倍，也可以设为1.5倍、1.4倍、1.3倍或1.2倍。

[数式3]

其中，t：所述平面部的厚度，E：所述平面部的杨氏模量，σy：所述平面部的屈服应力

此外，在存在相邻的FRP构件20的情况下，FRP非接合部P_B的各自的宽度D是指相邻的FRP构件20彼此的宽度方向W的间隔，在没有相邻的FRP构件20的情况下，FRP非接合部P_B的各自的宽度D是指从FRP构件20(其中粘接面的最靠近平面部P的端部的位置)到平面部P的端部的宽度方向的距离。也就是说，优选为相邻的FRP构件20彼此的宽度方向W的间隔和从FRP构件20(其中粘接面的最靠近平面部P的端部的位置)到平面部P的端部的宽度方向的距离满足上述式(1)。

另外，FRP构件20的厚度优选为接合有FRP构件20的平面部P的厚度的6倍以上。也可以设为平面部P的厚度的4倍以上、8倍以上或10倍以上。不需要特别确定FRP构件20的厚度的上限，但可以设为平面部P的厚度的15倍以下或20倍以下。由此，耐冲击性的重量效率提高，相对于重量增加量而言的耐冲击性的提高程度增大。FRP构件20的厚度的上限没有特别限定，但根据重量、成本、接合部位的空间等来确定。此外，作为FRP构件20，在使用由CFRP、CFRP以外的各种FRP制成的FRP构件的任何情况下，只要FRP构件的厚度是接合有FRP的平面部P的厚度的6倍以上，都能够可靠地增大相对于重量增加量而言的耐冲击性的提高程度。FRP构件20的宽度根据平面部P的宽度、与平面部P相接合的FRP构件20的数量、构造构件1的设计条件、成本等其他主要因素而适当变更，但例如为5mm～15mm。

如上所述，根据本实施方式的汽车构造构件1，通过在中空构件10的平面部P接合有FRP构件20，能够提高构造构件1的耐冲击性的重量效率。这样的构造构件1在构成汽车的车身的构件中，优选作为在碰撞时有轴向力作用的部位的构件来使用。例如优选作为地板横梁、地板通道、前纵梁后半部和下边梁中的至少任一构件来使用。

而且，如果是本实施方式这样的构造构件1所使用的程度的FRP构件20的量，则即使将接合有FRP构件20的状态的构造构件1熔解，钢的杂质也不会过度地增加。因此，本实施方式这样的构造构件1在将构造构件1作为废品再利用时，不需要将中空构件10和FRP构件20分开，回收性优异。

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。

例如在上述实施方式中，在中空构件10的平板11的内表面的两个部位和帽状构件12的顶板部12a的平面部P的内表面的一个部位接合有FRP构件20，但FRP构件20的数量、接合位置没有特别限定。例如也可以如图6所示在帽状构件12的纵壁部12b接合有FRP构件20。在该情况下，通过纵壁部12b的FRP接合部像简支点那样发挥功能，也能够提高耐冲击性的重量效率。另外也可以是，例如在平板11、顶板部12a的平面部P和纵壁部12b的平面部P分别接合有FRP构件20。另一方面，FRP构件20也可以不设置多个。即，FRP构件20只要在中空构件10的平面部P的至少一个部位以沿着中空构件10的长度方向L的方式接合即可。

另外，在上述实施方式中，中空构件10由平板11和帽状构件12构成，但例如在构造构件1是地板横梁的情况下，平板11也可以是地板底板。在该情况下，通过帽状构件12与地板底板相接合，来制造中空构件10。另外也可以例如如图7所示中空构件10由两个帽状构件12构成。即，中空构件10的结构没有特别限定。

另外，在上述实施方式中，FRP构件20与中空构件10的内表面相接合，但FRP构件20也可以与中空构件10的外表面相接合。不过，如果FRP构件20与中空构件10的内表面相接合，则即使较厚地设置FRP构件20的厚度，车内空间也不会变得狭窄。因此，为了实现耐冲击性的重量效率的提高并且进一步确保车内空间，优选为FRP构件20与中空构件10的内表面相接合。另外，通常来说，相比于压缩变形，FRP构件20的与拉伸变形有关的强度较强，因此，与比较容易受到拉伸变形的中空构件10的内表面侧相接合能够进一步提高耐冲击性的重量效率。

另外，在上述实施方式中说明了FRP构件20例如由CFRP(碳纤维增强树脂)制成，但本发明技术能够应用于使用由各种FRP制成的FRP构件20的结构。即，作为与中空构件10的平面部P相接合的构件，也可以使用由GFRP(玻璃纤维增强树脂)制成的GFRP构件作为FRP构件20。在该情况下也能够享受与上述实施方式相同的效果。即，作为与中空构件10的平面部P相接合的构件，只要是由FRP(纤维增强树脂)制成的FRP构件即可。从轻量化和提高比刚度的观点出发，使用FRP构件是重要的，特别地，如果是CFRP构件，则更为优选。以下对FRP构件的结构和接合方法进行说明。

<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FRP构件所使用的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。为了进一步提高耐冲击性的重量效率，更优选为使用单向增强纤维基材(UD材)，沿着纤维增强树脂构件的长度方向，纤维的方向在-5°以上且5°以下的范围内对齐。

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类或沥青类的材料。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。为了提高CFRP构件的弯曲刚度，(碳)纤维的方向在-5°以上且5°以下(±5°)的范围内的体积分数优选为(碳)纤维整体的80％以上、90％以上或95％以上。(碳)纤维的方向能够通过利用微焦点X射线CT(X-ray computed tomograph)系统观察纤维增强树脂构件，并且计算机分析所得到的三维图像来确定。如果在利用X射线CT系统的观察中CFRP的纤维直径相同，则纤维根数的比成为体积分数。在利用X射线CT系统的观察中CFRP的纤维直径不同的情况下，能够根据由CFRP的纤维直径计算的CFRP截面积和每个该CFRP截面积的纤维根数比来计算体积比率。

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中空构件10)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。

<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

<碰撞模拟(A)>

为了进行本发明的构造构件的评价，而制作了如图8和图9所示的分析模型来实施碰撞模拟(A)。分析模型的构造构件1通过由平板11和帽状构件12构成的中空构件10和由CFRP制成的FRP构件20构成。平板11与帽状构件12在帽状构件12的凸缘部12c处被点焊，点焊点的间隔是40mm。平板11和帽状构件12的板厚是1.0mm，屈服应力是700MPa。FRP构件20与平板11的内表面的两个部位和帽状构件12的顶板部12a的平面部内表面的一个部位相接合。与平板11的内表面相接合的两个FRP构件20的宽度方向W的端部分别处于与平板11的宽度方向W的端部距离为40mm的位置，FRP构件20彼此的间隔是30mm。与顶板部12a相接合的FRP构件20的宽度方向W的端部处于与相对的一对纵壁部12b的距离为35mm的位置。另外，FRP构件20从中空构件10的长度方向L的一端直到另一端连续地接合。

在碰撞模拟(A)中，完全约束上述分析模型的一个端面，在另一个端面约束为允许中空构件10的长度方向L的位移同时不产生面内变形。在以下的说明中，将完全约束的一侧的端面称为完全约束侧端面，将相反侧的端面称为非完全约束侧端面。碰撞模拟(A)是在这样的约束条件之下，在将非完全约束侧的端面沿中空构件10的长度方向压缩10mm的条件下实施的。此时的碰撞速度是3m/s，网格尺寸为1mm，碰撞分析利用非线性结构分析软件LS-DYNA来执行。

此外，碰撞模拟(A)利用FRP构件20的厚度不同的多个分析模型来实施。相对于一个分析模型而使用的各FRP构件20的厚度彼此相等。另外，作为比较例，制作了相对于如图9所示的构造构件1未设置FRP构件20的分析模型(比较例1)、如图10所示在平板11的内表面的整体和顶板部12a的平面部内表面整体接合有FRP构件20的分析模型(比较例2)，来利用各分析模型实施碰撞模拟(A)。此外，在图9中FRP构件的宽度是10mm，但实施例7和比较例4的FRP构件的宽度如图11和图12所示分别是30mm和2mm(参照表1)。实施例7和比较例4的平面部P的总宽度130mm与图9相同，图9的FRP构件的粘贴中央位置相同。除了没有FRP构件的比较例1以外，FRP构件的纤维方向处于FRP构件的长度方向的±5°以内(-5°～+5°的范围内)的纤维的体积分数是纤维整体的80％以上。

在下述表1中表示碰撞模拟(A)的结果。在本模拟中，测量在压缩非完全约束侧端面时产生的最大反作用力。最大反作用力与压曲耐力有关联，因此成为用于进行耐冲击性的评价的指标。另外，作为评价耐冲击性的重量效率的指标计算最大反作用力/重量，计算各实施例的重量效率相对于未设置FRP构件的比较例1的重量效率之比。另外，分别计算构造构件的任一部位的FRP接合部的FRP构件单体的弯曲刚度和FRP接合部的平面部P的弯曲刚度，并且计算两者之比(弯曲刚度比)。另外，将“FRP接合部P_A的合计宽度/平面部P的总宽度×100”定义为“P_A部宽度/平面部宽度”的值(单位：％)，在各实施例、比较例中的平板11、顶板部12a等的FRP接合部与FRP非接合部混合存在的各部位计算该值。另外，鉴于上述实施方式中说明的式(1)的条件，定义以下的式(3)所示的值α，在各实施例、比较例中的平板11、顶板部12a这些各部位计算该值α(单位：％)。此外，表1中的α的值在与图9相关的情况下表示顶板部12a处的值和平板11的三个部位处的值。

[数式4]

[表1]

根据上述表1，作为在中空构件10的平面部整体接合有FRP构件20的构造构件的比较例2虽然弯曲刚度提高，但重量效率比未设置FRP构件20的比较例1的构造构件降低。成为这样的结果的原因是在平面部的中央部没有像简支点那样发挥功能的部分。详细进行说明，通过FRP构件20与平面部整体相接合，虽然使得FRP接合部的宽度方向端部接近简支状态，但平面部的宽度方向中央部不成为简支状态，而依然成为对压曲耐力没有帮助的部分。因此，不能得到与重量的增加相称的量的耐冲击性。

另一方面，实施例1～7相对于比较例1的重量效率变大。如果考虑本模拟的结果，则在弯曲刚度比为30以上的情况下能够提高重量效率。特别在接合有具有平板、帽状构件的板厚(1.0mm)的6倍以上的厚度的FRP构件20的情况下，重量效率显著地增加。

<碰撞模拟(B)>

接下来，制作如图13所示的分析模型来实施碰撞模拟(B)。分析模型的构造构件1由作为中空构件10的方管构成，由CFRP制成的FRP构件与方管的内表面相接合。方管的板厚是1.0mm，屈服应力是700MPa。

在碰撞模拟(B)中，与前述的碰撞模拟(A)同样地，将分析模型的一个端面作为完全约束侧端面，将另一个端面作为非完全约束侧端面。碰撞模拟(B)是在这样的约束条件之下，在将非完全约束侧的端面沿中空构件10的长度方向压缩20mm的条件下实施的。此时的碰撞速度是3m/s，网格尺寸是1mm，碰撞分析利用非线性结构解析软件LS-DYNA来执行。

此外，碰撞模拟(B)利用FRP构件20的接合位置是如图14～图20所示不同的多个分析模型来实施。相对于一个分析模型而使用的各FRP构件20的厚度彼此相等。另外，作为比较例，制作了在如图14所示的构造构件中未设置FRP构件20的分析模型(比较例5)来实施碰撞模拟(B)，另外制作了如图20所示的构造构件的分析模型来实施碰撞模拟(B)。实施例9和10的FRP构件的纤维方向处于FRP构件的长度方向的±5°以内的纤维的体积分数是纤维整体的80％，比较例5和6、实施例8、11～13的FRP构件的纤维方向处于FRP构件的长度方向的±5°以内的纤维的体积分数是纤维整体的100％。

在下述表2中表示碰撞模拟(B)的结果。此外，关于表2中的“P_A部宽度/平面部宽度”的值、值α是在FRP接合部与FRP非接合部混合存在的各部位处计算该值。

[表2]

如表2所示，接合有FRP构件20的实施例8～13的构造构件相对于未设置FRP构件20的比较例5的构造构件，重量效率较大程度地提高。另外，如实施例8与实施例11的比较结果所示，在使用相同数量的FRP构件20的情况下，通过各FRP构件20分别设于彼此相对的平面部，能够提高重量效率。另外，如实施例8与实施例12的比较结果所示，通过增加设于同一平面部内的FRP构件20，能够提高重量效率。这是由于在同一平面部内接近简支状态的部位增加，从而有效宽度的范围增大。

对实施例9与实施例12进行比较，尽管FRP构件20为相同数量，但实施例9中的耐冲击性的重量效率较大。产生这样的差的理由在于，通过实施例9的在平面部的中央部相邻的FRP构件20的间隔较窄，使得有效宽度的影响容易波及处于平面部的中央部的FRP非接合部，该FRP非接合部成为有效地有助于提高压曲耐力的状态。因此，FRP构件20优选为以平面部的FRP非接合部的长度为有效宽度以下的方式设置。

产业上的可利用性

本发明能够用于例如汽车的地板横梁。

附图标记说明

1、构造构件；10、中空构件；11、平板；12、帽状构件；12a、顶板部；12b、纵壁部；12c、凸缘部；20、FRP构件；30、板；31、支承点；32、支承点；b、有效宽度；D、FRP非接合部的宽度；L、中空构件的长度方向；P、平面部；P_A、FRP接合部；P_B、FRP非接合部；W、中空构件的宽度方向。

Claims (9)

1.一种汽车构造构件，该汽车构造构件包括具有平面部的中空构件和与所述平面部的至少一个部位相接合的FRP构件，其特征在于，

所述FRP构件与所述中空构件的长度方向的长度L1的至少0.1L1～0.9L1的部位相接合，

在所述平面部的所述0.1L1～0.9L1的部位形成有接合有所述FRP构件的部分即FRP接合部和未接合所述FRP构件的部分即FRP非接合部，

在所述平面部，所述FRP接合部的合计宽度是所述平面部的总宽度的8％～60％，

在所述平面部中，所述FRP接合部处的所述FRP构件的弯曲刚度是所述FRP接合部处的除了所述FRP构件以外的所述平面部的弯曲刚度的30倍以上。

2.根据权利要求1所述的汽车构造构件，其特征在于，

所述FRP构件的弯曲刚度是除了所述FRP构件以外的所述平面部的弯曲刚度的100倍以上。

3.根据权利要求1或2所述的汽车构造构件，其特征在于，

所述FRP构件的厚度是所述平面部的厚度的6倍以上。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的汽车构造构件，其特征在于，

所述平面部中的所述FRP非接合部的各自的宽度D满足下式(1)：

[数式5]

其中，t：所述平面部的厚度，E：所述平面部的杨氏模量，σy：所述平面部的屈服应力。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的汽车构造构件，其特征在于，

所述FRP构件与所述中空构件的内部空间侧的表面相接合。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的汽车构造构件，其特征在于，

所述FRP构件是由CFRP制成的CFRP构件。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的汽车构造构件，其特征在于，

所述FRP构件是由GFRP制成的GFRP构件。

8.根据权利要求6所述的汽车构造构件，其特征在于，

所述CFRP构件的纤维方向相对于该CFRP构件的长度方向处于±5°以内的范围内的纤维是纤维整体的80％以上。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的汽车构造构件，其特征在于，

该汽车构造构件是地板横梁、地板通道、前纵梁后半部和下边梁中的至少任一构件。

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