JP2001171349A - パネル構造体の補強材配設方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トラックのドアパネルのように、パネル単体
での張り剛性が低い場合、パネル構造体に補強材を取り
付けて張り剛性を確保する。このとき、補強材の最適な
配置と、これら部材の構造的諸元とを最適に設定して剛
性確保と総重量の最適化を図る。 【解決手段】 トラックドア１の場合、アウタパネル２
の内面に補強材８を接着して張り剛性を確保する。アウ
タパネル２の荷重点を補強材８とドアフレーム６との間
の中央に設定し、０から逐次増大する荷重を加えたと
き、その増大初期における剛性を解析すると、その初期
剛性は補強材８の配置に依存して決定されるため、その
最適な配置としては横補強材の配置が好ましい。一方、
荷重の増大に伴うアウタパネル２及び補強材８の荷重分
担を解析すると、変形量が大きい領域では、補強材８の
荷重分担率がその重量比を上回る。そこで、アウタパネ
ル２の板厚を減少して軽量化を行う一方、補強材８の板
厚を増加してその剛性を増大すれば、トラックドア１全
体としての総重量軽減と剛性確保とを同時に実現するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パネル構造体に補
強材を配設して張り剛性を確保する技術に係り、特に、
パネル構造体への補強材の最適な配置の決定及びこれら
部材の最適な構造的諸元の設定を行うためのパネル構造
体の補強材配設方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】パネル構造体の張り剛性を所望に確保す
るため、その最適位置に補強材を配置するための技術
は、例えば特許第２９６２１０７号公報に記載されてい
る。この公知の配設方法では、逐次増大する荷重につい
てパネル構造体及び補強材の荷重分担をそれぞれ求め、
求めた荷重分担に基づいてパネル構造体の最適位置に補
強材を配置するものとしている。より具体的には、荷重
点において荷重を逐次増大させたとき、パネル構造体及
び補強材の各点における歪み及び応力の逐次増分から、
各歪みエネルギが荷重点における変位の関数として与え
られ、この関数を変位で偏微分することにより、それぞ
れの荷重分担を求めることができる。

【０００３】例えば、トラックのドアパネルを供試して
公知の補強材配設方法を適用した場合、そのアウタパネ
ルに対する各種の補強材の配置パターン（縦補強材、横
補強材、縦横補強材等）について、それぞれ補強材の荷
重分担が明らかとなれば、そのなかから最もアウタパネ
ルの剛性確保に有利な配置を容易に決定することができ
ると考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
にパネル構造体に補強材を配置して張り剛性を確保する
と同時に、その総重量を最小化しようとする場合、公知
の配設方法から必ずしも明確な技術的手法が得られるわ
けではない。従って、上述のドアパネルの供試例では、
例えばドアパネル及び補強材に構造的な変更を加えて重
量を軽減しようとする場合、過去に蓄積された張り剛性
のデータを基礎として構造変更後の剛性が充分であるか
否かを予測的に評価し、その都度、ドアパネル及び補強
材の構造変更の良し悪しを経験則的に判断する以外にな
い。

【０００５】そこで、本発明では上記の問題点に鑑み、
荷重分担に基づく補強材の最適な配置に加え、更に総重
量の最小化をも具体的に実現可能とするパネル構造体の
補強材配設方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的達成のため、
本発明のパネル構造体の補強材配設方法（請求項１）で
は、パネル構造体の所定の荷重点において荷重が０から
逐次増大するとき、その増大初期においてパネル構造体
の剛性を所望に確保するべく補強材の配置を決定する
（配置工程）。このとき、その荷重に対するパネル構造
体及び補強材それぞれの荷重分担を求める一方で、その
全荷重に占める補強材の荷重分担の割合がパネル構造体
に対する補強材の重量比よりも大となるとき、パネル構
造体に構造的な変更を加えて軽量化を行ったとき、パネ
ル構造体及び補強材の総重量が軽減されるための条件
と、補強材に構造的な変更を加えて剛性を増大させたと
き、パネル構造体及び補強材の全体での剛性が確保され
るための条件とを同時に満足するべく、パネル構造体及
び補強材の構造的な諸元をそれぞれ設定する（諸元設定
工程）。

【０００７】すなわち、パネル構造体の張り剛性は通
常、荷重と変位との関係に基づいて解析することができ
るが、本発明では、荷重の大小差に基づくパネル構造体
の変形量の違いから、その変形初期における剛性（初期
剛性）と、変形初期よりも変形量が大となる場合におけ
る剛性とに分けて張り剛性を解析している。この場合、
補強材を取り付けた状態でパネル構造体の所定の荷重点
に０から逐次増大する荷重を加えたとき、その初期剛性
は、補強材の配置及びパネル構造体単体での剛性に依存
して決定される。これに対し、初期剛性に基づく初期変
形の領域を超える変形領域では、パネル構造体と補強材
とで全体的な剛性、つまり、全荷重及び変位が分担され
る。

【０００８】上述のような剛性解析の結果に基づき、本
発明ではパネル構造体の初期剛性を所望に確保するため
の最適な補強材の配置を解析的に決定するとともに、こ
れらパネル構造体及び補強材の荷重分担率と、これら部
材間の重量比という２つの観点から総重量の最適化（最
小化）を実現することができる。そして、上述の配置工
程及び諸元設定工程を通じて補強材の最適配置と各部材
の構造諸元とを設定した上で、最終的にパネル構造体に
補強材が配設される。

【０００９】具体的には、上述したパネル構造体の初期
変形の領域では、補強材の方が極端にその剛性が高く、
その分、荷重分担は極めて小さい。このため、例えばパ
ネル構造体の解析モデルにおいて、その近似的な矩形平
板モデルと補強材との結合部を支持とみなすことがで
き、補強材で区画された部位の中央に荷重点が設定され
る。そして、この場合の矩形平板の初期剛性を理論解あ
るいはＦＥＭ解析により求めると、区画された矩形平板
の初期剛性はその短辺の長さによって決まり、その区画
された部分の面積が同一である場合、より細長い形状に
区画されている方が剛性的に有利であることが明らかと
なる。従って、初期剛性確保のための補強材の配置は、
パネル構造体の長手方向に沿う配置が最適であり、例え
ば、横長の矩形パネルであれば、縦補強材よりも横補強
材の方がより有利な配置であるといえる。

【００１０】これに対し、その大変形領域では補強材の
荷重分担が増大し、全荷重（＝総荷重分担）に占める補
強材の荷重分担の割合は、その重量比を大きく上回る程
度にまで増大する。この場合、補強材の剛性を増大する
一方、パネル構造体を軽量化するべくこれら部材の構造
に変更を加えた結果として、全体的な剛性が確保され、
且つ、総重量が軽減されていれば、その変更後の構造的
な諸元を各部材の正式な諸元として設定することが可能
である。

【００１１】一方で、本発明のパネル構造体の補強材配
設方法（請求項２）では、パネル構造体及び補強材の荷
重分担率とその構造的なパラメータとをそれぞれ２つの
条件式に当てはめることにより、ｎ本の補強材の最適な
配置と、各補強材及びパネル構造体それぞれの板厚とを
同時に設定することができるものとした。具体的には、
主部材のパネル構造体に対して少なくとも１本以上であ
るｎ本の梁状の補強材を取り付けた状態で、パネル構造
体の所定の荷重点において０から逐次増大する荷重に対
するパネル構造体の荷重分担Ｐ_p0及び各補強材の荷重分
担Ｐ_s10，・・・，Ｐ_sn0をそれぞれ求めるとともに、これ
ら荷重分担を合計した総荷重分担をＰ₀、この総荷重分
担Ｐ₀に占める前記各荷重分担Ｐ_p0，Ｐ_s10，・・・，Ｐ _sn0
の割合をｙ_p，ｙ_s1，・・・，ｙ_snとする。

【００１２】また、パネル構造体及び各補強材の板厚を
ｔ_p0，ｔ_s10，・・・，ｔ_sn0とし、これら各板厚を増減す
ることでパネル構造体及び補強材の構造を変更した場合
の変更板厚をｔ_p，ｔ_s1，・・・，ｔ_snとする。ここで、 Ｐ₀＝Ｐ_p0＋Ｐ_s10＋・・・＋Ｐ_sn0 は上述した構造の変更を行う前の基準状態における総荷
重分担（全荷重）であるが、構造の変更に応じて増減す
るべきパネル構造体の増減荷重分担をＰ_p、また、各補
強材の増減荷重分担をＰ_s1，・・・，Ｐ_snとすると、 Ｐ＝Ｐ_p＋Ｐ_s1＋・・・＋Ｐ_sn が構造を変更した場合に全ての部材で負担可能な総荷重
分担である。

【００１３】このとき、構造変更後の各増減荷重分担と
その構造変更前における各荷重分担との関係は、上記の
各板厚及び各変更板厚を構造パラメータとする次式、 Ｐ_i＝Ｐ_i0(ｔ_i/ｔ_i0)^mi＝ｙ_iＰ₀(ｔ_i/ｔ_i0)^mi により表すことができる。ここで、これら各変更板厚と
その変更前の各板厚との差分をΔｔ_p，Δｔ_s1，・・・Δｔ
_snとし、また、パネル構造体と各補強材との重量比をｖ
_p：ｖ_s1：・・・：ｖ _snとしたとき、これら各板厚とその変
更板厚との関係、及び各板厚とその差分との関係が次
式、 ｙ_p(ｔ_p/ｔ_p0)^mp＋ｙ_s1(ｔ_s1/ｔ_s10)^ms1＋・・・＋ｙ_sn(ｔ
_sn/ｔ_sn0)^msn ≧１及び ｖ_p(Δｔ_p/ｔ_p0)＋ｖ_s1(Δｔ_s1/ｔ_s10)＋・・・＋ｖ_sn(Δ
ｔ_sn/ｔ_sn0) ≦ ０ を同時に満足することが、剛性確保と総重量軽減とを両
立させるための条件となる。従って、これら条件式を同
時に満足するようにパネル構造体への各補強材の配置を
決定するとともに、パネル構造体及び各補強材の実板厚
を上記の変更板厚に設定すれば、剛性を損なうことなく
重量の最適化を容易に図ることができる。

【００１４】上記の条件式を用いた配設方法によれば、
先ず、パネル構造体に対する現状の適宜な補強材配置に
おいて、各ｉ部材の板厚を初期状態の板厚ｔ_i0とする。
また条件式中のｍｉは、ｉ部材の単体特性（荷重−変
位）から定める（手順１）。次に、各ｉ部材の荷重分担
率ｙ_i＝Ｐ_i0/Ｐ₀と重量比ｖ_iとから変更板厚ｔ_iを設定
する（手順２）。このとき、荷重分担率に比較して重量
比が大となるパネル構造体については板厚を減少し、一
方、重量比に比較して荷重分担率が大となる補強材につ
いては板厚を増加することが好ましい。

【００１５】構造パラメータｔ_i0，ｔ_iをそれぞれ決定
すると、これら板厚にて上記の２つの条件式が同時に満
足されるか否かを判別する（手順３）。この判別結果が
満足の場合は、現状の補強材の配置に対して構造変更後
の変更板厚ｔ_iを採用することができる。これに対し、
条件式を満足しない場合は、補強材の配置をそのままに
維持または変更して変更板厚ｔ_iを再設定する（手順
２，３）。

【００１６】上述の手順を繰り返し実行することで、２
つの条件式を同時に満たす補強材の最適な配置と各部材
の板厚とを設定することができる。なお、設定した板厚
ｔ_iにてパネル構造体の実用上の目標性能と重量が得ら
れていない場合は、一度行った構造変更後における現状
の補強材配置及び板厚を初期状態としてリセットし、新
たに板厚ｔ_i0＝ｔ_iとおいて再度手順２，３を実行すれ
ばよい。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明のパネル構造体の補強材配
設方法は例えば、トラック車両のドアパネルについて、
そのアウタパネルの最適位置に補強材を配置し、且つ、
これら各部材の構造諸元である板厚を最適に設定し、ド
アパネルの剛性確保及びその軽量化を図るための方法と
して一実施形態をとることができる。

【００１８】図１に示されるように、トラックドア１は
アウタパネル２とインナパネル３とを互いに張り合わせ
た状態で構成されている。アウタパネル２の外周はその
上半分が窓枠４として成形され、一方、その下半分はド
アフレーム（扉枠）６として成形されており、更にドア
フレーム６はサイドウインドウの下端に沿って追加さ
れ、この追加部分はアウタパネル２の横断方向に延びて
いる。

【００１９】このようなアウタパネル２には、窓枠４及
びドアフレーム６に囲まれた部位の張り剛性を確保する
ため、その内面に補強材８が取り付けられており、補強
材８は例えば、アウタパネル２の内面に接着されてい
る。補強材８は梁状をなしており、その構造は必要な剛
性を確保するため、例えば平板の状態から断面ハット状
に成形されている。

【００２０】

【実施例】以下、図１のトラックドア１を供試して実施
例を説明する。本実施例では先ず、アウタパネル２に補
強材８を取り付けた状態で、アウタパネル２に対して０
から逐次増大する荷重を加えたときの初期剛性を解析す
る。このとき、アウタパネル２の成形曲率は小さいた
め、その剛性解析では矩形平板のモデルにて近似するこ
とができる。

【００２１】図２は補強材８の各種の配置プランの例
と、そのプラン別の近似モデルを示している。また、矩
形平板の近似モデルはアウタパネル２の実寸に即して、
その短辺と長辺との長さの比、つまり、縦横比を約１：
２に設定する。先ず、縦補強材の配置プランではアウタ
パネル２の横方向でみて、そのほぼ中央の位置に補強材
８を縦方向に配置する。この補強材８で２つに区画され
たアウタパネル２の部位のうち、その一方の中央位置に
荷重点Ｆを設定する。

【００２２】横補強材の配置プランでは、上下方向でみ
てほぼ中央の位置にアウタパネル２の長手方向に沿って
補強材８を配置する。また、補強材８で区画されたアウ
タパネル２の上側部位の中央位置に荷重点Ｅを設定す
る。縦・横補強材の配置プランでは、上述の縦補強材及
び横補強材を組み合わせて配置する。この場合、アウタ
パネル２は４つに区画され、これら４区画のうち上側の
一方の中央位置に荷重点Ｄを設定する。なお、近似モデ
ルでは特に区画毎の違いを考慮する必要はない。

【００２３】上述した各荷重点Ｆ，Ｅ，Ｄにおいて荷重
を０から逐次増大させたとき、その増大初期では何れの
場合も補強材８の剛性がアウタパネル２に比較して高
く、それ故、各近似モデルを用いた剛性解析では、アウ
タパネル２と補強材８との接合部位を支持とみなすこと
ができる。このような条件にて各配置プラン毎に初期剛
性の理論解を求め、その比較を行う。

【００２４】図２には、各配置プラン毎に求めた初期剛
性について、その理論解の剛性比ｋ ₀が示されており、
縦補強材の場合を基準剛性（ｋ₀＝１．０）とすると、
横補強材では剛性比ｋ₀＝２．７５、また、縦及び横補
強材では剛性比ｋ₀＝２．８１であった。上述の剛性比
較から以下のことが明らかである。

【００２５】すなわち、縦補強材の配置プランに比較し
て、横補強材及び縦・横補強材の配置プランの場合は何
れも初期剛性において３倍近い程度に有利であるといえ
る。一方、これら横補強材の配置プランと縦・横補強材
の配置プランとを対比すると、縦方向に配置した補強材
８の有無は初期剛性に殆ど影響していない。また、これ
ら両配置プランでは、区画された矩形平板の長辺（横方
向）の長さは異なるが、その短辺の長さは同一である。
このことは、矩形平板の区画された部位における初期剛
性がその短辺の長短に依存して決定されることを意味し
ており、この場合、同一面積の部位にあっては、より細
長い形状である方が初期剛性を確保する上で有利である
と考えられる。従って、アウタパネル２の初期剛性を確
保するためには、縦補強材の配置プランよりも横補強材
（縦・横補強材）の配置プランの方がより好ましいこと
が確認された（配置工程）。

【００２６】なお、図２には各配置プランについて線形
ＦＥＭ解析を行った場合の初期剛性比の結果をも示して
いるが、理論解では上述のように補強材との接合部位を
支持とみなしていることから、ＦＥＭ解析の場合よりも
剛性比の値が大となっているものと推測される。ただ
し、これらＦＥＭ解析の結果と理論解の解析結果との間
に極端な乖離がみられないことから、理論解に基づく剛
性比較により、補強材の配置と初期剛性との関係を上述
のように説明できると考えられる。

【００２７】次に、上述したアウタパネル２への補強材
８の配置とともに、ドアパネル１の重量最適化について
の解析を行う。アウタパネル２の初期剛性は補強材８の
配置のみによって決まり、補強材８の部材剛性にほとん
ど影響されないことが明らかにされた。ここで、初期剛
性は荷重の増大初期におけるアウタパネル２の剛性であ
るが、このような初期剛性に基づく初期変形の領域を超
える変形領域では、アウタパネル２と補強材８とでその
荷重及び変位が分担される。

【００２８】図３は、アウタパネル２の張り剛性を荷重
−変位線図により表しており、図中に実線で示される曲
線は、荷重点において逐次増大する荷重（最大荷重Ｐma
xに対する割合にて表記）を示している。なお、最大荷
重Ｐmaxは例えば、トラックの実用上、アウタパネル２
に加わると想定される荷重の最大値に設定される。ここ
で、パネル構造体に補強材を取り付けた状態で荷重を与
えた場合、その荷重がパネル構造体及び補強材により分
担されるとともに、全体の変位がこれら両部材により分
担される原理は、既に述べた特許第２９６２１０７号公
報において公知である。

【００２９】このようなエネルギ原理に基づいてアウタ
パネル２及び補強材８の荷重分担をそれぞれ求め、図３
の荷重−変位線図に重ね合わせて図示すると、アウタパ
ネル２の荷重分担（逐次荷重に対する割合にて表記）が
図中の破線にて表され、また、補強材８の荷重分担が一
点鎖線にて表される。なお、ここではアウタパネル２及
び補強材８以外の部材（例えばインナパネル３、接着剤
等）の荷重分担はほとんど無いので、その図示を省略し
ている。

【００３０】上述のように、初期変形の領域では補強材
８の荷重分担は極端に小さく、それ故、初期変形の領域
では荷重レベルを表す曲線とアウタパネル２の荷重分担
を表す曲線とがほぼ合致している。これに対し、初期変
形の領域を超えて全体の変形量が大きくなるにつれ、補
強材８の荷重分担は次第に増大し、特に変形量が大きい
領域では、図中に二点差線で表されるように、補強材８
の荷重分担が全体の総荷重分担に占める割合、つまり、
その荷重分担率は２０％を超えるレベルにまで達する。

【００３１】一方、アウタパネル２と補強材８との重量
比でみれば、本実施例の場合、横補強材の配置において
補強材８の重量比は５％程度であり、上述した変形の大
きい領域では、補強材８の荷重分担はその重量比を大き
く上回る。本発明の発明者は、トラックのドアパネル等
のパネル構造体にあっては、通常、補強材８を配置する
ことでアウタパネル２の初期剛性にある程度の余裕が確
保されている点に着目するとともに、アウタパネル２の
板厚を減少して重量を軽減する一方、補強材８の板厚を
増加してその荷重分担を増加させることが、張り剛性の
確保と軽量化を両立するための有効な手段であることを
確認している。

【００３２】本実施例では例えば、アウタパネル２の基
準板厚をｔ_p0＝０．７８ｍｍとすると、アウタパネル２
の板厚（変更板厚）をｔ_p＝０．６８ｍｍに低減すると
ともに、補強材８の基準板厚ｔ_s0を２倍の板厚（変更板
厚ｔ_s＝２ｔ_s0）に増加してこれら部材に構造的な変更
を加えた。表１に本実施例による構造変更の結果を示
す。なお、重量は何れもアウタパネル２の基準板厚での
重量を基準（＝１）とした重量比で示されている。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１から明らかなように、アウタパネル２
の板厚低減による軽量化の効果は補強材８の板厚増加に
よる重量増加を上回るので、アウタパネル２及び補強材
８全体としての重量比でみて、７．４％の軽量化を達成
することができる。更に図４を参照して、上述した実施
例の構造的な変更に伴う荷重−変位線図での剛性確保の
確認を行う。

【００３５】図中に実線で示される特性（ｔ_p0＝０．７
８，ｔ_s0）は、構造変更を行う前の基準板厚における剛
性を示している。これに対し、実施例の構造変更を行っ
た場合、その剛性は一点鎖線で示される特性（ｔ_p＝
０．６８，２ｔ_s0）に移行するものの、その初期剛性は
構造変更前における初期剛性ｋ₀に比較してほとんど低
下しておらず、更に、変形の大きい領域での剛性は充分
に確保されていることが確認される。これは、板厚を増
加することで補強材８の剛性が相対的に増大し、その
分、補強材８の荷重分担が増加するという効果に基づい
ている。

【００３６】また、アウタパネル２の板厚を低減して
も、その初期剛性にほとんど低下がみられないという結
果は、上述した補強材８を配置することによりアウタパ
ネル２の初期剛性に余裕が確保されるという効果の裏付
けとしても有用である。なお、図４には実施例以外の構
造変更の例として、アウタパネル２の板厚を基準板厚ｔ
_p0に保持して補強材８の板厚のみを半分に低減（ｔ_p0＝
０．７８，０．５ｔ_s0）した場合の特性が破線にて示さ
れており、また、補強材８の板厚のみを倍増（ｔ_p0＝
０．７８，２ｔ_s0）した場合の特性が二点鎖線にて示さ
れている。これら変更例からも明らかなように、変形量
の大きい領域において全体として剛性を確保するために
は、例えば板厚の増加等による補強材８の構造的な剛性
増大がより有効であると認められる。

【００３７】従って、本実施例ではアウタパネル２及び
補強材８の構造的な諸元、例えばその板厚が以下の２つ
の条件を同時に満足するべく設定される（諸元設定工
程）。 （１）アウタパネル２の板厚低減等の構造的な軽量化に
より、補強材８を含む総重量が相対的に軽減されるこ
と。 （２）補強材８の板厚増加等の構造的な剛性増大によ
り、アウタパネル２及び補強部材８の荷重分担を合計し
た場合の総荷重分担が相対的に増加すること。

【００３８】なお、例えばアウタパネル２の板厚を低減
して軽量化を行っていても、補強材８の板厚を増加した
分、総重量が増加していれば、その構造変更は上記
（１）の条件を満足しない。また、補強材８の板厚を増
加して剛性を増大していても、アウタパネル２の板厚を
低減した分、全体としての剛性が低下していれば、その
構造変更は上記（２）の条件を満足しないものとなる。
これらの場合は、２つの条件を同時に満足するべく板厚
を再変更する必要がある。

【００３９】なお、本発明の発明者は、上記（１）及び
（２）の条件を同時に満足するための評価基準として、
アウタパネル２及び補強材８の各板厚を構造パラメータ
とした条件式を提供している。条件式は以下の手順によ
り導かれる。予め適宜に選択した基準状態でのアウタパ
ネル２及び補強材８の板厚ｔ_p0，ｔ _s0に対し、構造的な
変更を行った場合の変更板厚をそれぞれｔ_p，ｔ_sとす
る。なお、構造変更前の基準板厚ｔ_p0，ｔ_s0は例えば、
トラックの車格や仕様等に応じて、通常必要なドア剛性
を確保するための板厚に設定しておけばよい。

【００４０】アウタパネル２の板厚減少分をΔｔ_p、補
強材８の板厚増加分をΔｔ_sとすると、これら増減分
（差分）は Δｔ_p＝ｔ_p0−ｔ_p，Δｔｓ＝ｔ_s−ｔ_s0 ・・・(1),(2) で表される。次に、補強材８とアウタパネル２との重量
比をｗ：１とすると、総重量の軽量化のための条件は次
式(3)で表される。

【００４１】Δｔ_p/ｔ_p0＞Δｔ_s/ｔ_s0・ｗ ・・・(3) また、構造変更前の基準状態におけるアウタパネル２と
補強材８の荷重分担Ｐ _p0、Ｐ_s0を求め、これら部材の構
造を変更した場合に増減するべき増減荷重分担をＰ_p，
Ｐ_sとする。このとき、アウタパネル２及び補強材８の
構造パラメータをそれぞれの板厚により表すと、これら
構造パラメータと増減荷重分担Ｐ_p，Ｐ_sとの関係は次式
(4),(5)で表すことができる。

【００４２】 Ｐ_p/Ｐ_p0＝（ｔ_p/ｔ_p0）ⁿ，Ｐ_s/Ｐ_s0＝（ｔ_s/ｔ_s0）^m ・・・(4),(5) 一方、構造を変更した場合の全ての部材で負担可能な総
荷重分担をＰとし、また、アウタパネル２及び補強材８
の荷重分担率をそれぞれｙ_s，ｙ_p、その他の部材の荷重
分担率をｚ（≡１−ｙ_s−ｙ_p）とすると、 Ｐ_p＋Ｐ_s＋Ｐ₁＋Ｐ₂＋・・・＋Ｐ_n＝Ｐ ・・・(6) Ｐ₁＋Ｐ₂＋・・・＋Ｐ_n＝Ｐ₁₀＋Ｐ₂₀＋・・・＋Ｐ_n0＝ｚＰ₀ ・・・(7) より、構造を変更した場合に相対的に剛性を増加させる
ための条件として、Ｐ＞Ｐ₀を満足するための板厚の条
件を導けばよい。なお、荷重分担率ｙ_p，ｙ_sはそれぞ
れ、ｙ_p＝Ｐ_p0/Ｐ₀，ｙ_s＝Ｐ_s0/Ｐ₀で定義される。

【００４３】ここで、上式(4),(5)及び荷重分担率の定
義から、 Ｐ_p＝Ｐ_p0（ｔ_p/ｔ_p0）ⁿ＝ｙ_pＰ₀（ｔ_p/ｔ_p0）ⁿ ・・・(8) Ｐ_s＝Ｐ_s0（ｔ_s/ｔ_s0）^m＝ｙ_sＰ₀（ｔ_s/ｔ_s0）^m ・・・(9) よって、上記の条件は次式、 ｙ_pＰ₀（ｔ_p/ｔ_p0）ⁿ＋ｙ_sＰ₀（ｔ_s/ｔ_s0）^m＋ｚＰ₀＞Ｐ₀・・・(10) で表され、上式(10)を更に整理してＰ₀を消去すると、 ｙ_p（ｔ_p/ｔ_p0）ⁿ＋ｙ_s（ｔ_s/ｔ_s0）^m＋ｚ＞１ ・・・(11) である。ここで、全荷重をアウタパネル２及び補強材８
により分担するものとしてｙ_p＋ｙ_s＝１、更にｙ_s＝ｙ
とおくと、ｙ_p＝１−ｙ，ｚ＝０より式(11)は、 （１−ｙ）・（ｔ_p/ｔ_p0）ⁿ＋ｙ（ｔ_s/ｔ_s0）^m＞１ ・・・(12) で表される。従って、総重量軽減と張り剛性確保とを同
時に満足するための条件式として、例えば上式(3),(12)
が提供される。

【００４４】また、式(12)の左辺＝１を解くことによ
り、 ｙ₀＝{１−（ｔ_p/ｔ_p0）ⁿ}/{（ｔ_s/ｔ_s0）^m−（ｔ_p/ｔ_p0）ⁿ} ・・・(13) として構造変更後の荷重分担率ｙ₀を予め定義しておけ
ば、ｙ＞ｙ₀が張り剛性確保のための条件となる。以上
は実施例についての条件式であるが、例えば上述した縦
・横補強材の配置プランのように複数本の補強材８を配
設する場合にあっては、更に以下の一般式を用いること
ができる。

【００４５】ここでは、トラックのドアパネルに限定さ
れないパネル構造体とその補強材についての条件を一般
化するものとする。すなわち、構造変更前の基準状態に
おいてパネル構造体にｎ本（少なくとも１本）の補強材
を取り付けた状態で、パネル構造体の荷重点において０
から逐次増大する荷重を加える。この荷重に対するパネ
ル構造体及び各補強材の荷重分担を求め、パネル構造体
の荷重分担をＰ_p0、各補強材（ｓ１〜ｓｎとする）の荷
重分担をＰ_s10，・・・，Ｐ_sn0とする。

【００４６】ここで、基準状態における荷重分担の合
計、つまり、総荷重分担Ｐ₀は、 Ｐ₀＝Ｐ_p0＋Ｐ_s10＋・・・＋Ｐ_sn0 ・・・(14) である。この場合、加えられた全荷重はパネル構造体及
び全ての補強材により分担されるので、総荷重分担Ｐ₀
と全荷重とは同一である。一方、パネル構造体及び各補
強材の荷重分担が構造の変更により増減する場合、その
変更後の増減荷重分担をＰ_p，Ｐ_s1，・・・，Ｐ_nとする
と、構造変更後に負担可能となる全荷重Ｐは、 Ｐ＝Ｐ_p＋Ｐ_s1＋・・・＋Ｐ_sn ・・・(15) である。

【００４７】例えば、各部材の板厚を増減することでそ
の構造を変更する場合、その変更後における各部材の増
減荷重分担は、その板厚を構造パラメータとして表すこ
とができる。ここで、基準状態における各部材のパネル
構造体の板厚をｔ_p0、各補強材の板厚をｔ_s10，・・・，ｔ
_sn0、また、その変更後の板厚をｔ_p，ｔ_s1，・・・，ｔ_{s n}
とすると、ｉ部材の増減荷重分担Ｐ_iは次式、 Ｐ_i＝Ｐ_i0(ｔ_i/ｔ_i0)^mi＝ｙ_iＰ₀(ｔ_i/ｔ_i0)^mi ・・・(16) で表される。なお、ｉ＝ｐ，ｓ１，・・・，ｓｎである。

【００４８】従って、上式(15),(16)から構造変更後に
負担可能な全荷重を増加させるための条件式、 ｙ_p(ｔ_p/ｔ_p0)^mp＋ｙ_s1(ｔ_s1/ｔ_s10)^ms1＋・・・＋ｙ_sn(ｔ_sn/ｔ_sn0)^msn≧1・・・(17) を得ることができる。更に、ｉ部材の単体重量をＷ_i0と
して、その単位板厚あたりの重量を、 ｗ_i0＝Ｗ_i0/ｔ_i0 ・・・(18) とし、また、各部材の板厚の増減分をΔ_tp，Δｔ_s1，・・
・，Δｔ_snとすると、総荷重分担増加と同時に満足する
べき総重量軽減のための条件は、 ｗ_p0Δｔ_p＋ｗ_s10Δｔ_s1＋・・・＋ｗ_sn0Δｔ_sn≦０ ・・・(19) で与えられる。

【００４９】更にパネル構造体と各補強材との重量比を
ｖ_p：ｖ_s1：・・・：ｖ_snとおくと、上式(19)から総重量軽
減のための条件式、 ｖ_p(Δｔ_p/ｔ_p0)＋ｖ_s1(Δｔ_s1/ｔ_s10)＋・・・＋ｖ_sn(Δｔ_sn/ｔ_sn0) ≦０ ・・・(20 ) を得ることができる。

【００５０】ここで、上述した実施例について、条件式
(17),(20)を用いて剛性を増大させるための条件と総重
量を軽減するための条件を求める。この場合、補強材８
は１本だけであるため、式(17),(20)において補強材に
関する項は、添字＝ｓ１の項のみとする。先ず、アウタ
パネル２の荷重分担率ｙ_p＝１−ｙ、ｍｐ＝ｎ＝２．
３、変更前の板厚ｔ_p0＝０．７８、変更板厚ｔ_p＝０．
６８を式(17)に代入する。

【００５１】また、同式(17)に補強材８の荷重分担率ｙ
_s＝ｙ、ｍｓ１＝ｍ＝１．２、変更前の板厚ｔ_s10＝
ｔ_s0、変更板厚ｔ_s1＝ｔ_s＋Δｔ_s1＝２ｔ_s0を代入する
と、全体の剛性を増加させるための条件として、 ｙ＞ ０．１７３ を得ることができる。

【００５２】また、条件式(20)に ｔ_p0＝０．７８，Δｔ_p＝−０．１ ｔ_s10＝ｔ_s0，Δｔ_s1＝Δｔ_s＝ｔ_s0 の構造パラメータを代入すると、式(20)は、 ｖ_p(Δｔ_p/ｔ_p0)＋ｖ_s(Δｔ_s/ｔ_s0) ≦ ０ 更に、 (Δｔ_p/ｔ_p0)＋(ｖ_s/ｖ_p)・(Δｔ_s/ｔ_s0) ≦ ０ ・・・(21) として表され、上式(21)の左辺の値は、 左辺＝−０．１２８＋０．０５＝−０．７８ であるから、上述の実施例が軽量化の条件を満たしてい
ることを確認することができる。

【００５３】なお、実施例のように補強材８とアウタパ
ネル２との重量比をｗ：１としている場合、上式(21)に
おいて、 ｖ_s/ｖ_p＝ｗ であるから、同式(21)は、 (Δｔ_p/ｔ_p0)＋ｗ(Δｔ_s/ｔ_s0) ≦ ０ ・・・(22) として表されるので、上式(21)から Δｔ_p/ｔ_p0≧Δｔ_s/ｔ_s0・ｗ ・・・(23) を得ることができ、この結果はドアパネルの供試例にお
いて述べた条件式(3)に合致する。

【００５４】以上より、本発明を例えばトラックドア１
のアウタパネル２の張り剛性に供試した場合にあって
は、その初期剛性を所望に確保するべく補強材８の配置
を決定することができる。そして、荷重に対する変形量
が充分に大きい領域において、補強材８の荷重分担率が
例えば２０％程度にまで増大するとき、アウタパネル２
の板厚を低減する一方で、補強材８の板厚を増加する構
造変更を行うことにより、総重量の低減と剛性の増加
（あるいは確保）の条件を同時に満足するための手法が
提供される。

【００５５】なお、実施例ではパネル構造体及び補強材
の構造的な諸元として板厚を用いており、それぞれ構造
変更に際して板厚を増減するものとしているが、補強材
の構造的な変更として例えば、断面形状の変更やその材
料の変更等により剛性増大を実現してもよい。また、本
発明は実施例において供試したトラックドア１以外のパ
ネル構造体だけでなく、例えば、バスのエンジンドアや
乗用車のトランクリッド、エンジンフード等においても
適用可能である。

【００５６】

【発明の効果】本発明のパネル構造体の補強材配設方法
（請求項１）によれば、既存の張り剛性を損なうことな
く総重量の最小化を図ることができ、また、更なる剛性
の増大をも実現可能である。また、条件式を用いた補強
材配設方法（請求項２）によれば、複数本の補強材を用
いたパネル構造体の張り剛性確保に関し、その最適な配
置と重量最適化のための各部材の板厚を正確且つ容易に
設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に供試されるトラックドアの斜
視図である。

【図２】補強材の配置プランの例と、各プラン毎の近似
モデル及びその初期剛性の比較を示すマトリクスであ
る。

【図３】トラックドアの張り剛性を示した荷重−変位線
図である。

【図４】実施例において剛性確保の確認を行うための荷
重−変位線図である。

【符号の説明】

１ トラックドア ２ アウタパネル ８ 補強材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主部材のパネル構造体に梁状の補強材を
   取り付けた状態で、パネル構造体の所定の荷重点におい
   て０から逐次増大する荷重に対し、この荷重の増大初期
   においてパネル構造体の剛性を所望に確保するべく補強
   材の配置を決定する配置工程と、 前記荷重に対するパネル構造体及び補強材それぞれの荷
   重分担を求める一方、前記荷重に占める補強材の荷重分
   担の割合がパネル構造体に対する補強材の重量比よりも
   大であるとき、パネル構造体の構造的な軽量化によりパ
   ネル構造体及び補強材の総重量を軽減するための条件
   と、補強材の構造的な剛性増大によりパネル構造体及び
   補強材の全体的な剛性を確保するための条件とを同時に
   満足するべく、これらパネル構造体及び補強材の構造的
   な諸元を設定する諸元設定工程とを具備したことを特徴
   とするパネル構造体の補強材配設方法。
2. 【請求項２】 主部材のパネル構造体に対して、少なく
   とも１本であるｎ本の梁状の補強材を取り付けた状態
   で、パネル構造体の所定の荷重点において０から逐次増
   大する荷重に対するパネル構造体の荷重分担Ｐ_p0及び各
   補強材の荷重分担Ｐ _s10，・・・，Ｐ_sn0をそれぞれ求める
   とともに、これら荷重分担を合計した総荷重分担を
   Ｐ₀、この総荷重分担Ｐ₀に占める前記各荷重分担Ｐ_p0，
   Ｐ_s10，・・・，Ｐ_{sn 0}の割合をｙ_p，ｙ_s1，・・・，ｙ_snと
   し、 また、パネル構造体及び各補強材の板厚をｔ_p0，
   ｔ_s10，・・・，ｔ_sn0、これら各板厚を増減することでパ
   ネル構造体及び補強材の構造を変更した場合の変更板厚
   をｔ_p，ｔ_s1，・・・，ｔ_sn、これら各変更板厚と前記各板
   厚との間の差分をΔｔ _p，Δｔ_s1，・・・Δｔ_sn、パネル構
   造体と各補強材との重量比をｖ_p：ｖ_s1：・・・：ｖ_snと
   し、 前記構造の変更に応じて増減するべきパネル構造体の増
   減荷重分担をＰ_p、及び各補強材の増減荷重分担を
   Ｐ_s1，・・・，Ｐ_snとしたとき、これら各増減荷重分担と
   前記各荷重分担との関係を前記各板厚及び前記各変更板
   厚を構造パラメータとする次式、 Ｐ_i＝Ｐ_i0(ｔ_i/ｔ_i0)^mi＝ｙ_iＰ₀(ｔ_i/ｔ_i0)^mi （ここにｉ＝ｐ，ｓ１，・・・，ｓｎ）により表すととも
   に、前記各板厚と前記各変更板厚、及び前記各板厚と前
   記各差分との関係が次式、 ｙ_p(ｔ_p/ｔ_p0)^mp＋ｙ_s1(ｔ_s1/ｔ_s10)^ms1＋・・・＋ｙ_sn(ｔ
   _sn/ｔ_sn0)^msn ≧１及び ｖ_p(Δｔ_p/ｔ_p0)＋ｖ_s1(Δｔ_s1/ｔ_s10)＋・・・＋ｖ_sn(Δ
   ｔ_sn/ｔ_sn0) ≦ ０ を同時に満足するべくパネル構造体への各補強材の配置
   を決定し、且つ、パネル構造体及び各補強材の実板厚を
   前記各変更板厚として設定することを特徴とするパネル
   構造体の補強材配設方法。