JP2003262298A - 構造体及び中空形材 - Google Patents
構造体及び中空形材Info
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- JP2003262298A JP2003262298A JP2002062236A JP2002062236A JP2003262298A JP 2003262298 A JP2003262298 A JP 2003262298A JP 2002062236 A JP2002062236 A JP 2002062236A JP 2002062236 A JP2002062236 A JP 2002062236A JP 2003262298 A JP2003262298 A JP 2003262298A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 軽量で高剛性、高強度な構造体を提供する。
【解決手段】 中空形材の面板１２とリブ１３の結節領
域２０近傍のリブ１３の板厚方向両面には円弧Ｒ３、Ｒ
４がある。リブ１３と円弧Ｒ３は滑らかに接続されてい
る。Ｒ３とＲ４は径が等しい。リブ１３と円弧Ｒ３の接
続部１５とリブ１３と円弧Ｒ４の接続部１６におけるリ
ブ１３の長手方向の位置は、実質的に一致する。構造体
に面外せん断荷重が作用した場合、結節領域２０近傍の
リブ１３に発生する局部的な大変形や高応力が低減され
るため、構造体の剛性と強度が向上する。これは、円弧
Ｒ３、Ｒ４をリブ１３の板厚中心軸に対象な形状として
付加することにより結節領域２０近傍のリブ１３の曲げ
変形が抑制され、リブ１３と径の大きな円弧Ｒ３、Ｒ４
を滑らかに接続することにより結節領域２０近傍のリブ
１３に発生する応力集中が低減されたことによる。
域２０近傍のリブ１３の板厚方向両面には円弧Ｒ３、Ｒ
４がある。リブ１３と円弧Ｒ３は滑らかに接続されてい
る。Ｒ３とＲ４は径が等しい。リブ１３と円弧Ｒ３の接
続部１５とリブ１３と円弧Ｒ４の接続部１６におけるリ
ブ１３の長手方向の位置は、実質的に一致する。構造体
に面外せん断荷重が作用した場合、結節領域２０近傍の
リブ１３に発生する局部的な大変形や高応力が低減され
るため、構造体の剛性と強度が向上する。これは、円弧
Ｒ３、Ｒ４をリブ１３の板厚中心軸に対象な形状として
付加することにより結節領域２０近傍のリブ１３の曲げ
変形が抑制され、リブ１３と径の大きな円弧Ｒ３、Ｒ４
を滑らかに接続することにより結節領域２０近傍のリブ
１３に発生する応力集中が低減されたことによる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、構造体及び構造体
を構成する中空形材に関するものである。例えば、アル
ミニウム合金製の鉄道車両や建築物等の構造体及びそれ
らを構成する中空形材に好適である。
を構成する中空形材に関するものである。例えば、アル
ミニウム合金製の鉄道車両や建築物等の構造体及びそれ
らを構成する中空形材に好適である。
【０００２】
【従来の技術】中空形材は、二枚の面板と該面板を接続
する複数のリブによって構成されている。この一例は、
特開平１１−５８５６４号公報に示されている。この文
献の図１には、中空形材の剛性と強度を向上させること
を目的とした面板とリブの結節領域に関する形状が示さ
れている。
する複数のリブによって構成されている。この一例は、
特開平１１−５８５６４号公報に示されている。この文
献の図１には、中空形材の剛性と強度を向上させること
を目的とした面板とリブの結節領域に関する形状が示さ
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】中空形材から構成され
る構造体の一例として鉄道車両を考えた場合、中空形材
には主に引張り、面外曲げ、面外せん断の各荷重が単独
でもしくは複合して作用する。これらの荷重が作用した
ときの中空形材の変形や応力の発生状況は、作用する荷
重の種類、大きさやその組み合わせに依存する。
る構造体の一例として鉄道車両を考えた場合、中空形材
には主に引張り、面外曲げ、面外せん断の各荷重が単独
でもしくは複合して作用する。これらの荷重が作用した
ときの中空形材の変形や応力の発生状況は、作用する荷
重の種類、大きさやその組み合わせに依存する。
【０００４】引張荷重や面外曲げ荷重が中空形材に作用
した場合には、面板とリブの結節領域近傍の面板に最大
応力が発生する。該部位に発生する局部的な大変形や高
応力が、構造体全体の剛性や強度を低下させる一因とな
っている。
した場合には、面板とリブの結節領域近傍の面板に最大
応力が発生する。該部位に発生する局部的な大変形や高
応力が、構造体全体の剛性や強度を低下させる一因とな
っている。
【０００５】面外せん断荷重が中空形材に作用した場合
には、面板とリブの結節領域近傍のリブに最大応力が発
生する。該部位に発生する局部的な大変形や高応力が、
構造体全体の剛性や強度を低下させる一因となってい
る。ここで、前記特開平１１−５８５６４号公報では、
面板とリブの結節領域におけるオフセット量を適切な値
にすることで中空形材の剛性と強度を向上させている。
には、面板とリブの結節領域近傍のリブに最大応力が発
生する。該部位に発生する局部的な大変形や高応力が、
構造体全体の剛性や強度を低下させる一因となってい
る。ここで、前記特開平１１−５８５６４号公報では、
面板とリブの結節領域におけるオフセット量を適切な値
にすることで中空形材の剛性と強度を向上させている。
【０００６】しかし、我々の研究によれば、理想的な寸
法であるオフセット量を０とした場合でも、依然として
面板とリブの結節領域近傍の面板やリブに局部的な大変
形や高応力が発生し、構造体の剛性や強度を低下させて
いる。本発明の目的は、軽量でかつ高剛性、高強度な構
造体を提供することにある。
法であるオフセット量を０とした場合でも、依然として
面板とリブの結節領域近傍の面板やリブに局部的な大変
形や高応力が発生し、構造体の剛性や強度を低下させて
いる。本発明の目的は、軽量でかつ高剛性、高強度な構
造体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、二枚の面板
と、二枚の面板の間をトラス状に接続した複数のリブ
と、から構成された中空形材同士を接合した構造体にお
いて、前記面板と前記リブが接続される部位である結節
領域近傍の前記リブ（または一方の面板）の板厚は該リ
ブ（面板）の他の部位の板厚と比較して厚くなってお
り、該厚くなった部分は前記リブ（面板）の両面に厚く
なっており、該両面の厚くなった部分の厚さは両面にお
いて実質的に同一であり、該厚くなった部分の端部と前
記リブ（面板）とはそれぞれ円弧で接続されており、該
円弧は前記リブ（面板）側に向けて凸の円弧状であり、
該円弧によって前記リブ（面板）の板厚は前記結節領域
に近づくに従って徐々に増加しており、前記二つの円弧
は径が実質的に等しいこと、によって達成できる。
と、二枚の面板の間をトラス状に接続した複数のリブ
と、から構成された中空形材同士を接合した構造体にお
いて、前記面板と前記リブが接続される部位である結節
領域近傍の前記リブ（または一方の面板）の板厚は該リ
ブ（面板）の他の部位の板厚と比較して厚くなってお
り、該厚くなった部分は前記リブ（面板）の両面に厚く
なっており、該両面の厚くなった部分の厚さは両面にお
いて実質的に同一であり、該厚くなった部分の端部と前
記リブ（面板）とはそれぞれ円弧で接続されており、該
円弧は前記リブ（面板）側に向けて凸の円弧状であり、
該円弧によって前記リブ（面板）の板厚は前記結節領域
に近づくに従って徐々に増加しており、前記二つの円弧
は径が実質的に等しいこと、によって達成できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１〜３によ
り説明する。車体１００は、床を構成する台枠１０１、
屋根を構成する屋根構体１０２、側面を構成する側構体
１０３、長手方向の端部を構成する妻構体１０４から成
る。台枠１０１、屋根構体１０２、側構体１０３は、そ
れぞれ複数の押出形材を接合することにより製作され
る。押出形材の長手方向は、車体の長手方向と一致して
いる。押出形材は、アルミニウム合金製である。
り説明する。車体１００は、床を構成する台枠１０１、
屋根を構成する屋根構体１０２、側面を構成する側構体
１０３、長手方向の端部を構成する妻構体１０４から成
る。台枠１０１、屋根構体１０２、側構体１０３は、そ
れぞれ複数の押出形材を接合することにより製作され
る。押出形材の長手方向は、車体の長手方向と一致して
いる。押出形材は、アルミニウム合金製である。
【０００９】側構体１０３を構成する中空形材１０の構
成を説明する。他の中空形材も同様の構成である。
成を説明する。他の中空形材も同様の構成である。
【００１０】中空形材１０は、二枚の面板１１，１２と
トラス状に配置した複数のリブ１３から成る。二枚の面
板１１，１２は、実質的に平行である。リブ１３のピッ
チは、同一である。面板１１，１２の板厚は、同一であ
る。リブ１３の板厚は、同一である。
トラス状に配置した複数のリブ１３から成る。二枚の面
板１１，１２は、実質的に平行である。リブ１３のピッ
チは、同一である。面板１１，１２の板厚は、同一であ
る。リブ１３の板厚は、同一である。
【００１１】面板１２とリブ１３の結節領域２０近傍の
構成を説明する。面板１１とリブ１３の結節領域近傍も
同様の構成である。
構成を説明する。面板１１とリブ１３の結節領域近傍も
同様の構成である。
【００１２】面板１２とリブ１３の間には円弧Ｒ１が存
在する。リブ１３とリブ１３の間には、円弧Ｒ２が存在
する。リブ１３と円弧Ｒ１の間には、円弧Ｒ３が存在す
る。リブ１３と円弧Ｒ２の間には、円弧Ｒ４と直線１４
が存在する。直線１４は円弧Ｒ２と円弧Ｒ４の間に位置
する。直線１４は、リブ１３と実質的に平行であり、リ
ブ１３の内面側（中空形材１０の板厚方向中央側）の直
線よりも内面側に位置している。面板１２、円弧Ｒ１、
Ｒ３、リブ１３は、滑らかに接続されている。リブ１３
と円弧Ｒ４は、滑らかに接続されている。直線部１４と
円弧Ｒ２は、滑らかに接続されている。円弧Ｒ３は、円
弧Ｒ１より径が大きい。円弧Ｒ４は、円弧Ｒ２より径が
大きい。円弧Ｒ３と円弧Ｒ４は、径が等しい。リブ１３
と円弧Ｒ３の接続部１５とリブ１３と円弧Ｒ４の接続部
１６におけるリブ１３の長手方向の位置は、実質的に一
致する。
在する。リブ１３とリブ１３の間には、円弧Ｒ２が存在
する。リブ１３と円弧Ｒ１の間には、円弧Ｒ３が存在す
る。リブ１３と円弧Ｒ２の間には、円弧Ｒ４と直線１４
が存在する。直線１４は円弧Ｒ２と円弧Ｒ４の間に位置
する。直線１４は、リブ１３と実質的に平行であり、リ
ブ１３の内面側（中空形材１０の板厚方向中央側）の直
線よりも内面側に位置している。面板１２、円弧Ｒ１、
Ｒ３、リブ１３は、滑らかに接続されている。リブ１３
と円弧Ｒ４は、滑らかに接続されている。直線部１４と
円弧Ｒ２は、滑らかに接続されている。円弧Ｒ３は、円
弧Ｒ１より径が大きい。円弧Ｒ４は、円弧Ｒ２より径が
大きい。円弧Ｒ３と円弧Ｒ４は、径が等しい。リブ１３
と円弧Ｒ３の接続部１５とリブ１３と円弧Ｒ４の接続部
１６におけるリブ１３の長手方向の位置は、実質的に一
致する。
【００１３】以上の形状をした中空形材から構成される
構造体に面外せん断荷重が作用した場合、面板１２とリ
ブ１３の結節領域２０近傍のリブ１３に発生する局部的
な大変形や高応力が低減されるため、構造体の剛性と強
度が向上する。この主な理由は、円弧Ｒ３、Ｒ４をリブ
１３の板厚中心軸に対象な形状として付加することによ
り結節領域２０近傍のリブ１３の曲げ変形が抑制された
こと、リブ１３と径の大きな円弧Ｒ３、Ｒ４を滑らかに
接続することにより結節領域２０近傍のリブ１３に発生
する応力集中が低減されたこと、にあると考える。
構造体に面外せん断荷重が作用した場合、面板１２とリ
ブ１３の結節領域２０近傍のリブ１３に発生する局部的
な大変形や高応力が低減されるため、構造体の剛性と強
度が向上する。この主な理由は、円弧Ｒ３、Ｒ４をリブ
１３の板厚中心軸に対象な形状として付加することによ
り結節領域２０近傍のリブ１３の曲げ変形が抑制された
こと、リブ１３と径の大きな円弧Ｒ３、Ｒ４を滑らかに
接続することにより結節領域２０近傍のリブ１３に発生
する応力集中が低減されたこと、にあると考える。
【００１４】本発明の他の実施例を図４により説明す
る。これは、図１〜３で示した実施例において、面板１
２とリブ１３の結節領域２０近傍の構成が異なる例であ
る。
る。これは、図１〜３で示した実施例において、面板１
２とリブ１３の結節領域２０近傍の構成が異なる例であ
る。
【００１５】面板１２とリブ１３の結節領域２０近傍の
構成を説明する。面板１１とリブ１３の結節領域近傍も
同様の構成である。
構成を説明する。面板１１とリブ１３の結節領域近傍も
同様の構成である。
【００１６】面板１２とリブ１３の間には、円弧Ｒ１が
存在する。リブ１３とリブ１３の間には、円弧Ｒ２が存
在する。面板１２と面板１２の間には、直線１４が存在
する。面板１２と円弧Ｒ１の間には、円弧Ｒ３が存在す
る。面板１２と直線１４の間には、円弧Ｒ４が存在す
る。直線１４は、面板１２と実質的に平行であり、面板
１２の外面側（中空形材１０の板厚方向外側）の直線よ
りも外面側に位置している。面板１２、円弧Ｒ３、Ｒ
１、リブ１３は、滑らかに接続されている。面板１２と
円弧Ｒ４は、滑らかに接続されている。円弧Ｒ３は、円
弧Ｒ１より径が大きい。円弧Ｒ３と円弧Ｒ４は、径が等
しい。面板１２と円弧Ｒ３の接続部１５と面板１２と円
弧Ｒ４の接続部１６における面板１２の長手方向の位置
は、実質的に一致する。
存在する。リブ１３とリブ１３の間には、円弧Ｒ２が存
在する。面板１２と面板１２の間には、直線１４が存在
する。面板１２と円弧Ｒ１の間には、円弧Ｒ３が存在す
る。面板１２と直線１４の間には、円弧Ｒ４が存在す
る。直線１４は、面板１２と実質的に平行であり、面板
１２の外面側（中空形材１０の板厚方向外側）の直線よ
りも外面側に位置している。面板１２、円弧Ｒ３、Ｒ
１、リブ１３は、滑らかに接続されている。面板１２と
円弧Ｒ４は、滑らかに接続されている。円弧Ｒ３は、円
弧Ｒ１より径が大きい。円弧Ｒ３と円弧Ｒ４は、径が等
しい。面板１２と円弧Ｒ３の接続部１５と面板１２と円
弧Ｒ４の接続部１６における面板１２の長手方向の位置
は、実質的に一致する。
【００１７】以上の形状をした中空形材から構成される
構造体に引張荷重もしくは面外曲げ荷重が作用した場
合、面板１２とリブ１３の結節領域２０近傍の面板１２
に発生する局部的な大変形や高応力が低減されるため、
構造体の剛性と強度が向上する。この主な理由は、円弧
Ｒ３、Ｒ４を面板１２の板厚中心軸に対象な形状として
付加することにより結節領域２０近傍の面板１２の曲げ
変形が抑制されたこと、面板１２と径の大きな円弧Ｒ
３、Ｒ４を滑らかに接続することにより結節領域２０近
傍の面板１２に発生する応力集中が低減されたこと、に
あると考える。
構造体に引張荷重もしくは面外曲げ荷重が作用した場
合、面板１２とリブ１３の結節領域２０近傍の面板１２
に発生する局部的な大変形や高応力が低減されるため、
構造体の剛性と強度が向上する。この主な理由は、円弧
Ｒ３、Ｒ４を面板１２の板厚中心軸に対象な形状として
付加することにより結節領域２０近傍の面板１２の曲げ
変形が抑制されたこと、面板１２と径の大きな円弧Ｒ
３、Ｒ４を滑らかに接続することにより結節領域２０近
傍の面板１２に発生する応力集中が低減されたこと、に
あると考える。
【００１８】上記図４の実施例は一方の面板１２の結節
領域の近傍の面板１２の板厚を増加させるものであった
が、両面の面板１１、１２の板厚を上記のように増加さ
せることができる。
領域の近傍の面板１２の板厚を増加させるものであった
が、両面の面板１１、１２の板厚を上記のように増加さ
せることができる。
【００１９】本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の
各請求項に記載の文言あるいは課題を解決するための手
段の項に記載の文言に限定されず、当業者がそれから容
易に置き換えられる範囲に及ぶものである。
各請求項に記載の文言あるいは課題を解決するための手
段の項に記載の文言に限定されず、当業者がそれから容
易に置き換えられる範囲に及ぶものである。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、中空形材に発生する局
部的な大変形や高応力を有効に低減でき、軽量で高剛
性、高強度な構造体を提供できる。
部的な大変形や高応力を有効に低減でき、軽量で高剛
性、高強度な構造体を提供できる。
【図１】本発明の一実施例の結節領域近傍の断面図。
【図２】本発明の一実施例の中空形材の断面図。
【図３】鉄道車両の車体の斜視図。
【図４】本発明の他の実施例の結節領域近傍の断面図。
【符号の説明】
１０ 中空形材
１１，１２ 面板
１３ リブ
１４ 直線
１５，１６ 接続部
２０ 結節領域
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 円弧
１００ 車体
１０１ 台枠
１０２ 屋根構体
１０３ 側構体
１０４ 妻構体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 茂山 正明
山口県下松市東豊井794番地 株式会社日
立製作所笠戸事業所内
Ｆターム(参考） 2E162 CB08 CB15
Claims (4)
- 【請求項１】 二枚の面板と、二枚の面板の間をトラス
状に接続した複数のリブと、から構成された中空形材同
士を接合した構造体において、 前記面板と前記リブが接続される部位である結節領域近
傍の前記リブの板厚は該リブの他の部位の板厚と比較し
て厚くなっており、 該厚くなった部分は前記リブの両面に厚くなっており、
該両面の厚くなった部分の厚さは両面において実質的に
同一であり、 該厚くなった部分の端部と前記リブとはそれぞれ円弧で
接続されており、該円弧は前記リブ側に向けて凸の円弧
状であり、該円弧によって前記リブの板厚は前記結節領
域に近づくに従って徐々に増加しており、 前記二つの円弧は径が実質的に等しいこと、 を特徴とする構造体。 - 【請求項２】 第１の面板と第２の面板と、該第１の面
板と第２の面板との間をトラス状に接続した複数のリブ
と、から構成された中空形材同士を接合した構造体にお
いて、 前記面板と前記リブが接続される部位である結節領域近
傍の前記第１の面板の板厚は該面板の他の部位の板厚と
比較して厚くなっており、 該厚くなった部分は前記第１の面板の両面に厚くなって
おり、該両面の厚くなった部分の厚さは両面において実
質的に同一であり、 該厚くなった部分の端部と前記第１の面板とはそれぞれ
円弧で接続されており、該円弧は前記第１の面板側に向
けて凸の円弧状であり、該円弧によって前記第１の面板
の板厚は前記結節領域に近づくに従って徐々に増加して
おり、 前記二つの円弧は径が実質的に等しいこと、 を特徴とする構造体。 - 【請求項３】 二枚の面板と、二枚の面板の間をトラス
状に接続した複数のリブと、から構成された中空形材に
おいて、 前記面板と前記リブが接続される部位である結節領域近
傍の前記リブの板厚は該リブの他の部位の板厚と比較し
て厚くなっており、 該厚くなった部分は前記リブの両面に厚くなっており、
該両面の厚くなった部分の厚さは両面において実質的に
同一であり、 該厚くなった部分の端部と前記リブとはそれぞれ円弧で
接続されており、該円弧は前記リブ側に向けて凸の円弧
状であり、該円弧によって前記リブの板厚は前記結節領
域に近づくに従って徐々に増加しており、 前記二つの円弧は径が実質的に等しいこと、 を特徴とする中空形材。 - 【請求項４】 第１の面板と第２の面板と、該第１の面
板と第２の面板との間をトラス状に接続した複数のリブ
と、から構成された中空形材において、 前記面板と前記リブが接続される部位である結節領域近
傍の前記第１の面板の板厚は該面板の他の部位の板厚と
比較して厚くなっており、 該厚くなった部分は前記第１の面板の両面に厚くなって
おり、該両面の厚くなった部分の厚さは両面において実
質的に同一であり、 該厚くなった部分の端部と前記第１の面板とはそれぞれ
円弧で接続されており、該円弧は前記第１の面板側に向
けて凸の円弧状であり、該円弧によって前記第１の面板
の板厚は前記結節領域に近づくに従って徐々に増加して
おり、 前記二つの円弧は径が実質的に等しいこと、 を特徴とする中空形材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002062236A JP4163881B2 (ja) | 2002-03-07 | 2002-03-07 | 中空形材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002062236A JP4163881B2 (ja) | 2002-03-07 | 2002-03-07 | 中空形材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003262298A true JP2003262298A (ja) | 2003-09-19 |
| JP4163881B2 JP4163881B2 (ja) | 2008-10-08 |
Family
ID=29196106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002062236A Expired - Lifetime JP4163881B2 (ja) | 2002-03-07 | 2002-03-07 | 中空形材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4163881B2 (ja) |
-
2002
- 2002-03-07 JP JP2002062236A patent/JP4163881B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4163881B2 (ja) | 2008-10-08 |
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