JP2013054611A - 金属パネルの張り剛性分布予測方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡便かつ正確に張り剛性分布や、ベコ付きの発生分布およびベコ付きの発生荷重分布を求めることができる金属パネルの張り剛性分布予測方法を提供する。
【解決手段】プレス成形後の金属パネルの表面をNヶの領域に分割し、それぞれの領域において前記金属パネルの表面に圧子を押し付けたときの変位と荷重の関係を有限要素法解析により算出し、(荷重増分/変位増分)で定義される剛性が、初めて初期剛性に対して一定の割合以下(0を含む)になる荷重でベコ付きが発生するとし、金属パネルの張り剛性分布、ベコ付きの発生分布およびベコ付きの発生荷重分布を求めることを特徴とする金属パネルの張り剛性分布予測方法；ただし、Nは金属パネルの大きさに依存する整数であり、初期剛性とは、変位-荷重曲線における変位0近傍の曲線の勾配のことである。
【選択図】図1

Description

本発明は、自動車や家電製品などの構成部品の一つである金属パネルの張り剛性分布予測方法に関する。
自動車や家電製品などの構成部品の一つであり、プレス成形法で製造される金属パネルには、外部からの押し付け力に対して容易に凹むことのない高い張り剛性が要求される。特に、近年、省エネルギーや環境保護の観点から薄肉軽量化が指向されて自動車のフードやドアのようなアウターパネルでは、張り剛性低下の問題がクローズアップされ、種々の張り剛性測定方法が提案されている。例えば、特許文献1には、荷重計と撓み計とを一体に備えた張り剛性測定ヘッドを用いて行われる張り剛性測定方法であって、荷重計の表示をゼロリセットするステップと、被測定物のある位置に対して予め決められた荷重を加えて被測定物を撓ませるとともに、撓み計の表示をゼロリセットするステップと、前記荷重を除去するとともに、撓み計の表示を読み取るステップと、を有する張り剛性測定方法が開示されている。また、特許文献2には、金属パネルの表面から圧子を押し込んで該金属パネルを変形させながら、前記圧子による押し付け荷重、前記圧子の変位および前記金属パネル変形状態を同時に測定する張り剛性測定方法であって、前記金属パネルの裏面に、規則的な格子状に配置されたグリッドを転写するとともに、前記金属パネルの裏面の外枠に、予め3次元の位置関係が測定されている基準マーカを設定し、前記金属パネルの変形にあわせて、前記金属パネルの裏面を複数の位置から同時に撮影装置で撮影し、撮影された画像データに基づき、グリッドの3次元位置情報を演算して、前記金属パネル変形状態を測定することを特徴とする張り剛性測定方法が開示されている。
特開昭62-70730号公報 特開2009-204468号公報
しかしながら、特許文献1、2に記載の張り剛性測定方法のように、ある1点を評価するだけでは、その金属パネルの剛性の低い部位あるいは必要以上に剛性の高い部位を見出すことができず、適切な補強部材やパネル形状を決定することが困難であり、金属パネル全体の張り剛性分布や、張り剛性低下により実際に生じるベコ付きの発生分布およびベコ付きの発生荷重分布を簡便かつ正確に求めることが困難である。
本発明は、簡便かつ正確に張り剛性分布や、ベコ付きの発生分布およびベコ付きの発生荷重分布を求めることができる金属パネルの張り剛性分布予測方法を提供することを目的とする。
本発明者は、上記の目的を達成すべく鋭意検討を行った結果、金属パネルの表面を細かい領域に分割し、各領域においてパネル表面に圧子を押し付けたときの変位と荷重の関係を有限要素法解析により算出し、(荷重増分/変位増分)で定義される剛性が、初めて初期剛性に対して一定の割合以下(0を含む)になる荷重でベコ付きが発生するとして、パネルのベコ付きの発生分布を求めれば、実パネルにおけるベコ付きの発生分布に良く対応することを見出した。
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、プレス成形後の金属パネルの表面をNヶの領域に分割し、それぞれの領域において前記金属パネルの表面に圧子を押し付けたときの変位と荷重の関係を有限要素法解析により算出し、(荷重増分/変位増分)で定義される剛性が、初めて初期剛性に対して一定の割合以下(0を含む)になる荷重でベコ付きが発生するとし、金属パネルの張り剛性分布、ベコ付きの発生分布およびベコ付きの発生荷重分布を求めることを特徴とする金属パネルの張り剛性分布予測方法を提供する。ただし、Nは金属パネルの大きさに依存する整数であり、初期剛性とは、変位-荷重曲線における変位0近傍の曲線の勾配のことである。
本発明により、金属パネルにおける張り剛性分布、ベコ付きの発生分布およびベコ付きの発生荷重分布を、簡便かつ正確に求めることが可能になった。そのため、金属パネルのベコ付き防止策、たとえば補強部材の付設などを効果的に行うことができる。
有限要素法解析により算出した圧子を押し付けたときの変位と荷重の関係を模式的に示す図である。 自動車のアウターパネルにおける張り剛性の大きさを等高線(張り剛性の高さ:A>B>C)で表した張り剛性分布の一例を示す図である。 自動車のアウターパネルにおけるベコ付きの発生分布の一例を示す図である。
本発明である張り剛性分布予測方法では、まず、金属パネルの表面をNヶの領域に分割し、それぞれの領域においてパネル表面に圧子を押し付けたときの変位と荷重の関係を有限要素法解析により算出し、図1に示すような変位と荷重の関係を求める。次に、図1に示す変位-荷重曲線を基に、ある荷重における曲線の勾配2を求め、この勾配2と変位-荷重曲線における変位0近傍の曲線の勾配1(初期剛性)との比(=勾配2/勾配1)が初めてある一定値(例えば、1/8)以下になる荷重でベコ付きが発生するとし、パネルの張り剛性分布、ベコ付きの発生分布およびベコ付きの発生荷重分布を求める。
本発明の張り剛性分布予測方法は、有限要素法解析を用いて変位と荷重の関係を算出しているので、簡便である。
なお、領域の分割数Nは、金属パネルの大きさに依存する。
実際に、板厚0.7mmの鋼板を用いた自動車ドアの有限要素モデル(インナーパネル、補強部材を含む)を用いて、アウターパネルにおける張り剛性分布およびベコ付きの発生分布を求めた(N=5125)。具体的には、四角形のシェル要素(要素の大きさ約10mm)で有限要素モデルを作成し、対象領域内の全節点に対してそれぞれ張り剛性解析を行い、張り剛性の大きさを等高線で表した張り剛性分布を求め、さらに得られた結果から80N以下の荷重(初期剛性の1/8となる荷重)でベコ付きが発生する分布を求めた。計算には、LSK社製の有限要素ソフトウェアであるLS-DYNAの静的陰解法ソルバーを用いて、弾性解析を行った。なお、動的陽解法などの他の解析法を用いても同等の効果が期待できる。
図2に、張り剛性の大きさを等高線(張り剛性の高さ:A>B>C)で表した張り剛性分布を示す。また、図3に、ベコ付きの発生分布を示す。図2、3より、張り剛性の低い部分(B、C部)で、ベコ付きが発生していることがわかる。これらの結果に基づき、実際にベコ付きの発生部に補強部材を付設したところ、ベコ付きの発生を防止できた。

Claims (1)

  1. プレス成形後の金属パネルの表面をNヶの領域に分割し、それぞれの領域において前記金属パネルの表面に圧子を押し付けたときの変位と荷重の関係を有限要素法解析により算出し、(荷重増分/変位増分)で定義される剛性が、初めて初期剛性に対して一定の割合以下(0を含む)になる荷重でベコ付きが発生するとし、金属パネルの張り剛性分布、ベコ付きの発生分布およびベコ付きの発生荷重分布を求めることを特徴とする金属パネルの張り剛性分布予測方法；ただし、Nは金属パネルの大きさに依存する整数であり、初期剛性とは、変位-荷重曲線における変位0近傍の曲線の勾配のことである。
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