JP2022106096A - 試験治具、試験装置及び試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部分構造に要求される性能を適切に評価できる試験治具、試験装置及び試験方法を提供する。【解決手段】梁状の試験体１００の評価試験に用いる試験治具２００は、試験体１００を、試験体１００の長手方向に亘って連続的に、試験体１００の横方向から支持するベース部材２２０と、ベース部材２２０と試験体１００の長手方向における両端部とを接続する接続部材２１０と、を備える。接続部材２１０は、ベース部材２２０に取り付けられ、長手方向に延びる板状のベース取付部２１１と、ベース取付部２１１に連続して垂直方向に延びる板状の試験体取付部２１２と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、試験治具、試験装置及び試験方法に関する。

従来、車両等の全体構造の一部を構成する部分構造を設計するため、その部分構造に要求される性能を評価する必要があった。しかしながら、部分構造の性能は、全体構造に影響されるため、部分構造の単体に対して試験を行ったとしても、部分構造の性能を適切に評価し難い場合があった。

特開２０１６－１５０３８１号公報

本発明は、上記背景技術の問題点に鑑み、部分構造に要求される性能を適切に評価できる試験治具、試験装置及び試験方法を提供することを課題とする。

本発明の要旨は以下の通りである。

（１）本発明の一態様に係る試験治具は、梁状の試験体の評価試験に用いる試験治具であって、前記試験体を、前記試験体の長手方向に亘って連続的に、前記試験体の横方向から支持するベース部材と、前記ベース部材と前記試験体の長手方向における両端部とを接続する接続部材と、を備え、前記接続部材は、前記ベース部材に取り付けられ、前記長手方向に延びる板状のベース取付部と、前記ベース取付部に連続して垂直方向に延びる板状の試験体取付部と、を有する。
（２）上記（１）において、前記接続部材は、前記ベース取付部と前記試験体取付部との間に、前記試験体と離間する屈曲部を有してよい。
（３）上記（２）において、前記屈曲部は、板状であり、湾曲している。
（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記試験体は、板状のアウター部材と、前記アウター部材の板面に固定されたエネルギー吸収体と、を備え、前記試験体取付部は、前記アウター部材に固定されるアウター部材固定部と、前記エネルギー吸収体に固定されるエネルギー吸収体固定部と、を備え、前記エネルギー吸収体固定部は、前記アウター部材固定部から離れた位置に形成されてよい。
（５）上記（４）において、前記ベース部材は、前記エネルギー吸収体の横方向の移動を規制して前記長手方向の移動を自由にした前記長手方向に沿う溝部を備えてよい。
（６）上記（５）において、前記ベース部材は、前記エネルギー吸収体と前記溝部との間に、交換自在なクッション体を有してよい。
（７）上記（１）から（６）のいずれかにおいて、前記ベース取付部は、前記ベース部材に着脱自在に固定されてよい。
（８）本発明の一態様に係る試験装置は、上記（１）から（７）のいずれかにおける、前記試験治具と、前記試験体に衝撃を付与するインパクタと、を備えてよい。
（９）本発明の一態様に係る試験方法は、上記（８）における、前記試験体を前記試験治具で支持し、前記インパクタにより前記試験体に荷重を作用させ、前記試験体に生じる変形又は荷重を測定してよい。

本発明によれば、部分構造に要求される性能を適切に評価できる試験治具、試験装置及び試験方法を提供できる。

試験装置を説明する斜視図である。 試験体及び接続部材のアセンブリを示す正面図である。 試験体及び接続部材のアセンブリを示す底面図である。 図２におけるＡ矢視断面図である。

車両には、乗員の安全性を確保するため、衝突性能の向上が求められている。衝突性能は、主に、衝突時における乗員に伝わる衝撃及び車室内空間の変形に基づいて評価される。車両の全体構造（フルカー構造）における部分構造（例えば、サイドシル）を評価対象部分として、その部分構造の衝突性能を評価することも求められている。部分構造の衝突性能を評価するため、車両を丸ごと用いた試験（フルカー試験）を実施することも考えられる。しかしながら、車両を丸ごと用いた試験は、その実施に高いコストを要する。そのため、比較的低いコストで実施可能な、試験体として部分構造を用いた試験（部分構造試験）を実施することがある。
例えば、評価対象部分となる部分構造であるサイドシルに対応する試験体の端部のみを試験治具で支持した状態で、その試験体に外側から荷重を作用させて部分構造試験をしたとしても、その試験体は、内側に設けられたエネルギー吸収部材の影響（効果）を適切に反映しないため、サイドシルの衝突性能を適切に評価できない場合がある。

そこで、本発明に係る試験治具は、梁状の試験体の評価試験に用いる試験治具であって、試験体を、試験体の長手方向に亘って連続的に、試験体の横方向から支持するベース部材と、ベース部材と試験体の長手方向における両端部とを接続する接続部材と、を備える。そして、接続部材は、ベース部材に固定され、長手方向に延びる板状のベース取付部と、ベース取付部に連続して垂直方向に延びる板状の試験体取付部と、を有する。これにより、接続部材が長い梁状構造体（実際の車両のサイドシル構造等）の一部分における断面力を模擬できる。すなわち、試験体が、長い梁状構造体の部分構造を模擬するものであっても、梁状構造体の破壊モード（変形モード）を模擬できる。よって、部分構造に要求される性能を適切に評価できる試験治具を提供できる。
また、本発明に係る試験装置は、上記試験治具と、上記試験体に衝撃を付与するインパクタと、を備える。これにより、部分構造に要求される性能を適切に評価できる試験装置を提供できる。
また、本発明に係る試験方法は、上記試験体を上記試験治具で支持し、上記インパクタにより試験体に荷重を作用させ、上記試験体に生じる変形又は荷重を測定する。これにより、部分構造に要求される性能を適切に評価できる試験方法を提供できる。

（実施形態）
本発明の実施形態に係る試験治具、試験装置及び試験方法を説明する。
なお、以下では、車両の部分構造であるサイドシルの衝突性能を評価するための試験体、試験治具、試験装置及び試験方法を例に挙げて説明する。
図１は、試験装置２を説明する斜視図である。図２は、試験体１００及び接続部材２１０のアセンブリを示す正面図である。図３は、試験体１００及び接続部材２１０のアセンブリを示す底面図である。図４は、図２におけるＡ矢視断面図である。
なお、以下の説明において、図１に示すように、試験体１００の軸ａに沿う方向を長手方向又はＸ方向、インパクタの衝突方向であってＸ方向に対して垂直な方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに対して垂直な方向を横方向又はＺ方向という場合がある。

図１に示すように、車両の全体構造における評価対象部分となる部分構造の試験体１００は、試験装置２に備えられた試験治具２００によってＸ方向における両側の端部１００ｅを支持されている。

試験体１００は、車両の部分構造であるサイドシルの長手方向における一部分を模擬したものである。図１に示すように、試験体１００は、梁状である。試験体１００は、直線状の軸ａに沿って延在する棒状体である。試験体１００は、例えば、サイドシルを模擬して、鋼製等のアウター部材１１０と、鋼製等のエネルギー吸収体１２０と、を備えている。

試験体１００は、アウター部材１１０とエネルギー吸収体１２０とで形成された、略Ｔ字形状の断面を有していてよい。なお、試験体１００は、評価対象となる構造であって、梁状であればよく、例えば、長手方向に垂直な閉断面又は中空断面を有していてもよい。

アウター部材１１０は、板状体である。アウター部材１１０は、直線状の軸ａに沿って延びている。アウター部材１１０は、直線状の軸ａがＸ方向に沿う姿勢で、言い換えると、インパクタ３００の衝突方向であるＹ方向に面する姿勢で、さらに言い換えると、軸ａに垂直な断面の弱軸をＺ方向に沿わせるような姿勢で、試験装置２に設置される。

エネルギー吸収体１２０は、例えば、板状体である。エネルギー吸収体１２０は、直線状の軸ａに沿って延びている。エネルギー吸収体１２０は、例えば、座屈耐力を高めてエネルギー吸収量を向上させるための、Ｙ方向に沿う面を有している。エネルギー吸収体１２０は、例えば、エネルギー吸収体１２０は、軸ａに沿って、波形状となるＹ方向に対して垂直な断面を有している。エネルギー吸収体１２０は、直線状の軸ａがＸ方向に沿う姿勢で、軸ａに垂直な断面の強軸をＹ方向に沿わせるような姿勢で、試験装置２に設置される。

試験装置２は、試験治具２００と、試験体１００に衝撃を付与するインパクタ３００と、を備えている。また、試験装置２は、適宜、ベース部材２２０を支持するロードセル４００を備えている。
そして、試験体１００を試験治具２００で支持し、インパクタ３００により試験体１００に荷重（衝撃荷重等）を作用させ、試験体１００に生じる変形又は荷重を測定する。
このように、試験装置２は、試験治具２００と、試験体１００に衝撃を付与するインパクタ３００と、を備えているので、試験体１００に衝撃を付与する試験方法を実施できる。よって、例えば、障害物が側方から車両に衝突する際における、部分構造の評価をすることができる。

インパクタ３００は、例えば、シリンダに対して進退自在に挿通されたピストンロッドを含む油圧アクチュエータ（不図示）により打ち出される剛体である。インパクタ３００の質量、形状、速度、運動エネルギー等は、試験体１００の評価目的に応じて、試験体１００に付与する荷重、速度、運動エネルギー等の条件により、適宜設定されている。

ロードセル４００は、Ｙ方向の一端を不図示の壁等の剛体に固定され、他端をベース部材２２０に固定されている。ロードセル４００は、インパクタ３００を試験体１００に衝突させる試験時における、主に、Ｙ方向に沿う荷重（圧縮力又は引張力）を測定する。ロードセル４００は、ベース部材２２０を安定して支持するため、インパクタ３００がＹ方向に沿って運動する軌跡の延長線を基準として、Ｘ方向に対称的に、互いに離間して、２以上配置してよい。

（試験治具）
試験治具２００は、図２から図４に示すように、試験体１００を、試験体１００の長手方向（軸ａに沿う方向）に亘って連続的に、試験体１００の横方向（軸ａに沿うＸ方向に垂直な方向、ここでは、Ｙ方向）から支持するベース部材２２０と、ベース部材２２０と試験体１００の長手方向における両側の端部１００ｅとを接続する接続部材２１０と、を備えている。

ベース部材２２０は、インパクタ３００により試験体１００に衝撃荷重を作用させた際に、試験体１００の変形に比べて微小な変形を伴い、実質的に剛体とみなせる程度に十分な板厚を有している。ベース部材２２０は、例えば、鋼製の板状体である。ベース部材２２０は、インパクタ３００の衝突方向であるＹ方向が板厚方向となるような姿勢で配置されている。ベース部材２２０は、板面２２１に、被着脱部２２２を有している。被着脱部２２２は、例えば、試験治具２００が有する着脱部２１５（例えば、後述のベース取付部２１１に設けられる通孔及びその通孔に留められるボルト（不図示）の雄ねじ部）が螺合可能な雌ねじ部であってよい。

接続部材２１０は、長手方向に延びる板状のベース取付部２１１と、ベース取付部２１１に連続して垂直方向に延びる板状の試験体取付部２１２と、を有している。そして、接続部材２１０は、略Ｌ字形状の断面を有している。接続部材２１０の板厚等の形状寸法、構造及び機械的性質は、試験体１００に付与したい断面力に応じて、ベース取付部２１１におけるＸ方向に沿う板面と、試験体取付部２１２におけるＹ方向に沿う板面とがなす劣角が、所定の角度以上大きくなると、塑性変形するように、設定されていてよい。
これにより、インパクタ３００を試験体１００に衝突させた際に、接続部材２１０が所望の抵抗力を発揮しながら、ベース取付部２１１におけるＸ方向に沿う板面と試験体取付部２１２におけるＹ方向に沿う板面とがなす劣角が大きくなるように曲げられる。そして、試験体１００の軸ａに沿う方向における両端面には、軸力、せん断、曲げモーメント等の断面力が与えられる。すなわち、接続部材２１０は、試験体１００が模擬する、梁状構造体（実車のサイドシル構造等）の評価対象となる一部分における両端面に作用する断面力に対応する抵抗力を発揮しながら曲げられる。よって、試験体１００が模擬する対象が、梁状構造体の部分構造であっても、梁状構造体の破壊モード（変形モード）を模擬できる。よって、低コストで、適切な評価試験ができる。

接続部材２１０は、ベース部材２２０に、好ましくは、着脱自在に取り付けられている。詳細には、ベース取付部２１１が、ベース部材２２０に着脱自在に固定されている。これにより、接続部材２１０と試験体１００とをあらかじめ一体化させたアセンブリを、一括してベース部材２２０に取り付けられるので、ユーザによる取り付け作業を簡素化できる。また、試験後に、ベース部材２２０からアセンブリを一括して取り外すことができる。そして、試験後に、新規のアセンブリを、ベース部材２２０に取り付けられる。よって、試験体１００及び接続部材２１０を交換することで、ベース部材２２０を繰り返し利用でき、低コストで試験できる。

接続部材２１０は、ベース取付部２１１と試験体取付部２１２との間に、試験体１００と離間する屈曲部２１３を有してよい。これにより、接続部材２１０が、屈曲部２１３において、試験体１００の変形を拘束しない状態で曲がるようにできるので、衝突試験時において、所定の抵抗力（試験体１００の両端面に作用する所定の断面力である軸力、せん断力、モーメント等）を維持したまま、接続部材２１０を、試験体１００の変形に追従させることができる。よって、部分構造の破壊モード（変形モード）を適切に模擬できる。

屈曲部２１３は、板状であり、湾曲している。これにより、衝突試験時において、接続部材２１０を、所定の抵抗力を維持したまま、試験体１００の変形に対して、破壊することなく、より滑らかに追従させることができる。

前述のように、試験体１００は、板状のアウター部材１１０と、アウター部材１１０の板面に固定されたエネルギー吸収体１２０と、を備えている。
ここで、図１に示すように、試験体取付部２１２は、アウター部材１１０に固定されるアウター部材固定部２１２ｗと、エネルギー吸収体１２０に固定されるエネルギー吸収体固定部２１２ｅと、を備えている。そして、エネルギー吸収体固定部２１２ｅは、アウター部材固定部２１２ｗから離れた位置に形成されている。すなわち、エネルギー吸収体固定部２１２ｅとアウター部材固定部２１２ｗとの間に、接続部材２１０と試験体１００とが固定されていない部分を形成できる。これにより、衝突試験時において、エネルギー吸収体１２０のその固定されていない部分における変形及び移動を拘束しないようにできる。よって、実際の車両のサイドシル構造等の梁状構造体の破壊モード（変形モード）を適切に模擬できる。

また、アウター部材１１０に固定されるアウター部材固定部２１２ｗを、アウター部材１１０のＸ方向における両端面の全面に形成する一方、エネルギー吸収体１２０に固定されるエネルギー吸収体固定部２１２ｅを、エネルギー吸収体１２０のＸ方向における両端面の全面ではなく、アウター部材固定部２１２ｗに近接する部分を除くその他の部分に形成することが好ましい。これにより、衝撃荷重が試験体１００に作用した際における初期の段階で、エネルギー吸収体１２０のアウター部材１１０側の端部が大きく変形し始めるが、この変形を接続部材２１０が拘束しないようにできる。よって、実際の車両のサイドシル構造等の梁状構造体の破壊モード（変形モード）を適切に模擬できる。

図４に示すように、ベース部材２２０は、エネルギー吸収体１２０の横方向（Ｚ方向）の移動を規制して長手方向（Ｘ方向）の移動を自由にした長手方向（Ｘ方向）に沿う溝部２２３を備えている。これにより、衝突試験時において、エネルギー吸収体１２０の、特にベース部材２２０側の端部の、長手方向（Ｘ方向）への変形及び移動を規制しないようにできる。よって、試験体が梁状構造体（実際の車両のサイドシル構造等）の部分構造であっても、梁状構造体の破壊モード（変形モード）を適切に模擬できる。

溝部２２３は、図４に示すように、エネルギー吸収体１２０のベース部材２２０側の端部を横方向（Ｚ方向）から挟む位置に配置され、ベース部材２２０の板面２２１に固定されて、エネルギー吸収体１２０の横方向（Ｚ方向）の移動を規制する一対の横拘束部材２２４と、ベース部材２２０の板面２２１とで形成されてよい。これにより、エネルギー吸収体１２０におけるベース部材２２０側の端部の支持条件を適切に模擬できる。

ベース部材２２０は、エネルギー吸収体１２０と溝部２２３との間に、交換自在なクッション体２２５を有していてよい。すなわち、ベース部材２２０は、エネルギー吸収体１２０のベース部材２２０側の端部と板面２２１との間に、交換自在なクッション体２２５を有していてよい。これにより、衝突試験を実施する際に、エネルギー吸収体１２０のベース部材２２０側の端部が、ベース部材２２０の板面２２１に直接的に接触しないようにできるので、ベース部材２２０の板面２２１の損傷を抑制できる。そして、クッション体２２５がベース部材２２０の代わりに損傷しても、試験で損傷したクッション体２２５を未損傷（試験未使用）の同等品と交換することで、試験実施の度に必ず損傷して交換を要する部材を最小限にでき、ベース部材２２０を恒久的に使用できる。なお、クッション体２２５の板厚（Ｙ方向の寸法）は、横拘束部材２２４の板厚（Ｙ方向の寸法）より小さくなっており、一対の横拘束部材２２４と、クッション体２２５とで、エネルギー吸収体１２０のベース部材２２０側の端部が嵌る溝を形成できるようになっている。

（その他の実施形態）
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。

本実施形態に係る試験治具２００は、梁状の試験体１００の評価試験に用いる試験治具２００である。試験治具２００は、試験体１００を、試験体１００の長手方向に亘って連続的に、試験体１００の横方向から支持するベース部材２２０と、ベース部材２２０と試験体１００の長手方向における両側の端部１００ｅとを接続する接続部材２１０と、を備えている。接続部材２１０は、ベース部材２２０に取り付けられ、長手方向に延びる板状のベース取付部２１１と、ベース取付部２１１に連続して垂直方向に延びる板状の試験体取付部２１２と、を有している。これにより、接続部材２１０が長い梁状構造体（実際の車両のサイドシル構造等）の一部分における断面力を模擬できる。すなわち、試験体１００が、長い梁状構造体の部分構造を模擬するものであっても、梁状構造体の破壊モード（変形モード）を模擬できる。よって、部分構造に要求される性能を適切に評価できる試験治具２００を提供できる。
また、本発明に係る試験装置２は、試験治具２００と、試験体１００に衝撃を付与するインパクタ３００と、を備えている。これにより、部分構造に要求される性能を適切に評価できる試験装置２を提供できる。
また、本発明に係る試験方法は、試験体１００を試験治具２００で支持し、インパクタ３００により試験体１００に荷重を作用させ、試験体１００に生じる変形又は荷重を測定する。これにより、部分構造に要求される性能を適切に評価できる試験方法を提供できる。

２ 試験装置
１００ 試験体
１００ｅ 端部
１１０ アウター部材
１２０ エネルギー吸収体
２００ 試験治具
２１０ 接続部材
２１１ ベース取付部
２１２ 試験体取付部
２１２ｅ エネルギー吸収体固定部
２１２ｗ アウター部材固定部
２１３ 屈曲部
２１５ 着脱部
２２０ ベース部材
２２１ 板面
２２２ 被着脱部
２２３ 溝部
２２４ 横拘束部材
２２５ クッション体
３００ インパクタ
４００ ロードセル
ａ 軸

Claims (9)

1. 梁状の試験体の評価試験に用いる試験治具であって、
   前記試験体を、前記試験体の長手方向に亘って連続的に、前記試験体の横方向から支持するベース部材と、
   前記ベース部材と前記試験体の長手方向における両端部とを接続する接続部材と、を備え、
   前記接続部材は、前記ベース部材に取り付けられ、前記長手方向に延びる板状のベース取付部と、前記ベース取付部に連続して垂直方向に延びる板状の試験体取付部と、を有する
   ことを特徴とする試験治具。
2. 前記接続部材は、前記ベース取付部と前記試験体取付部との間に、前記試験体と離間する屈曲部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の試験治具。
3. 前記屈曲部は、板状であり、湾曲している
   ことを特徴とする請求項２に記載の試験治具。
4. 前記試験体は、板状のアウター部材と、前記アウター部材の板面に固定されたエネルギー吸収体と、を備え、
   前記試験体取付部は、前記アウター部材に固定されるアウター部材固定部と、前記エネルギー吸収体に固定されるエネルギー吸収体固定部と、を備え、
   前記エネルギー吸収体固定部は、前記アウター部材固定部から離れた位置に形成される
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の試験治具。
5. 前記ベース部材は、前記エネルギー吸収体の横方向の移動を規制して前記長手方向の移動を自由にした前記長手方向に沿う溝部を備える
   ことを特徴とする請求項４に記載の試験治具。
6. 前記ベース部材は、前記エネルギー吸収体と前記溝部との間に、交換自在なクッション体を有する
   ことを特徴とする請求項５に記載の試験治具。
7. 前記ベース取付部は、前記ベース部材に着脱自在に固定される
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の試験治具。
8. 前記試験治具と、
   前記試験体に衝撃を付与するインパクタと、を備える
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の試験治具を備える試験装置。
9. 前記試験体を前記試験治具で支持し、
   前記インパクタにより前記試験体に荷重を作用させ、
   前記試験体に生じる変形又は荷重を測定する
   ことを特徴とする請求項８に記載の試験装置を用いた試験方法。

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