JP2672753B2 - 構造部材の構造 - Google Patents
構造部材の構造Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は構造部材の構造に係り，
例えば自動車のボディ，シャーシ等に適用される構造部
材の構造に関するものである。
例えば自動車のボディ，シャーシ等に適用される構造部
材の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１は従来の構造部材の構造１の一例を
示す断面形状図（１）〜（５），図６は構造部材の構造
１を適用可能な自動車部材の外観斜視図，図７は荷重・
変位と吸収エネルギとの関係を示すグラフである。近
年，環境問題対策から自動車の軽量化が図られ，一部で
はアルミニウム製の押出型材も用いられているがまだ軽
量化が十分に達成されておらず，形状面からもより軽量
化を図る必要がある。一方，自動車のボディおよびシャ
ーシの構造部材で，衝突時の損害を低減するかあるいは
乗員の安全性を高めるための機能を付与されるバンパ，
サイドメンバ，サイドシェル等の部品（図６参照）は，
構造部材として所定の強度を保証する必要がある。従っ
て，これらの部品は軽くかつ十分な強度を持つ断面形状
に設計する必要がある。また，乗員の安全性を高めるた
めには，衝突時に過大な加速度が作用せずに，運動エネ
ルギを上記構造部材の塑性変形で吸収する必要がある。
このためには，図７で示すように最高荷重以後の荷重低
下が小さいほうがエネルギ吸収性能が高く，望ましい形
状となる。従って，構造部材の構造１は，例えば図１
（１）〜（５）に示すように垂直パネルにて形成され，
このパネルに対し直角方向の荷重を受けるフランジ２
と，フランジ２の所定位置に固着された水平パネルにて
形成され，このフランジを支持するウエブ３とから構成
される。従来より，このような構造部材の構造１におけ
る断面性能を確保するために，Ｉ形断面梁等の実験デー
タを用いて，次式で表される幅厚比の制限が行われてい
た（土木学会第４５回年次学術講演会（平成２年９月）
等）。 Ｒf ＝｛１２（１−ν2 ）／π2 ｋf ｝1/2 ・（σy ／Ｅ）1/2 ・（ｂf ／ｔf ） …（１） Ｒw ＝｛１２（１−ν2 ）／π2 ｋw ｝1/2 ・（σy ／Ｅ）1/2 ・（ｂw ／ｔw ） …（２） ここに，Ｒf はフランジの幅厚比，Ｒw はウエブの幅厚
比，ｂf はフランジの高さ，ｔf はフランジの厚さ，ｂ
w はウエブの幅，ｔw はウエブの厚さ，νはポアソン
比，Ｅは弾性率，σy は降伏応力，ｋf ，ｋw は弾性座
屈係数である。
示す断面形状図（１）〜（５），図６は構造部材の構造
１を適用可能な自動車部材の外観斜視図，図７は荷重・
変位と吸収エネルギとの関係を示すグラフである。近
年，環境問題対策から自動車の軽量化が図られ，一部で
はアルミニウム製の押出型材も用いられているがまだ軽
量化が十分に達成されておらず，形状面からもより軽量
化を図る必要がある。一方，自動車のボディおよびシャ
ーシの構造部材で，衝突時の損害を低減するかあるいは
乗員の安全性を高めるための機能を付与されるバンパ，
サイドメンバ，サイドシェル等の部品（図６参照）は，
構造部材として所定の強度を保証する必要がある。従っ
て，これらの部品は軽くかつ十分な強度を持つ断面形状
に設計する必要がある。また，乗員の安全性を高めるた
めには，衝突時に過大な加速度が作用せずに，運動エネ
ルギを上記構造部材の塑性変形で吸収する必要がある。
このためには，図７で示すように最高荷重以後の荷重低
下が小さいほうがエネルギ吸収性能が高く，望ましい形
状となる。従って，構造部材の構造１は，例えば図１
（１）〜（５）に示すように垂直パネルにて形成され，
このパネルに対し直角方向の荷重を受けるフランジ２
と，フランジ２の所定位置に固着された水平パネルにて
形成され，このフランジを支持するウエブ３とから構成
される。従来より，このような構造部材の構造１におけ
る断面性能を確保するために，Ｉ形断面梁等の実験デー
タを用いて，次式で表される幅厚比の制限が行われてい
た（土木学会第４５回年次学術講演会（平成２年９月）
等）。 Ｒf ＝｛１２（１−ν2 ）／π2 ｋf ｝1/2 ・（σy ／Ｅ）1/2 ・（ｂf ／ｔf ） …（１） Ｒw ＝｛１２（１−ν2 ）／π2 ｋw ｝1/2 ・（σy ／Ｅ）1/2 ・（ｂw ／ｔw ） …（２） ここに，Ｒf はフランジの幅厚比，Ｒw はウエブの幅厚
比，ｂf はフランジの高さ，ｔf はフランジの厚さ，ｂ
w はウエブの幅，ｔw はウエブの厚さ，νはポアソン
比，Ｅは弾性率，σy は降伏応力，ｋf ，ｋw は弾性座
屈係数である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記したような従来の
構造部材の構造１では，その断面性能評価にＩ形断面梁
等の実験データを用いるため，またエネルギ吸収性能に
関する評価がなされていないため，自動車のバンパ，サ
イドメンバ，サイドシェル等のように薄肉の箱型断面形
状を有し，衝突時には曲げ荷重を受ける部材に適用した
場合，その評価が困難であった。従って，薄肉の箱型断
面形状に対して軽量化と強度確保との両方を同時に満足
させることが困難であった。本発明はこのような従来の
技術における課題を解決するために，構造部材の構造を
改良し，薄肉の箱型断面形状に対して軽量かつ十分な強
度とエネルギ吸収性能とを確保し得る構造部材の構造を
提供することを目的とするものである。
構造部材の構造１では，その断面性能評価にＩ形断面梁
等の実験データを用いるため，またエネルギ吸収性能に
関する評価がなされていないため，自動車のバンパ，サ
イドメンバ，サイドシェル等のように薄肉の箱型断面形
状を有し，衝突時には曲げ荷重を受ける部材に適用した
場合，その評価が困難であった。従って，薄肉の箱型断
面形状に対して軽量化と強度確保との両方を同時に満足
させることが困難であった。本発明はこのような従来の
技術における課題を解決するために，構造部材の構造を
改良し，薄肉の箱型断面形状に対して軽量かつ十分な強
度とエネルギ吸収性能とを確保し得る構造部材の構造を
提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は，垂直パネルにて形成され，該垂直パネルに
対し直角方向の荷重を受けるフランジと，上記フランジ
の所定位置に固着された水平パネルにて形成され，該フ
ランジを支持するウエブとからなる構造部材の構造にお
いて，上記フランジの高さｄｆと厚さｔｆとの関係を表
すフランジの幅厚比Ｒｆと，上記ウエブの幅ｂｗと厚さ
ｔｗとの関係を表すウエブの幅厚比Ｒｗとを， Ｒｆ ≦０．７ かつ Ｒｗ ≦０．７Ｒｆ ただし，Ｒｆ＝｛１２（１−ν２）／４π２｝１／２・（σｙ／Ｅ）１／２ ・（ｂｆ／ｔｆ） Ｒｗ＝｛１２（１−ν２）／２３．９π２｝１／２・（σｙ／Ｅ）１／２ ・（ｂｗ／ｔｗ） ここに，νはポアソン比，Ｅは弾性率，σｙは降状応力 としたことを特徴とする構造部材の構造として構成され
ている。更には，上記両幅厚比Ｒｆ，Ｒｗ間の関係を有
するフランジが曲げ変形時の少なくとも圧縮側に配設さ
れてなる構造部材の構造である。更には，上記圧縮側に
複数のフランジが配設され，それぞれのフランジの幅厚
比Ｒｆの平均値が上記両幅厚比Ｒｆ，Ｒｗ間の関係を有
してなる構造部材の構造である。更には，複数のウエブ
が配設され，それぞれのウエブの幅厚比Ｒｗの平均値が
上記両幅厚比Ｒｆ，Ｒｗ間の関係を有してなる構造部材
の構造である。
に本発明は，垂直パネルにて形成され，該垂直パネルに
対し直角方向の荷重を受けるフランジと，上記フランジ
の所定位置に固着された水平パネルにて形成され，該フ
ランジを支持するウエブとからなる構造部材の構造にお
いて，上記フランジの高さｄｆと厚さｔｆとの関係を表
すフランジの幅厚比Ｒｆと，上記ウエブの幅ｂｗと厚さ
ｔｗとの関係を表すウエブの幅厚比Ｒｗとを， Ｒｆ ≦０．７ かつ Ｒｗ ≦０．７Ｒｆ ただし，Ｒｆ＝｛１２（１−ν２）／４π２｝１／２・（σｙ／Ｅ）１／２ ・（ｂｆ／ｔｆ） Ｒｗ＝｛１２（１−ν２）／２３．９π２｝１／２・（σｙ／Ｅ）１／２ ・（ｂｗ／ｔｗ） ここに，νはポアソン比，Ｅは弾性率，σｙは降状応力 としたことを特徴とする構造部材の構造として構成され
ている。更には，上記両幅厚比Ｒｆ，Ｒｗ間の関係を有
するフランジが曲げ変形時の少なくとも圧縮側に配設さ
れてなる構造部材の構造である。更には，上記圧縮側に
複数のフランジが配設され，それぞれのフランジの幅厚
比Ｒｆの平均値が上記両幅厚比Ｒｆ，Ｒｗ間の関係を有
してなる構造部材の構造である。更には，複数のウエブ
が配設され，それぞれのウエブの幅厚比Ｒｗの平均値が
上記両幅厚比Ｒｆ，Ｒｗ間の関係を有してなる構造部材
の構造である。
【０００５】
【作用】本発明によれば，垂直パネルにて形成され，該
垂直パネルに対して直角方向の荷重を受けるフランジ
と，上記フランジの所定位置に固着された水平パネルに
て形成され，該フランジを支持するウエブとからなる構
造部材の構造の決定に際し，上記フランジの高さｂｆと
厚さｔｆとの関係を表すフランジの幅厚比Ｒｆと，上記
ウエブの幅ｂｗと厚さｔｗとの関係を表すウエブの幅厚
比Ｒｗとが，Ｒｆ ≦０．７かつＲｗ ≦０．７Ｒｆとなる
ように制限される。 ただし，Ｒｆ＝｛１２（１−ν２）／４π２｝１／２・（σｙ／Ｅ）１／２ ・（ｂｆ／ｔｆ） Ｒｗ＝｛１２（１−ν２）／２３．９π２｝１／２・（σｙ／Ｅ）１／２ ・（ｂｗ／ｔｗ） ここに，νはポアソン比，Ｅは弾性率，σｙは降伏応力である。 上記両幅厚比Ｒｆ，Ｒｗ間の関係は従来例におけるＩ形
断面梁等の実験データではなく，薄肉の箱型断面梁によ
る実験データに基づくものである。従って，薄肉の箱型
断面形状に対して断面性能評価が容易となり，その結
果，軽量かつ十分な強度とエネルギ吸収性能とを確保す
ることができる。更に，上記両幅厚比Ｒｆ，Ｒｗ間の関
係を有するフランジが曲げ変形時の少なくとも圧縮側に
配設される。従って，局部的に座屈強度を向上させて，
全体構造として十分な強度とエネルギ吸収性能とを確保
しつつ，より軽量化を図ることができる。更に，上記圧
縮側に複数のフランジが配設され，それぞれのフランジ
の幅厚比Ｒｆの平均値が上記両幅厚比Ｒｆ，Ｒｗ間の関
係を有するものとされる。従って，平均的に座屈強度を
向上させて，全体構造として軽量かつ十分な強度とエネ
ルギ吸収性能とを確保しつつ，より複雑な構造に適用す
ることができる。更に，複数のウエブが配設され，それ
ぞれのウエブの幅厚比Ｒｗの平均値が上記両幅厚比
Ｒｆ，Ｒｗ間の関係を有するものとされる。従って，こ
の場合も平均的に座屈強度を向上させて，全体構造とし
て軽量かつ十分な強度とエネルギ吸収性能とを確保しつ
つ，より複雑な構造に適用することができる。
垂直パネルに対して直角方向の荷重を受けるフランジ
と，上記フランジの所定位置に固着された水平パネルに
て形成され，該フランジを支持するウエブとからなる構
造部材の構造の決定に際し，上記フランジの高さｂｆと
厚さｔｆとの関係を表すフランジの幅厚比Ｒｆと，上記
ウエブの幅ｂｗと厚さｔｗとの関係を表すウエブの幅厚
比Ｒｗとが，Ｒｆ ≦０．７かつＲｗ ≦０．７Ｒｆとなる
ように制限される。 ただし，Ｒｆ＝｛１２（１−ν２）／４π２｝１／２・（σｙ／Ｅ）１／２ ・（ｂｆ／ｔｆ） Ｒｗ＝｛１２（１−ν２）／２３．９π２｝１／２・（σｙ／Ｅ）１／２ ・（ｂｗ／ｔｗ） ここに，νはポアソン比，Ｅは弾性率，σｙは降伏応力である。 上記両幅厚比Ｒｆ，Ｒｗ間の関係は従来例におけるＩ形
断面梁等の実験データではなく，薄肉の箱型断面梁によ
る実験データに基づくものである。従って，薄肉の箱型
断面形状に対して断面性能評価が容易となり，その結
果，軽量かつ十分な強度とエネルギ吸収性能とを確保す
ることができる。更に，上記両幅厚比Ｒｆ，Ｒｗ間の関
係を有するフランジが曲げ変形時の少なくとも圧縮側に
配設される。従って，局部的に座屈強度を向上させて，
全体構造として十分な強度とエネルギ吸収性能とを確保
しつつ，より軽量化を図ることができる。更に，上記圧
縮側に複数のフランジが配設され，それぞれのフランジ
の幅厚比Ｒｆの平均値が上記両幅厚比Ｒｆ，Ｒｗ間の関
係を有するものとされる。従って，平均的に座屈強度を
向上させて，全体構造として軽量かつ十分な強度とエネ
ルギ吸収性能とを確保しつつ，より複雑な構造に適用す
ることができる。更に，複数のウエブが配設され，それ
ぞれのウエブの幅厚比Ｒｗの平均値が上記両幅厚比
Ｒｆ，Ｒｗ間の関係を有するものとされる。従って，こ
の場合も平均的に座屈強度を向上させて，全体構造とし
て軽量かつ十分な強度とエネルギ吸収性能とを確保しつ
つ，より複雑な構造に適用することができる。
【０００６】
【実施例】以下，添付図面を参照して本発明を具体化し
た実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以
下の実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発
明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここ
に，図１は本発明の一実施例に係る構造部材１の構造を
示す断面形状図（１）〜（５）（従来例と共用），図２
は三点曲げ試験の条件を示す説明図，図３は幅厚比と曲
げ強度との関係を示すグラフ，図４は荷重・変位と幅厚
比との関係を示すグラフ，図５は構造部材の構造１の具
体的数値例を示す断面形状図（１）〜（５）である。図
１（１）〜（５）に示す如く，本実施例に係る構造部材
の構造１はフランジ２とウエブ３とからなる点で従来例
と同様である。しかし，本実施例では，フランジ２の高
さｂｆと厚さｔｆとの関係を表すフランジの幅厚比Ｒｆ
と，ウエブ３の幅ｂｗと厚さｔｗとの関係を表すウエブ
の幅厚比Ｒｗとを，Ｒｆ ≦０．７かつＲｗ ≦０．７Ｒｆ
とした点で従来例と異なる。以下，本実施例では主とし
て従来例と異なる部分について説明し，従来例と同様の
部分については既述の通りであるのでその詳細な説明を
省略する。まず，前述の（１），（２）式に薄肉の箱型
断面形状に対応する周知の弾性座屈係数（ｋｆ＝４，ｋ
ｗ＝２３．９）を与えることにより，幅厚比Ｒｆ，Ｒｗ
は次式で表される。 Ｒｆ＝｛１２（１−ν２）／４π２｝１／２・（σｙ／Ｅ）１／２ ・（ｂｆ／ｔｆ） …（１′） Ｒｗ＝｛１２（１−ν２）／２３．９π２｝１／２・（σｙ／Ｅ）１／２ ・（ｂｗ／ｔｗ） …（２′） そして，部材の曲げ強度を高めるためには，次式にて示
す全塑性モーメントＭｐを大きくする必要がある（ここ
で，塑性の断面係数をＺｐとおく）。 Ｍｐ＝Ｚｐ ・σｙ …（３） なお，断面係数Ｚｐは例えば図１（１）の形状に対して
は次式で与えられる。 Ｚｐ＝ｂｆ・ｔｆ・ｂｗ＋Ｎ／４・ｔｗ・ｂｗ ２ （Ｎはウエブ３の数：ここでは２） ＝ｂｗ（ｂｆ・ｔｆ＋ｔｗ・ｂｗ／２） …（４） 一方，断面積Ａは次式で与えられる。 Ａ＝２ｂｆ・ｔｆ＋Ｎ・ｔｗ・ｂｗ＝２（ｂｆ・ｔｆ＋ｔｗ・ｂｗ） …（５） 全塑性モーメントＭｐを大きくするには，断面係数Ｚｐ
を大きくすればよい。しかし，ウエブ３の厚さｔｗを大
きくした場合，断面係数Ｚｐと断面積Ａの定義式である
上記（４），（５）式の（）内の係数（前者に対しては
１／２，後者に対しては１）を比べて理解できるよう
に，ウエブ３の厚さｔｗによる断面係数Ｚｐの増大効果
は小さく，断面積Ａの増大効果は大きい。このことは，
他の形状である図１（２）〜（５）にもあてはまる。従
って，部材の軽量化を図る場合は，極力ウエブ３の厚み
ｔｗを小さく，またフランジ２の厚みｔｆを大きくする
方法を採用する。
た実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以
下の実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発
明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここ
に，図１は本発明の一実施例に係る構造部材１の構造を
示す断面形状図（１）〜（５）（従来例と共用），図２
は三点曲げ試験の条件を示す説明図，図３は幅厚比と曲
げ強度との関係を示すグラフ，図４は荷重・変位と幅厚
比との関係を示すグラフ，図５は構造部材の構造１の具
体的数値例を示す断面形状図（１）〜（５）である。図
１（１）〜（５）に示す如く，本実施例に係る構造部材
の構造１はフランジ２とウエブ３とからなる点で従来例
と同様である。しかし，本実施例では，フランジ２の高
さｂｆと厚さｔｆとの関係を表すフランジの幅厚比Ｒｆ
と，ウエブ３の幅ｂｗと厚さｔｗとの関係を表すウエブ
の幅厚比Ｒｗとを，Ｒｆ ≦０．７かつＲｗ ≦０．７Ｒｆ
とした点で従来例と異なる。以下，本実施例では主とし
て従来例と異なる部分について説明し，従来例と同様の
部分については既述の通りであるのでその詳細な説明を
省略する。まず，前述の（１），（２）式に薄肉の箱型
断面形状に対応する周知の弾性座屈係数（ｋｆ＝４，ｋ
ｗ＝２３．９）を与えることにより，幅厚比Ｒｆ，Ｒｗ
は次式で表される。 Ｒｆ＝｛１２（１−ν２）／４π２｝１／２・（σｙ／Ｅ）１／２ ・（ｂｆ／ｔｆ） …（１′） Ｒｗ＝｛１２（１−ν２）／２３．９π２｝１／２・（σｙ／Ｅ）１／２ ・（ｂｗ／ｔｗ） …（２′） そして，部材の曲げ強度を高めるためには，次式にて示
す全塑性モーメントＭｐを大きくする必要がある（ここ
で，塑性の断面係数をＺｐとおく）。 Ｍｐ＝Ｚｐ ・σｙ …（３） なお，断面係数Ｚｐは例えば図１（１）の形状に対して
は次式で与えられる。 Ｚｐ＝ｂｆ・ｔｆ・ｂｗ＋Ｎ／４・ｔｗ・ｂｗ ２ （Ｎはウエブ３の数：ここでは２） ＝ｂｗ（ｂｆ・ｔｆ＋ｔｗ・ｂｗ／２） …（４） 一方，断面積Ａは次式で与えられる。 Ａ＝２ｂｆ・ｔｆ＋Ｎ・ｔｗ・ｂｗ＝２（ｂｆ・ｔｆ＋ｔｗ・ｂｗ） …（５） 全塑性モーメントＭｐを大きくするには，断面係数Ｚｐ
を大きくすればよい。しかし，ウエブ３の厚さｔｗを大
きくした場合，断面係数Ｚｐと断面積Ａの定義式である
上記（４），（５）式の（）内の係数（前者に対しては
１／２，後者に対しては１）を比べて理解できるよう
に，ウエブ３の厚さｔｗによる断面係数Ｚｐの増大効果
は小さく，断面積Ａの増大効果は大きい。このことは，
他の形状である図１（２）〜（５）にもあてはまる。従
って，部材の軽量化を図る場合は，極力ウエブ３の厚み
ｔｗを小さく，またフランジ２の厚みｔｆを大きくする
方法を採用する。
【０００７】また，他の軽量化の観点から，重量の増加
をともなわずに塑性の断面係数Ｚｐを大きくするために
は，フランジ２の高さｂｆを大きくするのが最も有効で
あるが，高すぎるとウエブ３が座屈してかえって強度低
下の原因となる。また，フランジ２についても，幅厚比
Ｒｆを大きくしすぎると，やはり座屈が生じ，強度が低
下する。これを防止するため，中間にウエブ３やフラン
ジ２を１〜数枚設けることになる。しかしながら，これ
までのところ，どのような形状が最も合理的であるかに
ついては明瞭にされていない。そこで，ここでは種々の
断面を持つ，アルミニウム合金（ＪＩＳ種類で７００
３）製の押出型材を用いて図２に示すような三点曲げ実
験を行い，最高荷重ＰＣＲを示すときを崩壊と定義し，
その崩壊モーメントＭＣＲを求めた。この崩壊モーメン
トＭＣＲと上述の全塑性モーメントＭｐとの比ＭＣＲ／
Ｍｐを断面の持つ無次元強度とおいて，実験結果をフラ
ンジ２の幅厚比Ｒｆとウエブ３の幅厚比Ｒｗとの比Ｒｆ
／Ｒｗ（無次元量）をパラメータとして整理し，座屈に
よる強度低下が生じる範囲および低下量をあきらかにし
た。その結果を図３に示すが，同図から以下のことが判
る。即ち，フランジ２の幅厚比Ｒｆが０．７より大きく
なれば無次元強度の低下が大きくなる。とくに，この幅
厚比Ｒｆが０．７以下で，かつ比Ｒｗ／Ｒｆが０．７以
下の領域では，座屈の影響が少なく，崩壊モーメントＭ
ＣＲが全塑性モーメントＭｐとほぼ等しい（即ち，無次
元強度ＭＣＲ／Ｍｐがほぼ１．０と見做せる１〜０．９
５の範囲に入り，座屈によってＲ ｗ ／Ｒ ｆ が多少変化し
ても崩壊モーメントＭ ＣＲ が全塑性モーメントＭ ｐ より
５％程度しか低下しないことを示している。）。しか
し，それ以外の領域では，無次元強度ＭＣＲ／Ｍｐが著
しく低下する，いいかえれば座屈によって梁としての強
度がかなり低下するため，実用に供し得ないことが理解
される。また，最高荷重ＰＣＲで荷重Ｐを無次元化し，
荷重点変位δを梁の深さｈで無次元化した荷重〜変位関
係を図４に示す。同図からわかるように，この場合も比
Ｒｗ／Ｒｆが小さい方が，最高荷重以後の荷重低下が少
なく，同一最高荷重とした場合のエネルギ吸収性能が高
くなる。以上のことから，薄肉の箱型断面形状に対する
幅厚比Ｒｆ，Ｒｗの制限を次式で与えることができる。 Ｒｆ ≦０．７ かつ Ｒｗ ≦０．７Ｒｆ 従って，上記（６）式により薄肉の箱型断面形状に対し
て断面性能評価が容易となり，その結果，軽量かつ十分
な強度とエネルギ吸収性能とを確保し得る構造部材の構
造１を得ることができる。実用的には，上記崩壊（座
屈）によるＭ ＣＲ ／Ｍ ｐ の低下が１０％程度までは十分
許容される。この実施例では，Ｒ ｆ ≦０．７かつＲ ｗ ≦
０．７Ｒ ｆ に選ぶことにより，Ｍ ＣＲ ／Ｍ ｐ の低下が５
％以内に収まっており，座屈による強度低下がほとんど
生じない条件範囲が選択されていることが理解される。
上記（６）式を満足する具体的な断面形状を図５（１）
〜（５）に示す。同図はいずれもバンパを対象部材とし
て想定して，梁の全幅を概ね１００ｍｍ，高さを概ね７
０ｍｍ程度とし，材料としてアルミニウム合金（ＪＩＳ
種類で７００３）製の押出型材（σｙ＝２８ｋｇｆ／ｍ
ｍ２，Ｅ＝７００ｋｇｆ／ｍｍ２，ν＝０．３）を用い
るものとした。これらはいずれも実施可能な形状であ
り，従って，本発明が実用的なものであることが判る。
をともなわずに塑性の断面係数Ｚｐを大きくするために
は，フランジ２の高さｂｆを大きくするのが最も有効で
あるが，高すぎるとウエブ３が座屈してかえって強度低
下の原因となる。また，フランジ２についても，幅厚比
Ｒｆを大きくしすぎると，やはり座屈が生じ，強度が低
下する。これを防止するため，中間にウエブ３やフラン
ジ２を１〜数枚設けることになる。しかしながら，これ
までのところ，どのような形状が最も合理的であるかに
ついては明瞭にされていない。そこで，ここでは種々の
断面を持つ，アルミニウム合金（ＪＩＳ種類で７００
３）製の押出型材を用いて図２に示すような三点曲げ実
験を行い，最高荷重ＰＣＲを示すときを崩壊と定義し，
その崩壊モーメントＭＣＲを求めた。この崩壊モーメン
トＭＣＲと上述の全塑性モーメントＭｐとの比ＭＣＲ／
Ｍｐを断面の持つ無次元強度とおいて，実験結果をフラ
ンジ２の幅厚比Ｒｆとウエブ３の幅厚比Ｒｗとの比Ｒｆ
／Ｒｗ（無次元量）をパラメータとして整理し，座屈に
よる強度低下が生じる範囲および低下量をあきらかにし
た。その結果を図３に示すが，同図から以下のことが判
る。即ち，フランジ２の幅厚比Ｒｆが０．７より大きく
なれば無次元強度の低下が大きくなる。とくに，この幅
厚比Ｒｆが０．７以下で，かつ比Ｒｗ／Ｒｆが０．７以
下の領域では，座屈の影響が少なく，崩壊モーメントＭ
ＣＲが全塑性モーメントＭｐとほぼ等しい（即ち，無次
元強度ＭＣＲ／Ｍｐがほぼ１．０と見做せる１〜０．９
５の範囲に入り，座屈によってＲ ｗ ／Ｒ ｆ が多少変化し
ても崩壊モーメントＭ ＣＲ が全塑性モーメントＭ ｐ より
５％程度しか低下しないことを示している。）。しか
し，それ以外の領域では，無次元強度ＭＣＲ／Ｍｐが著
しく低下する，いいかえれば座屈によって梁としての強
度がかなり低下するため，実用に供し得ないことが理解
される。また，最高荷重ＰＣＲで荷重Ｐを無次元化し，
荷重点変位δを梁の深さｈで無次元化した荷重〜変位関
係を図４に示す。同図からわかるように，この場合も比
Ｒｗ／Ｒｆが小さい方が，最高荷重以後の荷重低下が少
なく，同一最高荷重とした場合のエネルギ吸収性能が高
くなる。以上のことから，薄肉の箱型断面形状に対する
幅厚比Ｒｆ，Ｒｗの制限を次式で与えることができる。 Ｒｆ ≦０．７ かつ Ｒｗ ≦０．７Ｒｆ 従って，上記（６）式により薄肉の箱型断面形状に対し
て断面性能評価が容易となり，その結果，軽量かつ十分
な強度とエネルギ吸収性能とを確保し得る構造部材の構
造１を得ることができる。実用的には，上記崩壊（座
屈）によるＭ ＣＲ ／Ｍ ｐ の低下が１０％程度までは十分
許容される。この実施例では，Ｒ ｆ ≦０．７かつＲ ｗ ≦
０．７Ｒ ｆ に選ぶことにより，Ｍ ＣＲ ／Ｍ ｐ の低下が５
％以内に収まっており，座屈による強度低下がほとんど
生じない条件範囲が選択されていることが理解される。
上記（６）式を満足する具体的な断面形状を図５（１）
〜（５）に示す。同図はいずれもバンパを対象部材とし
て想定して，梁の全幅を概ね１００ｍｍ，高さを概ね７
０ｍｍ程度とし，材料としてアルミニウム合金（ＪＩＳ
種類で７００３）製の押出型材（σｙ＝２８ｋｇｆ／ｍ
ｍ２，Ｅ＝７００ｋｇｆ／ｍｍ２，ν＝０．３）を用い
るものとした。これらはいずれも実施可能な形状であ
り，従って，本発明が実用的なものであることが判る。
【０００８】次に，上記実施例を基本とした応用例につ
いて略述する。まず，フランジの高さ，厚み等が異なる
場合には，曲げ変形時に少なくとも圧縮側となるフラン
ジのみに上記制限をつければよい。圧縮側の座屈強度が
部材全体の強度を決定づけるためである。従って，局部
的に座屈強度を向上させて，全体構造として十分な強度
とエネルギ吸収性能とを確保しつつ，より軽量化を図る
ことができる。また，上記圧縮側に複数のフランジが配
設され，それぞれ高さ，厚み等が異なる場合には，それ
ぞれのフランジで幅厚比Ｒf を定義し，その平均値が上
記制限に入ればよい。尚，一枚のフランジで区間毎に高
さ，厚み等が異なる場合も高さ，厚み等の異なる複数の
フランジが連結しているものとして，それぞれの区間で
幅厚比Ｒf を定義し，その平均値が上記制限に入ればよ
い。これらの場合は平均的に座屈強度を向上させて，全
体構造として軽量かつ十分な強度とエネルギ吸収性能と
を確保しつつ，より複雑な構造に適用することができ
る。更に，複数のウエブが配設され，それぞれ幅，厚み
等が異なる場合には，それぞれのウエブに対して幅厚比
Ｒw を求め，その平均値が上記制限を満たせばよい。こ
の場合も平均的に座屈強度を向上させて，全体構造とし
て軽量かつ十分な強度とエネルギ吸収性能とを確保しつ
つ，より複雑な構造に適用することができる。尚，上記
実施例では断面形状例として図１（１）〜（５）を例示
したが，実使用に際してはフランジやウエブの数を増加
するなどして，より複雑な構造としてもよい。その場合
でも，上記応用例の如く対応可能である。尚，上記実施
例では材料としてアルミニウム合金を用いたが，実使用
に際しては他の種類の材料を用いても良い。但し，降状
応力を有しない材料については，耐力等を代用する必要
がある。尚，上記実施例では自動車のバンパ等へ適用し
たが，実使用に際してはその他の車両や構造物に適用し
ても何ら支障はない。
いて略述する。まず，フランジの高さ，厚み等が異なる
場合には，曲げ変形時に少なくとも圧縮側となるフラン
ジのみに上記制限をつければよい。圧縮側の座屈強度が
部材全体の強度を決定づけるためである。従って，局部
的に座屈強度を向上させて，全体構造として十分な強度
とエネルギ吸収性能とを確保しつつ，より軽量化を図る
ことができる。また，上記圧縮側に複数のフランジが配
設され，それぞれ高さ，厚み等が異なる場合には，それ
ぞれのフランジで幅厚比Ｒf を定義し，その平均値が上
記制限に入ればよい。尚，一枚のフランジで区間毎に高
さ，厚み等が異なる場合も高さ，厚み等の異なる複数の
フランジが連結しているものとして，それぞれの区間で
幅厚比Ｒf を定義し，その平均値が上記制限に入ればよ
い。これらの場合は平均的に座屈強度を向上させて，全
体構造として軽量かつ十分な強度とエネルギ吸収性能と
を確保しつつ，より複雑な構造に適用することができ
る。更に，複数のウエブが配設され，それぞれ幅，厚み
等が異なる場合には，それぞれのウエブに対して幅厚比
Ｒw を求め，その平均値が上記制限を満たせばよい。こ
の場合も平均的に座屈強度を向上させて，全体構造とし
て軽量かつ十分な強度とエネルギ吸収性能とを確保しつ
つ，より複雑な構造に適用することができる。尚，上記
実施例では断面形状例として図１（１）〜（５）を例示
したが，実使用に際してはフランジやウエブの数を増加
するなどして，より複雑な構造としてもよい。その場合
でも，上記応用例の如く対応可能である。尚，上記実施
例では材料としてアルミニウム合金を用いたが，実使用
に際しては他の種類の材料を用いても良い。但し，降状
応力を有しない材料については，耐力等を代用する必要
がある。尚，上記実施例では自動車のバンパ等へ適用し
たが，実使用に際してはその他の車両や構造物に適用し
ても何ら支障はない。
【０００９】
【発明の効果】本発明に係る構造部材の構造は，垂直パ
ネルにて形成され，該垂直パネルに対し直角方向の荷重
を受けるフランジと，上記フランジの所定位置に固着さ
れた水平パネルにて形成され，該フランジを支持するウ
エブとからなる構造部材の構造において，上記フランジ
の高さｄ ｆ と厚さｔ ｆ との関係を表すフランジの幅厚比
Ｒ ｆ と，上記ウエブの幅ｂ ｗ と厚さｔ ｗ との関係を表す
ウエブの幅厚比Ｒ ｗ とを Ｒ ｆ ≦０．７ かつ Ｒ ｗ ≦０．７Ｒ ｆ ただし，Ｒ ｆ ＝｛１２（１−ν ２ ）／４π ２ ｝ １／２ ・（σ ｙ ／Ｅ） １／２ ・（ｂ ｆ ／ｔ ｆ ） Ｒ ｗ ＝｛１２（１−ν ２ ）／２３．９π ２ ｝ １／２ ・（σ ｙ ／Ｅ） １／２ ・（ｂ ｗ ／ｔ ｗ ） ここに，νはポアソン比，Ｅは弾性率，σ ｙ は降状応力 として構成されているため，エネルギー吸収性能に関す
る評価がなされていないＩ形断面梁等の実験データを用
いる上記従来技術ではなし得なかった，薄肉の箱型断面
形状に対して軽量化と強度確保との両方を同時に満足さ
せうる断面性能評価を容易に行うことが可能となる。ま
た，実用的には，崩壊（座屈）によるＭ ＣＲ ／Ｍ ｐ （崩
壊モーメントＭ ＣＲ と全塑性モーメントＭ ｐ との比）の
低下は１０％ 程度までは十分許容されると考えられる
が，本発明では上記Ｍ ＣＲ ／Ｍ ｐ の低下を更に厳しい５
％以内に抑えるべく，Ｒ ｆ ≦０．７ かつ Ｒ ｗ ≦０．
７Ｒ ｆ という限定を行っている（図３参照）ため，座屈
による強度低下がほとんど生じない，十分な強度とエネ
ルギ吸収性能とを確保し得る構造部材の構造を得ること
ができる。 また，上記両幅厚比Ｒ ｆ ，Ｒ ｗ 間の関係を有
するフランジが曲げ変形時の少なくとも圧縮側に配設さ
れるようにすれば，局部的に座屈強度を向上させること
ができ，全体構造として十分な強度とエネルギ吸収性能
とを確保しつつ，より軽量化を図ることができる。更
に，複数のフランジ又はウエブを設ける場合には平均的
に座屈強度を向上させて，全体構造として軽量かつ十分
な強度とエネルギ吸収性能とを確保しつつ，より複雑な
構造に適用することができる。
ネルにて形成され，該垂直パネルに対し直角方向の荷重
を受けるフランジと，上記フランジの所定位置に固着さ
れた水平パネルにて形成され，該フランジを支持するウ
エブとからなる構造部材の構造において，上記フランジ
の高さｄ ｆ と厚さｔ ｆ との関係を表すフランジの幅厚比
Ｒ ｆ と，上記ウエブの幅ｂ ｗ と厚さｔ ｗ との関係を表す
ウエブの幅厚比Ｒ ｗ とを Ｒ ｆ ≦０．７ かつ Ｒ ｗ ≦０．７Ｒ ｆ ただし，Ｒ ｆ ＝｛１２（１−ν ２ ）／４π ２ ｝ １／２ ・（σ ｙ ／Ｅ） １／２ ・（ｂ ｆ ／ｔ ｆ ） Ｒ ｗ ＝｛１２（１−ν ２ ）／２３．９π ２ ｝ １／２ ・（σ ｙ ／Ｅ） １／２ ・（ｂ ｗ ／ｔ ｗ ） ここに，νはポアソン比，Ｅは弾性率，σ ｙ は降状応力 として構成されているため，エネルギー吸収性能に関す
る評価がなされていないＩ形断面梁等の実験データを用
いる上記従来技術ではなし得なかった，薄肉の箱型断面
形状に対して軽量化と強度確保との両方を同時に満足さ
せうる断面性能評価を容易に行うことが可能となる。ま
た，実用的には，崩壊（座屈）によるＭ ＣＲ ／Ｍ ｐ （崩
壊モーメントＭ ＣＲ と全塑性モーメントＭ ｐ との比）の
低下は１０％ 程度までは十分許容されると考えられる
が，本発明では上記Ｍ ＣＲ ／Ｍ ｐ の低下を更に厳しい５
％以内に抑えるべく，Ｒ ｆ ≦０．７ かつ Ｒ ｗ ≦０．
７Ｒ ｆ という限定を行っている（図３参照）ため，座屈
による強度低下がほとんど生じない，十分な強度とエネ
ルギ吸収性能とを確保し得る構造部材の構造を得ること
ができる。 また，上記両幅厚比Ｒ ｆ ，Ｒ ｗ 間の関係を有
するフランジが曲げ変形時の少なくとも圧縮側に配設さ
れるようにすれば，局部的に座屈強度を向上させること
ができ，全体構造として十分な強度とエネルギ吸収性能
とを確保しつつ，より軽量化を図ることができる。更
に，複数のフランジ又はウエブを設ける場合には平均的
に座屈強度を向上させて，全体構造として軽量かつ十分
な強度とエネルギ吸収性能とを確保しつつ，より複雑な
構造に適用することができる。
【図１】 本発明の一実施例に係る構造部材の構造１を
示す断面形状図（１）〜（５）（従来例と共用）。
示す断面形状図（１）〜（５）（従来例と共用）。
【図２】 三点曲げ試験の条件を示す説明図。
【図３】 幅厚比と曲げ強度との関係と示すグラフ。
【図４】 荷重・変位と幅厚比との関係を示すグラフ。
【図５】 構造部材の構造１の具体的数値例を示す断面
形状図（１）〜（５）。
形状図（１）〜（５）。
【図６】 構造部材の構造１を適用可能な自動車部材の
外観斜視図。
外観斜視図。
【図７】 荷重・変位と吸収エネルギとの関係を示すグ
ラフ。
ラフ。
１…構造部材の構造 ２…フラ
ンジ ３…ウエブ ｂf …フ
ランジの高さ ｔf …フランジの厚さ ｂw …ウ
エブの幅 ｔw …ウエブの厚さ Ｒf …フ
ランジの幅厚比 Ｒw …ウエブの幅厚比
ンジ ３…ウエブ ｂf …フ
ランジの高さ ｔf …フランジの厚さ ｂw …ウ
エブの幅 ｔw …ウエブの厚さ Ｒf …フ
ランジの幅厚比 Ｒw …ウエブの幅厚比
Claims (4)
- 【請求項１】 垂直パネルにて形成され，該垂直パネル
に対し直角方向の荷重を受けるフランジと，上記フラン
ジの所定位置に固着された水平パネルにて形成され，該
フランジを支持するウエブとからなる構造部材の構造に
おいて， 上記フランジの高さｄｆと厚さｔｆとの関係を表すフラ
ンジの幅厚比Ｒｆと， 上記ウエブの幅ｂｗと厚さｔｗとの関係を表すウエブの
幅厚比Ｒｗとを， Ｒｆ ≦０．７ かつ Ｒｗ ≦０．７Ｒｆ ただし，Ｒｆ＝｛１２（１−ν２）／４π２｝１／２・（σｙ／Ｅ）１／２ ・（ｂｆ／ｔｆ） Ｒｗ＝｛１２（１−ν２）／２３．９π２｝１／２・（σｙ／Ｅ）１／２ ・（ｂｗ／ｔｗ） ここに，νはポアソン比，Ｅは弾性率，σｙは降状応力 としたことを特徴とする構造部材の構造。 - 【請求項２】 上記両幅厚比Ｒｆ，Ｒｗ間の関係を有す
るフランジが曲げ変形時の少なくとも圧縮側に配設され
てなる請求項１記載の構造部材の構造。 - 【請求項３】 上記圧縮側に複数のフランジが配設さ
れ，それぞれのフランジの幅厚比Ｒｆの平均値が上記両
幅厚比Ｒｆ，Ｒｗ間の関係を有してなる請求項２記載の
構造部材の構造。 - 【請求項４】 複数のウエブが配設され，それぞれのウ
エブの幅厚比Ｒｗの平均値が上記両幅厚比Ｒｆ，Ｒｗ間
の関係を有してなる請求項１，２又は３に記載の構造部
材の構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4282118A JP2672753B2 (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 構造部材の構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4282118A JP2672753B2 (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 構造部材の構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06127428A JPH06127428A (ja) | 1994-05-10 |
| JP2672753B2 true JP2672753B2 (ja) | 1997-11-05 |
Family
ID=17648366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4282118A Expired - Lifetime JP2672753B2 (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 構造部材の構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2672753B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011126380A (ja) * | 2009-12-16 | 2011-06-30 | Kobe Steel Ltd | 自動車のルーフ補強部材およびその設計方法 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH688651A5 (de) * | 1994-12-23 | 1997-12-31 | Alusuisse Lonza Services Ag | Stossstange fuer Fahrzeuge. |
| EP0718157B1 (de) * | 1994-12-23 | 1999-03-24 | Alusuisse Technology & Management AG | Stossstange für Fahrzeuge |
| DE19830560B4 (de) * | 1997-07-09 | 2006-07-20 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.), Kobe | Energie-absorbierendes Element |
| JP4118263B2 (ja) | 2004-07-15 | 2008-07-16 | 本田技研工業株式会社 | 自動車用衝撃吸収部材 |
| JP4811848B2 (ja) * | 2005-03-04 | 2011-11-09 | 株式会社神戸製鋼所 | 自動車のクロスメンバー及びそれを用いたフレーム構造 |
| ITBO20060228A1 (it) * | 2006-03-31 | 2007-10-01 | Ferrari Spa | Barra lineare per un telaio di una automobile. |
| JP2010019414A (ja) * | 2008-06-13 | 2010-01-28 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 衝撃吸収部材 |
| JP6977309B2 (ja) * | 2017-04-28 | 2021-12-08 | トヨタ自動車株式会社 | 車両下部構造 |
| JP7306544B2 (ja) * | 2021-03-11 | 2023-07-11 | トヨタ自動車株式会社 | 車両下部構造 |
| JP7192904B2 (ja) * | 2021-03-11 | 2022-12-20 | トヨタ自動車株式会社 | 車両下部構造 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0534916Y2 (ja) * | 1989-07-17 | 1993-09-03 |
-
1992
- 1992-10-21 JP JP4282118A patent/JP2672753B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011126380A (ja) * | 2009-12-16 | 2011-06-30 | Kobe Steel Ltd | 自動車のルーフ補強部材およびその設計方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06127428A (ja) | 1994-05-10 |
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