JP5294487B2 - パネル部材の剛性評価方法 - Google Patents
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Description
まず、解析対象となるパネル部材(ここではルーフパネル)の解析モデルを作成する。通常、この種の解析モデルは、元となるパネル部材の図面データ(通常、CADデータ)を取り込むと共に、取り込んだ図面データを多数の微小分割要素の集合体として、例えば汎用の解析ソフトに組み込まれたメッシュ作成プログラムなどに則ってメッシュ化することで作成される。もちろん、解析モデルについては上記に制限されることなく既存のものが使用でき、その作成方法や、上記解析モデルを構成する微小分割要素の形状等についても何らの制限を受けることなく既存のものを採用することができる。
続いて、工程S1でモデル化したパネル部材10の周縁部11に対して所定の1次変位を付与するための溶接用電極の解析モデルを作成する。この種の解析モデルについても、パネル部材10と同様、取り込んだ図面データを既存のプログラムによりメッシュ化することで形成することができる。当該解析モデルの作成方法、微小分割要素についても既存のものが広く採用できる点は同じである。図3は、モデル化した溶接用電極15を、後述する周縁部11上の所定の位置Pi(i=1,2…N)に配置した状態を示している。この図示例では、溶接用電極15は略半球状の先端部を有しており、パネル部材10の周縁部11上の所定の位置Piに配置した状態では、周縁部11と点接触するようになっている。
上記工程S1および工程S2にて、解析に供するパネル部材10および溶接用電極15を作成した後、所定の拘束条件下でモデル化したパネル部材10の周縁部11を、同じくモデル化した溶接用電極15で下方に向けて押圧し、所定の1次変位ZCを付与する(図
3を参照)。ここで、拘束条件を含めて詳述すると、この実施形態では、図2に示すように、パネル部材10の周縁部11の幅方向中央にかつ全周にわたって複数の拘束点Pを所定間隔(各辺縁単位では少なくとも等間隔)に設ける。そして、拘束解除位置となる1つの拘束点Piを除いた残り全ての拘束点Pにおいて周縁部11を拘束した状態で、上記1つの拘束点(拘束解除位置)Piに溶接用電極15を図2に示すように周縁部11と当接させた状態で配置し、下方に押圧することで、周縁部11に所定の1次変位ZCを付与する。これにより、周縁部11が少なくとも拘束解除位置Piにおいて下方に所定量ZCだけ変位する(図3の1点鎖線で示す位置まで下がる)。
上記のようにして周縁部11に所定の1次変位ZCを付与することで、溶接用電極15が周縁部11から受ける反力Fを算出する。また、上記例示の荷重ストロークの如く、溶接用電極15を加速しながら下降させる場合には、図4に示すように、周縁部11からの反力Fが上下動することがある。このような場合には、周縁部11からの反力Fがある程度安定してきた時点(図4では、反力発生時点から時刻t1経過した時)における反力F1を、算出すべき反力Fとして出力する。
また、上記のように、工程S3にて周縁部11に所定の1次変位ZCを付与することで、パネル部材10の意匠面13に対応する部位に生じる2次的な変位(2次変位ΔZ)を算出する。ここでは、例えば図3に示すように、所定の1次変位ZCが付与された周縁部11の拘束解除位置Piを通る幅方向断面上に現れる2次変位ΔZの幅方向分布を算出すると共に、その中の最大値ΔZmaxを、所定の1次変位ZCを付与することで意匠面13上に2次的に生じた2次変位ΔZとして出力する。この図示例では、山状の2次変位分布を生じるため、その頂部に対応する位置における2次変位ΔZの最大値ΔZmaxを、後述する工程S6にて用いる2次変位ΔZとして出力するようにすればよい。
そして、上記工程S4および工程S5でそれぞれ求めた反力Fと2次変位ΔZに基づき、パネル部材10の剛性係数Kを算出する。ここで、反力Fを2次変位ΔZで除した値F/ΔZを新たな変数とみなし、当該新たな変数の1次関数として剛性係数Kを算出してもよい。あるいは、剛性係数Kを、反力Fと2次変位ΔZのばね定数に見立てて、K=F/ΔZの関係式から剛性係数Kを算出するようにしてもよい。このようにして算出した剛性係数Kと、実機のひずみに関する官能評価結果との間には高い相関が認められることから、当該剛性係数Kを耐ひずみ性の評価に有効に使用することができる。
以上のようにして、パネル部材10の任意の1つの拘束解除位置Piにおける剛性係数Kが得られたら、パネル部材10の周縁部11、ここでは幅方向縁部の長手方向に沿って拘束解除位置Piをずらし、新たな拘束解除位置Pi+1を設定する。この際、直前の拘束解除位置Piでは周縁部11が点拘束される。このようにして設定した新たな拘束解除位置Pi+1に対して上記S3〜S6までの工程を繰り返し実施することで、当該新たな拘束解除位置Pi+1における剛性係数Kを算出することができる。この実施形態では、直前の拘束解除位置Piから車体後方側に2個ずれた位置に新たな拘束解除位置Pi+1を設定していきながら、その都度上記S3からS6までの工程を繰り返し実施することで、N個の拘束解除位置Pi(i=1,2…N)における剛性係数Kが算出される。図1に示すフローチャートに従って説明すれば、工程S7にて、直前に剛性係数Kを求めた拘束解除位置Piが最後に算出すべき拘束解除位置Pi(i=N)でなければ、上記工程S3に戻り、工程S6までの処理を繰り返し実施する。そして、最後に算出すべき拘束解除位置Pi(i=N)における剛性係数Kが算出されている場合には、上記一連の処理を完了する。
以上のようにして工程S1〜工程S7を実施することで得た複数の剛性係数Kに対して、予め定めておいたしきい値を用いて、スポット溶接時に意匠面13に生じるひずみに対する耐性(剛性)の良否を判定する。具体的には、図6に示すように、パネル部材10の周縁部11上の複数の拘束解除位置Pi(i=1,2…N)における剛性係数Kの値を剛性係数のしきい値KTと比較する。そして、例えば全ての拘束解除位置Piにおいて剛性係数Kがしきい値KT以上であれば、所望の剛性を備えるもの(良品)と判定する。また、図6に示すように、1ヶ所でも剛性係数Kがしきい値KTを下回る(図6では、拘束解除位置P4以降においてしきい値KTを下回っている)場合には、上記ひずみに対する剛性が不十分である(形状不良)と判定する。なお、このように、不合格(形状不良)と判定されたパネル部材10については、形状不良と判定された拘束解除位置Piの内側領域の剛性を高めるような形状変更(設計変更)を行う必要がある、との判定(設計変更要否判定)を併せて行うようにしてもよい。具体的には、剛性不足と判定された意匠面13の形成部位に対して新たにビード14を設けたり、既存のビード14のサイズを大きくする他、意匠面13のうち製品全体の意匠品質にあまり影響を与えない領域の面形状を高剛性の形状に変更する(例えば平坦面に曲率を設ける等の変更を行う)ことで、剛性の向上を図るようにしてもよい。
と剛性係数Kとの間には高い相関が存在することがわかる。すなわち、上記実機の官能評価結果が「良好」又は「許容範囲内」(図7中、丸又は白抜き三角で示す項目)であれば、剛性係数Kは相対的に高い値を示す一方で、上記官能評価結果が「許容範囲外」や「不良」(図7中、黒三角又は罰点で示す項目)であれば、剛性係数Kは相対的に低い値を示すことがわかる。そこで、上記官能評価結果が「許容範囲内」以上(図中、白抜き三角で示す横軸の項目)である場合に、対応する剛性係数Kの範囲を定めるべく、官能評価結果が「許容範囲内」の場合の剛性係数Kの値をしきい値KTと定めるようにする。これにより、実機のひずみ官能評価を踏まえた適切なしきい値の設定が可能となる。
11 周縁部
12 立ち上がり部
13 意匠面
14 ビード
15 溶接用電極
F 反力
K 剛性係数
KT しきい値(剛性係数)
P 拘束点
Pi 拘束解除位置
ZC 1次変位
ΔZ 2次変位
ΔZA 平均値(2次変位)
ΔZmax 最大値(2次変位)
Claims (4)
- スポット溶接により他部材と接合されるパネル部材をモデル化して解析を行うことで、前記スポット溶接を施した前記パネル部材の意匠面に生じるひずみに対する剛性を評価するための方法であって、
前記モデル化したパネル部材の周縁部に、前記スポット溶接の際に溶接用電極から受ける押圧力に対応した大きさの1次変位を与えて、該1次変位により前記周縁部に発生した反力を算出する反力算出工程と、
前記1次変位に起因して前記パネル部材の意匠面に2次的に生じた2次変位を算出する2次変位算出工程と、
前記反力と前記2次変位に基づき、前記パネル部材の剛性係数を算出する剛性係数算出工程とを備える、パネル部材の剛性評価方法。 - 前記2次変位算出工程において、前記2次変位を前記意匠面の複数の位置で算出すると共に、該算出した複数の2次変位のうちの最大値を、前記剛性係数算出工程に使用する前記2次変位として算出する請求項1に記載のパネル部材の剛性評価方法。
- 前記剛性係数算出工程において、前記反力を前記2次変位で除した値を前記剛性係数として算出する請求項1に記載のパネル部材の剛性評価方法。
- 前記周縁部に所定の速度で前記1次変位を与えることで前記2次変位が振動を伴う場合、その初期振動から最初の変位ピーク値を除く2回目以降の偶数個の変位ピーク値の平均を前記2次変位として算出する請求項1に記載のパネル部材の剛性評価方法。
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