JP5919782B2 - 耐デント性評価方法 - Google Patents
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Description
特許文献1においては、プレス成形による板厚減少、加工硬化等材料因子の影響を考慮した耐デント性評価方法について記載されている。
また特許文献2には、部品の荷重点を中心に拡大するたわみ面積と部品の曲率、板厚、材質からたわみ量を算出する方法が開示されている。
また、キャラクターラインのように急峻に曲率が変化する部位では、たわみが非対称形状に成長し、飛び移りとともに急激なたわみ拡大が起きるため、前記従来技術では、急峻に曲率が変化する部位において、初期の部品形状からデントを予測することは困難と考えられる。
本発明は、前記のような点に着目したもので、キャラクターラインなどの急峻に曲率が変化する部位での耐デント性の予測を可能とすることを目的としている。
前記パネル板のパネル形状条件、前記パネル板に適用する材料条件を用いて、有限要素解析シミュレーションを行なうことにより、前記面形状急峻部位における板表面で塑性ひずみが発生する負荷荷重を求め、当該負荷荷重に基づいて、当該面形状急峻部位での耐デント性を評価し、
前記負荷荷重は、前記面形状急峻部位に対し、曲率が凸となる側の面から板厚方向に荷重を負荷したときの、荷重負荷側の面での負荷荷重であることを特徴とする。
次に、請求項2に記載した発明は、請求項1に記載した構成に対し、前記面形状急峻部位における曲率が凸となる側の板表面で塑性ひずみが発生する負荷荷重に基づき、当該面形状急峻部位でのデント発生時点の負荷荷重を算出することを特徴とする。
特に、板表面の塑性ひずみが発生する負荷荷重は、シミュレーション解析によって求めることが可能であるので、パネル形状の設計段階でデントが発生する荷重を予測することが可能となる。
すなわち、図面設計の段階で耐デント性を評価出来るので、例えば新車開発におけるトライアンドエラーを低減させることが可能となる。
まず、本発明に基づくデント予測方法の妥当性について説明する。
図1は、自動車用外板部品のアウターパネルにおける曲率が急峻に変化していない非急峻部位(面形状急峻部位以外の位置)でのデント発生を説明する断面模式図である。図2は、自動車用外板部品のアウターパネルにおける面形状急峻部位2でのデント発生を説明する断面模式図である。
まずFEM解析について説明する。
前記モデルは、平板2枚を170度の角度で突合せにて組み合わせ、その2枚の平板間の連結部分にR=5mmの曲率半径の曲率曲面形状を形成した三角屋根形状のモデルである。ここで、平面部分の大きさは400mm×600mmとした。そして、この三角屋根形状のモデルの稜線部分がキャラクターラインを模擬したものとなる。
材料条件としては、以下に説明する実験で使用した鋼板(降伏強度YP163MPa、引張強度TS293MPa、伸びEl50%)の引張試験結果から得られた、図9に示す真応力−真ひずみデータを使用した。ヤング率は206GPa、板厚は0.8mmである。
そして、FEM解析にて、圧子が接触するパネル部分(キャラクターライン稜線部分)のメッシュ20個についての塑性ひずみ量を、板厚中心部、板表面(オモテ側、及びウラ側)について、それぞれ算出した。
実験では、前記FEM解析で設定した圧子の条件と同様のサイズの鋼製圧子を使用した。材料は前記に述べた特性であり、鋼板(降伏強度YP163MPa、引張強度TS293MPa、伸びEl50%)の約400mm×600mmの平板(板厚0.8mm)を採用した。
そして、図4に示すように、前記平板の板中央部を予曲げした後、その予曲げによって稜線部分(頂角170度)を形成した板の4辺を治具に拘束することで、FEM解析で設定したモデルと同じ構成を実現した。なお、鋼板の4辺を治具に溶接にて接合することで拘束した。そして、前記予曲げによって形成された稜線部分に当該稜線の凸側(図4では上側)から、前記圧子で板厚方向に荷重負荷を実施した。荷重の負荷条件は、負荷する荷重を10Nピッチで増加させながら、各荷重毎に、荷重の負荷、除荷、及び除荷後の凹み量測定を繰り返し、前記凹み量が10μm発生した時点の負荷荷重をデント発生荷重とした。なお、凹み量は、ゲージ長さ50mmの3点ゲージを使用して測定した。
また図6に、その時の実験で求めた荷重−変位の曲線を示す。この図6から分かるように、この実験では、飛び移り荷重が470Nであった。
以上の結果から分かるように、FEM解析によるシミュレーション解析において、板厚ウラ面1bでは、飛び移り荷重(470N)に到達するとともに塑性ひずみが発生しているが、板厚オモテ面1aではそれよりも低い約320Nで塑性ひずみが発生し始めていることが分かる。
実際にデントが発生したときのデント発生荷重が350Nであることから、キャラクターライン部では、板厚オモテ面1aの塑性ひずみが重要であることが分かった。
以上のようなシミュレーション解析及び実験から、発明者らは、曲率が急峻に変化するキャラクターライン部などの面形状急峻部位2にあっては、シミュレーション解析におけるオモテ面1aでの塑性ひずみが発生し始めるときの負荷荷重が、その部位によるデントが初めて発生したときの荷重であるとの知見を得た。
なお、面形状急峻部位2以外、つまり曲率が急峻に変化していない部分についても、FEM解析におけるオモテ面1aでの塑性ひずみが発生し始めるときの負荷荷重をデント発生荷重としても良い。
図7は、耐デント性予測の処理手順を説明する図である。
まず、ステップS10にて、対象とするパネル1の材料条件及び、目的とするパネル形状に対応するモデルを解析者が設定する。例えば、材料条件としては、真応力−真ひずみ曲線、ヤング率、板厚、圧子情報(形状)を、パネル形状の条件としては、パネルサイズ(長さ、幅)パネル面の曲率半径、面形状急峻部位の頂点曲率半径、頂角、さらに拘束条件(並進移動の可否、回転移動の可否)を設定する。
シミュレーション解析は、例えば、上述のように静的陰解法を用いたFEM解析等を採用すればよい。
前記ステップS30の条件を満足する場合(つまり、第1負荷荷重が目標デント発生荷重T1未満である場合)には、目標とする耐デント性を得ることが出来ないとして、ステップS40に移行する。一方、前記条件を満足しない場合(つまり、第1負荷荷重が目標デント発生荷重T1以上である場合)には、目標とする耐デント性を得ることが出来るとして、ステップS50に移行する。
ステップS50では、前記第1負荷荷重を対象とする面形状急峻部位2のデント発生荷重として表示して、終了する。
なお、前記処理は、面形状急峻部位2毎に実施するが、面形状急峻部位2が連続する場合には、その代表点や予め設定した距離間隔に評価点を解析者が設定し、その各評価点毎に実施すれば良い。
そして、予測したデント発生荷重によって、図面の設計段階で目的とするデント発生荷重以上となるように、設計の変更が可能となる。
なおこのとき、シミュレーション解析において、弾性変形挙動に関する評価値である張り剛性の解析および飛び移り現象発生荷重の評価にも適用するようにしても良い。
1a オモテ面
1b ウラ面
2 面形状急峻部位
Claims (2)
- 曲率が急峻に変化する面形状急峻部位を有するパネル板における、前記面形状急峻部位の耐デント性の評価方法であって、
前記パネル板のパネル形状条件、前記パネル板に適用する材料条件を用いて、有限要素解析シミュレーションを行なうことにより、前記面形状急峻部位における板表面で塑性ひずみが発生する負荷荷重を求め、当該負荷荷重に基づいて、当該面形状急峻部位での耐デント性を評価し、
前記負荷荷重は、前記面形状急峻部位に対し、曲率が凸となる側の面から板厚方向に荷重を負荷したときの、荷重負荷側の面での負荷荷重であることを特徴とする耐デント性評価方法。 - 前記面形状急峻部位における曲率が凸となる側の板表面で塑性ひずみが発生する負荷荷重に基づき、当該面形状急峻部位でのデント発生時点の負荷荷重を算出することを特徴とする請求項1に記載した耐デント性評価方法。
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