JP7364907B2

JP7364907B2 - 構造ヒステリシス測定方法及び構造ヒステリシス測定装置

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Publication number: JP7364907B2
Application number: JP2020067053A
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Inventors: 毅河内
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Priority date: 2020-04-02
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Publication date: 2023-10-19
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Description

本発明は、構造ヒステリシス測定方法及び構造ヒステリシス測定装置に関する。

自動車の車体が走行中に荷重を受け変形する際は、荷重－変位の関係が線形にならず、また、載荷と除荷の過程において異なる経路をたどる。つまり、構造ヒステリシスが生じる。この車体の構造ヒステリシスは操縦安定性を低下させ、ドライバの官能評価を悪化させる。このため、車体の構造ヒステリシスを低減することにより操縦安定性の低下を防ぎ、ドライバの官能評価の悪化を防ぐことが求められる。

非特許文献１では、車体を構成する部品の板間摩擦によって構造ヒステリシスが生じることを実験的及び数値解析的に明らかにしている。

「操安性能に影響する車体剛性非線形性の解析」、熊本雅比古、岡野恭久、中島次郎、赤松博道、松本哲郎、南部明宏、福島英樹、２０１７年秋季大会学術講演会講演予稿集、Ｎｏ．１５７－１７、ｐｐ。１２４０－１２４５、大阪、２０１７、自動車技術会

しかしながら、従来の車体の構造ヒステリシスの測定では、車体が持つ構造ヒステリシスだけを測定しているとは限らず、荷重を与える試験機の構造ヒステリシスも含んで測定している。そのため、構造ヒステリシス低減対策の効果を正しく評価できていない、という問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、試験機の構造ヒステリシスを除去して、車体自体が持つ構造ヒステリシスを測定することができる構造ヒステリシス測定方法及び構造ヒステリシス測定装置を提供するものである。

第１態様に係る構造ヒステリシス測定方法は、コンピュータが、試験機により車体に第１の負荷を徐々に載荷及び除荷して測定した前記車体の第１の変形量を取得し、前記試験機により標準試験体に第２の負荷を徐々に載荷及び除荷して測定した前記標準試験体の第２の変形量を取得し、前記第１の変形量に基づいて算出した第１の損失エネルギーから、前記第２の変形量に基づいて算出した第２の損失エネルギーを減算することにより前記車体の損失エネルギーを算出し、前記第１の負荷が最大負荷に至るまでの仕事量を前記車体のひずみエネルギーとして算出し、前記車体の損失エネルギーを前記ひずみエネルギーで除算することにより前記車体の構造ヒステリシスを算出し、算出した前記車体の構造ヒステリシスを出力する処理を実行する。

第２態様に係る構造ヒステリシス測定方法は、前記コンピュータは、前記第１の負荷の載荷を開始してから、除荷を終了するまでの過程における前記第１の変形量を積分した値を、前記第１の損失エネルギーとして算出し、前記第２の負荷の載荷を開始してから、除荷を終了するまでの過程における前記第２の変形量を積分した値を、前記第２の損失エネルギーとして算出する。

第３態様に係る構造ヒステリシス測定方法は、前記第１の負荷及び前記第２の負荷は、前記車体及び前記標準試験体にねじり変形を与えるためのモーメントであり、前記第１の変形量及び前記第２の変形量は、前記車体及び前記標準試験体にねじり変形を与えたときの変位角である。

第４態様に係る構造ヒステリシス測定方法は、前記第１の負荷及び前記第２の負荷は、前記車体及び前記標準試験体に横曲げ変形を与えるための荷重であり、前記第１の変形量及び前記第２の変形量は、前記車体及び前記標準試験体に横曲げ変形を与えたときの変位である。

第５態様に係る構造ヒステリシス測定方法は、前記標準試験体は、前記車体と同等の剛性を有し、内部に摩擦が存在しない構造体である。

第６態様に係る構造ヒステリシス測定装置は、試験機により車体に第１の負荷を徐々に載荷及び除荷して測定した前記車体の第１の変形量を取得する第１の取得部と、前記試験機により標準試験体に第２の負荷を徐々に載荷及び除荷して測定した前記標準試験体の第２の変形量を取得する第２の取得部と、前記第１の変形量に基づいて算出した第１の損失エネルギーから、前記第２の変形量に基づいて算出した第２の損失エネルギーを減算することにより前記車体の損失エネルギーを算出する損失エネルギー算出部と、前記第１の負荷が最大負荷に至るまでの仕事量を前記車体のひずみエネルギーとして算出するひずみエネルギー算出部と、前記車体の損失エネルギーを前記ひずみエネルギーで除算することにより前記車体の構造ヒステリシスを算出するヒステリシス算出部と、算出した前記車体の構造ヒステリシスを出力する出力部と、を備える。

本発明によれば、試験機の構造ヒステリシスを除去して、車体自体が持つ構造ヒステリシスを測定することができる。

構造ヒステリシス測定装置のハードウェア構成を示すブロック図である。構造ヒステリシス測定装置の機能構成を示すブロック図である。試験機に車体がセットされた状態を示す図である。車体の正面図である。標準試験体の斜視図である。角鋼管の断面図である。試験機に標準試験体がセットされた状態を示す図である。変位角とモーメントとの関係を示す線図である。変位角とモーメントとの関係及びひずみエネルギーを示す線図である。構造ヒステリシス測定処理のフローチャートである。車体自体の損失エネルギーについて説明するための図である。試験機に車体がセットされた状態を示す図である。試験機に標準試験体がセットされた状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１には、本実施の形態に係る構造ヒステリシス測定装置１０の構成図である。構造ヒステリシス測定装置１０は、一般的なコンピュータを含む装置であり、例えばパーソナルコンピュータ等で構成される。

図１に示すように、構造ヒステリシス測定装置１０は、コントローラ１２を備える。コントローラ１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２Ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２Ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１２Ｃ、不揮発性メモリ１２Ｄ、及び入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）１２Ｅを備える。そして、ＣＰＵ１２Ａ、ＲＯＭ１２Ｂ、ＲＡＭ１２Ｃ、不揮発性メモリ１２Ｄ、及びＩ／Ｏ１２Ｅがバス１２Ｆを介して各々接続されている。

また、Ｉ／Ｏ１２Ｅには、操作部１４、表示部１６、通信部１８、及び記憶部２０が接続されている。

操作部１４は、例えばマウス及びキーボードを含んで構成される。

表示部１６は、例えば液晶ディスプレイ等で構成される。

通信部１８は、外部装置とデータ通信を行うためのインターフェースである。

記憶部２０は、ハードディスク等の不揮発性の記憶装置で構成され、後述する構造ヒステリシス測定プログラム２０Ａ等を記憶する。ＣＰＵ１２Ａは、記憶部２０に記憶された構造ヒステリシス測定プログラム２０Ａを読み込んで実行する。

次に、構造ヒステリシス測定装置１０が構造ヒステリシス測定プログラム２０Ａを実行する場合におけるＣＰＵ１２Ａの機能構成について説明する。

図２に示すように、ＣＰＵ１２Ａは、機能的には、取得部３０、損失エネルギー算出部３２、ひずみエネルギー算出部３４、構造ヒステリシス算出部３６、及び出力部３８を備える。

取得部３０は、試験機により車体に第１の負荷を徐々に載荷及び除荷して測定した車体の第１の変形量を取得する。すなわち、車体に第１の負荷を与えて変形させることにより測定した第１の変形量を取得する。なお、試験機の詳細については後述する。

また、取得部３０は、試験機により標準試験体に第２の負荷を徐々に載荷及び除荷して測定した車体の第２の変形量を取得する。すなわち、標準試験体に第２の負荷を与えて変形させることにより測定した第２の変形量を取得する。

本実施形態では、車体は、一例として市場に多く出回っているミドルクラスハッチバックタイプ（５ドア）である場合について説明する。標準試験体は、車体と同等の剛性を有し、内部に摩擦が存在しない構造体である。標準試験体の詳細については後述する。なお、車体と同等の剛性とは、車体と同一の剛性だけでなく、車体と同一の剛性とみなせるほど近い剛性も含む。

本実施形態では、変形の一例として、車体の前後方向を軸として車体のフロント部分を回転させる負荷を与えて車体をねじることにより変形させる、ねじり変形を例に説明する。また、標準試験体についても同様にねじり変形させる場合について説明する。

損失エネルギー算出部３２は、取得部３０が取得した第１の変形量に基づいて第１の損失エネルギーを算出する。また、損失エネルギー算出部３２は、取得部３０が取得した第２の変形量に基づいて第２の損失エネルギーを算出する。第１の損失エネルギーは、第１の負荷の載荷を開始してから、除荷を終了するまでの過程における第１の変形量を積分した値である。また、第２の損失エネルギーは、第２の負荷の載荷を開始してから、除荷を終了するまでの過程における第２の変形量を積分した値である。すなわち、損失エネルギーとは、負荷と変形量との対応関係を表す線図上に形成されるヒステリシスループで囲まれる領域の面積に相当する。また、複数回の載荷と除荷を繰り返す場合は、上記の計算を載荷及び除荷のサイクルごとに実施し、得られた積分値の平均として定義する。また、損失エネルギー算出部３２は、第１の損失エネルギーから第２の損失エネルギーを減算することにより車体自体の損失エネルギーを算出する。ここで、第１の損失エネルギーとは、車体を構成する部品同士の板間摩擦に起因して発生する損失エネルギーである。また、前述したように、標準試験体は、その内部に摩擦が存在しないため、第２の損失エネルギーは、車体のように摩擦に起因して発生する損失エネルギーは含まれない。このため、第２の損失エネルギーは第１の損失エネルギーよりも小さくなる。

ひずみエネルギー算出部３４は、第１の負荷が最大負荷に至るまでの仕事量を車体のひずみエネルギーとして算出する。

構造ヒステリシス算出部３６は、車体自体の損失エネルギーをひずみエネルギーで除算することにより車体の構造ヒステリシスを算出する。

出力部３８は、算出した車体の構造ヒステリシスを出力する。

＜試験機の構成＞
図３には、車体４０がセットされた試験機４２の構成を示した。なお、水平面内における車体４０の前後方向をＸ軸、水平面内における車体４０の左右方向をＹ軸、水平面（ＸＹ平面）に対して鉛直方向をＺ軸と定める。なお、以下では、車体４０の前後左右が試験機４２の前後左右と一致するものとして説明する。

試験機４２は、水平面に設置された定盤４４を備える。定盤４４の前方のＹ軸方向中央部には、Ｘ軸周りにシーソー４６を回転させるための回転軸４８が設置されている。

シーソー４６の右端には、Ｚ軸方向に沿って上下運動するアクチュエータ５０Ｒの一端が、ロードセル５２Ｒを介して取り付けられている。アクチュエータ５０Ｒの他端は、定盤４４に固定されている。ロードセル５２Ｒは、アクチュエータ５０Ｒによってシーソー４６の右端に付与された荷重を測定する。

シーソー４６の左端には、Ｚ軸方向に沿って上下運動するアクチュエータ５０Ｌの一端が、ロードセル５２Ｌを介して取り付けられている。アクチュエータ５０Ｌの他端は、定盤４４に固定されている。ロードセル５２Ｌは、アクチュエータ５０Ｌによってシーソー４６の左端に付与された荷重を測定する。

アクチュエータ５０Ｒ、５０Ｌは、反平行となるように連動して動作する。例えば図３において、Ｚ軸のプラス方向（上方向）にアクチュエータ５０Ｒが荷重を付与した場合は、アクチュエータ５０Ｌは、Ｚ軸のプラス方向と反対方向のマイナス方向（下方向）に荷重を付与する。

また、シーソー４６の回転軸４８に対して右側には、Ｚ軸方向を長手方向とする垂直支持棒５４ＦＲの一端が球面ジョイント５６Ｒを介して取り付けられている。垂直支持棒５４ＦＲの他端には、球面ジョイント５８ＦＲが取り付けられている。球面ジョイント５８ＦＲは、図示しない治具を介して、車体４０の前方右側のサスペンションダンパ締結点に取り付けられる。

シーソー４６の回転軸４８に対して左側には、Ｚ軸方向を長手方向とする垂直支持棒５４ＦＬの一端が球面ジョイント５６Ｌを介して取り付けられている。垂直支持棒５４ＦＬの他端には、球面ジョイント５８ＦＬが取り付けられている。球面ジョイント５８ＦＬは、図示しない治具を介して、車体４０の前方左側のサスペンションダンパ締結点に取り付けられる。さらに、垂直支持棒５４ＦＬのＺ軸方向中央部には、Ｙ軸方向を長手方向とする水平支持棒６０Ｈの一端がジョイント６２を介して取り付けられている。水平支持棒６０Ｈの他端は、球面ジョイント及び図示しない治具を介して定盤４４に取り付けられる。水平支持棒６０Ｈによってジョイント６２のＹ軸方向及びＺ軸方向の位置は保持される。

定盤４４の後方右側には、Ｚ軸方向を長手方向とする垂直支持棒５４ＲＲの一端が固定されている。垂直支持棒５４ＲＲの他端には、球面ジョイント５８ＲＲが取り付けられている。球面ジョイント５８ＲＲは、図示しない治具を介して、車体４０の後方右側のサスペンションダンパ締結点に取り付けられる。

定盤４４の後方左側には、球面ジョイント６４及び図示しない治具を介して、Ｚ軸方向を長手方向とする垂直支持棒５４ＲＬの一端が取り付けられている。垂直支持棒５４ＲＬの他端には、球面ジョイント５８ＲＬが取り付けられている。球面ジョイント５８ＲＬは、図示しない治具を介して、車体４０の後方左側のサスペンションダンパ締結点に取り付けられる。

ねじり変形の試験時の変位に対して各垂直支持棒及び水平支持棒の長さを十分大きくとると（変位が支持棒長さの０．１％程度）、垂直支持棒の傾きによって生じる先端の動きは、水平面内に拘束されるものとみなすことができる。そして、右後方はＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向について並進運動となり、左後方はＺ軸方向について並進運動となり、左前方はＹ軸方向及びＺ軸方向について並進運動となるため、全６自由度の安定静定拘束となる。これに加えて、右前方のＺ軸方向の１自由度拘束を車体４０に与えることにより、不静定状態を作る。すなわち、上下反平行に稼働する二つのアクチュエータ５０Ｒ、５０Ｌがシーソー４６を介して車体４０にほぼＸ軸回りのモーメント（負荷）Ｍを与えることにより、車体４０をねじり、変形させる。そして、車体４０の変位角を測定するために、車体４０の前後左右の骨格上に配置する変位測定点６６ＦＲ、６６ＦＬ、６６ＲＲ、６６ＲＬの上下方向変位（Ｚ軸方向変位）を、図示しないレーザ変位計を用いて測定する。

＜試験条件＞
ねじり変形の試験は、上下反平行に稼働するアクチュエータ５０Ｒ、５０Ｌによって車体４０に与えるＸ軸回りのモーメントＭを変化させることにより行う。

なお、最大モーメントＭ_ｍａｘは、例えば測定対象が弾性変形する範囲で最大の値に設定される。測定対象が弾性変形する範囲を越えて最大モーメントＭ_ｍａｘが設定されてしまうと、測定対象が塑性変形してしまうためである。また、モーメントのゼロ点については、各ジョイントの遊びの影響を回避するため、ある程度のオフセットモーメントを与えた状態をゼロ点としてもよい。

＜試験方法＞
ねじり変形の試験は、第１の負荷としてのモーメントＭを一定のモーメント速度で増加させ（載荷）、目的とする最大モーメントＭ_ｍａｘにおいて２秒間保持し、同じモーメント速度でオフセットモーメントＭ_０に至るまでモーメントＭを減少させ（除荷）、２秒間保持する。これを１サイクルとして、３サイクルを連続して行い、第２及び第３サイクルのデータに基づいて、第１の損失エネルギーとしての車体４０の損失エネルギーを算出する。

車体４０のねじり変形の試験結果は、車体４０に与えるモーメントＭと車体４０のねじり変位角によって整理される。車体４０に与えるモーメントＭは、図３に示すアクチュエータ５０Ｒとアクチュエータ５０Ｌとの距離Ｌａ、ロードセル５２Ｒ、５２Ｌによって測定される荷重ＦａＬＨ、ＦａＲＨを用いて次式で表される。

・・・（１）

第１の変形量としての変位角θ_ｔｏｒは、車体４０の前後左右の骨格上の変位測定点６６ＦＲ、６６ＦＬ、６６ＲＲ、６６ＲＬのＺ軸方向変位ｄ_{ｚＦｒＲＨ}、ｄ_{ｚＦｒＬＨ}、ｄ_{ｚＲｒＲＨ}、及びｄ_{ｚＲｒＬＨ}、並びに、左右測定点間距離ｗＦｒ及びｗＲｒを用いて（図４参照）、次式で表される。なお、左右測定点間距離ｗＦｒは、変位測定点６６ＦＲ、６６ＦＬ間の距離であり、左右測定点間距離ｗＲｒは、変位測定点６６ＲＲ、６６ＲＬ間の距離である。

・・・（２）

ここで、θ_Ｆｒ、θ_Ｒｒは、それぞれ下記（３）、（４）式で表される。

・・・（３）
・・・（４）

なお、評価に使用する第１の変形量としての変位角θ_ｔｏｒは、上記においては、車体４０の前後左右の骨格上の変位測定点６６ＦＲ、６６ＦＬ、６６ＲＲ、６６ＲＬのＺ軸方向変位ｄ_{ｚＦｒＲＨ}、ｄ_{ｚＦｒＬＨ}、ｄ_{ｚＲｒＲＨ}、及びｄ_{ｚＲｒＬＨ}を用いて算出するが、骨格上の変位測定点でなくてもよい。例えば、前後の支持棒を取り付けるダンパ締結点近傍でもよく、測定者の目的に応じて変更してもよい。

計測されるモーメントＭと変位角θ_ｔｏｒとの間に線形性が成り立つ場合は、ねじり剛性ｃ_ｔｏｒは、上記（１）式で求められるモーメントＭと上記（２）式で求められる変位角θ_ｔｏｒとの比によって求めることができるが、実際の測定では、ヒステリシスループを描くため、瞬間の剛性∂Ｍ／∂θ_ｔｏｒとして求める必要がある。しかしながら、構造ヒステリシスはそれほど大きくないモーメントＭ－変位角θ_ｔｏｒ線図を直線近似した際の傾きを、次式で示すように、ねじり剛性ｃ_ｔｏｒと定義する。

・・・（５）

ここで、Ｃｏｖ（θ_ｔｏｒ、Ｍ）は共分散、σθ_ｔｏｒは変位角θ_ｔｏｒの標準偏差である。

＜損失エネルギーの定義＞
損失エネルギーＥｓは、モーメントＭ－変位角θ_ｔｏｒ線図で描かれるヒステリシスループの面積のサイクル数Ｎ_{ｃｙｃｌｅ}回の平均として次式で表される。

・・・（６）

＜試験機の構造ヒステリシスの損失エネルギー＞
車体４０のねじり変形における構造ヒステリシスの損失エネルギーを算出する場合、試験機４２そのものが有する構造ヒステリシスの損失エネルギーを除外する必要がある。

そこで、測定対象の車体４０と同等の剛性を有し、内部に摩擦が存在しない標準試験体に対してねじり変形の試験を実施し、その試験結果に基づいて、車体４０の構造ヒステリシスの損失エネルギーを算出する。

＜標準試験体の構成＞
図５に示すように、標準試験体７０は、一例として、長さ１０７５ｍｍ、一辺が１２５ｍｍの略正方形断面、板厚９．０ｍｍの角鋼管７２の両端に、Ｈ形鋼７４Ａ、７４Ｂがアーク溶接によって取り付けられた構成である。また、角鋼管７２及びＨ形鋼７４Ａ、７４Ｂは、車体４０と同等の剛性を有する。角鋼管７２及びＨ形鋼７４Ａ、７４Ｂには、例えば鉄が用いられるが、これに限られるものではない。このように、角鋼管７２とＨ形鋼７４Ａ、７４Ｂとは、アーク溶接によって接合されているため、その内部に摩擦は生じない。このため、標準試験体７０は、摩擦に起因する損失エネルギーは生じない。なお、標準試験体７０を鋳造により一体成形してもよい。

ここで、角鋼管７２のねじり剛性ＧＪについて説明する。例えば図６に示すように、角鋼管７２の断面の縦の長さをｈ、横の長さをｂ、厚みをｔ、断面積をＡ_０（＝ｈ×ｂ）、せん断弾性係数をＧ、ねじり定数をＪとすると、ＧとＪを乗算したねじり剛性ＧＪは次式で表される。

・・・（７）

この標準試験体７０を、図７に示すように、試験機４２にセットし、車体４０と同様にねじり変形の試験を実施する。すなわち、オフセットモーメントＭ_０から第２の負荷としてのモーメントＭを一定のモーメント速度で増加させ（載荷）、目的とする最大モーメントＭ_ｍａｘにおいて２秒間保持し、同じモーメント速度でオフセットモーメントＭ_０に至るまでモーメントＭを減少させ（除荷）、２秒間保持する。これを１サイクルとして、３サイクルを連続して行い、第２及び第３サイクルのデータに基づいて、第２の損失エネルギーを算出する。また、第２の変形量としての変位角θ_ｔｏｒを車体４０と同様に上記（２）式により算出する。

変位測定点６６ＦＲ、６６ＦＬ、６６ＲＲ、６６ＲＬは、図７に示すように、試験機４２の４本の垂直支持棒５４ＦＲ、５４ＦＬ、５４ＲＲ、５４ＲＬの締結部直上の４点である。

＜試験結果＞
図８には、最大モーメントＭ_ｍａｘ＝３［ｋＮｍ］における車体４０及び標準試験体７０の各々に対してねじり変形の試験を実施した結果の一例として、車体４０のヒステリシスループＬ１及び標準試験体７０のヒステリシスループＬ２を示した。図８において、横軸は変位角θ_ｔｏｒである。縦軸は、モーメントＭである。

車体４０そのものの損失エネルギーＥ_ｔｏｒは、試験機４２により測定した車体４０の変位角θ_ｔｏｒに基づいて上記（６）式により算出した損失エネルギーをＥ_ＢＤ、試験機４２により測定した標準試験体７０の変位角θ_ｔｏｒに基づいて上記（６）式により算出した損失エネルギーをＥ_ＳＴとして次式で表される。

Ｅ_ｔｏｒ＝Ｅ_ＢＤ－Ｅ_ＳＴ・・・（８）

これは、車体４０のヒステリシスループＬ１の面積から、標準試験体７０のヒステリシスループＬ２の面積を減算することに相当する。

また、ヒステリシスループＬ１を視覚的に分りやすく表した図９に示すように、試験機４２により車体４０に対して変位角θ_ｔｏｒを測定した場合、最大モーメントＭ_ｍａｘに至るまでのモーメントの積算値（図９においてハッチングで示す領域に相当）、すなわち仕事量は、車体４０のひずみエネルギーＷ_ｔｏｒを表す。そして、本実施形態では、次式で示すように、車体４０の損失エネルギーＥ_ｔｏｒを車体４０のひずみエネルギーＷ_ｔｏｒで除算した値を、車体４０の構造ヒステリシスＨ_ｔｏｒとして定義する。

・・・（９）

＜測定処理＞
以下、ＣＰＵ１２Ａで実行される構造ヒステリシス測定処理について図１０に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図１０に示す構造ヒステリシス測定処理は、例えば、ユーザーの操作により構造ヒステリシス測定プログラムの実行が指示された場合に、記憶部２０から構造ヒステリシス測定プログラムが読み込まれることにより実行される。

なお、構造ヒステリシス測定プログラムを実行する前に、試験機４２により車体４０及び標準試験体７０に対してねじり変形試験を実施する。すなわち、試験機４２により車体４０に第１の負荷としてのモーメントＭを徐々に載荷及び除荷して、車体４０の第１の変形量としての変形角θ_ｔｏｒを求め、構造ヒステリシス測定装置１０に入力する。また、試験機４２により標準試験体７０に第２の負荷としてのモーメントＭを徐々に載荷及び除荷して、標準試験体７０の第２の変形量としての変位角θ_ｔｏｒを求め、構造ヒステリシス測定装置１０に入力する。

ステップＳ１００では、試験機４２により車体４０に対してねじり変形試験を実施した結果として、車体４０に付与したモーメント毎の変形角θ_ｔｏｒを、例えば通信部１８を介して取得する。

ステップＳ１０２では、試験機４２により標準試験体７０に対してねじり変形試験を実施した結果として、標準試験体７０に付与したモーメント毎の変形角θ_ｔｏｒを、例えば通信部１８を介して取得する。

ステップＳ１０４では、ステップＳ１００で取得したモーメント毎の変位角θ_ｔｏｒから第１の損失エネルギーとしての車体４０の損失エネルギーＥ_ＢＤを上記（６）式により算出する。

ステップＳ１０６では、ステップＳ１０２で取得したモーメント毎の変位角θ_ｔｏｒから第２の損失エネルギーとしての標準試験体７０の損失エネルギーＥ_ＳＴを上記（６）式により算出する。

ステップＳ１０８では、ステップＳ１０４で算出した車体４０の損失エネルギーＥ_ＢＤから、ステップＳ１０６で算出した標準試験体７０の損失エネルギーＥ_ＳＴを減算することにより車体４０自体の損失エネルギーＥ_ｔｏｒを算出する。

ステップＳ１１０では、モーメントが最大モーメントに至るまでの仕事量、すなわち最大モーメントに至るまでのモーメントの積算値を、車体４０のひずみエネルギーＷ_ｔｏｒとして算出する。

ステップＳ１１２では、ステップＳ１０８で算出した車体４０の損失エネルギーＥ_ｔｏｒを、ステップＳ１１０で算出した車体４０のひずみエネルギーＷ_ｔｏｒで除算することにより、車体４０の構造ヒステリシスＨ_ｔｏｒを算出する。そして、算出した車体４０の構造ヒステリシスＨ_ｔｏｒを出力する。すなわち、算出した構造ヒステリシスＨ_ｔｏｒを表示部１６に表示させたり、記憶部２０に記憶させたりする。

例えば図１１に示すように、最大モーメントである３［ｋＮｍ］の場合における車体４０の損失エネルギーＥ_ＢＤが１２５［ｍＪ］、標準試験体７０の損失エネルギーＥ_ＳＴが７７［ｍＪ］であった場合、車体４０自体の損失エネルギーＥ_ｔｏｒは４８［ｍＪ］となる。そして、車体４０のひずみエネルギーＷ_ｔｏｒが９．３［Ｊ］であった場合、構造ヒステリシスＨ_ｔｏｒは、４８／（９．３×１０００）＝０．００５（０．５％）となる。

このように、本実施形態では、車体４０と、車体４０と同等の剛性を有する標準試験体７０と、に対して、試験機４２によりねじり変形試験を実施する。そして、ねじり変形試験の結果から得られたモーメント毎の変形角を用いて両者の損失エネルギーを算出し、車体４０の損失エネルギーから標準試験体７０の損失エネルギーを減算することで試験機４２の構造ヒステリシスの影響を除去する。これにより、試験機４２の構造ヒステリシスを除去して、車体４０自体が持つ構造ヒステリシスを測定することができる。

なお、本実施形態では、車体４０及び標準試験体７０に対してねじり変形試験を行う場合について説明したが、横曲げ変形を行ってもよい。この場合、例えば図１２に示すように、試験機４２Ａは、定盤４４上に４本の垂直支持棒５４ＦＲ、５４ＦＬ、５４ＲＲ、５４ＲＬが固定され、アクチュエータ５０により車体４０のフロント部に荷重ＦをＹ軸方向に加えて車体４０を横曲げ変形させる構成とする。そして、荷重Ｆを載荷及び除荷させて、車体４０の前後左右の骨格上に配置する変位測定点の左右方向変位（Ｙ軸方向変位）を、図示しないレーザ変位計を用いて測定する。

また、標準試験体７０については、図１３に示すように、標準試験体７０の前方に設けられた角鋼管７２Ａに対して、アクチュエータ５０により荷重ＦをＹ軸方向に加えて横曲げ変形させる。

横曲げ変形の試験では、ねじれ変形試験におけるモーメントＭが荷重Ｆに、Ｘ軸回りの変位角θ_ｔｏｒがＹ軸方向変位に置き換えられるだけである。すなわち、横曲げ変形では、第１の変形量は、車体４０のＹ軸方向の変位であり、第２の変形量は、標準試験体７０のＹ軸方向の変位である。その他はねじり変形の場合と同様であるため、ねじり変形の場合と同様に、図１１の処理によって車体４０自体の構造ヒステリシスＨ_ｔｏｒを算出することができる。

なお、本実施形態では、構造ヒステリシス測定プログラムが記憶部２０に予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、これに限定されない。構造ヒステリシス測定プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、及びＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）メモリ等の記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。また、構造ヒステリシス測定プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。

１０構造ヒステリシス測定装置
１２コントローラ
１４操作部
１６表示部
１８通信部
２０記憶部
２０Ａ構造ヒステリシス測定プログラム
３０取得部
３２損失エネルギー算出部
３４ひずみエネルギー算出部
３６構造ヒステリシス算出部
３８出力部
４０車体
４２、４２Ａ試験機
７０標準試験体
７０車体

Claims

コンピュータが、
試験機により車体に第１の負荷を徐々に載荷及び除荷して測定した前記車体の第１の変形量を取得し、
前記試験機により標準試験体に第２の負荷を徐々に載荷及び除荷して測定した前記標準試験体の第２の変形量を取得し、
前記第１の変形量に基づいて算出した第１の損失エネルギーから、前記第２の変形量に基づいて算出した第２の損失エネルギーを減算することにより前記車体の損失エネルギーを算出し、
前記第１の負荷が最大負荷に至るまでの仕事量を前記車体のひずみエネルギーとして算出し、
前記車体の損失エネルギーを前記ひずみエネルギーで除算することにより前記車体の構造ヒステリシスを算出し、
算出した前記車体の構造ヒステリシスを出力する
処理を実行する構造ヒステリシス測定方法。
前記コンピュータは、
前記第１の負荷の載荷を開始してから、除荷を終了するまでの過程における前記第１の変形量を積分した値を、前記第１の損失エネルギーとして算出し、
前記第２の負荷の載荷を開始してから、除荷を終了するまでの過程における前記第２の負荷を積分した値を、前記第２の損失エネルギーとして算出する
請求項１記載の構造ヒステリシス測定方法。
前記第１の負荷及び前記第２の負荷は、前記車体及び前記標準試験体にねじり変形を与えるためのモーメントであり、前記第１の変形量及び前記第２の変形量は、前記車体及び前記標準試験体にねじり変形を与えたときの変位角である
請求項１又は請求項２記載の構造ヒステリシス測定方法。
前記第１の負荷及び前記第２の負荷は、前記車体及び前記標準試験体に横曲げ変形を与えるための荷重であり、前記第１の変形量及び前記第２の変形量は、前記車体及び前記標準試験体に横曲げ変形を与えたときの変位である
請求項１又は請求項２記載の構造ヒステリシス測定方法。
前記標準試験体は、前記車体と同等の剛性を有し、内部に摩擦が存在しない構造体である
請求項１～４の何れか１項に記載の構造ヒステリシス測定方法。
試験機により車体に第１の負荷を徐々に載荷及び除荷して測定した前記車体の第１の変形量を取得する第１の取得部と、
前記試験機により標準試験体に第２の負荷を徐々に載荷及び除荷して測定した前記標準試験体の第２の変形量を取得する第２の取得部と、
前記第１の変形量に基づいて算出した第１の損失エネルギーから、前記第２の変形量に基づいて算出した第２の損失エネルギーを減算することにより前記車体の損失エネルギーを算出する損失エネルギー算出部と、
前記第１の負荷が最大負荷に至るまでの仕事量を前記車体のひずみエネルギーとして算出するひずみエネルギー算出部と、
前記車体の損失エネルギーを前記ひずみエネルギーで除算することにより前記車体の構造ヒステリシスを算出する構造ヒステリシス算出部と、
算出した前記車体の構造ヒステリシスを出力する出力部と、
を備えた構造ヒステリシス測定装置。