JP7389345B2 - 試験体支持具 - Google Patents

Description

本発明は、試験体支持具に関する。

従来、試験外力を、車体の部分構造を模擬した試験体に作用させる試験の際、その試験体を支持する試験体支持具があった。

しかしながら、従来の試験体支持具は、試験を実施する度に塑性させる構造であったため、交換に要するコストが過大となっていた。

特許第６０７０８６２号公報 特許第４９０２０２７号公報

本発明は、上記背景技術の問題点に鑑み、交換に要するコストを低減できる試験体支持具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体支持具は、車体の部分構造を模擬した試験体を支持する試験体支持具であって、ベース部材と、前記ベース部材の端部と剛体とを接続する剛体接続部材と、前記ベース部材における前記端部を除く中間部と前記試験体とを接続する試験体接続部材と、を備え、前記ベース部材及び前記剛体接続部材は、前記試験体が試験外力を受ける際に弾性変形するように設定され、前記試験体接続部材は、前記試験体が試験外力を受ける際に塑性変形するように設定され、前記剛体接続部材と前記ベース部材との間に、前記ベース部材を軸支する軸受部材を有する。
（２）上記（１）において、前記ベース部材は、棒状であってよい。
（３）上記（１）又は（２）において、前記試験体接続部材は、板状であってよい。
（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記試験体支持具は、前記試験体の両端を支持してよい。
（５）上記（４）において、前記中間部は、前記試験体の両端を通る方向の延長上に位置し、前記ベース部材の前記端部は、前記延長上から離れて位置してよい。
（６）上記（４）又は（５）において、前記試験体支持具は、前記試験体の両端を通る方向に対して対称な構造であってよい。

本発明によれば、交換に要するコストを低減できる試験体支持具を提供できる。

試験体支持具を用いた試験の状況を示す説明図である。 試験体支持具と試験体との関係を示す説明図である。 試験体支持具の斜視図である。

本発明の試験体支持具は、車体の部分構造を模擬した試験体を支持する試験体支持具である。本発明の試験体支持具は、ベース部材と、ベース部材の端部と剛体とを接続する剛体接続部材とベース部材における端部を除く中間部と試験体とを接続する試験体接続部材と、を備えている。ここで、ベース部材及び剛体接続部材は、試験体が試験外力を受ける際に弾性変形するように設定されている。そして、試験体接続部材は、試験体が試験外力を受ける際に塑性変形するように設定されている。これにより、試験体に試験外力を作用させた際に、試験体支持具のうち、試験体側の部分となる試験体接続部材が塑性変形して破損する代わりに、剛体側の部分となるベース部材及び剛体接続部材の変形を弾性域内に抑えることができる。したがって、試験体に試験外力を作用させた後に、次の試験に備えるためには、比較的交換容易又は低コストである、試験体支持具の副部となる試験体接続部材のみを交換すればよい。比較的交換困難又は高コストである、試験体支持具の主要部となるベース部材及び剛体接続部材を、試験の度に交換する必要をなくすことができる。よって、交換に要するコストを低減できる試験体支持具を提供できる。
以下、本発明の実施形態を説明する。

（実施形態）
図１は、試験体支持具１を用いた試験の状況を示す説明図である。図２は、試験体支持具１と試験体２との関係を示す説明図である。図３は、試験体支持具１の斜視図である。なお、図３において、試験体２及び試験体接続部材１３は、図示を省略されている。

図１に示すように、試験は、試験体支持具１によって支持された試験体２に対して、試験機３によって、試験外力Ｆを作用させるものである。
試験外力Ｆは、例えば、アクチュエータ（不図示）によって動作するインパクタ３０を、直接的に試験体２に対して接触させることにより、試験体２に作用する。試験外力Ｆは、例えば、想定する入力エネルギーを有するインパクタ３０が試験体２に衝突することによる衝撃荷重である。試験外力Ｆは、実際の車体の部分構造に作用する想定外力又は想定入力エネルギーに基づいて設定される。なお、通常、試験外力Ｆは、想定外力と同等となるように設定される。

試験体２は、車体の部分構造（不図示）を模擬したものである。試験体２は、例えば、サイドシル等のような、車体の部分構造を切り出したものである。試験体２は、例えば、実際のサイドシルを模擬した中空状の梁である。試験体２は、例えば、実際の車体におけるサイドシルの境界条件を模擬して、両端を、試験体支持具１によって、支持されている。

図１及び図２に示すように、試験体支持具１は、試験体２を支持している。試験体支持具１は、試験を実施する部屋を構成する鉛直面を有する壁のような、実質的に変形を無視できるような高い剛性を有する剛体Ｗに固定されている。
具体的には、試験体支持具１は、試験体２の両端を支持している。これにより、実際の車体における部分構造が、両端を支持されている梁の一部とみなせるような場合を、適切に模擬できる。

試験体支持具１は、試験体２の両端を通る方向（部材軸２ａに沿う方向）に対して対称な構造である。これにより、試験体支持具１の構造を簡素にでき、試験体支持具１の設計計算及び製造に係るコストを低減できる。
試験体支持具１は、好ましくは、試験体２の両端を通る方向に対して、試験外力Ｆの作用方向に垂直な方向において対称な構造である。これにより、試験体支持具１の挙動（変形モード）を、試験体２の両端を通る方向に対して、試験外力Ｆの作用方向に垂直な方向（試験外力Ｆと試験体２の部材軸２ａの方向とが水平面上で互いに垂直な関係である場合における鉛直方向）において対称にできる。よって、実際に車体の部分構造に想定外力（衝撃荷重）が作用した際に、その部分構造の部材軸２ａ周りの回転を伴うことのないような場合における境界条件を適切に模擬するように、試験体２を支持できる。

試験体支持具１は、ベース部材１１と、ベース部材１１の端部１１ｅと剛体Ｗとを接続する剛体接続部材１２と、ベース部材１１における端部１１ｅを除く中間部１１ｍと試験体２とを接続する試験体接続部材１３と、を備えている。試験体支持具１は、例えば、鋼製である。

ここで、ベース部材１１及び剛体接続部材１２は、試験体２が試験外力Ｆを受ける際に弾性変形するように設定されている。他方、試験体接続部材１３は、試験体２が試験外力Ｆを受ける際に塑性変形するように設定されている。これらにより、試験体２に試験外力Ｆを作用させた際に、試験体支持具１のうち、最も試験体側の部分となる試験体接続部材１３が塑性変形して過大な入力を緩衝する。その代わりに、試験体接続部材１３を除く、剛体Ｗ側の部分となるベース部材１１及び剛体接続部材１２の変形を弾性域内に抑えることができる。したがって、試験体２に試験外力Ｆを作用させた後に、次の試験に備えるためには、比較的交換容易又は低コストである、試験体支持具１の副部となる試験体接続部材１３のみを交換すればよい。そして、比較的交換困難又は高コストである、試験体支持具１の主要部となるベース部材１１及び剛体接続部材１２を、試験の度に交換する必要をなくすことができる。よって、交換に要するコストを低減できる試験体支持具１を提供できる。

中間部１１ｍは、試験体２の両端を通る方向の延長上に位置している。また、ベース部材１１の端部１１ｅは、その延長上から離れて位置している。具体的には、図１に示すように、例えば、試験体２の部材軸２ａとベース部材１１の部材軸１１ａの交点と、端部１１ｅの回転中心となる中心ｎとは、距離Ｄ離れている。これにより、実際の想定外力（衝撃荷重）が作用した際の車体における部分構造の曲げ変形を、試験外力Ｆが作用した際のベース部材１１の曲げ変形によって模擬できる。なお、試験体２の位置に対する中間部１１ｍの位置は、試験体２の両端を通る方向の延長上であることに限らず、実際の車体における部分構造の境界条件、変形モード等に応じて、適宜設定してよい。なお、試験体２の位置に対する端部１１ｅの位置は、試験体２の両端を通る方向の延長上から離れていることに限らず、実際の車体における部分構造の境界条件、変形モード等に応じて、適宜設定してよい。

（ベース部材１１）
ベース部材１１は、試験体２が試験外力Ｆを受ける際に弾性変形するように設定されている。ベース部材１１は、棒状であってよい。これにより、ベース部材１１を、高い曲げ剛性を備えたものにできる。したがって、試験体２を、高い曲げ剛性で支持できる。よって、試験外力Ｆによって大きな荷重が作用しても、ベース部材１１を弾性域内に抑えられるようにできる。ベース部材１１は、部材軸１１ａに沿って均質である。ベース部材１１は、部材軸１１ａに沿って均一な断面形状を有する直線状である。これにより、所望の曲げ剛性を有するベース部材１１を、簡易に設計できる。ベース部材１１は、円形状の中実断面であってよく、円形状の中空断面、すなわち、円環形状であってもよい。これにより、ベース部材１１が、部材軸１１ａの周りに回転しても、曲げ剛性が変わらないようにできる。

ベース部材１１の端部１１ｅは、ベース部材１１を軸支する軸受部材１４を介して、剛体接続部材１２に接続している。

ベース部材１１の中間部１１ｍは、被接続部材１５及び試験体接続部材１３を介して、試験体２に接続している。

（剛体接続部材１２）
剛体接続部材１２は、試験体２が試験外力Ｆを受ける際に弾性変形するように設定されている。剛体接続部材１２は、ベース部材１１の端部１１ｅと剛体Ｗとを接続している。
剛体接続部材１２は、試験を実施する部屋を構成する鉛直面を有する壁のような、実質的に変形を無視できるような高い剛性を有する剛体Ｗに固定されている。剛体接続部材１２は、例えば、ボルト等によって、剛体Ｗに対して強固に固定されている。

（試験体接続部材１３）
試験体接続部材１３は、試験体２が試験外力Ｆを受ける際に塑性変形するように設定されている。試験体接続部材１３は、図２に示すように、試験体２に対して直接的に接した状態で溶接等の手段によって固定される接続体１３１と、接続体１３１と被接続部材１５とを着脱自在に固定するボルト、ナット等の固定部材１３２と、を備えている。接続体１３１は、被接続部材１５（取付部１５ｃ）の外形状に合わせて、矩形状の板を断面がＬ字状になるように折り曲げて形成したような形状を有している。接続体１３１は、適宜、固定部材１３２を通すことが可能な通孔を有している。

（軸受部材１４）
試験体支持具１は、ベース部材１１を軸支する軸受部材１４を備えている。軸受部材１４は、球面軸受であることが好ましい。

軸受部材１４は、具体的には、ベース部材１１に対して直接的に固定されて、球面状の外側表面を有するブッシュ１４１と、ブッシュ１４１を内側に保持するとともに剛体接続部材１２に固定されて、ブッシュ１４１の外側表面の曲率と実質的に同じ曲率の球面状の内側表面を有する保持リング１４２と、を備えている。

ブッシュ１４１と保持リング１４２とは、適宜、グリス等の潤滑材を介して、互いに摺動自在に接している。ブッシュ１４１の外側表面の中心と保持リング１４２の内側表面の中心は、ベース部材１１の部材軸１１ａ上にある中心ｎで一致している。したがって、ブッシュ１４１は、保持リング１４２に対して、中心ｎを中心として回転できるようになっている。つまり、ブッシュ１４１を固定したベース部材１１の端部１１ｅは、中心ｎを中心として回転自在な状態で、剛体接続部材１２に支持されている。

このように、ベース部材１１は、軸受部材１４によって軸支されているため、ベース部材１１が曲げ変形する際に、ベース部材１１の端部１１ｅに生じるモーメントをほとんどなくすことができる。したがって、試験体２に試験外力Ｆが作用した際であっても、ベース部材１１の変形を弾性域内に抑えつつ、ベース部材１１を大きく変形させることができる。そして、試験体２の部材軸２ａから軸受部材１４の中心ｎまでの距離Ｄ及びベース部材１１の曲げ剛性（断面二次モーメント）を変化させることで、試験体支持具１の剛性を調節できる。よって、実際の車体の部分構造の境界部における、実際の車体の部分構造に作用する想定外力の方向への剛性を、試験体支持具１によって適切に模擬できる。

（被接続部材１５）
試験体支持具１は、中間部１１ｍに、試験体接続部材１３に対して、接続自在な被接続部材１５を備えている。被接続部材１５は、試験体２が試験外力Ｆを受ける際の変形が弾性域に抑えられるように設定されている。これにより、試験体支持具１における試験体接続部材１３と被接続部材１５との構造的な境界を、試験体２が試験外力Ｆを受ける際における弾性変形する部分と塑性変形する部分との境界とすることができる。

被接続部材１５は、図２及び図３に示すように、ベース部材１１に固定される固定部１５ｆと、固定部材１３２によって試験体接続部材１３の接続体１３１を取り付ける部分である取付部１５ｃと、を備えている。

固定部１５ｆは、ベース部材１１の部材軸１１ａの方向に対して垂直になるように固定された板状のものである。固定部１５ｆは、ベース部材１１に対して、例えば、溶接等によって固定されている。

取付部１５ｃは、固定部１５ｆに対して垂直になるように固定された板状のものである。取付部１５ｃは、固定部材１３２を挿通するための挿通孔を有している。取付部１５ｃは、試験体接続部材１３の接続体１３１に対向して接する取付面を有している。取付部１５ｃは、接続体１３１の形状に合わせて、Ｌ字状の断面を有する形状となっている。

このように、被接続部材１５の取付部１５ｃは、ベース部材１１の部材軸１１ａから所定の距離で離れた位置で、試験体接続部材１３の接続体１３１に取り付けられる。ここで、試験体２に試験外力Ｆが作用した際における試験体２は、ベース部材１１の部材軸１１ａを支軸（部材軸１１ａ方向に見た支点）として、試験外力Ｆの方向に曲げ変形することになる。よって、このベース部材１１の部材軸１１ａから取付部１５ｃまでの距離を調節することにより、試験体２に試験外力Ｆが作用した際における試験体２の曲げ変形の支軸を調節できる。よって、このような被接続部材１５を備えた試験体接続部材１３によれば、実際の車体における部分構造の挙動をより適切に模擬できる。

（試験方法）
次に、実施形態に係る試験体支持具１を用いた試験体２の試験方法について説明する。ここでは、実際の車体に側方から障害物が衝突した際における車体の部分構造であるサイドシルの挙動を評価する試験方法を想定する。そして、試験体支持具１を用いてサイドシルを模擬した試験体２を支持した状態で、試験体２に対して試験機３によって、試験外力Ｆを作用させる試験方法について説明する。
（１）まず、試験体２を準備する。試験体２に、試験体接続部材１３の接続体１３１を溶接等により固定する。
（２）試験体２に作用させる試験外力Ｆ又は入力エネルギーを、出力及び制御可能な試験機３を準備する。試験機３は、適宜、アクチュエータと、アクチュエータによって加速され、試験体２に直接的に接触するインパクタ３０を備えている。
（３）試験体支持具１を準備する。具体的には、実際のサイドシルの挙動に基づき、試験体支持具１を設計し、製造する。そして、その試験体支持具１を、試験を実施する部屋の壁（剛体Ｗ）に、試験体支持具１の剛体接続部材１２を強固に固定する。
（４）試験体支持具１により、試験体２を支持する。具体的には、試験体支持具１の被接続部材１５における取付部１５ｃに、固定部材１３２を介して、試験体接続部材１３における接続体１３１を取り付ける。
（５）試験外力Ｆの想定する作用点及び作用方向に基づき、試験体２と試験機３との位置関係を調節する。例えば、梁状の試験体２の部材軸２ａを横向きにし、試験機３のインパクタ３０の動作方向を試験体２の部材軸２ａに対して垂直になるような関係となるようにする。
（６）試験機３のインパクタ３０を試験体２に向けて動作させて、試験機３のインパクタ３０を試験体２に衝突させる（衝突工程）。すると、試験体２が変形する。他方、試験体支持具１においては、試験外力Ｆの作用によって塑性変形するようにあらかじめ設定された試験体接続部材１３（接続体１３１及び固定部材１３２）のみが塑性変形して、損傷する。その他の部材であるベース部材１１、剛体接続部材１２、軸受部材１４及び被接続部材１５は、弾性変形して、損傷を免れる。
（７）試験機３のインパクタ３０が停止した後、適宜、試験体２の変形及び反力、インパクタ３０の変形及び反力、試験体支持具１の変形及び反力等を測定する。なお、適宜、試験機３のインパクタ３０と試験体２とが接触する前から、試験機３のインパクタ３０が停止するまでの間において、試験体２の変形及び反力、インパクタ３０の変形及び反力、試験体支持具１の変形及び反力等を測定する。なお、変形又は反力は、試験機３のインパクタ３０と試験体２とが接触する前から、試験機３のインパクタ３０が停止した後まで、適宜の期間において、リアルタイムで測定されてもよい。
（８）試験体２と試験体支持具１とを分離する。また、試験体支持具１において弾性域内で変形して元に戻った弾性部と、塑性域まで変形して損傷した塑性部とを分離する。具体的には、例えば、試験体接続部材１３の固定部材１３２を切断することにより、塑性部である試験体接続部材１３の接続体１３１と、弾性部である被接続部材１５の取付部１５ｃとを分離する。続いて、損傷した塑性部である試験体接続部材１３（接続体１３１及び固定部材１３２）を、未使用の（新たな損傷していない）試験体接続部材１３（接続体１３１及び固定部材１３２）に交換する。そして、その未使用の（新たな損傷していない）試験体接続部材１３と使用済みの被接続部材１５とを結合して一体化して、新たな試験体支持具１を製造する。すなわち、使用済みの弾性部である剛体接続部材１２、軸受部材１４及び被接続部材１５は、再利用できる。
（９）新たな試験体支持具１を用いて新たな試験体２を支持した状態で、新たな試験体２に対して、上述の（１）から（７）で説明されたような試験を、新たに実施する。
このようにして、本実施形態に係る試験方法を実施する。本実施形態に係る試験方法によれば、試験の実施によって損傷する部分を試験体接続部材１３に集約させ、試験体支持具１の主要部の変形が弾性域に抑えられるように設定されているので、試験の度に試験体支持具１の主要部を交換する必要がない。したがって、試験を実施する度に試験体支持具１の主要部を交換することなく、繰り返し再利用できる。よって、交換に要するコストを低減できる試験体支持具１を提供できる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、ベース部材１１の端部１１ｅを、軸受部材１４を介して剛体接続部材１２で支持した試験体支持具１の構造を説明した。しかしながら、試験体支持具１の構造は、ベース部材１１の端部１１ｅを、軸受部材１４を介すことなく、直接的に、剛体接続部材１２に剛結したものであってもよい。

１ 試験体支持具
２ 試験体
２ａ 部材軸
３ 試験機
３０ インパクタ
１１ ベース部材
１１ａ 部材軸
１１ｅ 端部
１１ｍ 中間部
１２ 剛体接続部材
１３ 試験体接続部材
１４ 軸受部材
１５ 被接続部材
１５ｃ 取付部
１５ｆ 固定部
１３１ 接続体
１３２ 固定部材
１４１ ブッシュ
１４２ 保持リング
Ｄ 距離
Ｆ 試験外力
ｎ 中心
Ｗ 剛体

Claims (6)

1. 車体の部分構造を模擬した試験体を支持する試験体支持具であって、
   前記試験体支持具は、
   ベース部材と、
   前記ベース部材の端部と剛体とを接続する剛体接続部材と、
   前記ベース部材における前記端部を除く中間部と前記試験体とを接続する試験体接続部材と、を備え、
   前記ベース部材及び前記剛体接続部材は、前記試験体が試験外力を受ける際に弾性変形するように設定され、
   前記試験体接続部材は、前記試験体が試験外力を受ける際に塑性変形するように設定され、
   前記剛体接続部材と前記ベース部材との間に、前記ベース部材を軸支する軸受部材を有する
   ことを特徴とする試験体支持具。
2. 前記ベース部材は、棒状である
   ことを特徴とする請求項１に記載の試験体支持具。
3. 前記試験体接続部材は、板状である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の試験体支持具。
4. 前記試験体支持具は、前記試験体の両端を支持する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の試験体支持具。
5. 前記中間部は、前記試験体の両端を通る方向の延長上に位置し、
   前記ベース部材の前記端部は、前記延長上から離れて位置することを特徴とする請求項４に記載の試験体支持具。
6. 前記試験体支持具は、前記試験体の両端を通る方向に対して対称な構造であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の試験体支持具。

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