KR101622584B1 - 패널 부품 평가 방법, 패널 부품 평가 장치 및 자동차용 패널 부품의 제조 방법 - Google Patents

패널 부품 평가 방법, 패널 부품 평가 장치 및 자동차용 패널 부품의 제조 방법 Download PDF

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KR101622584B1
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타카시 이와마
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Abstract

디자인된 자동차용 패널 부품을 시작(試作)할 때에 캐릭터 라인 상 혹은 캐릭터 라인 근방의 인장 강성이나 좌굴 하중을 용이하게 평가할 수 있는 패널 부품 평가 방법을 제공한다. 2개의 곡면으로 구성되는 캐릭터 라인을 갖는 자동차용 패널 부품을 평가하는 패널 부품 평가 방법으로서, 상기 자동차용 패널 부품의 판두께와, 상기 2개의 곡면의 곡률 반경과, 상기 캐릭터 라인의 열림각에 기초하여, 자동차용 패널 부품을 평가한다.

Description

패널 부품 평가 방법, 패널 부품 평가 장치 및 자동차용 패널 부품의 제조 방법{PANEL PART EVALUATION METHOD, PANEL PART EVALUATION DEVICE, AND METHOD FOR MANUFACTURING PANEL PART FOR AUTOMOBILES}
본 발명은, 도어 패널(doors panel), 후드 패널(hood panel), 루프 패널(roof panel) 등의 자동차용 패널 부품(panel part for automobiles)을 제조할 때에 적용되는 패널 부품 평가 방법(panel part evaluation method)과 패널 부품 평가 장치(panel part evaluation device)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 도어 패널, 후드 패널, 루프 패널 등의 자동차용 패널 부품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 도어 패널 등의 자동차용 패널 부품은, 강판 등의 금속판을 프레스 성형하여 제조된다. 이러한 자동차용 패널 부품에 요구되는 특성 중 하나에 인장 강성이 있고, 이 인장 강성(tensile rigidity)을 높이거나 의장(design)성을 높이거나 할 목적으로, 캐릭터 라인(character lines)이라고 불리는 절곡부를 패널 부품에 배치하는 것이 종래부터 행해지고 있다.
그러나, 캐릭터 라인을 배치할 때의 문제로서, 「좌굴」(buckling)이 있다. 여기에서 말하는 「좌굴」이란, 캐릭터 라인 상 또는 캐릭터 라인 근방에 부하가 걸렸을 때, 부하가 좌굴 하중을 초과했을 때에, 캐릭터 라인이 접혀 버리는 현상이며, 캐릭터 라인이 접힐 때에, 패널 부품이 푹하고 꺼지거나 튀어오르는 바와 같이 한번에 변형되기 때문에, 좌굴이라고 불리고 있다.
캐릭터 라인을 배치하는 것에 의한 인장 강성의 향상 효과는 높은 편이 좋고, 또한, 좌굴 하중도 높은 편이 좋다. 그러나, 캐릭터 라인을 배치했을 때의 인장 강성과 좌굴 하중에 대해서는 예측하는 수단이 없다. 그 때문에, 종래에는, 디자인된 패널 부품에 대하여 시작(試作)을 행하고, 시작된 패널 부품의 인장 강성과 좌굴 하중을 측정하고, 그 측정값을 목표값과 비교하여 시작품의 양부(良否)를 판단하고 있다.
이 경우, 인장 강성 및 좌굴 하중의 측정값이 목표값보다 낮은 경우에는 디자인부터 다시 만들거나, 패널 부품의 이측(裏側)에 보강 부재를 배치하거나 할 필요가 있다. 그 때문에, 자동차용 패널 부품의 디자인으로부터 양산화까지 장기간을 필요로 한다는 문제가 있다. 또한, 자동차용 패널 부품의 이측에 보강 부재를 배치하여 인장 강성을 확보하는 방법에서는, 자동차용 패널 부품의 경량화를 저해한다는 문제가 있다.
그런데, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에는, 패널 부품의 형상으로부터 강성을 예측하는 기술이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는, 판 부재의 소정 점에 대하여 부하를 가했을 때의 당해 판 부재의 부하 방향의 내(耐)하중량으로서 덴트(dent) 강성을 예측하는 기술이 기재되어 있다.
일본특허공보 제3786171호 일본공개특허공보 평7-33048호 일본공개특허공보 2011-158270호
그러나, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재된 기술에서는, 캐릭터 라인과 같이 패널 형상이 급격하게 변화하고 있는 부분의 인장 강성에 대해서는 예측이 곤란하고, 좌굴 하중에 대해서도 예측할 수 없다는 문제가 있다.
또한, 특허문헌 3에 기재된 기술에서는, 덴트 강성을 예측하기 위해 캐릭터 라인의 위치를 변수로 하고 있기 때문에, 캐릭터 라인 그 자체의 강성에 대해서는 예측할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 디자인된 자동차용 패널 부품을 시작할 때에 캐릭터 라인 상 혹은 캐릭터 라인 근방의 인장 강성이나 좌굴 하중과 같은 자동차용 패널의 성능을 용이하게 평가할 수 있는 패널 부품 평가 방법 및 패널 부품 평가 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 자동차용 패널 부품을 디자인하고 나서 양산화되기까지 필요로 하는 기간의 단축과 비용의 저감을 도모할 수 있는 자동차용 패널 부품의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 이하와 같은 특징을 갖고 있다.
[1] 2개의 곡면으로 구성되는 캐릭터 라인을 갖는 자동차용 패널 부품을 평가하는 패널 부품 평가 방법으로서, 상기 자동차용 패널 부품의 판두께와, 상기 2개의 곡면의 곡률 반경과, 상기 캐릭터 라인의 열림각에 기초하여, 자동차용 패널 부품을 평가하는 패널 부품 평가 방법.
[2] 상기 캐릭터 라인은, 2개의 볼록 곡면으로 구성되고,
상기 자동차용 패널 부품의 판두께와, 상기 2개의 볼록 곡면의 곡률 반경의 대수적(對數積)과, 상기 캐릭터 라인의 열림각에 기초하여, 상기 자동차용 패널 부품의 좌굴 하중을 예측하는 [1]에 기재된 패널 부품 평가 방법.
[3] 상기 캐릭터 라인은, 2개의 볼록 곡면으로 구성되고,
상기 자동차용 패널 부품의 좌굴 하중을 하기식으로부터 예측하는 [1] 또는 [2]에 기재된 패널 부품 평가 방법.
P＝(t2/e1)×((a1×θ＋b1)×q＋(c1×θ＋d1))
단,
P: 좌굴 하중(N),
t: 자동차용 패널 부품의 판두께(㎜),
θ: 캐릭터 라인의 열림각(°),
q: q＝ln(R1)×ln(R2),
R1, R2: 자동차용 패널 부품의 캐릭터 라인을 구성하는 2개의 볼록 곡면의 곡률 반경(㎜),
a1∼e1: 정수.
[4] 상기 캐릭터 라인은, 2개의 볼록 곡면으로 구성되고,
상기 자동차용 패널 부품의 판두께와, 상기 2개의 볼록 곡면의 곡률 반경과, 상기 캐릭터 라인의 열림각과, 상기 캐릭터 라인의 정점부의 곡률 반경에 기초하여, 상기 자동차용 패널 부품의 인장 강성을 예측하는 [1]에 기재된 패널 부품 평가 방법.
[5] 상기 자동차용 패널 부품의 인장 강성을 하기식으로부터 예측하는 것을 특징으로 하는 [1] 또는 [4]에 기재된 패널 부품 평가 방법.
P'＝(t2/e2)×(a2×q＋b2×θ＋c2×Rt＋d2)
단,
P': 인장 강성(N/㎜)
t: 자동차용 패널 부품의 판두께(㎜),
q: q＝ln(R1)×ln(R2),
R1, R2: 자동차용 패널 부품의 캐릭터 라인을 구성하는 2개의 볼록 곡면의 곡률 반경(㎜),
θ: 캐릭터 라인의 열림각(°),
Rt: 캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경(㎜),
a2∼e2:정수.
[6] 상기 캐릭터 라인은, 볼록 곡면과 오목 곡면으로 구성되고,
상기 자동차용 패널 부품의 판두께와, 상기 볼록 곡면과 오목 곡면의 곡률 반경의 대수적과, 상기 캐릭터 라인의 열림각에 기초하여, 상기 자동차용 패널 부품의 인장 강성을 예측하는 것을 특징으로 하는 [1]에 기재된 패널 부품 평가 방법.
[7] 상기 캐릭터 라인은, 볼록 곡면과 오목 곡면으로 구성되고,
상기 자동차용 패널 부품의 인장 강성을 하기식으로부터 예측하는 것을 특징으로 하는 [1] 또는 [6]에 기재된 패널 부품 평가 방법.
P'＝P0'×(t2/g)×(h×Rt＋i)
단,
P': 인장 강성(N/㎜)
P0': P0'＝(a×α＋b)×(180－θ)2＋(c×β＋d)×(180－θ)＋(e×γ＋f),
α: α＝ln(R1)×ln(R2),
β: β＝(ln(R2))2/ln(R1),
γ: γ＝(ln(R1))2/ln(R2),
θ: 캐릭터 라인의 열림각(°),
R1, R2: 자동차용 패널 부품의 캐릭터 라인을 구성하는 볼록 곡면과 오목 곡면의 곡률 반경(㎜),
t: 자동차용 패널 부품의 판두께(㎜),
Rt: 캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경(㎜),
a∼i: 정수.
[8] 2개의 곡면으로 구성되는 캐릭터 라인을 갖는 자동차용 패널 부품을 평가하는 패널 부품 평가 장치로서, 상기 2개의 곡면의 곡률 반경의 대수적을 연산하는 대수적 연산부와, 당해 대수적 연산부에서 산출된 대수적과 상기 자동차용 패널 부품의 판두께 및 상기 캐릭터 라인의 열림각에 기초하여, 상기 자동차용 패널 부품을 평가하는 평가부를 구비하는 패널 부품 평가 장치.
[9] 상기 캐릭터 라인은, 2개의 볼록 곡면으로 구성되고,
상기 평가부는, 상기 대수적 연산부에서 산출된 대수적, 상기 자동차용 패널 부품의 판두께, 상기 캐릭터 라인의 열림각 및 상기 캐릭터 라인의 정점부의 곡률 반경에 기초하여 상기 자동차용 패널 부품의 인장 강성을 연산하는 인장 강성 연산부를 구비한 [8]에 기재된 패널 부품 평가 장치.
[10] [1] 내지 [7]에 기재된 방법에 의해 예측된 좌굴 하중 및/또는 인장 강성의 예측값을 목표값과 비교하여, 예측값이 목표값 이상에 도달한 후에, 상기 자동차용 패널 부품의 시작을 행하는 자동차용 패널 부품의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 디자인된 자동차용 패널 부품을 시작할 때에 캐릭터 라인 상 혹은 캐릭터 라인 근방의 인장 강성이나 좌굴 하중과 같은 자동차용 패널의 성능을 용이하게 평가할 수 있다.
도 1은 본 발명의 자동차용 패널 부품 평가 장치의 개요를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 패널 부품 평가 방법을 적용하는 자동차용 패널 부품의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 나타내는 자동차용 패널 부품의 유한 요소 해석 모델을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 A-A' 단면을 나타내는 도면이다.
도 5는 자동차용 패널 부품의 캐릭터 라인 상에 원통형 압자를 눌러대었을 때의 하중-변위 곡선을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 패널 부품 평가 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 자동차용 패널 부품의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 8은 종래 방법을 적용한 경우에 있어서의 자동차용 패널 부품의 디자인 종료에서 양산화까지 필요한 기간을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태 1을 적용한 경우에 있어서의 자동차용 패널 부품의 디자인 종료에서 양산화까지 필요한 기간을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 자동차용 도어 패널의 일 예를 나타내는 사시도이다.
도 11은 도 10에 나타내는 자동차용 도어 패널의 평면도이다.
도 12는 도 11에 나타내는 도어 패널의 인장 강성을 측정하는 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 13은 도어 패널의 이면측에 배치되는 보강 부재의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 13에 나타내는 보강 부재의 배치 위치를 나타내는 도면이다.
도 15는 도 11에 나타내는 도어 패널의 캐릭터 라인의 일 예를 나타내는 평면도이다.
도 16은 자동차용 패널 부품의 캐릭터 라인을 구성하는 2개의 볼록 곡면의 곡률 반경을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 패널 부품 평가 방법을 적용하는 자동차용 패널 부품의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 18은 실시 형태 2에 있어서의 자동차용 도어 패널의 유한 요소 모델의 단면을 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시 형태 2에 따른 패널 부품 평가 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 20은 자동차용 패널 부품의 캐릭터 라인이 볼록 곡면과 오목 곡면으로 구성되는 경우의 볼록 곡면과 오목 곡면의 곡률 반경을 설명하기 위한 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
본 발명에 따른 패널 부품 평가 방법은, 2개의 곡면으로 구성되는 캐릭터 라인을 갖는 자동차용 패널 부품을 평가하는 패널 부품 평가 방법이다. 이 패널 부품 평가 방법은, 자동차용 패널 부품의 판두께와, 2개의 곡면의 곡률 반경과, 캐릭터 라인의 열림각에 기초하여, 자동차용 패널 부품을 평가한다.
도 1은, 본 발명에 따른 패널 부품 평가 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 본 발명에 따른 패널 부품 평가 장치는, 2개의 곡면으로 구성되는 캐릭터 라인을 갖는 자동차용 패널 부품을 평가하는 장치이다. 패널 부품 평가 장치(100)는, 캐릭터 라인을 구성하는 2개의 곡면의 곡률 반경의 대수적을 연산하는 대수적 연산부(101)와, 대수적 연산부(101)에서 산출된 대수적과 자동차용 패널 부품의 판두께 및 캐릭터 라인의 열림각(opening angle)에 기초하여, 자동차용 패널 부품을 평가하는 평가부(102)를 갖고 있다. 대수적 연산부(101) 및 평가부(102)는, 예를 들면, CPU를 구비한 컴퓨터 장치 및, 당해 컴퓨터 장치에 인스톨된 소프트웨어에 의해 실현된다.
캐릭터 라인을 구성하는 2개의 곡면의 조합으로서는, 볼록 곡면과 볼록 곡면, 볼록 곡면과 오목 곡면, 오목 곡면과 오목 곡면의 3종류를 생각할 수 있다. 실시 형태 1에 따른 패널 부품 평가 방법 및 패널 부품 평가 장치에서는, 캐릭터 라인이 2개인 볼록 곡면에 의해 구성된 자동차용 패널 부품을 평가 대상으로 하고 있다. 실시 형태 2에 따른 패널 부품 평가 방법 및 패널 부품 평가 장치는, 캐릭터 라인이 볼록 곡면과 오목 곡면으로 구성된 자동차용 패널 부품을 평가 대상으로 하고 있다.
[실시 형태 1]
도 2는, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 패널 부품 평가 방법을 적용하는 자동차용 도어 패널의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 2에 나타나는 자동차용 패널 부품(1)은, 캐릭터 라인(2) 및 손잡이용 엠보싱(3)(Emboss for handles)을 갖고 있다. 캐릭터 라인(2)은, 2개의 볼록 곡면(4, 11)에 의해 구성되어 있다.
도 3은, 도 2에 나타내는 자동차용 패널 부품의 유한 요소 해석 모델을 나타내는 도면, 도 4는 도 3의 A-A' 단면을 나타내는 도면, 도 5는 캐릭터 라인 상에 원통형 압자(cylinder type penetrator)를 눌러대었을 때의 하중-변위 곡선을 나타내는 도면이다.
또한, 도 4의 A-A' 단면은, 예를 들면, 캐릭터 라인이 연장되는 방향에 수직인 단면으로 할 수 있다. 그러나, 캐릭터 라인이 연장되는 방향에 수직인 단면이 아닌 경우라도, 정수를 적절하게 정함으로써, 좌굴 하중이나 인장 강성을 예측하는 것이 가능하다.
본 발명자들은, 자동차용 패널 부품의 형상 치수와 인장 강성 및 좌굴 하중과의 상관을 조사하기 위해, 도 3에 나타내는 유한 요소 해석 모델을 작성했다.
구체적으로는, 도 4에 나타내는 볼록 곡면(4, 11)의 곡률 반경(R1, R2)을 500㎜∼3000㎜, 도 4에 나타내는 캐릭터 라인(2)의 열림각(θ)을 165°∼175°, 도 4에 나타내는 캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경(Rt)을 5㎜∼60㎜, 자동차용 패널 부품의 판두께(t)를 0.55㎜∼0.80㎜의 범위에서 변화시키고, 모델 전체의 투영 면적이 1100㎜×800㎜인 유한 요소 해석 모델을 작성했다.
여기에서 말하는 캐릭터 라인의 열림각이란, 캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경부와 볼록 곡면(4, 11)과의 경계부에 있어서의 2개의 접선(6a, 6b)이 이루는 각도이다. 또한, 캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경이란, 볼록 곡면(4)과 볼록 곡면(11)과의 사이의 곡면부의 곡률 반경이다.
캐릭터 라인을 구성하는 2개의 곡면이 캐릭터 라인으로부터 수직으로 150㎜이내의 범위에서 일률적으로 볼록 형상을 이루고 있는 경우는, 예를 들면 도 16에 나타내는 바와 같이, 캐릭터 라인의 정점(점 A, a), 캐릭터 라인으로부터 수직으로 150㎜ 떨어진 지점(점 C, c), 캐릭터 라인으로부터 수직으로 75㎜ 떨어진 지점(점 B, b)의 3점을 통과하는 원의 반경을, 캐릭터 라인을 구성하는 2개의 볼록 곡면의 곡률 반경으로서 정의할 수 있다. 점 C, c의 위치를 캐릭터 라인으로부터 수직으로 150㎜ 떨어진 위치로 한 이유는, 캐릭터 라인으로부터 150㎜ 이상 떨어진 위치에서 곡률이 변화해도, 캐릭터 라인의 강성에 영향을 미치지 않기 때문이다.
마찬가지로, 캐릭터 라인의 정점(점 A, a), 캐릭터 라인으로부터 수직으로 75㎜ 떨어진 지점(점 B, b)의 3점을 통과하는 원의 반경을, 캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경으로서 정의할 수 있다.
유한 요소 해석 모델의 작성은, Altair사의 Hyper Mesh를 이용하여 행했다. 해석 모델의 메시 사이즈는 캐릭터 라인 근방이 0.5㎜, 패널 단부(端部)가 5㎜, 그 중간은 매끄럽게 메시가 연결되는 바와 같은 사이즈로 했다. 요소는 쉘(shell) 요소를 이용하여 해석 모델의 4변을 병진(倂進) 구속으로 했다.
본 발명자들은, 다음으로, 직경 45㎜의 원통형 압자를 본뜬 해석 모델을 작성하고, 이 모델을 도 3에 나타내는 모델의 캐릭터 라인 상에 눌러댐으로써, 도 5에 나타내는 하중-변위 곡선을 작성했다. 작성한 하중-변위 곡선에 나타나는 최초의 극값을 좌굴 하중으로 하고, 자동차용 패널 부품이 0.0㎜로부터 0.5㎜로 변위할 때의 하중-변위 곡선의 기울기를 인장 강성으로 하여 해석했다. 그 결과, 자동차용 패널 부품의 좌굴 하중(P)과 인장 강성(P')을 다음식으로부터 예측할 수 있다는 인식을 얻었다. 해석에는 LS-DYNA ver971d R3.2.1을 이용하고, 정적 음해법(static implicit method)을 행했다.
P＝(t2/e1)×((a1×θ＋b1)×q＋(c1×θ＋d1)) ‥‥(1)
P'＝(t2/e2)×(a2×q＋b2×θ＋c2×Rt＋d2) ‥‥(2)
q＝ln(R1)×ln(R2) ‥‥(3)
단, t: 자동차용 패널 부품의 판두께(㎜), R1, R2: 자동차용 패널 부품의 캐릭터 라인을 구성하는 2개의 볼록 곡면의 곡률 반경(㎜), θ: 캐릭터 라인의 열림각(°), Rt: 캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경(㎜), a1∼e1, a2∼e2: 정수.
또한, 정수(a1∼e1, a2∼e2)의 값은 시험에 이용하는 압자 형상에 의해 변화하는 것이지만, 시험 및 해석에 의해 얻어지는 것이다.
도 6은, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 패널 부품 평가 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 패널 부품 평가 장치(51)는, 자동차용 패널 부품의 판두께(t), 볼록 곡면(4, 11)의 곡률 반경(R1, R2), 캐릭터 라인 열림각(θ) 및 캐릭터 라인 정점부 곡률 반경(Rt)을 입력하기 위한 입력부(52)와, 입력부(52)에 입력된 곡률 반경(R1, R2)의 대수적(ln(R1)×ln(R2))을 연산하는 대수적 연산부(53)와, 대수적 연산부(53)에서 산출된 대수적에 기초하여 자동차용 패널 부품의 좌굴 하중을 식 (1)로부터 연산하는 좌굴 하중 연산부(54)와, 좌굴 하중 연산부(54)에서 산출된 좌굴 하중을 목표값과 비교하는 비교부(55)를 구비하고 있다. 대수적 연산부(53), 좌굴 가중 연산부(54), 인장 강성 연산부(56) 및, 비교부(55, 57)는, 예를 들면, CPU를 구비한 컴퓨터 장치 및, 당해 컴퓨터 장치에 인스톨된 소프트웨어에 의해 실현된다.
패널 부품 평가 장치(51)는 대수적 연산부(53)에서 산출된 대수적에 기초하여 자동차용 패널 부품의 인장 강성을 식 (2)로부터 연산하는 인장 강성 연산부(56)와, 인장 강성 연산부(56)에서 산출된 인장 강성을 목표값과 비교하는 비교부(57)와, 비교부(55, 57)의 비교 결과를 출력하는 출력부(58)를 구비하고 있다.
도 7은, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 자동차용 패널 부품의 제조 방법을 나타내는 도면이다. 도어 패널 등의 자동차용 패널 부품은 디자인, 설계 및 시작을 거쳐 제조되지만, 본 발명의 실시 형태 1에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 자동차용 패널 부품의 디자인과 설계를 디자인 공정 S1 및 설계 공정 S2에서 행한 후, 스텝 S3으로 진행되고, 자동차용 패널 부품의 좌굴 하중(P)과 인장 강성(P')을 식 (1) 및 식 (2)로부터 예측한다.
이 경우, 자동차용 패널 부품의 판두께(t), 볼록 곡면(4, 11)의 곡률 반경(R1, R2), 캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경(Rt)을 도 6에 나타내는 패널 부품 평가 장치(51)의 입력부(52)에 입력하면, 좌굴 하중(P)이 패널 부품 평가 장치(51)의 좌굴 하중 연산부(54)에서 산출됨과 함께, 인장 강성(P')이 패널 부품 평가 장치(51)의 인장 강성 연산부(56)에서 산출된다.
스텝 S3에서 자동차용 패널 부품의 좌굴 하중(P)과 인장 강성(P')을 예측한 후, 스텝 S4로 진행되어, 좌굴 하중(P) 및 인장 강성(P')의 예측값을 각각의 목표값과 비교한다. 좌굴 하중(P) 및 인장 강성(P')의 예측값 중 어느 것이 목표값보다 작은 경우는 스텝 S2로 되돌아와, 좌굴 하중(P) 및 인장 강성(P')이 목표값 이상이 되도록 자동차용 패널 부품의 설계를 재차 행한다.
좌굴 하중(P) 및 인장 강성(P')의 예측값이 목표값 이상인 경우는, 스텝 S5로 진행되어, 자동차용 패널 부품의 시작을 행한다. 시작된 자동차용 패널 부품의 형상 등을 체크한 후에 스텝 S6으로 진행되어, 자동차용 패널 부품의 양산을 행한다.
좌굴 하중(P) 및 인장 강성(P')을 정밀도 좋게 예측하기 위해서는, 볼록 곡면(4, 11)의 곡률 반경(R1, R2)은 500㎜ 이상 3000㎜ 이하인 것이 바람직하고, 캐릭터 라인(2)의 열림각(θ)은 165° 이상 175° 이하인 것이 바람직하다. 또한, 캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경(Rt)은 5㎜ 이상 100㎜ 이하인 것이 바람직하고, 판두께는 0.5㎜ 이상 1.2㎜ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 좌굴 하중과 인장 강성을 예측하는 경우는, 판두께(t), 캐릭터 라인 열림각(°), 볼록 곡면(4, 11)의 곡률 반경(R1, R2), 캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경(Rt)을 컴퓨터에 입력하여 자동차용 패널 부품의 좌굴 하중과 인장 강성을 예측하는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 자동차용 패널 부품을 시작하기 전에, 자동차용 패널 부품의 좌굴 하중과 인장 강성을 식 (1) 및 식 (2)로부터 예측함으로써, 디자인된 자동차용 패널 부품을 시작할 때에 캐릭터 라인 상 혹은 캐릭터 라인 근방의 인장 강성이나 좌굴 하중을 용이하게 평가할 수 있음과 함께, 자동차용 패널 부품의 좌굴 하중과 인장 강성이 목표값에 도달할 때까지 자동차용 패널 부품의 시작을 반복하여 행할 필요가 없다.
따라서, 좌굴 하중 및 인장 강성의 예측값을 각각 목표값과 비교하여, 좌굴 하중 및 인장 강성의 예측값이 목표값 이상이 되었을 때에 자동차용 패널 부품의 시작을 행함으로써, 자동차용 패널 부품을 디자인하고 나서 양산화를 필요로 할 때까지의 기간의 단축과 비용의 저감을 도모할 수 있다.
자동차용 패널 부품을 제조하는 경우, 종래에는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 디자인 후에 설계, 시작과 진행, 시작을 거쳐 좌굴 하중, 인장 강성의 판정을 행한다. 판정의 결과, 특성이 충분하지 않으면 디자인, 설계로 되돌아와, 수정이 필요해진다. 이때, 금형 수정 등도 필요해진다. 그 때문에, 일반적으로 「재설계→금형 수정→시작」의 루프에는 2개월 이상의 기간은 필요해진다. 또한, 이 루프를 거쳤다고 해도 좌굴 하중, 인장 강성은 재차의 시작을 행할 때까지는 판명되지 않기 때문에, 좌굴 하중, 인장 강성이 기대하는 값이 될 때까지 「재설계→금형 수정→시작」의 루프를 계속 거칠 필요가 있다. 만일 3회 루프를 거친 경우, 디자인 종료에서 양산화까지 필요한 기간은 24개월 정도가 된다.
한편, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 자동차용 패널 부품 평가 방법을 적용함으로써, 도 9에 나타내는 바와 같이, 인장 강성, 좌굴 하중의 추측이, 패널 형상이 결정되는 단계, 즉 디자인, 설계의 단계에서 가능해진다. 이에 따라, 종래, 좌굴 하중, 인장 강성이 기대하는 값을 충족하고 있지 않은 경우에 필요했던 「재설계→금형 수정→시작」의 루프로부터, 특히 시간과 수고가 필요한 금형 수정, 시작의 공정을 생략하고, 「재설계」만으로 끝나게 된다.
따라서, 실시 형태 1에 따른 자동차용 패널 부품 평가 방법을 적용한 경우는 만일 3회 루프를 거친 경우, 디자인 종료에서 양산화할 때까지 필요한 기간은 19개월 정도가 되고, 종래의 공정을 거친 경우와 비교하여 21％ 기간을 단축하는 것이 가능해진다. 그에 따라 금형 수정 등의 공수도 삭감하는 것이 가능해진다.
실시 형태 1에 따른 자동차용 패널 부품 평가 방법을 디자인 단계부터 적용함으로써, 의장의 자유도를 높이는 효과도 기대할 수 있다. 종래에는, 캐릭터 라인을 배치하는 것에 의한 인장 강성의 향상 효과나 좌굴 하중이 명백해지지 않았었다. 그 때문에, 본 발명을 이용함으로써, 패널 상의 임의의 위치에 캐릭터 라인을 배치하고 싶은 경우에, 그 위치의 인장 강성, 좌굴 하중을 기대하는 값으로 하기 위한 캐릭터 라인을 구성하는 면의 곡률 반경 및, 캐릭터 라인의 열림각, 캐릭터 라인의 선단 곡률 반경의 조합을 결정하는 것이 가능해진다.
자동차용 패널 부품의 이측에 보강 부재를 배치하여 인장 강성을 확보할 필요도 없기 때문에, 자동차용 패널 부품의 경량화를 도모할 수 있다.
전술한 본 발명의 일 실시 형태에서는, 자동차용 패널 부품의 좌굴 하중과 인장 강성을 예측했지만, 인장 강성만을 예측해도 좋다. 또한, 좌굴 하중과 인장 강성의 예측값을 각각 목표값과 비교했지만, 인장 강성의 예측값만을 목표값과 비교하여, 인장 강성의 예측값이 목표값 이상에 도달한 후에 자동차용 패널 부품의 시작을 행해도 좋다.
도 6에 나타내는 실시 형태 1에 따른 장치에서는, 자동차용 패널 부품의 좌굴 하중을 연산하는 좌굴 하중 연산부(54)와, 자동차용 패널 부품의 인장 강성을 연산하는 인장 강성 연산부(56)를 구비한 것을 예시했지만, 좌굴 하중 연산부(54) 및 인장 강성 연산부(56) 중 어느 한쪽만을 구비한 것이라도 좋다.
[실시 형태 2]
도 17은, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 패널 부품 평가 방법을 적용하는 자동차용 도어 패널의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 17에 나타나는 자동차용 패널 부품(1)은 캐릭터 라인(2) 및 손잡이용 엠보싱(3)을 갖고, 캐릭터 라인(2)은 볼록 곡면(4)과 오목 곡면(5)에 의해 구성되어 있다.
본 발명의 실시 형태 2의 패널 부품 평가 방법에서는, 도 17에 나타내는 바와 같이, 캐릭터 라인(2)이 볼록 곡면(4)과 오목 곡면(5)에 의해 구성되는 것을 대상으로 하고 있다.
실시 형태 1과 동일하게, 도 3에 나타내는 유한 요소 해석 모델을 작성했다.
실시 형태 2에서는, 도 18에 나타내는 볼록 곡면(4)의 곡률 반경(R1)과 오목 곡면(5)의 곡률 반경(R2)을 500㎜∼3000㎜, 도 18에 나타내는 캐릭터 라인(2)의 열림각(θ)을 165°∼175°, 도 18에 나타내는 캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경(Rt)을 5㎜∼60㎜, 자동차용 패널 부품의 판두께(t)를 0.55㎜∼0.80㎜의 범위에서 변화시켜, 모델 전체의 투영 면적이 1100㎜×800㎜인 유한 요소 해석 모델을 작성했다.
여기에서 말하는 캐릭터 라인의 열림각이란, 캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경부와 곡면(4, 5)과의 경계부에 있어서의 2개의 접선(6a, 6b)이 이루는 각도이다. 또한, 캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경이란, 볼록 곡면(4)과 오목 곡면(5)과의 사이의 곡면부의 곡률 반경이다.
볼록 곡면(4)이 캐릭터 라인으로부터 수직으로 150㎜ 이내의 범위에서 일률적으로 볼록 형상을 이루고, 또한 오목 곡면(5)이 캐릭터 라인으로부터 수직으로 150㎜ 이내의 범위에서 일률적으로 오목 형상을 이루고 있는 경우는, 예를 들면 도 20에 나타내는 바와 같이, 캐릭터 라인의 정점(점 A, a), 캐릭터 라인으로부터 수직으로 150㎜ 떨어진 지점(점 C, c), 캐릭터 라인으로부터 수직으로 75㎜ 떨어진 지점(점 B, b)의 3점을 통과하는 원의 반경을, 볼록 곡면(4)과 오목 곡면(5)의 곡률 반경으로서 정의할 수 있다. 마찬가지로, 캐릭터 라인의 정점(점 A, a), 캐릭터 라인으로부터 수직으로 75㎜ 떨어진 지점(점 B, b)의 3점을 통과하는 원의 반경을, 캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경으로서 정의할 수 있다. 도 20은, 실시 형태 1의 도 16에 상당한다. 여기에서, 점 C, c의 위치를 캐릭터 라인으로부터 수직으로 150㎜ 떨어진 위치로 한 이유는, 캐릭터 라인으로부터 150㎜ 이상 떨어진 위치에서 곡률이 변화해도, 캐릭터 라인의 강성에 영향을 미치지 않기 때문이다.
도 3에 나타내는 바와 같은, 유한 요소 해석 모델의 작성은, Altair사의 Hyper Mesh를 이용하여 행했다. 그리고, 해석 모델의 메시 사이즈는 캐릭터 라인 근방이 0.5㎜, 패널 단부가 5㎜, 그 중간은 매끈하게 메시가 연결되는 바와 같은 사이즈로 했다. 또한, 요소는 쉘 요소를 이용하여 해석 모델의 4변을 병진 구속으로 했다.
본 발명자들은, 다음으로, 직경 45㎜의 원통형 압자를 본뜬 해석 모델을 작성하고, 이 모델을 도 3에 나타내는 모델의 캐릭터 라인 상에 눌러댐으로써, 도 5에 나타내는 하중-변위 곡선을 작성했다. 그리고, 자동차용 패널 부품이 0.0㎜로부터 0.5㎜로 변위할 때의 하중-변위 곡선의 기울기를 인장 강성으로 하여 해석한 결과, 자동차용 패널 부품의 인장 강성(P')(N/㎜)을 다음식으로부터 예측할 수 있다는 인식을 얻었다. 또한, 해석에는 LS-DYNA ver971d R3.2.1을 이용하고, 정적 음해법으로 행했다.
P'＝P0'×(t2/g)×(h×Rt＋i) ‥‥(4)
단,
P0': P0'＝(a×α＋b)×(180－θ)2 ＋(c×β＋d)×(180－θ)＋(e×γ＋f),
α: α＝ln(R1)×ln(R2),
β: β＝(ln(R2))2/ln(R1),
γ: γ＝(ln(R1))2/ln(R2),
θ: 캐릭터 라인의 열림각(°),
R1, R2: 자동차용 패널 부품의 캐릭터 라인을 구성하는 볼록 곡면과 오목 곡면의 곡률 반경(㎜),
t: 자동차용 패널 부품의 판두께(㎜),
Rt: 캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경(㎜),
a∼i: 정수.
식 (4)의 정수(a∼i)는 시험에 이용하는 압자 형상에 의해 변화하지만, 시험 및 해석에 의해 얻어지는 것이다.
도 19는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 패널 부품 평가 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이며, 도 19에 나타내는 패널 부품 평가 장치(51)는, 자동차용 패널 부품의 판두께(t), 볼록 곡면(4) 및 오목 곡면(5)의 곡률 반경(R1, R2), 캐릭터 라인의 열림각(θ) 및 캐릭터 라인 정점부 곡률 반경(Rt)을 입력하기 위한 입력부(52)와, 입력부(52)에 입력된 곡률 반경(R1, R2)의 대수적(ln(R1)×ln(R2))을 연산하는 대수적 연산부(53)와, 대수적 연산부(53)에서 산출된 대수적에 기초하여 자동차용 패널 부품의 인장 강성을 식 (4)로부터 연산하는 인장 강성 연산부(56)를 구비하고 있다. 실시 형태 2에서는, 대수적 연산부(53)는, 식 (4)의 β, γ도 산출한다.
패널 부품 평가 장치(51)는, 인장 강성 연산부(56)에서 산출된 인장 강성을 목표값과 비교하는 비교부(57)와, 비교부(57)의 비교 결과를 출력하는 출력부(58)를 구비하고 있다.
본 발명의 실시 형태 2에 따른 자동차용 패널 부품의 제조 방법은, 도 7과 동일하다. 도어 패널 등의 자동차용 패널 부품은 디자인, 설계 및 시작을 거쳐 제조되지만, 본 발명의 실시 형태 2에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 자동차용 패널 부품의 디자인과 설계를 디자인 공정 S1 및 설계 공정 S2에서 행한 후, 스텝 S3으로 진행되고, 자동차용 패널 부품의 인장 강성(P')을 식 (4)로부터 예측한다.
이 경우, 자동차용 패널 부품의 판두께(t), 볼록 곡면(4) 및 오목 곡면(5)의 곡률 반경(R1, R2), 캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경(Rt), 캐릭터 라인의 열림각(θ)을 도 19에 나타내는 패널 부품 평가 장치(51)의 입력부(52)에 입력하면, 인장 강성(P')이 패널 부품 평가 장치(51)의 인장 강성 연산부(56)에서 산출된다.
스텝 S3에서 인장 강성(P')을 예측했다면 스텝 S4로 진행되어, 인장 강성(P')의 예측값을 목표값과 비교한다. 여기에서, 인장 강성(P')의 예측값이 목표값보다 작은 경우는 스텝 S2로 되돌아와, 인장 강성(P')이 목표값 이상이 되도록 자동차용 패널 부품의 설계를 재차 행한다. 또한, 인장 강성(P')의 예측값이 목표값 이상인 경우는 스텝 S5로 진행되어, 자동차용 패널 부품의 시작을 행한다.
인장 강성(P')을 정밀도 좋게 예측하기 위해서는, 볼록 곡면(4)과 오목 곡면(5)의 곡률 반경(R1, R2)은 500㎜ 이상 3000㎜ 이하인 것이 바람직하고, 캐릭터 라인(2)의 열림각(θ)은 165° 이상 175°이하인 것이 바람직하다. 캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경(Rt)은 5㎜ 이상 100㎜ 이하인 것이 바람직하고, 판두께(t)는 0.5㎜ 이상 1.2㎜ 이하인 것이 바람직하다.
상기와 같이, 자동차용 패널 부품을 시작하기 전에, 자동차용 패널 부품의 인장 강성(P')을 식 (4)로부터 예측함으로써, 디자인된 자동차용 패널 부품을 시작할 때에 캐릭터 라인 상 혹은 캐릭터 라인 근방의 인장 강성을 용이하게 평가할 수 있음과 함께, 자동차용 패널 부품의 인장 강성이 목표값에 도달할 때까지 자동차용 패널 부품의 시작을 반복하여 행할 필요가 없다.
따라서, 인장 강성의 예측값을 목표값과 비교하여, 인장 강성의 예측값이 목표값 이상에 도달한 후에 자동차용 패널 부품의 시작을 행함으로써, 실시 형태 1과 동일하게, 자동차용 패널 부품을 디자인하고 나서 양산화될 때까지의 많은 기간이나 비용을 필요로 하는 일 없이 인장 강성이 높은 자동차용 패널 부품을 얻을 수 있다.
또한, 자동차용 패널 부품의 이측에 보강 부재를 배치하여 인장 강성을 확보할 필요도 없기 때문에, 자동차용 패널 부품의 경량화를 도모할 수 있다.
실시예
(실시예 1)
본 발명의 실시 형태 1을 이용하여 패널 부품 상에 효과적으로 캐릭터 라인을 배치함으로써, 패널 부품의 경량화가 가능해진다.
자동차용 패널 부품의 예로서, 판두께가 0.70㎜인 도어 패널을 도 10 및 도 11에 나타낸다. 도어 패널의 소재로서는, 인장 강도 340㎫급의 강판(탄성률: 210 ㎬, 항복 강도: 235㎫, 인장 강도: 345㎫, 전체 신장: 40％)을 이용했다. 도 10 및 도 11에 나타나는 도어 패널(60)의 인장 강성을 도 12에 나타내는 방법으로 측정했다. 즉, 도어 패널(60) 상의 A점(도 11 참조)에 직경 45㎜의 원통형의 고무 압자(7)를 압압하고, 이때의 A점의 변위를 변위계(8)로 측정했다. 그리고, A점의 변위가 0.5㎜가 되었을 때의 인장 강성을 로드 셀(9)로 측정했다. 그 결과, 도어 패널(60)(판두께 0.70㎜)의 인장 강성의 측정값은 40N/㎜였다.
이 인장 강성을 유지한 채로, 판두께를 0.65㎜로 하여 패널 부품의 경량화를 생각한다. 판두께를 감소시키기 때문에, 패널 부품의 인장 강성은 저하되고, 대책을 행하지 않는 경우는 A점의 인장 강성은 34.5N/㎜가 되어, 목표를 충족하지 않는다. 그 때문에, 대책이 필수가 된다. 생각할 수 있는 대책으로서, A점의 이측에 보강 부재를 배치하는 방법(종래법)과, 본 발명을 이용하여 캐릭터 라인을 배치하는 방법(발명법)을 들 수 있다.
보강 부재를 배치하는 경우, 예를 들면 도 13에 나타내는 치수의 보강 부재(10)(연질 강판; 탄성률: 210㎬, 항복 강도: 170㎫, 인장 강도: 290㎫, 전체 신장: 48％)를, 도 14에 나타내는 위치에 배치한 경우, 인장 강성은 70N/㎜가 되었다. 이것은 목표를 달성하고 있지만, 불필요하게 인장 강성이 커져 있다. 또한, 보강 부재(10)를 넣음으로써 중량이 증가하여, 도어 패널의 판두께를 줄이는 것에 의한 경량화 효과를 감소시켜 버린다.
보강 부재(10)의 치수를 작게 하여, 적절한 인장 강성을 노리는 것도 가능하지만, 트라이 앤드 에러(trial and error)가 필요해져, 많은 시간이 필요해진다. 치수를 작게 할 수 있었다고 해도 보강 부재(10)를 넣지 않으면 안 된다는 사실에 변함은 없고, 판두께를 감소시키는 것에 의한 경량화 효과를 최대한으로 발휘할 수 없다.
한편, 실시 형태 1의 자동차용 패널 부품 평가 방법을 적용한 경우, 도어 패널의 이측에 보강 부재를 배치할 필요가 없어진다. 도 11에 나타내는 도어 패널(60)의, 화살표 방향의 곡률 반경은 1500㎜였다. 이 점에서, 캐릭터 라인을 구성하는 2개의 볼록 곡면의 곡률 반경(R1, R2)을 1500㎜로 하고, 판두께(t)를 0.65㎜, 목표로 하는 인장 강성(P')을 40N/㎜, 표 1에 나타내는 값을 정수(a2∼e2)의 값으로 하여 식 (2)에 대입함으로써, 캐릭터 라인의 열림각(θ)과 캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경(Rt)의 관계식을 얻는 것이 가능해진다.
Figure 112015029000090-pct00001
캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경(Rt)을 10㎜로 한 경우, 캐릭터 라인의 열림각(θ)을 170° 이하로 함으로써, 보강 부재를 추가하는 일 없이 A점에서의 인장 강성을 목표 이상으로 하는 것이 가능해졌다.
캐릭터 라인의 열림각(θ)을 170°로 하고, 캐릭터 라인(2)을 도 15에 나타내는 위치에 배치했을 때의 인장 강성을 조사한 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure 112015029000090-pct00002
실시 형태 1을 이용함으로써, 인장 강성을 손상시키는 일 없이, 효율적으로 경량화가 가능하게 되어 있음을 표 2로부터 알 수 있다. 실시 형태 1을 적용하여 얻은 인장 강성의 예측값과 실측값이 거의 일치하고 있는 점에서, 실시 형태 1을 적용하여 얻은 인장 강성의 예측 정밀도가 높은 것을 알 수 있다.
(실시예 2)
실시 형태 1의 실시예 2에서는, 실시예 1에서 이용한 R1, R2, θ의 각 값과, 표 3에 나타내는 값을 정수(a1∼e1)의 값으로 하여 식 (1)에 대입함으로써, A점 상을 통과하는 캐릭터 라인을 배치했을 때의 좌굴 하중을 구하는 것이 가능해진다.
Figure 112015029000090-pct00003
도 4에 나타내는 볼록 곡면(4)의 곡률 반경(R1)을 R1＝1500㎜, 볼록 곡면(11)의 곡률 반경(R2)을 R2＝1500㎜, 열림각(θ)을 θ＝170°, 판두께(t)를 t＝0.65㎜로 했을 때의 좌굴 하중을 조사한 결과를 표 4에 나타낸다.
Figure 112015029000090-pct00004
실시 형태 1을 이용함으로써, 종래에는 예측할 수 없었던 좌굴 하중을, 정밀도 좋게 예측 가능하다는 것을 알 수 있다. 이 좌굴 하중 280N이라는 값은, 일반적으로 충분히 높은 좌굴 하중이라고 생각되는 값이며, 인장 강성의 문제가 되는 위치에 캐릭터 라인을 배치한다는 대책에 있어서, 실시예의 도어 패널에 대하여 본 발명에 의해 얻어진,
(R1, R2, Rt, θ, t)＝(1500, 1500, 10, 170, 0.65)라는 치수 요건은 좌굴 하중에 있어서도 문제는 없다.
(실시예 3)
본 발명의 실시 형태 2를 이용하여 패널 부품 상에 효과적으로 캐릭터 라인을 배치함으로써, 패널 부품의 경량화가 가능해진다.
자동차용 패널 부품의 예는, 도 10 및 도 11에 나타내는 실시 형태 1과 거의 동일하며, 판두께가 0.70㎜이다. 도어 패널의 소재로서는, 인장 강도 340㎫급의 강판(탄성률: 210㎬, 항복 강도: 235㎫, 인장 강도: 345㎫, 전체 신장: 40％)을 이용했다. 도 10 및 도 11에 나타나는 도어 패널(60)의 인장 강성을 도 12에 나타내는 방법으로 측정했다. 즉, 도어 패널(60) 상의 A점(도 11 참조)에 직경 45㎜의 원통형의 고무 압자(7)를 압압하고, 이때의 A점의 변위를 변위계(8)로 측정했다. 그리고, A점의 변위가 0.5㎜가 되었을 때의 인장 강성을 로드 셀(9)로 측정했다. 그 결과, 도어 패널(60)(판두께 0.70㎜)의 인장 강성의 측정값은 40N/㎜였다.
이 인장 강성을 유지한 채로, 판두께를 0.60㎜로 하여 패널 부품의 경량화에 대해서 생각한다. 판두께를 감소시키기 때문에, 패널 부품의 인장 강성은 저하되고, 대책을 행하지 않는 경우는 A점에서의 인장 강성은 30N/㎜가 되어, 목표를 충족하지 않는다. 그 때문에, 대책이 필수가 된다. 생각할 수 있는 대책으로서, A점의 이측에 보강 부재를 배치하는 방법(종래법)과, 본 발명을 이용하여 캐릭터 라인을 배치하는 방법(발명법)을 들 수 있다.
보강 부재를 배치하는 경우, 예를 들면 도 13에 나타내는 치수의 보강 부재(10)(연질 강판; 탄성률: 210㎬, 항복 강도: 170㎫, 인장 강도: 290㎫, 전체 신장: 48％)를, 도 14에 나타내는 위치에 배치한 경우, 인장 강성은 60N/㎜가 되었다. 이것은 목표를 달성하고 있지만, 불필요하게 인장 강성이 커져 있다. 또한, 보강 부재(10)를 넣음으로써 중량이 증가하여, 도어 패널의 판두께를 줄인 것에 의한 경량화 효과를 감소시켜 버린다.
보강 부재(10)의 치수를 작게 하여, 적절한 인장 강성을 노리는 것도 가능하지만, 트라이 앤드 에러가 필요해져, 많은 시간이 필요해진다. 또한, 치수를 작게 할 수 있었다고 해도 보강 부재(10)를 넣지 않으면 안 된다는 사실에는 변함이 없고, 판두께를 감소시키는 것에 의한 경량화 효과를 최대한으로 발휘할 수 없다.
한편, 실시 형태 2를 적용한 경우, 도어 패널의 이측에 보강 부재를 배치할 필요가 없어진다. 도 11에 나타내는 도어 패널의, 화살표 방향의 곡률 반경은 1500㎜였다. 캐릭터 라인을 구성하는 볼록 곡면(4)과 오목 곡면(5)의 곡률 반경(R1, R2)을 R1＝1500㎜, R2＝1000㎜로 하고, 판두께(t)를 0.60㎜, 목표로 하는 인장 강성(P')을 40N/㎜, 표 5에 나타내는 값을 정수(a∼i)의 값으로 하여 식 (1)에 대입함으로써, 캐릭터 라인의 열림각(θ)과 캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경(Rt)의 관계식을 얻는 것이 가능해진다.
Figure 112015029000090-pct00005
캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경(Rt)을 10㎜로 한 경우, 캐릭터 라인의 열림각(θ)을 175° 이하로 함으로써, 보강 부재를 추가하는 일 없이 A점에서의 인장 강성을 목표 이상으로 하는 것이 가능해졌다.
캐릭터 라인의 열림각(θ)을 175°로 하고, 캐릭터 라인(2)을 도 15에 나타내는 위치에 배치한 경우의 결과를 표 6에 나타낸다.
Figure 112015029000090-pct00006
실시 형태 2를 이용함으로써, 인장 강성을 손상시키는 일 없이, 효율적으로 경량화가 가능하게 되어 있는 것을 알 수 있다. 실시 형태 2를 적용하여 얻은 인장 강성의 예측값과 실측값이 거의 일치하고 있는 점에서, 실시 형태 2를 적용하여 얻은 인장 강성의 예측 정밀도가 높은 것을 알 수 있다.
1: 자동차용 패널 부품
2: 캐릭터 라인
3 : 손잡이용 엠보싱
4, 11 : 볼록 곡면
5 : 오목 곡면
6a, 6b : 접선
7 : 고무 압자
8 : 변위계
9 : 로드 셀
10 : 보강 부재
51 : 패널 부품 평가 장치
52 : 입력부
53 : 대수적 연산부
54 : 좌굴 하중 연산부
55 : 비교부
56 : 인장 강성 연산부
57 : 비교부
58 : 출력부
60 : 도어 패널
100 : 패널 부품 평가 장치
101 : 대수적 연산부
102 : 평가부

Claims (11)

  1. 2개의 곡면으로 구성되는 캐릭터 라인을 갖는 자동차용 패널 부품을 평가하는 패널 부품 평가 방법으로서, 상기 자동차용 패널 부품의 판두께와, 상기 2개의 곡면의 곡률 반경과, 상기 캐릭터 라인의 열림각에 기초하여, 자동차용 패널 부품을 평가하는 패널 부품 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캐릭터 라인은, 2개의 볼록 곡면으로 구성되고,
    상기 자동차용 패널 부품의 판두께와, 상기 2개의 볼록 곡면의 곡률 반경의 대수적(對數積)과, 상기 캐릭터 라인의 열림각에 기초하여, 상기 자동차용 패널 부품의 좌굴 하중을 예측하는 패널 부품 평가 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자동차용 패널 부품의 좌굴 하중을 하기식으로부터 예측하는 패널 부품 평가 방법.
    P＝(t2/e1)×((a1×θ＋b1)×q＋(c1×θ＋d1))
    단,
    P: 좌굴 하중(N),
    t: 자동차용 패널 부품의 판두께(㎜),
    θ: 캐릭터 라인의 열림각(°),
    q: q＝ln(R1)×ln(R2),
    R1, R2: 자동차용 패널 부품의 캐릭터 라인을 구성하는 2개의 볼록 곡면의 곡률 반경(㎜),
    a1∼e1: 정수.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자동차용 패널 부품의 판두께와, 상기 2개의 곡면의 곡률 반경과, 상기 캐릭터 라인의 열림각에 더하여, 상기 캐릭터 라인의 정점부의 곡률 반경에 기초하여, 상기 자동차용 패널 부품의 인장 강성을 예측하는 패널 부품 평가 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 자동차용 패널 부품의 판두께와, 상기 2개의 곡면의 곡률 반경의 대수적과, 상기 캐릭터 라인의 열림각과, 상기 캐릭터 라인의 정점부의 곡률 반경에 기초하여, 상기 자동차용 패널 부품의 인장 강성을 예측하는 패널 부품 평가 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 캐릭터 라인은, 2개의 볼록 곡면으로 구성되고,
    상기 자동차용 패널 부품의 인장 강성을 하기식으로부터 예측하는 것을 특징으로 하는 패널 부품 평가 방법.
    P'＝(t2/e2)×(a2×q＋b2×θ＋c2×Rt＋d2)
    단,
    P': 인장 강성(N/㎜)
    t: 자동차용 패널 부품의 판두께(㎜),
    q: q＝ln(R1)×ln(R2),
    R1, R2: 자동차용 패널 부품의 캐릭터 라인을 구성하는 2개의 볼록 곡면의 곡률 반경(㎜),
    θ: 캐릭터 라인의 열림각(°),
    Rt: 캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경(㎜),
    a2∼e2:정수.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 캐릭터 라인은, 볼록 곡면과 오목 곡면으로 구성되고,
    상기 자동차용 패널 부품의 인장 강성을 하기식으로부터 예측하는 것을 특징으로 하는 패널 부품 평가 방법.
    P'＝P0'×(t2/g)×(h×Rt＋i)
    단,
    P': 인장 강성(N/㎜)
    P0': P0'＝(a×α＋b)×(180－θ)2＋(c×β＋d)×(180－θ)＋(e×γ＋f),
    α: α＝ln(R1)×ln(R2),
    β: β＝(ln(R2))2/ln(R1),
    γ: γ＝(ln(R1))2/ln(R2),
    θ: 캐릭터 라인의 열림각(°),
    R1, R2: 자동차용 패널 부품의 캐릭터 라인을 구성하는 볼록 곡면과 오목 곡면의 곡률 반경(㎜),
    t: 자동차용 패널 부품의 판두께(㎜),
    Rt: 캐릭터 라인 정점부의 곡률 반경(㎜),
    a∼i: 정수.
  8. 2개의 곡면으로 구성되는 캐릭터 라인을 갖는 자동차용 패널 부품을 평가하는 패널 부품 평가 장치로서, 상기 2개의 곡면의 곡률 반경의 대수적을 연산하는 대수적 연산부와, 당해 대수적 연산부에서 산출된 대수적과 상기 자동차용 패널 부품의 판두께 및 상기 캐릭터 라인의 열림각에 기초하여, 상기 자동차용 패널 부품을 평가하는 평가부를 구비하는 패널 부품 평가 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 캐릭터 라인은, 2개의 볼록 곡면으로 구성되고,
    상기 평가부는, 상기 당해 대수적 연산부에서 산출된 대수적과 상기 자동차용 패널 부품의 판두께 및 상기 캐릭터 라인의 열림각에 기초하여, 상기 자동차용 패널 부품의 좌굴 하중을 연산하는 좌굴 하중 연산부를 구비한 패널 부품 평가 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 평가부는, 상기 대수적 연산부에서 산출된 대수적, 상기 자동차용 패널 부품의 판두께, 상기 캐릭터 라인의 열림각에 더하여, 상기 캐릭터 라인의 정점부의 곡률 반경에 기초하여 상기 자동차용 패널 부품의 인장 강성을 연산하는 인장 강성 연산부를 구비한 패널 부품 평가 장치.
  11. 2개의 곡면으로 구성되는 캐릭터 라인을 갖는 자동차용 패널 부품을 평가하는 패널 부품의 제조 방법으로서,
    제2항 내지 제7항 중 어느 하나에 기재된 방법에 의해 좌굴 하중 및 인장 강성의 어느 일방 또는 양방의 값을 예측하고,
    당해 예측한 값을 목표값과 비교하여, 예측값이 목표값 이상에 도달한 후에, 상기 자동차용 패널 부품의 시작(試作)을 행하는 자동차용 패널 부품의 제조 방법.
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