KR101948494B1

KR101948494B1 - 구조 부재 및 차량

Info

Publication number: KR101948494B1
Application number: KR1020187012889A
Authority: KR
Inventors: 사토시 히로세; 유이치 이시모리; 히로시 후쿠치
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2015-10-09
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2019-02-14
Also published as: RU2681452C1; JP6108058B1; EP3342684A4; MX2018004238A; KR20180054882A; CA3001297A1; JPWO2017061631A1; WO2017061631A1; US20180304927A1; MX365110B; BR112018006743A2; EP3342684A1; EP3342684B1; US10759478B2; CA3001297C; CN108137102B; ES2749739T3; CN108137102A

Abstract

구조 부재(10)는, 해트 부재(1)와, 클로징 플레이트(2)를 구비한다. 해트 부재(1)는, 정면부(1a)와, 정면부(1a)의 양단으로부터 연장되는 한 쌍의 측벽(1b)과, 플랜지(1c)를 갖는다. 클로징 플레이트(2)는, 한 쌍의 플랜지(1c)에 접하여 설치된다. 한 쌍의 측벽(1b)의 각각은, 측벽(1b)의 한쪽 단부로부터 거리(Sh)의 위치에 이르기까지의 영역에, 저강도 영역(1s)을 갖는다. 거리(Sh)는, 측벽(1b)의 높이(H)의 20~40%이다. 저강도 영역(1s)의 항복 강도는, 측벽(1b)의 높이의 2분의 1의 위치(1mid)에 있어서의 항복 강도의 60~85%이다.

Description

구조 부재 및 차량

본 발명은, 내충격성을 갖는 구조 부재 및 그것을 이용한 차량에 관한 것이다.

차량의 보강용 부재로서 이용되는 구조 부재는, 고강도 및 경량화가 요구된다. 예를 들어, 국제 공개 2005/058624호(특허 문헌 1)에는, 내충격용으로서, 자동차의 차체에 양단 지지의 구조로 장착되는 금속관이 개시되어 있다. 이 금속관은, 전장 또는 부분적으로 굽힘부를 갖는다. 굽힘부의 외주측이 차체에 가해지는 충격 방향에 대략 합치하도록 배치된다. 이 금속관은, 진직관(眞直管)을 이용한 보강 부재에 비해, 차체 보강용으로서 뛰어난 내충격성을 갖는다.

국제 공개 2005/058624호

구조 부재의 경량화를 위해서 박육화(薄肉化)를 행하는 경우, 통상은, 고강도화도 함께 행한다. 구조 부재는, 항복 강도를 초과하는 충격을 받으면 꺾이고, 꺾임부가 돌출한다. 구조 부재를 박육화하면, 충격으로 꺾였을 때의 돌출 정도가 커지기 쉽다. 이것에 대해, 예를 들어, 차량에 구조 부재를 이용하는 경우는, 충돌에 의한 충격으로 변형한 구조 부재가 꺾이고 돌출하는 정도는, 보다 작은 것이 바람직하다. 왜냐하면, 꺾임부가 크게 돌출하는 것은, 국소적으로 에너지 흡수가 발생하고 있는 것이며, 부재 전체적으로의 에너지 흡수능이 작은 것을 의미하기 때문이다. 충격 에너지를 구조 부재가 보다 효율적으로 흡수함으로써, 차량 내의 승객에 가해지는 충격 에너지를 보다 억제할 수 있다.

그래서, 본원은, 충격 에너지를 효율적으로 흡수할 수 있는 구조 부재 및 그것을 이용한 차량을 개시한다.

본 발명의 실시 형태에 있어서의 구조 부재는, 정면부(頂面部)와, 해트 부재와, 클로징 플레이트를 구비한다. 상기 해트 부재는, 상기 정면부의 양단부로부터 연장되고, 서로 대향하는 한 쌍의 측벽과, 상기 한 쌍의 측벽 각각에 있어서, 상기 측벽의 상기 정면부측의 한쪽 단부와는 반대측의 다른쪽 단부로부터 상기 한 쌍의 측벽의 대향 방향 외측으로 연장되는 한 쌍의 플랜지를 갖는다. 상기 클로징 플레이트는, 상기 해트 부재의 상기 한 쌍의 플랜지에 접하여 설치된다. 상기 한 쌍의 측벽의 각각은, 상기 측벽의 한쪽 단부로부터 소정 거리의 위치에 이르기까지의 영역에, 저강도 영역을 갖는다. 상기 소정 거리는, 상기 측벽 높이의 20~40%이다. 상기 저강도 영역의 항복 강도는, 상기 측벽 높이의 2분의 1의 위치에 있어서의 항복 강도의 60~85%이다.

본원 개시에 의하면, 충격을 받았을 때, 효율적으로 충격 에너지를 흡수할 수 있는 구조 부재를 제공할 수 있다.

도 1a는, 본 발명의 실시 형태의 구조 부재의 단면도이다.
도 1b는, 도 1a에 도시한 구조 부재의 평면도이다.
도 1c는, 도 1a에 도시한 구조 부재의 측면도이다.
도 2는, 충돌 시험의 모습을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 3은, 균일한 강도 분포를 갖는 구조 부재에 충격을 가했을 때의 변형을 도시한 도면이다.
도 4는, 저강도 영역을 갖는 구조 부재에 충격을 가했을 때의 변형을 도시한 도면이다.
도 5는, 균일한 강도 분포를 갖는 구조 부재의 변형 거동을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 저강도 영역을 갖는 구조 부재의 변형 거동을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a는, 구조 부재가, 충격 하중을 받아 변형하는 모습을 도시한 도면이다.
도 7b는, 구조 부재가, 충격 하중을 받아 변형하는 모습을 도시한 도면이다.
도 8은, 도 6보다 좁은 범위의 저강도 영역을 갖는 구조 부재의 변형 거동을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a는, 본 실시 형태의 변형예에 있어서의 구조 부재의 단면도이다.
도 9b는, 클로징 플레이트의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 10은, 정면부가 기울어져 있는 경우의 측벽(1b)의 높이 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a는, 구조 부재의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 11b는, 구조 부재의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 11c는, 구조 부재의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 11d는, 도 11b에 도시한 구조 부재의 평면도이다.
도 12a는, 본 실시 형태의 구조 부재의 단면도이다.
도 12b는, 도 12a에 도시한 구조 부재의 평면도이다.
도 12c는, 도 12a에 도시한 구조 부재의 측면도이다.
도 13은, 차량에 배치되는 구조 부재의 일례를 도시한 도면이다.
도 14는, 본 실시 형태에 있어서의 구조 부재에 의해서 구성된 B 필러를 도시한 도면이다.
도 15는, 시뮬레이션에 있어서의 해석 모델(순해트 모델)의 구성을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 16은, 시뮬레이션에 이용한 구조 부재의 각 치수를 도시한다.
도 17은, 저강도 영역과 다른 영역의 강도비를 바꾸어 충격을 준 경우의, 굽힘 변형에 의한 변형량을 나타낸 그래프이다.
도 18은, 시뮬레이션에 있어서의 해석 모델(역해트 모델)의 구성을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 19는, 순해트 모델의 시뮬레이션의 해석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 20은, 역해트 모델의 시뮬레이션의 해석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 21은, 순해트 모델의 변형 거동의 해석 결과를 도시한 도면이다.
도 22는, 역해트 모델의 변형 거동의 해석 결과를 도시한 도면이다.
도 23은, 강도가 균일한 시험체의 변형 결과를 도시한 도면이다.
도 24는, 일부에 저강도 영역을 갖는 시험체의 변형 결과를 도시한 도면이다.
도 25는, 시험체의 충격 실험의 측정 결과와, 시험체와 동일한 구조 부재의 모델을 이용한 시뮬레이션에 의한 해석 결과를 나타낸 그래프이다.

본 발명의 실시 형태에 있어서의 제1 구성의 구조 부재는, 클로징 플레이트와, 해트 부재를 구비한다. 상기 해트 부재는, 정면부와, 상기 클로징 플레이트에 접하여 설치되는 한 쌍의 플랜지와, 상기 정면부의 양단부로부터 연장되고, 서로 대향하는 한 쌍의 측벽을 구비한다. 상기 한 쌍의 측벽은, 상기 정면부측의 한쪽 단부와, 상기 한쪽 단부와 반대측의 다른쪽 단부이며, 상기 한 쌍의 플랜지가 상기 한 쌍의 측벽의 대향 방향 외측으로 연장되는 다른쪽 단부를 갖는다. 즉, 상기 한 쌍의 측벽의 다른쪽 단부로부터 상기 한 쌍의 플랜지가 연장된다. 상기 한 쌍의 플랜지는, 클로징 플레이트에 접합된다.

상기 한 쌍의 측벽의 각각은, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 측벽의 중앙을 포함하는 고강도 영역과, 상기 측벽 중앙의 항복 강도의 60~85%의 항복 강도인 저강도 영역을 포함한다. 상기 저강도 영역은, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서, 상기 측벽의 상기 한쪽 단부로부터 상기 다른쪽 단부를 향해 상기 측벽 높이의 20~40%의 거리의 위치에 이르기까지 형성된다. 또, 상기 저강도 영역은, 상기 측벽의 길이 방향에 있어서, 상기 측벽 높이 이상의 거리에 걸쳐서 형성된다.

바꾸어 말하면, 상기 한 쌍의 측벽의 각각에 있어서의 상기 저강도 영역은, 상기 측벽의 한쪽 단부로부터 소정 거리(상기 측벽 높이의 20~40%의 거리)의 위치에 이르기까지의 영역에 형성된다. 즉, 상기 저강도 영역은, 상기 측벽의 한쪽 단부로부터, 상기 강강도 영역과 상기 저강도 영역의 경계에 걸쳐서 형성된다. 상기 측벽의 한쪽 단부로부터, 상기 경계 중 상기 측벽의 높이 방향의 경계와의 거리는, 측벽 높이의 20~40%이다.

또, 상기 한 쌍의 측벽 각각에 있어서의 상기 저강도 영역의 상기 각 측벽의 길이 방향에 있어서의 폭은, 각 측벽의 높이 방향의 폭(즉 측벽의 높이) 이상이다.

또한, 제1 구성에 있어서, 상기 각 측벽의 높이 방향은, 상기 정면부에 수직인 방향이다. 또, 상기 측벽의 높이는, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 측벽의 한쪽 단부로부터 다른쪽 단부까지의 거리이다. 또한, 후술의 제2 및 제4 구성에 있어서도, 측벽의 높이 방향은, 상기 정면부에 수직인 방향이다.

각 측벽의 길이 방향은, 구조 부재의 길이 방향이며, 정면부의 길이 방향이기도 하다. 구조 부재는, 길이 방향(장축)을 갖는 가늘고 긴 부재이다. 각 측벽의 길이 방향은, 각 측벽과 정면부 사이에 형성되는 능선(제1 능선)의 연장 방향과 동일한 것으로 한다. 측벽의 길이 방향은, 측벽의 높이 방향과 대체로 수직이 된다.

상기 한 쌍의 측벽 각각에 있어서의 상기 저강도 영역의 항복 강도는, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 측벽 중앙의 항복 강도의 60~85%이다. 여기서, 정면부에 수직인 방향에 있어서의 측벽 중앙은, 상기 측벽 높이의 2분의 1의 위치이다.

상기 고강도 영역은, 상기 측벽의 높이 방향에 있어서, 상기 저강도 영역과 상기 고강도 영역의 경계로부터 상기 측벽의 다른쪽 단(상기 클로징 플레이트측의 단부)에 걸쳐서 설치된다.

상기 제1 구성은, 하기의 제2 구성으로 바꾸어 말할 수 있다. 제2 구성에 있어서의 구조 부재는, 적어도 1장의 클로징 플레이트와, 해트 부재를 구비한다. 상기 해트 부재는, 정면부와, 상기 정면부의 양단부에 있는 2개의 제1 능선과, 각각이 상기 클로징 플레이트에 접합된 2개의 플랜지와, 상기 2개의 플랜지의 단부에 있는 2개의 제2 능선과, 상기 2개의 제1 능선과 상기 2개의 제2 능선 사이에, 각각 위치하는 2개의 측벽을 구비한다. 상기 2개의 측벽의 각각은, 저강도 영역을 구비한다. 제2 구성에 있어서의 상기 2개의 측벽의 각각에 있어서의 상기 저강도 영역은, 상기 제1 능선으로부터 상기 제2 능선을 향해, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 제1 능선과 상기 제2 능선 사이의 거리의 20~40%까지 설치된다. 또, 상기 저강도 영역은, 상기 제1 능선의 연장 방향으로, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 제1 능선과 상기 제2 능선 사이의 거리 이상의 길이의 영역에 설치된다. 상기 저강도 영역은, 상기 제1 능선과 상기 제2 능선의 중앙의 항복 강도의 60~85%의 항복 강도를 갖는다. 또한, 상기 제1 능선과 상기 제2 능선의 중앙은, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 측벽의 중앙과 동일하다.

상기 2개의 측벽의 각각은, 상기 저강도 영역과, 상기 저강도 영역보다 항복 강도가 높은 고강도 영역을 구비한다. 상기 고강도 영역은, 상기 각 측벽의 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서, 상기 제2 능선으로부터 상기 저강도 영역과 상기 고강도 영역의 경계에 이르기까지의 영역에 설치된다. 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 측벽 중앙의 측벽은, 고강도 영역에 포함된다.

본 발명의 실시 형태의 제3 구성의 구조 부재는, 적어도 1장의 클로징 플레이트와, 해트 부재를 구비한다. 상기 해트 부재는, 정면부와, 상기 정면부의 양단부에 있는 2개의 제1 능선과, 각각이 상기 클로징 플레이트에 접합된 2개의 플랜지와, 상기 2개의 플랜지의 단부에 있는 2개의 제2 능선과, 상기 2개의 제1 능선과 상기 2개의 제2 능선 사이에, 각각 위치하는 2개의 측벽을 구비한다. 상기 2개의 측벽의 각각은, 저강도 영역을 구비한다. 제3 구성에 있어서의 상기 2개의 측벽의 각각에 있어서의 저강도 영역은, 상기 제2 능선으로부터 상기 제1 능선을 향해, 상기 클로징 플레이트에 수직인 방향에 있어서의 상기 제2 능선과 상기 제1 능선 사이의 거리의 20~40%까지 설치된다. 또, 상기 저강도 영역은, 상기 제2 능선의 연장 방향으로, 상기 클로징 플레이트에 수직인 방향에 있어서의 상기 제2 능선과 상기 제1 능선 사이의 거리 이상의 길이의 영역에 설치된다. 상기 저강도 영역은, 상기 클로징 플레이트에 수직인 방향에 있어서의 측벽 중앙의 항복 강도의 60~85%의 항복 강도를 갖는다.

제3 구성에 있어서의 상기 한 쌍의 측벽의 각각은, 상기 클로징 플레이트에 수직인 방향에 있어서의 상기 측벽의 중앙을 포함하는 고강도 영역과, 상기 측벽 중앙의 항복 강도의 60~85%인 항복 강도의 저강도 영역을 포함한다. 상기 저강도 영역은, 상기 클로징 플레이트에 수직인 방향에 있어서, 상기 측벽의 상기 다른쪽 단부로부터 상기 한쪽 단부를 향해 상기 측벽 높이의 20~40%의 거리의 위치에 이르기까지 형성된다. 상기 다른쪽 단부는, 상기 측벽의 높이 방향의 양단부 중 클로징 플레이트측의 단부이다. 상기 한쪽 단부는, 상기 측벽의 높이 방향의 양단부 중 정면부측의 단부이다. 또, 상기 저강도 영역은, 상기 측벽의 길이 방향에 있어서, 상기 측벽의 높이 이상의 거리에 걸쳐서 형성된다.

또한, 제3 구성에 있어서, 상기 각 측벽의 높이 방향은, 상기 클로징 플레이트에 수직인 방향이다. 또, 상기 측벽의 높이는, 상기 클로징 플레이트에 수직인 방향에 있어서의 상기 측벽의 한쪽 단부로부터 다른쪽 단부까지의 거리이다.

제3 구성에 있어서, 상기 2개의 측벽의 각각은, 상기 저강도 영역과, 상기 저강도 영역보다 항복 강도가 높은 고강도 영역을 구비한다. 상기 고강도 영역은, 상기 각 측벽의 상기 클로징 플레이트에 수직인 방향에 있어서, 제1 능선으로부터 상기 저강도 영역과 상기 고강도 영역의 경계에 이르기까지의 영역에 설치된다. 상기 클로징 플레이트에 수직인 방향에 있어서의 상기 측벽 중앙의 상기 측벽의 부분은, 고강도 영역에 포함된다.

본 발명의 실시 형태의 제4 구성의 구조 부재는, 적어도 1장의 클로징 플레이트와, 홈형 부재를 구비한다. 상기 홈형 부재는, 정면부와, 상기 정면부의 양단부에 있는 2개의 제1 능선과, 각각이 상기 클로징 플레이트에 접합되는 2개의 접합부와, 상기 2개의 제1 능선과 상기 2개의 접합부 사이에, 각각 위치하는 2개의 측벽을 구비한다. 상기 2개의 측벽의 각각은, 저강도 영역을 구비한다. 제4 구성에 있어서의 상기 2개의 측벽의 각각에 있어서의 저강도 영역은, 상기 제1 능선으로부터 상기 접합부를 향해, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 제1 능선과 상기 접합부 사이의 거리의 20~40%까지 설치된다. 또, 상기 저강도 영역은, 상기 제1 능선의 연장 방향으로, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 제1 능선과 상기 접합부 사이의 거리 이상의 길이의 영역에 설치된다. 상기 저강도 영역은, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 측벽 중앙의 항복 강도의 60~85%의 항복 강도를 갖는다.

상기 2개의 측벽의 각각은, 상기 저강도 영역과, 상기 저강도 영역보다 항복 강도가 높은 고강도 영역을 구비한다. 상기 고강도 영역은, 상기 각 측벽의 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서, 상기 접합부로부터 상기 저강도 영역과 상기 고강도 영역의 경계에 이르기까지의 영역에 설치된다. 상기 정면에 수직인 방향에 있어서의 상기 제1 능선과 상기 접합부의 중앙의 측벽의 부분은, 상기 고강도 영역에 포함된다.

제4 구성에 있어서, 상기 홈형 부재는, 클로징 플레이트에 접하는 능선을 갖지 않는다. 2개의 측벽의 각각에 있어서, 제1 능선과 반대측의 단부에는, 제2 능선이 아닌, 접합부가 설치된다. 상기 측벽은, 상기 접합부측의 일부에 있어서, 상기 클로징 플레이트와 겹친다. 측벽과 클로징 플레이트가 겹치는 부분에 있어서, 상기 측벽은, 상기 클로징 플레이트와 접촉하는 접촉면을 갖는다. 이 접촉면은, 상기 측벽과 동일한 방향으로 연장된다.

상기 측벽의 높이 방향은, 상기 정면부에 수직인 방향이다. 상기 측벽의 높이는, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 제1 능선으로부터 상기 접합부까지의 거리이다.

본 발명의 실시 형태의 제5 구성의 구조 부재는, 적어도 1장의 클로징 플레이트와, 홈형 부재를 구비한다. 상기 홈형 부재는, 정면부와, 상기 정면부의 양단부에 있는 2개의 제1 능선과, 상기 클로징 플레이트에 접합되는 플랜지와, 상기 플랜지의 단부에 있는 제2 능선과, 상기 홈형 부재의 상기 플랜지 이외의 부분과 상기 클로징 플레이트를 접합하는 접합부와, 상기 2개의 제1 능선 중 한쪽과 상기 제2 능선 사이에 위치하는 제1 측벽과, 상기 2개의 제1 능선 중 다른쪽과 상기 접합부 사이에 위치하는 제2 측벽을 구비한다.

상기 제1 측벽은, 제1 저강도 영역을 포함한다. 상기 제1 저강도 영역은, 상기 제1 능선으로부터 상기 제2 능선을 향해, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 제1 능선과 상기 제2 능선 사이의 거리의 20~40%까지, 또한 상기 제1 능선의 연장 방향으로, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 제1 능선과 상기 제2 능선 사이의 거리 이상의 길이의 영역에 설치되며, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 측벽 중앙의 항복 강도의 60~85%의 항복 강도를 갖는다.

상기 제2 측벽은, 제2 저강도 영역을 포함한다. 상기 제2 저강도 영역은, 상기 제1 능선으로부터 상기 접합부를 향해, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 제1 능선과 상기 접합부 사이의 거리의 20~40%까지, 또한 상기 제1 능선의 연장 방향으로, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 제1 능선과 상기 접합부 사이의 거리 이상의 길이의 영역에 설치되고, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 측벽 중앙의 항복 강도의 60~85%의 항복 강도를 갖는다.

제5 구성에 있어서, 제1 측벽은, 제1 능선과 반대측의 단부에 제2 능선이 있다. 이에 비해, 제2 측벽은, 제1 능선과 반대측의 단부에, 제2 능선이 아닌, 접합부가 설치된다. 상기 제2 측벽은, 상기 접합부측의 일부에 있어서, 상기 클로징 플레이트와 겹친다. 상기 제2 측벽과 상기 클로징 플레이트가 겹치는 부분에 있어서, 상기 제2 측벽은, 상기 클로징 플레이트와 접촉하는 접촉면을 갖는다. 이 접촉면은, 상기 제2 측벽과 동일한 방향으로 연장된다.

상기 제2 측벽의 높이 방향은, 상기 정면부에 수직인 방향이다. 상기 제2 측벽의 높이는, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 제1 능선으로부터 상기 접합부까지의 거리이다.

정면부에 가해진 하중에 의해 측벽은 압축된다. 바꾸어 말하면, 측벽은 제1 능선과 지지부 사이에서 압축된다. 부재에 제2 능선이 있는 경우, 클로징 플레이트에 접하는 제2 능선이 지지부가 된다. 이 경우, 측벽은 제1 능선과 제2 능선 사이의 영역이다. 부재에 제2 능선이 없는 경우, 클로징 플레이트와의 접합부가 지지부가 된다. 이 경우, 측벽은 제1 능선과 접합부 사이의 영역이다. 상기 제1, 2, 4 및 5의 구성에 있어서, 해트 부재 또는 홈형 부재의 2개의 측벽은, 측벽의 높이 방향의 중앙을 포함하는 고강도 영역과, 고강도 영역보다 낮은 항복 강도를 갖는 저강도 영역을 구비한다. 저강도 영역은, 각 측벽의 정면부측의 한쪽 단부로부터, 각 측벽 높이의 20~40%의 거리의 위치에 이르기까지, 또한, 저강도 영역의 각 측벽의 길이 방향(즉 제1 능선의 연장 방향)에 있어서, 각 측벽의 높이(즉 제1 능선으로부터 제2 능선 혹은 접합부까지의 정면부에 수직인 방향에 있어서의 거리) 이상의 거리에 걸쳐서 형성된다. 발명자들은, 이러한 저강도 영역에 의해서, 정면부에 충격이 가해진 경우의 구조 부재의 충격 에너지의 흡수 효율을 높일 수 있는 것을 발견했다. 구체적으로는, 정면부에 대해서 수직 방향으로 충격이 가해진 경우, 각 측벽의 정면부측 20~40%의 영역에 형성된 저강도 영역에 있어서, 충격에 의한 응력을 충격 방향에 수직인 방향(측벽의 길이 방향)으로 분산시킴과 더불어, 각 측벽의 높이 방향 중앙을 포함하는 고강도 영역의 강성을 살려, 구조 부재의 변형을 억제할 수 있는 것을 발견했다. 또한, 각 측벽의 저강도 영역의 항복 강도를, 각 측벽의 높이 방향의 중앙의 위치에 있어서의 항복 강도의 60~85%로 함으로써, 구조 부재의 충격 에너지 흡수 효율을, 요구되는 레벨로 높일 수 있는 것을 발견했다. 즉, 상기 제1, 2 및 4 구성의 구조 부재에서는, 충격을 받았을 때, 효율적으로 충격 에너지를 흡수할 수 있다.

상기 제3 구성에 있어서, 해트 부재의 2개의 측벽은, 측벽의 높이 방향 중앙을 포함하는 고강도 영역과, 고강도 영역보다 항복 강도가 낮은 저강도 영역을 구비한다. 저강도 영역은, 각 측벽의 제2 능선(클로징 플레이트측의 단부)으로부터, 클로징 플레이트에 수직인 방향에 있어서의 측벽의 높이(제1 능선으로부터 제2 능선까지의 거리)의 20~40%의 거리의 위치에 이르기까지, 또한 각 측벽의 길이 방향(즉 제2 능선의 연장 방향)으로, 제2 능선으로부터 제1 능선까지의 클로징 플레이트에 수직인 방향에 있어서의 거리 이상의 길이의 영역에 걸쳐서 형성된다. 발명자들은, 해트 부재의 2개의 측벽에, 이러한 저강도 영역을 형성함으로써, 클로징 플레이트에 충격이 가해진 경우의 구조 부재의 충격 에너지의 흡수 효율을 높일 수 있는 것을 발견했다. 구체적으로는, 클로징 플레이트에 대해서 수직 방향으로 충격이 가해진 경우, 측벽의 클로징 플레이트측 20~40%의 영역에 형성된 저강도 영역에 있어서, 충격에 의한 응력을 길이 방향으로 분산시킴과 더불어, 측벽의 높이 방향 중앙을 포함하는 고강도 영역의 강성을 살려, 구조 부재의 변형을 억제할 수 있는 것을 발견했다. 또한, 각 측벽의 저강도 영역의 항복 강도를, 각 측벽의 높이 방향의 중앙의 위치에 있어서의 항복 강도의 60~85%로 함으로써, 구조 부재의 충격 에너지 흡수 효율이 요구되는 레벨까지 높일 수 있는 것이, 발명자들에 의해서 발견되었다. 즉, 상기 제3 구성의 구조 부재에서는, 충격을 받았을 때, 효율적으로 충격 에너지를 흡수할 수 있다.

상기 제1~제5 구성 중 어느 한 구성에 있어서, 상기 저강도 영역은, 상기 측벽의 길이 방향 중앙에 배치하는 것이 바람직하다. 그 이유는 다음과 같다. 측벽의 길이 방향 중앙은, 길이 방향 양단부로부터 떨어져 있다. 이들 양단부의 부근은, 다른 부재에 연결되는 지지되는 경우가 많다. 양단부가 지지된 상태로 중앙에 하중이 작용한 경우, 굽힘 모멘트가 커진다. 저강도 영역을, 측벽의 길이 방향 중앙에 배치함으로써, 충격에 의한 변형이 커지기 쉬운 위치에 저강도 영역이 배치된다. 그 결과, 충격 에너지의 흡수 효율을 보다 높일 수 있다. 측벽의 길이 방향은, 제1, 2, 4, 5 구성에 있어서는, 측벽과 정면부 사이의 제1 능선의 연장 방향으로 하고, 제3 구성에 있어서는, 측벽과 클로징 플레이트 사이의 제2 능선의 연장 방향으로 한다.

상기 제1~제6 중 어느 한 구성에 있어서, 상기 정면부 또는 상기 클로징 플레이트는, 상기 측벽의 길이 방향에 있어서 서로 떨어진 위치에 있어서 다른 부재와 연결되는 적어도 2개의 연결부를 포함해도 된다. 이 경우, 상기 저강도 영역은, 상기 측벽의 길이 방향에 있어서 상기 적어도 2개의 연결부 사이의 중앙에 배치되는 것이 바람직하다. 그 이유는 다음과 같다. 2개의 연결부의 중앙은, 다른 부재에 지지되는 위치로부터 떨어져 있다. 2개의 연결부의 중앙에 하중이 작용한 경우, 굽힘 모멘트가 커진다. 그로 인해, 적어도 2개의 연결부로 지지된 구조 부재에 있어서, 적어도 2개의 연결부의 중앙에 저강도 영역을 형성함으로써, 충격에 의한 변형이 커지기 쉬운 위치에 저강도 영역이 배치된다. 그 결과, 충격 에너지의 흡수 효율을 보다 높일 수 있다.

상기 제1, 제2, 제4 및 제5 구성 중 어느 한 구성에 있어서, 상기 2개의 측벽의 각각에 있어서, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 측벽 중앙의 인장 강도는, 980MPa 이상으로 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 이러한 고강도의 구조 부재에 있어서, 충격 에너지의 흡수 효율 향상의 효과가 적절하게 얻어지기 때문이다. 또한, 측벽의 높이 방향은, 정면부에 수직인 방향으로 한다.

상기 제3 구성에 있어서, 상기 2개의 측벽의 각각에 있어서, 상기 클로징 플레이트에 수직인 방향에 있어서의 상기 측벽 중앙의 인장 강도는, 980MPa 이상으로 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 이러한 고강도의 구조 부재에 있어서, 충격 에너지의 흡수 효율 향상의 효과가 적절하게 얻어지기 때문이다.

상기 제1, 제2, 제4 및 제5 구성 중 어느 한 구성의 구조 부재를 구비하는 차량도, 본 발명의 실시 형태에 포함된다. 이러한 차량에 있어서, 상기 구조 부재는, 상기 정면부가 상기 차량의 외측이 되고, 상기 클로징 플레이트가 상기 차량의 내측이 되도록 배치되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 차량의 외측으로부터, 구조 부재의 정면부에 대해서 충격이 가해진 경우에, 구조 부재에 의해서 효율적으로 충격을 흡수할 수 있다.

상기 제3 구성의 구조 부재를 구비하는 차량도, 본 발명의 실시 형태에 포함된다. 이러한 차량에 있어서, 상기 구조 부재는, 상기 클로징 플레이트가 상기 차량의 외측이 되고, 상기 정면부가 상기 차량의 내측이 되도록 배치되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 차량의 외측으로부터, 구조 부재의 클로징 플레이트에 대해서 충격이 가해진 경우에, 구조 부재에 의해서 효율적으로 충격을 흡수할 수 있다.

상기 제1~제4 구성의 구조 부재에 있어서, 정면부의 양단부는, 정면부의 길이 방향에 수직인 방향의 양단부이다. 또한, 정면부의 길이 방향은, 구조 부재의 길이 방향이며, 측벽의 길이 방향이기도 하다. 구조 부재의 길이 방향은, 해트 부재(또는 홈형 부재) 및 클로징 플레이트로 둘러싸이는 중공부가 연장되는 방향이다. 즉, 해트 부재(또는 홈형 부재) 및 클로징 플레이트로 형성되는 관형상부의 축 방향이, 구조 부재의 길이 방향이 된다.

정면부의 양단부로부터 연장되는 2개의 측벽은 정면부에 대해서 동일한 방향으로 연장된다. 즉, 2개의 측벽은, 서로 대향한 상태로, 정면부의 양단부로부터 연장된다. 2개의 측벽은, 상기 정면부의 내면측으로부터 상기 정면부를 지탱하는 구성이 된다. 또한, 2개의 측벽이 대향한 상태는, 2개의 측벽의 내면이 평행인 경우에 한정되지 않는다.

［실시 형태 1]

실시 형태 1은, 상기 제1, 제2, 제4, 및 제5 구성에 관한 것이다. 도 1a는, 본 발명의 실시 형태의 구조 부재의 단면도이며, 도 1b는, 도 1a에 도시한 구조 부재의 평면도, 도 1c는, 도 1a에 도시한 구조 부재의 측면도이다. 도 1a~도 1c에 도시한 구성은, 상기 제1 및 제2 구성에 관한 것이다.

도 1a~도 1c에 도시한 구조 부재(10)는, 해트형의 단면을 갖는 해트 부재(1)와, 해트 부재(1)에 접합되는 클로징 플레이트(2)를 구비한다. 구조 부재(10)는, 해트 부재(1)와 클로징 플레이트(2)로 형성되는 폐단면 구조를 갖는다.

도 1a에 도시한 바와 같이, 해트 부재(1)는, 정면부(1a)와, 한 쌍의 측벽(1b)과, 한 쌍의 플랜지(1c)를 갖는다. 한 쌍의 측벽(1b)은, 정면부(1a)의 양단으로부터 연장되고, 서로 대향한다. 한 쌍의 플랜지(1c)는, 한 쌍의 측벽(1b) 각각에 있어서, 측벽(1b)의 정면부(1a)측의 한쪽 단부와는 반대측의 다른쪽 단부로부터 한 쌍의 측벽(1b)의 대향 방향 외측으로 연장된다. 클로징 플레이트(2)는, 한 쌍의 플랜지(1c)에 접촉하여 설치된다.

도 1b에 도시한 바와 같이, 정면부(1a)와 한 쌍의 측벽(1b)의 경계 부분(견부)(1ab)은, 길이 방향으로 연장되는 모서리(이하, 제1 능선(1ab)으로 칭한다)를 형성한다. 제1 능선(1ab)은, 해트 부재(1)의 굴곡되어 있는 부분(굴곡부)이다. 정면부(1a)의 길이 방향에 수직인 방향(x 방향)에 있어서의 양단이 한 쌍의 제1 능선(1ab)이 된다. 한 쌍의 제1 능선(1ab)으로부터 한 쌍의 측벽(1b)이 각각 연장된다. 한 쌍의 측벽(1b)은, 동일한 방향(z 방향)으로 연장된다. 구조 부재(10)에 있어서, 정면부(1a)와 한 쌍의 측벽(1b)의 경계 부분에서 형성되는 모서리(제1 능선(1ab))가 연장되는 방향(y 방향)에 있어서의 치수는, 한 쌍의 측벽(1b)이 서로 대향하는 방향(x 방향)에 있어서의 치수보다 길어져 있다. 구조 부재(10)의 길이 방향은, 정면부(1a)와 측벽(1b) 사이에 형성되는 제1 능선(1ab)의 연장 방향과 동일하게 되어 있다.

도 1a 및 도 1c에 도시한 바와 같이, 플랜지(1c)와 한 쌍의 측벽(1b)의 각각의 경계 부분(1bc)은, 길이 방향으로 연장되는 모서리(이하, 제2 능선(1bc)으로 칭한다)를 형성한다. 제2 능선(1bc)은, 해트 부재(1)의 굴곡되어 있는 부분(굴곡부)이다. 한 쌍의 측벽(1b)의 각각에 있어서, 각 측벽(1b)의 양단부 중 정면부(1a)측의 한쪽 단과는 반대측의 다른쪽 단에 제2 능선(1bc)이 형성된다. 즉, 한 쌍의 측벽(1b)의 각 다른쪽 단에 있어서의 한 쌍의 제2 능선(1bc)으로부터, 한 쌍의 플랜지(1b)가 서로 멀어지는 방향으로 연장되고 있다.

도 1a 및 도 1c에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 측벽(1b)의 각각은, 측벽(1b)의 한쪽 단부로부터 거리(Sh)의 위치까지의 영역에, 저강도 영역(1s)을 갖는다. 저강도 영역(1s)은, 주변보다 강도가 낮은 영역이다. 한 쌍의 측벽(1b)에 있어서, 저강도 영역(1s) 이외의 부분은, 저강도 영역(1s)보다 강도가 높은 고강도 영역이 된다. 각 측벽(1b)의 높이 방향(정면부(1a)에 수직인 방향)에 있어서, 저강도 영역(1s)은, 정면부(1a)측의 한쪽 단부(제1 능선(1ab))로부터, 제1 능선(1ab)으로부터 거리(Sh)의 위치에 이르기까지의 부분에 형성된다. 즉, 제1 능선(1ab)으로부터 거리(Sh)의 위치에 저강도 영역(1s)과 고강도 영역의 경계(1sk)가 있다. 이 경계(1sk)와, 제1 능선(ab)의 측벽(1b)의 높이 방향에 있어서의 거리가 거리(Sh)이다. 저강도 영역(1s)과 고강도 영역의 경계(1sk)로부터 제2 능선(1bc)(플랜지(1c))에 이르기까지의 부분은, 고강도 영역이 된다.

또, 도 1c에 도시한 바와 같이, 저강도 영역(1s)은, 측벽(1b)의 길이 방향( 제1 능선(1ab)의 연장 방향(y 방향))에 있어서, 측벽(1b)의 높이(H) 이상의 거리에 걸쳐서 형성된다. 즉, 저강도 영역(1s)의 측벽(1b)의 길이 방향의 길이(Sn)는, 측벽(1b)의 높이(H) 이상이다. 여기서, 측벽(1b)의 높이는, 정면부(1a)에 수직인 방향(z 방향)에 있어서의 제1 능선(1ab)(측벽(1b)의 한쪽 단부)으로부터 제2 능선(1bc)(측벽(1b)의 다른쪽 단부)까지의 거리로 한다. 이와 같이, 저강도 영역(1s)은, 제1 능선(1ab)으로부터 측벽(1b)의 높이 방향으로 거리(Sh)의 위치까지, 또한, 측벽(1b)의 길이 방향에 있어서, 측벽(1b)의 높이(H) 이상의 거리에 걸쳐서 설치된다.

이와 같이, 구조 부재(10)에 있어서, 측벽(1b)의 정면부(1a)측의 일부에 저강도 영역(1s)을 설치함으로써, 구조 부재(10)에 충격이 가해진 경우의, 굽힘 방향의 변형의 정도를 보다 작게 할 수 있다. 이것은, 발명자들이 구조 부재의 충격에 의한 변형의 모습을 주의 깊게 관찰한 결과 얻어진, 하기의 지견에 의거하는 것이다. 발명자들은, 해트 부재와 클로징 플레이트로 구성되는 구조 부재에 압자를 충돌시키는 충돌 시험(시뮬레이션)을 행하여, 구조 부재의 변형 거동을 관찰했다. 도 2는, 충돌 시험의 모습을 모식적으로 도시한 도면이다. 충돌 시험에서는, 구조 부재(10a)를 2개의 받침대(12)에 걸쳐서 배치한다. 2개의 받침대(12)의 중간의 위치에 있어서, 구조 부재(10a)에 대해서 압자(11)를 충돌시킨다.

도 3은, 균일한 강도 분포를 갖는 구조 부재(10b)에 충격을 가했을 때의 변형을 도시한 도면이다. 도 4는, 도 1a~도 1c와 동일한 저강도 영역을 갖는 구조 부재(10c)에 도 3과 동일한 충격을 가했을 때의 변형을 도시한 도면이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 강도 분포가 균일한 구조 부재(10b)의 경우, 꺾이는 개소가, 날카롭게 돌출하도록 꺾인다. 이 변형 모드를 꺾임으로 칭한다. 이에 비해, 측벽에 저강도부를 갖는 구조 부재(10c)의 경우, 도 4에 도시한 바와 같이, 충격을 받은 정면부와 그 양단부로부터 연장되는 측벽의 일부가 충격에 의해 찌그러진다. 이 변형 모드를 단면 찌그러짐으로 칭한다. 도 3의 경우에 비해, 도 4의 경우가, 동일한 충격 하중을 받았을 때에 변형하여 충격 흡수에 공헌하는 부재의 영역이 넓고, 그 결과, 구조 부재의 굽힘 방향으로의 돌출 정도가 작다.

도 5는, 균일한 강도 분포를 갖는 구조 부재(10b)의 변형 거동을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은, 도 1a~도 1c에 도시한 저강도 영역을 갖는 구조 부재(10c)의 변형 거동을 설명하기 위한 도면이다. 도 5 및 도 6은, 구조 부재의 측면, 즉 측벽측에서 본 구성을 도시한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 균일한 강도 분포를 갖는 구조 부재(10b)에서는, 충격에 의해, 굽힘 변형 기점(P)에서 발생한 변형은, 정면부 및 측벽이 측면에서 봤을 때 쐐기형이 되도록, 측벽의 높이 방향으로 진행한다. 그 결과, 굽힘 방향(측벽의 높이 방향)으로 날카롭게 돌출하도록 꺾인다. 경우에 따라서는, 측벽에 금이 가기도 한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 측벽의 정면부측에 저강도 영역(1sc)(도 6에서는 도트로 나타내는 영역)을 갖는 구조 부재(10c)에서는, 굽힘 변형 기점(P)으로부터 내측으로 진행하는 변형은, 저강도 영역(1sc)의 경계에 이르면, 저강도 영역(1sc)보다 강도가 강한 영역으로 향하지 않고, 비교적 강도가 낮은 횡 방향(구조 부재(10c)의 길이 방향)으로 진행하기 쉬워진다. 그로 인해, 변형은 길이 방향으로 확대되고, 굽힘 방향(측벽의 높이 방향)으로의 변형 정도가 작아진다.

또, 해트 부재와 클로징 플레이트로 구성되는 구조 부재가, 정면부에 수직인 방향으로 굽힘 변형하는 경우, 측벽의 높이 방향의 중앙 부근이 꺾이기 쉽다. 즉, 측벽 높이의 2분의 1의 위치 부근이 꺾임 변형의 기점이 되기 쉽다. 도 7a 및 도 7b는, 정면부(1da)와 그 양단으로부터 연장되는 측벽(1db)을 갖는 해트 부재와, 클로징 플레이트(2d)로 구성되는 구조 부재(10d)가, 충격 하중을 받아 변형하는 모습을 도시한 도면이다. 정면부(1da)에 충격 하중이 입력되면, 해트 부재의 견부(정면부(1da)와 측벽(1db)의 경계의 꺾임부)의 각도가 변형하여, 측벽(1db)의 높이 방향의 중앙역이 꺾이고, 그 결과, 구조 부재(10d)가 찌그러진다. 이 측벽(1db)의 꺾임이 용이하게 발생하는 것을 막기 위해서, 도 1a~도 1c에 도시한 구조 부재(10)에서는 측벽(1b)의 높이 방향의 중앙역의 강도를 고강도화하고 있다.

즉, 구조 부재(10)에서는, 측벽(1b)의 높이의 중앙(2분의 1)의 위치(1mid)의 강도를 어느 정도 강하게 하고, 측벽(1b)의 높이 방향 중앙의 위치(1mid)보다 정면부(1a)측에, 중앙의 위치(1mid)보다 강도가 낮은 저강도 영역(1s)을 설치한다. 저강도 영역(1s)의 범위 및, 높이 방향 중앙의 위치(1mid)에 대한 저강도 영역(1s)의 강도비를 적절히 설정함으로써, 중앙의 위치(1mid)에서의 측벽(1b)의 꺾임이 용이하게 발생하지 않게 하고, 또한, 중앙의 위치(1mid)보다 정면부(1a)측에서의 측벽(1b)의 길이 방향의 찌그러짐의 정도를 크게 할 수 있다. 그 결과, 도 6에 도시한 바와 같이, 굽힘 방향으로의 변형 정도가 작아지는 변형 거동으로 할 수 있다.

또한, 도 7a 및 도 7b에 도시한 변형 거동은, 압자를 구조 부재의 정면부에 충돌시킨 경우에 한정되지 않는다. 예를 들어, 구조 부재를 길이 방향으로 압축하는 축력에 의해 굽힘 변형하는 경우나, 3점 굽힘 시험과 같이, 정면부에 압자를 눌러 길이 방향에 수직인 방향의 힘을 정적으로 가했을 때의 굽힘 변형도, 동일한 변형 거동이 될 수 있다.

또, 도 6과 같이, 굽힘 방향으로의 변형 정도를 작게 하려면, 저강도 영역(1s)의 길이 방향(제1 능선(2)의 연장 방향)의 폭도 중요하다는 것이 발명자들에 의해서 발견되어 있다. 도 8은, 저강도 영역(1sc)의 길이 방향의 길이(Sn)를, 측벽(1b)의 높이(H)의 2분의 1(H/2)보다 짧게 한 경우의 변형 거동을 설명하기 위한 도면이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 저강도 영역의 길이 방향의 폭이 좁은 경우, 굽힘 변형 기점(P)으로부터 내측으로 진행하는 변형이, 길이 방향에 있어서의 저강도 영역(1sc)과 고강도 영역의 경계에 이르는 것이 빨라진다. 그 결과, 길이 방향의 찌그러짐이 제한되고, 높이 방향의 변형이 진행되기 쉬워진다.

발명자들은, 여러가지 조건으로 구조 부재의 굽힘 시험 및 해석을 행한 결과, 구조 부재가 굽힘 변형할 때, 길이 방향의 변형의 범위는, 측벽의 높이와 동일한 정도가 되는 것을 발견했다. 또한, 발명자들은, 저강도 영역(1sc)의 길이 방향의 폭을, 측벽의 높이 이상으로 함으로써, 충격에 의한 변형을 길이 방향으로 분산시켜, 굽힘 방향으로의 변형 정도를 작게 할 수 있는 것을 발견했다.

발명자들은, 상기의 지견에 의거하여, 이하와 같이 구조 부재(10)를 구성하는 것에 상도했다. 도 1a 및 도 1c에 도시한 한 쌍의 측벽(1b)의 각각은, 측벽(1b)의 한쪽 단부로부터 거리(Sh)의 위치에 이르기까지의 영역에, 저강도 영역(1s)을 갖는다. 측벽(1b)의 저강도 영역(1s)의 거리(Sh)는, 측벽(1b)의 높이(H)의 20~40%로 할 수 있다. 저강도 영역(1s)의 항복 강도는, 측벽(1b)의 높이(H)의 2분의 1의 위치(1mid)(즉, 높이 방향 중앙의 위치(1mid))에 있어서의 항복 강도의 60~85%로 할 수 있다.

즉, 해트 부재의 단면에 있어서, 측벽(1b) 중 정면부(1a)측 단부로부터 측벽(1b)의 높이(H)의 20~40%의 길이까지의 사이, 측벽(1b)의 높이(H)의 50%의 위치(즉 측벽(1b)의 높이 방향 중앙)의 개소보다 항복 강도가 60~85%의 저강도 영역(1s)이 연속하고 있다. 바꾸어 말하면, 저강도 영역(1s)은, 제1 능선(1ab)으로부터 제2 능선(1bc)을 향해, 정면부(1a)에 수직인 방향에 있어서의 제1 능선(1ab)과 제2 능선(1bc) 사이의 거리의 20~40%의 위치까지 설치된다. 저강도 영역(1s)의 항복 강도는, 제1 능선(1ab)과 제2 능선(1bc)의 중앙에 있어서의 측벽(1b)의 항복 강도의 60~85%이다.

이것에 의해, 예를 들어, 정면부(1a)에 충격이 가해진 경우의 변형 거동이, 도 4에 도시한 단면 찌그러짐이 되기 쉬워진다. 그 결과, 정면부(1a)에 수직인 방향으로의 굽힘 변형의 정도를 작게 할 수 있다. 이와 같이, 구조 부재(10)는, 충격을 받았을 때, 작은 변형으로 보다 큰 충격 에너지를 흡수할 수 있다. 즉, 구조 부재(10)는, 충격 에너지를 효율적으로 흡수할 수 있다.

또한, 저강도 영역(1s)의 거리(Sh)는, 측벽(1b)의 높이(H)의 35% 이하이면 보다 바람직하고, 30% 이하이면 더 바람직하다. 또, 거리(Sh)는, 측벽(1b)의 높이(H)의 25% 이상이면 보다 바람직하다. 측벽(1b)에 있어서의 저강도 영역(1s)의 강도와, 높이 방향 중앙의 위치(1mid)의 강도의 비(강도비)는, 80% 이하이면 보다 바람직하다. 또, 이 강도비는, 70% 이상이면 보다 바람직하다.

또, 저강도 영역(1s)은, 측벽(1b)의 길이 방향에 있어서, 측벽(1b)의 높이(H) 이상의 거리에 걸쳐서 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 저강도 영역(1s)은, 제1 능선(1ab)의 연장 방향으로, 정면부(1a)에 수직인 방향에 있어서의 제1 능선(1ab)과 제2 능선(1bc)의 거리 이상의 길이의 영역에 설치된다. 이것에 의해, 길이 방향으로의 변형을 진행시키기 쉽게 하고, 굽힘 방향으로의 변위를 보다 억제할 수 있다. 저강도 영역(1s)의 제1 능선(1ab)의 연장 방향의 치수는, 측벽(1b)의 높이의 1.5배(3H/2) 이상으로 하는 것이 바람직하고, 측벽(1b)의 높이의 2배(2H) 이상으로 하는 것이 더 바람직하다.

측벽(1b)의 높이 방향 중앙의 위치(1mid)에 있어서의 인장 강도는, 예를 들어, 980MPa 이상(항복 강도 500MPa 이상)으로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 측벽(1b)의 높이 방향 중앙의 위치(1mid)의 강도를 확보하고, 이 위치(1mid)에서 측벽(1b)이 꺾이기 어렵게 할 수 있다. 또한, 구조 부재(10)의 저강도 영역(1s) 이외의 영역은, 이 높이 방향 중앙의 위치(1mid)와 동일한 강도로 할 수 있다.

제1 능선(1ab)과 제2 능선(1bc)의 사이에 있어서, 저강도 영역(1s)의 단부로부터 제2 능선(1bc)(플랜지(1c))까지의 영역은, 고강도 영역이다. 고강도 영역의 항복 강도는, 저강도 영역(1s)의 항복 강도보다 높다. 또한, 고강도 영역에 있어서의 강도 분포는, 균일하지 않아도 된다.

정면부(1a)의 적어도 일부에 저강도 영역을 설치해도 되고, 정면부(1a)에 저강도 영역을 설치하지 않아도 된다. 구조 부재(10)의 꺾임 변형에서는, 측벽(1b)의 강도의 영향이 지배적인 것이 발명자들에 의해서 발견되었다. 정면부(1a)의 강도는, 측벽(1b)의 강도에 비해, 꺾임 변형에 주는 영향이 적다.

도 1a에 도시한 바와 같이, 해트 부재(1)는, 한 쌍의 플랜지(1c), 한 쌍의 플랜지(1c)로부터 꺾여 세로로 연장되는 한 쌍의 측벽(1b), 및, 한 쌍의 측벽(1b)에 끼워지는 정면부(1a)를 구비한다. 도 1a에 도시한 예에서는, 측벽(1b)은 플랜지(1c)에 대해서 수직으로 되어 있다. 또, 한 쌍의 측벽(1b)은, 동일한 길이이다. 플랜지(1c)와 정면부(1a)는, 평행이다. 한 쌍의 측벽(1b) 중 한쪽의 측벽(1b)의 저강도 영역(1s)의 거리(Sh)와, 대향하는 다른쪽의 측벽(1b)의 저강도 영역(1s)의 거리(Sh)는 동일하다. 도 1a에 있어서, 구조 부재(10)의 강도 분포는, 좌우 대칭으로 되어 있다.

구조 부재(10)의 구성은, 도 1a에 도시한 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 측벽(1b)과 플랜지(1c)의 각도는, 90도(직각)가 아니어도 된다. 마찬가지로, 측벽(1b)과 정면부(1a)의 각도도 90도(직각)에 한정되지 않는다. 예를 들어, 구조 부재(10)의 길이 방향에 수직인 단면은, 사다리꼴 형상이어도 된다. 즉, 정면부(1a), 측벽(1b) 및 클로징 플레이트(2)로 구성되는 폐단면의 형상은, 사다리꼴이어도 된다. 이 경우, 제1 능선(1ab)에 수직인 면의 단면 형상은, 좌우 대칭이어도 되고, 좌우 대칭이 아니어도 된다. 또, 한 쌍의 측벽(1b)은, 길이가 서로 상이해도 된다. 그 결과, 플랜지(1c)와 정면부(1a)는, 평행이 아니어도 된다. 또, 한 쌍의 플랜지(1c)의 높이(z 방향에 있어서의 위치)가, 서로 상이해도 된다.

또, 측벽(1b)과 정면부(1a)의 경계가 되는 모서리(견부)의 단면 형상에는, R(둥글림 즉 만곡부)을 형성해도 된다. 마찬가지로, 측벽(1b)과 플랜지(1c)의 경계의 모서리(견부)의 단면 형상에, R(둥글림 즉 만곡부)을 형성해도 된다. 또, 측벽(1b) 및/또는 정면부(1a)의 표면은, 평면이 아닌 곡면으로 할 수 있다. 즉, 측벽(1b) 및/또는 정면부(1a)는, 만곡되어 있어도 된다. 또한, 측벽(1b)과 정면부(1a)의 모서리에 있어서의 R의 곡률 반경이 너무 크면, 측벽(1b)이 높이 방향의 하중을 지탱하는 기능이 저하한다. 그로 인해, 측벽(1b)과 정면부(1a)의 모서리의 R(만곡)의 내측면의 곡률 반경은, 예를 들어, 15mm 이하로 한다. 혹은, 측벽(1b)과 정면부(1a)의 모서리의 R(만곡)의 내측면의 곡률 반경을, 예를 들어, 측벽(1b)의 높이(H)의 3분의 1 이하, (R≤H/3)으로 한다.

한 쌍의 측벽(1b)의 적어도 한쪽에, 오목부(홈), 볼록부(모서리), 단차 또는 구멍이 설치되어도 된다. 정면부(1a)에, 오목부(홈), 볼록부(모서리), 단차 또는 구멍이 설치되어도 된다. 단, 이들 측벽(1b) 또는 정면부(1a)에 설치되는 오목부(홈), 볼록부(모서리), 단차 또는 구멍은, 구조 부재(10)의 변형 거동에 중대한 영향을 주지 않을 정도의 크기로 할 필요가 있다. 예를 들어, 구조 부재(10)를, 정면부(1a)에 볼록부를 형성한 2단 해트 형상 또는 삼단 이상의 해트 형상으로 해도 된다.

측벽(1b)과 정면부(1a)의 경계의 모서리 또는 측벽(1b)과 플랜지(1c)의 경계의 모서리에 R(둥글림 즉 만곡부)을 형성한 경우, 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, R이 형성된 부분 중, 측벽(1b)의 높이 방향 중앙의 위치(1mid)로부터 먼 쪽의 R 멈춤부(만곡부의 단)를 측벽(1b)의 단부로 하여, 상기 측벽(1b)의 높이(H) 및 저강도 영역(1s)의 거리(Sh)를 결정한다.

즉, 측벽(1b)과 정면부(1a) 사이의 만곡한 부분(만곡부)의 정면부(1a)측의 단(R 멈춤부)을 측벽(1b)의 한쪽 단부로 하여, 측벽(1b)의 높이(H) 및 저강도 영역(1s)의 높이 방향의 거리(Sh)를 결정한다. 또, 측벽(1b)과 플랜지(1c) 사이의 만곡한 부분(만곡부)의 플랜지(1c)측의 단(R 멈춤부)을 측벽(1b)의 다른쪽 단부로 하여, 측벽(1b)의 높이(H) 및 저강도 영역(1s)의 높이 방향의 거리(Sh)를 결정한다.

이와 같이 하여, 제1 능선(1ab) 및 제2 능선(1bc)을 기준으로, 측벽(1b)의 높이(H) 및 저강도 영역(1s)의 높이 방향의 거리(Sh)를 결정한다. 이 경우, 구체적으로는, 제1 능선(1ab)은, 측벽(1b)과 정면부(1a) 사이의 R(만곡부)의 정면부(1a)측의 단(R 멈춤부), 즉, R(만곡부)의 측벽(1b)의 높이 방향 중앙의 위치(1mid)로부터 먼 쪽의 R 멈춤부(만곡부의 단)로 한다. 제2 능선(1bc)은, 측벽(1b)과 플랜지(1c) 사이의 R(만곡부)의 플랜지(1c)측의 단(R 멈춤부), 즉, R(만곡부)의 측벽(1b)의 높이 방향 중앙의 위치(1mid)로부터 먼 쪽의 R 멈춤부(만곡부의 단)로 한다.

여기서, 측벽(1b)의 높이는, 측벽(1b)의 한쪽 단부로부터 다른쪽 단부까지의 높이 방향에 있어서의 치수이다. 바꾸어 말하면, 측벽(1b)의 높이는, 측벽(1b)의 제1 능선(1ab)으로부터 제2 능선(1bc)까지의 정면부(1a)에 수직인 방향에 있어서의 치수이다. 저강도 영역(1s)의 거리(Sh)는, 측벽(1b)의 한쪽 단부로부터 측벽(1b)의 저강도 영역(1s)의 경계까지의 높이 방향에 있어서의 치수이다. 즉, 저강도 영역(1s)의 거리(Sh)는, 제1 능선(1ab)으로부터 측벽(1b)의 저강도 영역(1s)과 고강도 영역의 경계까지의 정면부(1a)에 수직인 방향에 있어서의 치수이다. 측벽(1b)의 높이의 2분의 1의 위치(1mid)는, 측벽(1b)의 높이 방향에 있어서의 중앙의 위치이다. 즉, 측벽(1b)의 높이의 2분의 1의 위치(1mid)는, 정면부(1a)에 수직인 방향에 있어서의 제1 능선(1ab)과 제2 능선(1bc)의 중앙의 측벽(1b)의 위치이다.

측벽(1b)의 높이 방향은, 정면부(1a)에 수직인 방향으로 한다. 정면부(1a)에 수직인 방향이란, 구체적으로는, 정면부(1a)의 표면의 평면에 수직인 방향으로 한다. 정면부(1a)가, 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 오목부, 볼록부, 단차 또는 만곡부를 포함하는 경우, 2개의 제1 능선(1ab)을 연결하는 가상 평면에 수직인 방향을, 정면부에 수직인 방향으로 한다.

클로징 플레이트(2)는, 해트 부재(1)의 양측의 플랜지(1c)에 접합되고, 고정된다. 클로징 플레이트(2)는, 해트 부재(1)의 정면부(1a)에 충격 하중이 가해진 경우에 해트 부재(1)가 열려 찌그러져 버리는 것을 억제한다. 클로징 플레이트(2)에는, 요철, 단차 또는 구멍이 설치되어도 된다. 클로징 플레이트(2)와 해트 부재(1)의 접합 방법은, 양자를 고정하는 것이면, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 용접 또는 체결 부재에 의해, 양자를 접합할 수 있다. 또, 클로징 플레이트(2)는, 평판에 한정되지 않으며, 예를 들어, 단면 해트형으로 형성해도 된다.

도 1b에 도시한 예에서는, 구조 부재(10)는, 길이 방향에 직선형으로 연장되어 형성된다. 이에 비해, 구조 부재(10)는, 길이 방향에 있어서 만곡되어 있어도 된다. 예를 들어, 측면(x 방향)에서 볼 때, 정면부(1a)측(z＋ 방향)으로 볼록해지도록 만곡한 형상으로 할 수 있다. 또, 위(z 방향)에서 볼 때 구조 부재(10)를 만곡시켜도 된다. 또, 정면부(1a)의 폭(길이 방향에 수직인 방향(x 방향)의 길이)은, 균일하지 않아도 된다. 측벽(1b)의 높이(z 방향의 길이)도 균일하지 않아도 된다.

도 9a는, 본 실시 형태의 변형예에 있어서의 구조 부재(10e)의 단면도이다. 구조 부재(10e)는, 형상이 상이한 한 쌍의 측벽(1br, 1bh)을 갖는다. 한 쌍의 측벽(1br, 1bh)은, 플랜지(1cr, 1ch)에 대한 각도 및, 높이(HR, HL)가 서로 상이하다. 그로 인해, 한 쌍의 플랜지(1cr, 1ch)의 높이 방향에 있어서의 위치가 상이하다. 또, 한쪽의 측벽(1br)의 높이(HR)의 2분의 1의 위치(1midr)와, 다른쪽의 측벽(1bh)의 높이(HL)의 2분의 1의 위치(1midh)의 높이 방향의 위치도 상이하다. 한쪽의 측벽(1br)의 저강도 영역(1sr)의 거리(ShR)와, 다른쪽의 측벽(1bh)의 저강도 영역(1sh)의 거리(ShL)는, 상이하다. 이와 같이, 구조 부재(10e)의 단면이 좌우 대칭이 아닌 경우, 한 쌍의 측벽(1br, 1bh) 각각에 있어서, 높이(HR, HL), 높이 방향 중앙의 위치(1midr, 1midh), 저강도 영역(1sr, 1sh)이, 따로 따로 설정된다.

도 9a에 도시한 예에서는, 한 쌍의 측벽(1br, 1bh) 중 한쪽의 측벽(1br)은, 단차를 갖는다. 이와 같이, 측벽(1br)에, 단차가 있는 경우도, 측벽(1br)의 한쪽 단부로부터 다른쪽 단부까지의 높이 방향의 치수를, 측벽(1br)의 높이(HR)로 한다. 즉, 높이 방향에 있어서, 측벽(1br)의 가장 낮은 위치로부터 가장 높은 위치까지의 길이를, 측벽(1br)의 높이(HR)로 한다. 측벽(1br)에, 요철 또는 구멍이 있는 경우도 마찬가지이다. 또, 저강도 영역의 거리(ShR)에 대해서도, 마찬가지로, 높이 방향에 있어서, 저강도 영역(1sr)의 가장 낮은 위치로부터 가장 높은 위치까지의 치수를, 저강도 영역(1sr)의 거리(ShR)로 한다.

한 쌍의 측벽(1b) 중 다른쪽의 측벽(1bh)은, 한쪽 단부에 R(만곡부)이 형성되어 있다. 이 예에서는, R(만곡부)이 형성된 부분 중, 측벽(1bh)의 높이 방향 중앙의 위치(1mid)로부터 먼 쪽의 R 멈춤부(만곡부의 단) 부분을 측벽(1bh)의 단부로 하여, 측벽(1bh)의 높이(HL) 및 저강도 영역(1sh)의 거리(ShL)가 결정된다.

도 9b는, 클로징 플레이트(2)의 변형예를 도시한 단면도이다. 도 9b에 도시한 예에서는, 클로징 플레이트(2)는, 해트 부재(1)로부터 멀어지는 방향으로 돌출하는 형상을 갖는다. 구체적으로는, 클로징 플레이트(2)는, 해트 부재(1)의 플랜지(1cr, 1ch)와 접합되는 접합부(2a)와, 접합부의 사이의 중간부(2b)를 포함한다. 중간부(2b)는, 해트 부재(1)로부터 멀어지는 방향으로 돌출하는 형상으로 되어 있다. 이 예에서는, 클로징 플레이트(2)의 단면 형상이 해트형으로 되어 있다. 도 9b에서는, 중간부(2b)의 외면은, 접합부(2a)의 외면과 대략 평행하게 되어 있는데, 평행이 아니어도 된다.

이와 같이, 클로징 플레이트(2)를 해트 부재(1)로부터 멀어지는 방향으로 돌출시킨 형상으로 함으로써, 구조 부재의 높이 방향의 치수를 조정할 수 있다. 또한, 저강도 영역의 배치의 기준으로 하는 측벽의 높이(H, HL, HR)의 값은, 클로징 플레이트(2)의 높이 방향의 치수에 따라 바뀌는 것은 아니다. 또, 도 9b에 도시한 구조 부재(10e1)는, 길이 방향에 수직인 면의 단면의 형상은, 높이 방향의 축에 대해서 대칭은 아니나, 이것을, 도 1a에 도시한 바와 같이 대칭인 형상으로 해도 된다.

도 10은, 정면부(1a)가 기울어져 있는 경우의 측벽(1b)의 높이 방향을 설명하기 위한 도면이다. 도 10에 도시한 구조 부재(10e3)에 있어서, 해트 부재(1)의 정면부(1a)와, 플랜지(1cr, 1ch)는, 평행이 아니다. 또, 한쪽의 측벽(1br)과 다른쪽의 측벽(1bh)의 z 방향의 길이는 상이하다. 측벽(1br, 1bh)의 높이 방향은, 정면부(1a)에 수직인 방향으로 한다. 각 측벽(1br, 1bh)의 높이(HL, HR) 및, 각 저강도 영역(1sr, 1sh)의 한쪽 단부(제1 능선(1bcr, 1bch))로부터 경계(1skr, 2skh)까지의 거리(ShR, ShL)는, 측벽(1br, 1bh)의 높이 방향을 기준으로 하여 결정할 수 있다. 그로 인해, 측벽(1br, 1bh)의 표면에 있어서의 한쪽 단부(제1 능선(1abr, 1anh))로부터 다른쪽 단부(제2 능선(1bcr, 1bch))까지의 거리와, 높이(HR, HL)는 상이하다.

도 11a~도 11c는, 본 실시 형태에 있어서의 구조 부재의 변형예를 도시한 단면도이다. 도 11a~도 11c는, 구조 부재의 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 단면 형상을 도시한다. 도 11d는, 도 11b에 도시한 구조 부재(10h)를 z 방향에서 본 평면도이다. 도 11a 및 도 11b에 도시한 예는, 상기 제5 구성에 관한 것이다. 도 11c에 도시한 예는, 상기 제4 구성에 관한 것이다.

도 11a~도 11c에 도시한 변형예에서는, 2개의 플랜지를 구비하는 해트 부재를 대신하여, 플랜지를 포함하지 않은 홈형 부재 또는 1개의 플랜지를 포함하는 홈형 부재가 이용된다. 도 1a~도 1c에 도시한 구조 부재(10)는, 측벽(1b)의 양단의 제1 능선(1ab) 및 제2 능선(1bc)이, 정면부(1a)에 수직인 방향의 하중에 대한 변형하기 어려움(굽힘 강성)에 기여하는 구조이다. 이것에 비해, 도 11a~도 11c에 도시한 변형예에서는, 2개의 측벽 중 적어도 한쪽에서는, 측벽의 양단의 제1 능선 및 접합부가 굽힘 강성에 기여하는 구조로 되어 있다.

도 11a~도 11c에 도시한 구조 부재(10g, 10h, 10i)는, 모두, 홈형의 홈형 부재(13)와, 홈형 부재(13)에 접합되는 클로징 플레이트(2)를 구비한다. 도 11a~도 11c에 도시한 홈형 부재(13)는, 정면부(1a)와, 정면부(1a)의 양단으로부터 연장되는 2개의 측벽(1br, 1bh)과, 홈형 부재(13)와 클로징 플레이트(2)를 접합하는 2개의 접합부(3r, 3h)를 구비한다. 2개의 측벽(1br, 1bh)은, 서로 대향한다. 2개의 접합부(3r, 3h)는, 홈형 부재(13)의 일부와 클로징 플레이트(2)가 겹친 부분에 설치된다. 접합부(3r, 3h)는, 예를 들어, 스폿 용접 또는 레이저 용접의 부분이다. 접합부가 홈형 부재(13)의 길이 방향(능선 연장 방향)으로 불연속(단속적)으로 배치되어 있는 경우, 접합부는 불연속인 접합부를 연결한 위치에 있다고 간주한다. 즉, 단속적으로 배치되는 복수의 접합부의 사이를 연결하는 선 상에 접합부가 있다고 간주한다. 접합부와 제1 능선 사이가 측벽이 된다. 정면부(1a)와 2개의 측벽(1br, 1bh) 사이에는, 2개의 제1 능선(1abr, 1abh)이 있다.

도 11a 및 도 11b에 도시한 홈형 부재(13)에 있어서, 2개의 측벽(1br, 1bh)은, 제1 측벽(1br)과 제2 측벽(1bh)을 포함한다. 제1 측벽(1br)의 정면부(1a)측의 한쪽 단부와는 반대측의 다른쪽 단부는 굴곡되어 있다. 이 굴곡부로부터 플랜지(1dR)가 연장된다. 플랜지(1dR)는, 클로징 플레이트(2)와 겹친다. 플랜지(1dR)는, 클로징 플레이트(2)와 접촉하는 접촉면을 갖는다. 플랜지(1dR)와 클로징 플레이트(2)는, 접합부(3r)에 있어서 서로 접합된다.

제1 측벽(1br)은, 2개의 제1 능선(1abr, 1abh)의 한쪽의 제1 능선(1abr)과 플랜지(1dR) 사이에 위치한다. 플랜지(1dR)와 제1 측벽(1br) 사이에는 제2 능선(1bdr)이 있다. 제2 능선(1bdr)은, 플랜지(1dR)의 단부이다. 제2 능선(1bdr)은, 제1 능선(1abr, 1abh)과 동일한 방향 즉 홈형 부재(13)의 길이 방향(y 방향)으로 연장된다.

제1 측벽(1br)의 높이(HR)는, 정면부(1a)에 수직인 방향에 있어서의 제1 측벽(1br)의 높이, 즉, 제1 능선(1abr)과 제2 능선(1bdr)의 정면부(1a)에 수직인 방향에 있어서의 거리이다. 제1 측벽(1br)의 정면부(1a)에 수직인 방향에 있어서의 중앙(1midr)은, 정면부(1a)에 수직인 방향에 있어서의 제1 능선(1abr)과 제2 능선(1bdr)의 중앙이다.

제2 측벽(1bh)은, 2개의 제1 능선(1abr, 1abh) 중 다른쪽의 제1 능선(1abh)과 접합부(3h) 사이에 위치한다. 제2 측벽(1bh)은, 굴곡되어 있지 않다. 제2 측벽(1bh)의 접합부(3h)측의 일부는, 클로징 플레이트(2)와 겹친다. 제2 측벽(1bh)의 접합부(3h)측의 일부는, 클로징 플레이트(2)와 접촉하는 접촉면(1dh)을 갖는다. 제2 측벽(1bh)은, 접촉면(1dh)과 동일한 방향으로 연장된다.

제2 측벽(1bh)의 높이(HL)는, 정면부(1a)에 수직인 방향의 제1 능선(1abh)과 접합부(3h) 사이의 거리이다. 제1 측벽(1bh)의 정면부(1a)에 수직인 방향에 있어서의 중앙(1midh)은, 정면부(1a)에 수직인 방향에 있어서의 제1 능선(1abh)과 접합부(3h)의 중앙이다.

도 11c에 도시한 홈형 부재(13)에 있어서, 2개의 측벽(1br, 1bh)은, 2개의 제1 능선(1abr, 1abh)과, 2개의 접합부(3r, 3h) 사이에, 각각 위치한다. 2개의 측벽 중 한쪽의 측벽(1br)의 높이(HR)는, 제1 능선(1abr)과 접합부(3r) 사이의 정면부(1a)에 수직인 방향에 있어서의 거리이다. 2개의 측벽 중 다른쪽의 측벽(1bh)의 높이(HL)는, 제1 능선(1abh)과 접합부(3h) 사이의 정면부(1a)에 수직인 방향에 있어서의 거리이다.

도 11a~도 11c에 도시한 홈형 부재(13)에 있어서, 각 측벽(1br, 1bh)은, 저강도 영역(1sr, 1sh)과, 저강도 영역(1sr, 1sh)보다 항복 강도가 높은 고강도 영역을 포함한다. 각 측벽(1br, 1bh)의 저강도 영역(1sr, 1sh)은, 각 측벽의 한쪽 단부(제1 능선(1abr, 1abh))로부터, 저강도 영역(1sr, 1sh)과 고강도 영역의 경계(1skr, 1skh)에 걸쳐서 형성된다. 각 측벽(1br, 1bh)의 한쪽 단부로부터 경계(1skr, 1skh)까지의 각 측벽의 높이 방향에 있어서의 거리(ShR, ShL)는, 각 측벽의 높이(HR, HL)의 20~40%이다. 또, 도 11d에 도시한 바와 같이, 저강도 영역(1sh)은, 측벽(1bh)의 길이 방향(제1 능선(1abh)의 연장 방향)에 있어서, 측벽(1bh)의 높이(HL) 이상의 거리에 걸쳐서 형성된다. 또한, 저강도 영역(1sr, 1sh)의 길이 방향의 폭은, 도 11a~도 11c에 있어서의 각 측벽(1br, 1bh) 중 어느 것에 있어서도, 측벽(1bh, 1bh)의 높이(HR, HL) 이상이다. 각 측벽(1br, 1bh)에 있어서의 저강도 영역(1sr, 1sh)의 항복 강도는, 각 측벽(1br, 1bh)의 높이 방향에 있어서의 중앙의 위치(1midr, 1midh)의 항복 강도의 60~85%이다.

즉, 도 11a~도 11c에 도시한 각 측벽(1br, 1bh)의 저강도 영역(1sr, 1sh)은, 측벽의 높이 방향에 있어서는, 제1 능선(1abr, 1abh)으로부터, 각 측벽(1br, 1bh)의 높이(HR, HL)의 20~40%의 거리까지 설치된다. 제1 능선(1abr, 1abh)의 연장 방향(측벽(1br, 1bh)의 길이 방향)에 있어서는, 저강도 영역(1sr, 1sh)은, 각 측벽(1br, 1bh)의 높이(HR, HL) 이상의 거리에 걸쳐서 설치된다.

도 11a에 도시한 예에서는, 제1 측벽(1br)과 제2 측벽(1bh)은 서로 평행이다. 이에 비해, 도 11b에 도시한 예에서는, 제1 측벽(1br)과 제2 측벽(1bh)은 서로 평행은 아니다. 도 11b에 도시한 예에서는, 제1 측벽(1br)과 제2 측벽(1bh)은, 정면부(1a)로부터 멀어짐에 따라서, 서로의 간격이 넓어지도록 연장되고 있다. 이 예에서는, 제1 측벽(1br)은 정면부(1a)에 수직인 방향으로 연장된다. 제2 측벽(1bh)은, 정면부(1a)에 수직인 축에 대해 각도를 갖는 방향으로 연장된다. 제1 측벽(1br)의 클로징 플레이트(2)측의 다른쪽 단부로부터 플랜지(1dR)가 외측으로 연장된다. 도 11a에 도시한 단면을 갖는 구조 부재는, 예를 들어, A 필러에 적용할 수 있다.

도 11a 및 11b에 도시한 예에서는, 클로징 플레이트(2)는 면 외로 굴곡하는 굴곡부를 갖는다. 클로징 플레이트(2)의 굴곡부에 형성되는 능선(2abh)의 연장 방향은, 측벽(1bh)에 있어서의 클로징 플레이트(2)와 접촉하는 접촉면(1dh)과 클로징 플레이트(2)와 접촉하지 않는 면의 경계선의 연장 방향과 동일하다. 클로징 플레이트(2)의 굴곡부에 형성되는 능선(2abh)의 연장 방향의 연장 방향은, 제1 능선(1abh)의 연장 방향과 동일한 것으로 해도 된다(도 11d 참조).

도 11c에 도시한 예에서는, 2개의 측벽(1br, 1bh)은, 모두, 굴곡되어 있지 않다. 즉, 측벽(1br)이 클로징 플레이트(2)와 접촉하는 접촉면(1dr)은, 측벽(1br)과 동일한 방향으로 연장된다. 측벽(1bh)이 클로징 플레이트(2)와 접촉하는 접촉면(1dh)은, 측벽(1bh)과 동일한 방향으로 연장된다.

클로징 플레이트(2)는, 홈형 부재(13)와 겹쳐서 접촉하는 2개의 접촉 부분(2br, 2bh)과, 2개의 접촉 부분(2br, 2bh) 사이의 중간 부분(2a)을 포함한다. 중간 부분(2a)과, 2개의 접촉 부분(2br, 2bh) 사이는, 굴곡되어 있다. 중간 부분(2a)과, 2개의 접촉 부분(2br, 2bh) 사이에 형성되는 능선(2abr, 2abh)의 연장 방향은, 각 측벽(1br, 1bh)에 있어서의 클로징 플레이트(2)와 접촉하는 접촉면(1dr, 1dh)과 각 측벽(1br, 1bh)에 있어서의 클로징 플레이트(2)와 접촉하지 않는 면의 경계선의 연장 방향과 동일하다.

도 11a~도 11c에 도시한 구조 부재(10g, 10h, 10i)에 있어서도, 상기의 도 1a~도 1c에 도시한 구조 부재(10)와 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 접합부(3r, 3h)는, 용접 부분에 한정되지 않는다. 예를 들어, 나사 등의 체결구, 접착제, 또는, 납땜의 납 등을 접합부로 해도 된다.

[실시 형태 2]

실시 형태 2는, 상기 제3 구성에 관한 것이다. 도 12a는, 본 실시 형태의 구조 부재의 단면도이며, 도 12b는, 도 12a에 도시한 구조 부재의 평면도, 도 12c는, 도 12a에 도시한 구조 부재의 측면도이다.

도 12a~도 12c에 도시한 구조 부재(10j)는, 저강도 영역(1s)이, 각 측벽(1b)의 클로징 플레이트(2)측의 다른쪽 단부(제2 능선(1bc))로부터, 각 측벽(1b)의 높이 방향으로 거리(Sh)의 위치까지, 또한 길이 방향으로 측벽(1b)의 높이(H) 이상의 폭으로 형성된다. 이것에 의해서, 클로징 플레이트(2)에 충격이 가해진 경우의 충격 에너지의 흡수 효율을 높일 수 있다.

도 12a~도 12c에 도시한 구조 부재(10j)는, 해트 부재(1)와, 해트 부재(1)에 접합되는 클로징 플레이트(2)를 구비한다. 도 12a에 도시한 바와 같이, 해트 부재(1)는, 정면부(1a)와, 정면부(1a)의 양단으로부터 연장되고, 서로 대향하는 2개의 측벽(1b)과, 2개의 측벽(1b)으로부터 각각, 대향 방향 외측으로 연장되는 2개의 플랜지(1c)를 구비한다. 2개의 플랜지(1c)는, 클로징 플레이트(2)에 접합된다.

구조 부재(10j)의 해트재(1)에 있어서, 정면부(1a)와 2개의 측벽(1b) 사이는, 굴곡되어 있다. 정면부(1a)와 2개의 측벽(1b) 사이의 굴곡부에 의해서, 각각, 2개의 제1 능선(1ab)이 형성된다. 2개의 플랜지(1c)와 2개의 측벽(1b) 사이는, 각각 굴곡되어 있다. 2개의 플랜지(1c)와 2개의 측벽(1b) 사이의 굴곡부에 의해서, 각각, 2개의 제2 능선(1bc)이 형성된다. 2개의 측벽(1b)의 각각은, 제1 능선(1ab)과 제2 능선(1bc) 사이에 위치하게 된다.

도 12c에 도시한 바와 같이, 제2 능선(1ab)의 연장 방향은, 구조 부재(10j)의 길이 방향과 동일하다. 구조 부재(10j)의 길이 방향은, 측벽(1b)의 길이 방향이기도 하고, 정면부(1a)의 길이 방향이기도 하다. 도 12c에 도시한 예에서는, 제2 능선(1ab)의 연장 방향은, 제1 능선(1ab)의 연장 방향과 동일하게 되어 있다.

도 12a~도 12c에 도시한 해트 부재(1a)에 있어서, 각 측벽(1b)은, 저강도 영역(1s)과 저강도 영역(1s)보다 항복 강도가 높은 고강도 영역을 포함한다. 각 측벽(1b)의 저강도 영역(1s)은, 각 측벽(1b)의 클로징 플레이트(2)측의 다른쪽 단부(제2 능선(1bc))로부터, 저강도 영역(1s)과 고강도 영역의 경계(1sk)에 걸쳐서 형성된다. 각 측벽(1b)의 다른쪽 단부(제2 능선(1bc))로부터 경계(1sk)까지의 각 측벽(1b)의 높이 방향에 있어서의 거리(Sh)는, 각 측벽(1b)의 높이(H)의 20~40%이다. 또, 도 12c에 도시한 바와 같이, 저강도 영역(1s)은, 측벽(1b)의 길이 방향(제1 능선(1ab)의 연장 방향)에 있어서, 측벽(1b)의 높이(H) 이상의 거리에 걸쳐서 형성된다. 즉, 저강도 영역(1s)의 측벽(1b)의 길이 방향의 폭은, 측벽(1b)의 높이(H)보다 길다. 각 측벽(1b)에 있어서의 저강도 영역(1s)의 항복 강도는, 각 측벽(1b)의 높이 방향에 있어서의 중앙의 위치(1mid)의 고강도 영역의 항복 강도의 60~85%이다.

바꾸어 말하면, 도 12a~도 12c에 도시한 각 측벽(1b)의 저강도 영역(1s)은, 측벽(1b)의 높이 방향에 있어서는, 제2 능선(1bc)으로부터, 각 측벽(1b)의 높이(H)의 20~40%의 거리까지 설치된다. 제2 능선(1bc)의 연장 방향(측벽(1b)의 길이 방향)에 있어서는, 저강도 영역(1s)은, 각 측벽(1b)의 높이(H) 이상의 거리에 걸쳐서 설치된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 측벽(1b)의 높이 방향은, 클로징 플레이트(2)에 수직인 방향으로 한다. 클로징 플레이트(2)에 수직인 방향이란, 구체적으로는, 클로징 플레이트(2)의 표면의 평면에 수직인 방향으로 한다. 클로징 플레이트(2)가 볼록부, 오목부, 단차 또는 만곡부를 갖는 경우, 2개의 제2 능선(1bc)을 연결하는 가상 평면에 수직인 방향을, 클로징 플레이트(2)에 수직인 방향으로 한다. 각 측벽(1b)의 높이(H)는, 클로징 플레이트(2)에 수직인 방향에 있어서의 제1 능선(1ab)과 제2 능선(1b) 사이의 거리와 동일하다.

본 실시 형태의 구조 부재(10j)에서는, 예를 들어, 클로징 플레이트(2)에 z 방향으로 충격이 가해진 경우의 변형 거동이, 도 4에 도시한 단면 찌그러짐이 되기 쉬워진다. 그 결과, 클로징 플레이트(2)에 수직인 방향으로의 굽힘 변형의 정도를 작게 할 수 있다. 이와 같이, 구조 부재(10j)는, 충격을 받았을 때, 작은 변형으로 보다 큰 충격 에너지를 흡수할 수 있다. 즉, 구조 부재(10j)는, 충격 에너지를 효율적으로 흡수할 수 있다.

또한, 저강도 영역(1s)의 거리(Sh)는, 측벽(1b)의 높이(H)의 35% 이하이면 보다 바람직하고, 30% 이하이면 더 바람직하다. 또, 거리(Sh)는, 측벽(1b)의 높이(H)의 25% 이상이면 보다 바람직하다. 측벽(1b)에 있어서의 저강도 영역(1s)의 강도와, 높이 방향 중앙의 위치(1mid)의 강도의 비(강도비)는, 83% 이하이면 바람직하고, 80% 이하이면 보다 바람직하다. 또, 이 강도비는, 70% 이상이면 보다 바람직하다.

상기 실시 형태 1의 변형예는, 본 실시 형태 2에도 적용할 수 있다.

상기 실시 형태 1 및 2에 있어서, 제1 능선 및 제2 능선의 적어도 한쪽은, 곡선이어도 된다. 예를 들어, 제1 능선 및 제2 능선의 적어도 한쪽은, 측벽의 높이 방향으로 만곡해도 되고, 측벽에 수직인 방향으로 만곡해도 된다. 또, 측벽의 높이(제1 능선과 제2 능선 사이의 거리)가, 길이 방향(제1 능선의 연장 방향)에 있어서 변화되어 있어도 된다. 측벽의 높이가 길이 방향의 위치에 따라서 상이한 경우, 저강도 영역의 높이 방향의 거리(Sh) 및 길이 방향의 거리(Sn)의 기준이 되는 측벽의 높이는, 저강도 영역이 형성되는 부분에 있어서의 측벽 높이의 평균값으로 한다.

［차량으로의 적용예］

상기의 실시 형태 1의 구조 부재(10)(구조 부재(10e, 10e2, 10e3, 10g, 10h, 10i) 그 외 변형예를 포함한다. 이하, 동일)를 구비하는 차량도, 본 발명의 실시 형태에 포함된다. 차량에 있어서, 구조 부재(10)는, 정면부(1a)가 차량의 외측이 되고, 클로징 플레이트(2)가 차량의 내측이 되도록 배치할 수 있다. 즉, 충격 입력면이 차량의 외측이 되도록 구조 부재(10)가 장착된다. 이것에 의해, 차량의 외측으로부터 충격을 받은 경우에, 구조 부재(10)가 차량의 내측으로 돌출하는 정도가 작아진다. 그로 인해, 차량 내의 장치 또 사람에 구조 부재(10)가 접촉할 가능성이 보다 낮아진다. 예를 들어, 구조 부재가, 충돌시에 객실 내를 향해 꺾이는 것을 피할 수 있다. 이것에 의해, 안전성이 보다 향상된다.

상기의 실시 형태 2의 구조 부재(10j)를 구비하는 차량도, 본 발명의 실시 형태에 포함된다. 차량에 있어서, 구조 부재(10j)는, 정면부(1a)가 차량의 내측이 되도록, 클로징 플레이트(2)가 차량의 외측이 되도록 배치할 수 있다. 즉, 충격 입력면이 차량의 외측이 되도록 구조 부재(10j)가 장착된다. 이것에 의해, 차량의 외측으로부터 충격을 받은 경우에, 구조 부재(10)가 차량의 내측으로 돌출하는 정도가 작아진다.

또, 구조 부재(10, 10j)는, 길이 방향으로 이격한 2개소에서 지지된 상태로 이용하기도 한다. 이 경우, 구조 부재(10, 10j)는, 다른 부재에 연결되는 부분인 연결부를 2개 갖는다. 즉, 구조 부재(10, 10j)는, 연결부에 있어서 다른 부재에 지지된다. 연결부는, 지지부로 칭하기도 한다. 연결부는, 측벽(1b), 정면부(1a) 및 클로징 플레이트(2) 중 적어도 1개에 설치된다.

연결부에서는, 구조 부재(10, 10j)는, 다른 부재에 대해서 고정된다. 구조 부재(10, 10j)의 연결부는, 예를 들어, 체결 부재 또는 용접에 의해 다른 부재와 접합된다. 또한, 연결부는, 3개 이상이어도 된다.

또, 연결부는, 구조 부재(10, 10j)의 내부 공간에 삽입된 상태로, 구조 부재(10, 10j)를 지지하는 구성이어도 된다. 예를 들어, 구조 부재(10)의 경우, 클로징 플레이트(2)에 관통 구멍을 열어, 관통 구멍으로부터 다른 부재를 삽입하고, 다른 부재의 단부를 정면부(1a)의 내측의 면에 접합해도 된다. 이와 같이, 구조 부재(10)의 정면부(1a)의 부재 내측에 연결부를 설치해도 된다. 구조 부재(10j)의 경우, 정면부(1a)에 관통 구멍을 열어, 관통 구멍으로부터 다른 부재를 삽입하고, 다른 부재의 단부를 클로징 플레이트(2)의 내측의 면에 접합해도 된다. 이와 같이, 구조 부재(10j)의 클로징 플레이트(2)의 부재 내측에 연결부를 설치해도 된다.

저강도 영역(1s)은, 2개의 연결부 사이에 설치하는 것이 바람직하다. 즉, 2개의 연결부의 사이의 측벽(1b)에 저강도 영역(1s)의 적어도 일부가 형성되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 연결부에 의해 지지되어 있지 않은 구조 부재의 부분에 충격이 가해진 경우의 굽힘 변형을 줄일 수 있다. 또, 저강도 영역(1s)은, 2개의 연결부의 중앙에 설치되는 것이 바람직하다. 즉, 2개의 연결부의 중앙에 있어서의 측벽(1b)에, 저강도 영역(1s)이 형성되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 강한 충격이 걸릴 가능성이 높은 위치의 충격 에너지 흡수 효율을 높일 수 있다. 그 결과, 충격에 의한 구조 부재의 굽힘 변형의 정도를 작게 할 수 있다.

또, 구조 부재(10, 10j)의 길이 방향 중앙에 저강도 영역(1s)을 배치하는 것이 바람직하다. 그 이유는 다음과 같다. 구조 부재(10, 10j)는, 길이 방향 중앙으로부터 떨어진 양단부 부근에서 다른 부재와 연결된다. 이것에 의해, 연결부가 있는 경우와 없는 경우 중 어느 경우에 있어서도, 구조 부재(10, 10j)에 있어서, 충격에 의한 모멘트가 가장 크게 꺾이기 쉬운 개소(구조 부재의 길이 방향 중앙 혹은 연결부간의 중간 개소)가 꺾임 변형을 효과적으로 억제할 수 있다.

이와 같이, 구조 부재(10, 10j)는, 고강도의 차량용 구조 부재에 이용할 수 있다. 차량용 구조 부재에는, 예를 들어, A 필러, B 필러, 사이드실, 루프 레일, 플로어 멤버, 프런트 사이드 멤버라고 하는 차체를 구성하는 부재, 및, 도어 임팩트 빔이나 범퍼라고 하는 차체에 장착되고, 외부로부터의 충격으로부터 차량 내의 장치나 승객을 지키는 부재가 포함된다. 차량용 구조 부재는, 차량의 충돌시의 충격 에너지를 흡수한다.

도 13은, 차량에 배치되는 구조 부재의 일례를 도시한 도면이다. 도 13에 도시한 예에서는, A 필러(15), B 필러(16), 사이드실(17), 루프 레일(18), 범퍼(19), 프런트 사이드 멤버(20), 도어 임팩트 빔(21), 플로어 멤버(22), 및, 리어 사이드 멤버(23)가 차량용 구조 부재로서 이용된다. 이들 차량용 구조 부재 중 적어도 1개에, 상기의 구조 부재(10, 10j)와 같이 저강도 영역(1s)을 설치할 수 있다.

도 14는, 본 실시 형태에 있어서의 구조 부재에 의해서 구성된 B 필러(16)를 도시한 도면이다. 도 14에 도시한 예에서는, B 필러(16)는, 구조 부재(10)와 마찬가지로, 정면부(16a), 한 쌍의 측벽(16b), 한 쌍의 플랜지(16c) 및 클로징 플레이트(도시 생략)를 구비한다. B 필러(16)의 정면부(16a)는, 차량의 외측에 배치된다. 정면부(16a)의 길이 방향에 수직인 방향에 있어서의 양단으로부터 한 쌍의 측벽(16b)이 서로 대향하여 연장된다. 측벽(16b)의 정면부(16a)측의 한쪽단과는 반대측의 다른쪽 단으로부터 플랜지(16c)가 연장되어 형성된다. 플랜지(16c)의 정면부(16a)와는 반대측의 면, 즉 차량의 내측의 면에는, 클로징 플레이트(도시 생략)가 접합된다. 측벽(16b)의 정면부(16a)측의 일부에는 저강도 영역(16s)이 설치된다. 저강도 영역(16s)은, 정면부(16a)와 측벽(16b)의 경계(견부)로부터, 측벽(16b)의 높이의 20~40%의 거리의 위치까지의 영역에 설치된다. 저강도 영역의 항복 강도는, 그 외의 영역의 항복 강도(측벽(16b)의 높이 방향 중앙 위치의 항복 강도)의 60~85%이다.

충격 에너지를 흡수하는 차량용 구조 부재는, 축압축 변형하는 것과 꺾임 변형하는 것의 2종류로 크게 나눠진다. 꺾임 변형하는 것은, 꺾임이나 단면 찌그러짐 변형에 의해 충격 에너지를 흡수한다. B 필러, 사이드실 등의 부재는 고강도재를 이용함으로써 충격 에너지 흡수 효율을 높이는 것이 요구된다. 그로 인해, 본 실시 형태의 구조 부재(10)에, 측벽(1b)의 높이 방향 중앙의 위치(1mid)의 인장 강도(저강도 영역 이외의 영역의 인장 강도)가 980MPa 이상(항복 강도 500MPa 이상)의 초고강도 강을 적용하면, 상기의 효과가 현저하게 나타난다. 또, 구조 부재(10)의 측벽(1b)의 중앙의 위치(1mid)의 강도(저강도 영역(1s) 이외의 영역의 강도)를, 인장 강도로 1GPa 이상으로 함으로써, 보다 효과를 발휘할 수 있다.

또한, 구조 부재(10, 10j)는, 도 13에 도시한 자동차와 같은 4륜 차량에 한정되지 않으며, 예를 들어, 이륜 차량의 구조 부재로서 이용할 수 있다. 또, 구조 부재(10, 10j)의 용도는, 차량용에 한정되지 않는다. 예를 들어, 내충격성을 갖는 용기, 건축물, 선박, 또는, 항공기 등의 구조 부재로서, 구조 부재(10, 10j)를 이용할 수 있다.

[제조 공정]

구조 부재(10, 10j)는, 전체를 동일 소재로 형성할 수 있다. 구조 부재(10, 10j)는, 예를 들어, 강판으로 형성할 수 있다. 구조 부재(10, 10j)의 제조 공정에는, 저강도 영역(1s)을 갖는 해트 부재(1)(또는 홈형 부재(13))를 제작하는 공정과, 클로징 플레이트(2)를 제작하는 공정과, 해트 부재(1)와 클로징 플레이트(2)를 접합하는 공정이 포함된다. 해트 부재(1)의 제작 공정에서는, 소재에 강도차를 주어, 저강도 영역을 형성하는 공정이 포함된다.

저강도 영역을 형성하는 방법은, 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 롤포밍에 의해 강판을 단면 해트형으로 변형 가공하고, 레이저 또는 고주파 가열 등의 방법으로, 재료를 국소적으로 가열, 담금질을 행함으로써, 경화 영역을 포함하는 해트 부재(1)를 만들어 낼 수 있다. 이 경우, 담금질을 행하지 않는 영역이, 상대적으로 강도가 낮은 저강도 영역이 된다. 또, 담금질을 행하여 해트 부재(1)의 전체를 강화한 후에, 부분적으로 소둔 처리를 행하여 저강도 영역을 형성할 수도 있다.

혹은, 열간 프레스(핫 스탬핑) 기술을 이용하여 구조 부재(10, 10j)를 제작할 수도 있다. 열간 프레스의 공정에 있어서, 가열 또는 냉각의 조건을 금형 내에 있어서 부분적으로 상이하게 함으로써, 소재 중에 저강도 영역을 형성할 수 있다. 예를 들어, 강판을 이용하여, 강이 오스테나이트 단상역이 되는 온도(Ac3 온도) 이상으로 가열하고, 금형을 이용하여 성형을 행하면서 담금질을 행한다. 이때에, 냉각 속도에 차이를 둠으로써, 급랭부는 대체로 경질인 마텐자이트 조직으로 하고, 완랭부는, 연질인 페라이트와 펄라이트의 혼상 조직 또는 베이나이트 조직으로 한다. 이것에 의해, 완랭부를, 저강도 영역으로 할 수 있다.

또한, 구조 부재(10, 10j)의 제조 방법은, 상기 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 테일러드 블랭크 등, 그 외 공지의 방법을 이용하여, 저강도 영역(1s)을 갖는 구조 부재(10, 10j)를 형성할 수 있다.

실시예

본 실시예에서는, 해트 부재와 클로징 플레이트를 갖는 구조 부재에 압자를 충돌시킨 경우의 구조 부재의 변형을 시뮬레이션으로 해석했다. 도 15는, 시뮬레이션에 있어서의 해석 모델의 구성을 모식적으로 도시한 도면이다. 본 시뮬레이션에서는, 구조 부재(30)를 2개의 받침대(120)에 걸친 상태로, 구조 부재(30)의 길이 방향의 중앙부에, 압자(110)를, 충돌시킨 경우의 변형 거동을 해석했다. 압자(110)의 곡률 반경은 150mm로 하고, 압자의 첫 속도는, 4m/초로 했다. 압자(110)의 질량은, 350kg으로 했다.

도 16은, 시뮬레이션에 이용한 구조 부재(30)의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 각 치수를 도시한다. 구조 부재(30)는, 해트 부재(3)와 클로징 플레이트(4)를 구비한다. 해트 부재(3)는, 정면부(3a)와, 한 쌍의 측벽(3b)과, 한 쌍의 플랜지(3c)를 갖는다. 한 쌍의 측벽(3b)은, 정면부(3a)의 양단으로부터 연장되고, 서로 대향한다. 한 쌍의 플랜지(3c)는, 한 쌍의 측벽(3b) 각각에 있어서, 측벽(3b)의 정면부(3a)측의 한쪽 단부와는 반대측의 다른쪽 단부로부터 한 쌍의 측벽(3b)의 대향 방향 외측으로 연장된다. 클로징 플레이트(4)는, 한 쌍의 플랜지(3c)에 고정된다. 한 쌍의 측벽(3b)의 각각은, 한쪽 단부로부터 거리(Sh)의 위치에 이르기까지의 영역에, 저강도 영역(3s)을 갖는다.

도 16에 있어서, H=50mm, W1=50mm, W2=65mm, W3=40mm, t=1.4mm로 했다. 저강도 영역(3s)의 거리(Sh)를 변화시키고, 충돌 시뮬레이션을 행했다. 또, 저강도 영역(3s)과, 그 외의 영역의 강도를 변화시키고, 충돌 시뮬레이션을 행했다. 또한, 저강도 영역(3s)의 길이 방향의 폭의 절반의 길이(SL)(도 15 참조)는, H/2로 했다.

도 17은, Sh=(2/5)H로서, 저강도 영역(3s)과 다른 영역의 강도비를 바꾸어 충격 하중을 입력한 경우의, 굽힘 변형에 의한 변형량을 나타낸 그래프이다. 도 17에 있어서, 종축은, 정면부(3a)에 수직인 방향(z 방향)의 구조 부재의 침입량(돌출량)을 나타낸다. 횡축은, 저강도 영역(3s)의 강도의 다른 고강도 영역(=측벽(3b)의 높이 방향 중앙의 위치)의 강도에 대한 비(강도비=저강도 영역의 강도/고강도 영역의 강도)를 나타낸다. 도 17의 그래프에서는, 마름모의 플롯은, 고강도 영역의 항복 강도를 120kgf로 한 경우의 결과를 나타내고, 사각의 플롯은, 고강도 영역의 항복 강도를 145kgf로 한 경우의 결과를 나타낸다.

강도비가, 0.60~0.85의 구간에서는, 강도비의 증가에 수반하여 침입량은 감소하고 있다(화살표 Y1). 이 구간에서는, 변형 모드는, 도 4에 도시한 단면 찌그러짐으로 되어 있다. 이 구간에서는, 저강도 영역의 강도가 낮은(강도비가 0.60 이하) 경우, 단면 찌그러짐의 변형이 되지만, 침입량이 크고, 강도비가 0.85를 초과하는 경우의 침입량과 대략 동일하게 되었다. 강도비가 0.85를 초과하면, 침입량은, 급격하게 증가했다(화살표 Y2). 또한, 강도비 0.85 이상으로 강도비를 늘리면, 침입량은, 강도비의 증가에 따라 커졌다(화살표 Y3). 이것은, 강도비 0.85를 경계로, 변형 모드가, 도 4에 도시한 단면 찌그러짐으로부터, 도 3에 도시한 꺾임으로 변화했기 때문이라고 생각된다. 이와 같이, 저강도 영역의 강도가 너무 높으면(강도비가 높으면) 꺾임 변형하여, 침입량이 커졌다. 도 17의 결과로부터, 충격에 의한 굽힘 변형의 침입량을 줄이는 관점으로부터, 강도비는 60~85%가 바람직하고, 강도비는 70~85%가 보다 바람직한 것이 확인되었다.

하기 표 1은, 상기 강도비를 0.83(저강도 영역의 항복 강도를, YP100MPa, 그 외의 영역의 항복 강도를, YP120MPa)으로 하고, 저강도 영역의 거리(Sh)를 변화시킨 경우의 변형 거동을 나타낸다. 표 1에 있어서, 위 화살표는, 바로 위쪽의 란과 동일한 값을 나타낸다. 변형 거동란의 동그라미(○)는, 도 4에 도시한 단면 찌그러짐을 나타내고, 엑스(×)는, 도 3에 도시한 꺾임을 나타낸다.

[표 1]

상기 표 1에 기재한 결과에서는, 저강도 영역을 설치하지 않은 경우(Sh=0), Sh=H/2(Sh가 H의 50%), 및, Sh=H/10(Sh가 H의 10%)의 경우에, 변형 거동은, 꺾임이(도 3 참조) 되었다. Sh=2H/5(Sh가 H의 40%), Sh=H/3(Sh가 H의 약 33%), 및, Sh=H/5(Sh가 H의 20%)의 경우는, 변형 거동은, 단면 찌그러짐이(도 4) 되었다. 이 결과로부터, 저강도 영역(3s)의 측벽(3b)의 정면부(3a)측의 한쪽 단부로부터의 거리(Sh)를, 측벽(3b)의 높이(H)의 20~40%로 함으로써, 변형 거동을 단면 찌그러짐으로 하여, 침입량을 줄일 수 있는 것이 확인되었다.

또한, 압자(110)를 충돌시키는 면 및 저강도 영역(3s)의 길이 방향의 치수 SL을 바꾸어, 시뮬레이션을 행했다. 도 18은, 시뮬레이션에 있어서의 해석 모델의 구성을 모식적으로 도시한 도면이다. 도 18에 도시한 모델에서는, 구조 부재(30)는, 해트 부재(3)가 아래에, 클로징 플레이트(4)가 위에 위치하도록, 2개의 받침대(120)에 걸친다. 구조 부재(30)의 길이 방향의 중앙이, 2개의 받침대(120)의 중앙에 위치한다. 클로징 플레이트(4)의 길이 방향의 중앙에, 압자(110)가 충돌한다. 도 18에 도시한 모델에서는, 한 쌍의 측벽(3b)의 각각은, 클로징 플레이트(4)측의 다른쪽 단부로부터 거리(Sh)의 위치에 이르기까지의 영역에, 저강도 영역(3s)을 갖는다.

도 15에 도시한 해트 부재의 압자(110)를 충돌시키는 모델(이하, 순해트 모델을 칭한다)과, 도 18에 도시한 클로징 플레이트(4)에 압자(110)를 충돌시키는 모델(이하, 역해트 모델로 칭한다)의 양방에 대해 시뮬레이션을 행했다. 구체적으로는, 순해트 모델 및 역해트 모델 각각에 있어서, 저강도 영역(3s)의 높이 방향의 치수 Sh=H/3으로 하고, 길이 방향의 치수 SL을, SL=0, H/2, H로 바꾸어 해석을 행했다. 즉, 하기 case1~case6의 조건으로 시뮬레이션을 행했다.

case1：순해트, SL=0, Sh=0(저강도 영역 없음)

case2：순해트, SL=H/2, Sh=H/3

case3：순해트, SL=H, Sh=H/3

case4：역해트, SL=0, Sh=0(저강도 영역 없음)

case2：역해트, SL=H/2, Sh=H/3

case3：역해트, SL=H, Sh=H/3

도 19 및 도 20은, case1~case6의 해석 결과를 나타낸 그래프이다. 도 19는, 순해트 모델의 case1~case3의 하중-스트로크선(F-S선)의 그래프이다. 도 20은, 역해트 모델의 case4~case6의 하중-스트로크선(F-S선)의 그래프이다. 도 19의 해석 결과에서는, case3은, case1, case2에 비해, 하중의 저하가 느리다. 도 20의 해석 결과에서는, case6은, case4, case5에 비해, 하중의 저하가 느리다. case3 및 case6의 조건에서는, 꺾임이 억제되기 위해서 하중이 계속되고 있다고 생각된다. 이것으로부터, 순해트 모델 및 역해트 모델 중 어느 것에 있어서도, 저강도 영역(3s)의 길이 방향의 폭을, 측벽의 높이(H)로 하는 것이, H/2로 하는 것보다도, 충격 에너지 흡수 효율이 높고, 꺾임이 억제되는 것을 알았다.

도 21은, case1~case3의 변형 거동의 해석 결과를 도시한다. 도 22는, case4~case6의 변형 거동의 해석 결과를 나타낸다. 도 21 및 도 22는, 스트로크가 20mm일 때의 구조 부재의 변형을 나타내고 있다. 도 21에 도시한 순해트 모델의 case1~case3의 해석 결과에 있어서는, SL=H로 한 case3의 경우에, SL=0으로 한 case1 및 SL=H/2로 한 case2의 경우에 비해, 변형이 길이 방향으로 확대되고, 꺾임이 억제되어 있다. 도 22에 도시한 역해트 모델의 case4~case6의 해석 결과에 있어서는, SL=H로 한 case6의 경우에, SL=0으로 한 case4 및 SL=H/2로 한 case5의 경우에 비해, 변형이 길이 방향으로 확대되고, 꺾임이 억제되어 있다.

실제로, 도 15에 도시한 구조 부재와 동일한 시험체를 제작하여, 충격을 가하는 실험을 행했다. 시험체를, 시험체의 길이 방향으로 이격하여 배치한 2개의 받침대에, 클로징 플레이트를 아래로 하여 놓고, 해트 부재에 압자(낙추)를 충돌시켰다. 압자의 질량은, 376kg으로 하고, 압자의 충돌 속도를 3.9m/s로 했다. 강도가 균일한 구조 부재와, 일부에 저강도 영역을 갖는 구조 부재의 2개를, 시험체로서 제작하고, 각각 압자에 의해 충격을 가했다. 저강도 영역은, 측벽의 정면부측의 단부로부터 높이 방향으로 거리(Sh)의 위치까지, 측벽의 길이 방향으로 거리(LS)에 걸쳐서 설치했다. 여기서, 거리 Sh=0.3H(측벽의 높이(H)의 30%), 거리 LS=H(측벽의 높이(H))로 했다.

도 23은, 강도가 균일한 시험체의 변형 결과를 도시한 도면이다. 도 24는, 일부에 저강도 영역을 갖는 시험체의 변형 결과를 도시한 도면이다. 도 23에 도시한 시험체는, 꺾임이 발생되어 있다. 도 24에 도시한 시험체는, 단면 찌그러짐의 변형이 되어 있다. 저강도 영역을 형성한 시험체가, 충격에 의한 변형 정도가 작아졌다.

도 25는, 일부에 저강도 영역을 갖는 시험체의 충격 실험의 측정 결과와, 시험체와 동일한 구조 부재의 모델을 이용한 시뮬레이션에 의한 해석 결과를 나타낸 그래프이다. 도 25의 그래프는, 횡축이, 임팩터(압자) 변위량(mm)을 나타내고, 종축이 하중(kN)을 나타낸다. 그래프에 있어서, 가는 선이 실험 결과를 나타내고, 두꺼운 선이 해석 결과를 나타낸다. 도 25에 도시한 결과로부터, 시뮬레이션에 의한 해석 결과는, 실험 결과에 가까운 것이 되어 있는 것을 알 수 있었다.

이상, 본 발명의 일실시 형태를 설명했는데, 상기 서술한 실시 형태는 본 발명을 실시하기 위한 예시에 지나지 않는다. 따라서, 본 발명은 상기 서술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 상기 서술한 실시 형태를 적당히 변형하여 실시하는 것이 가능하다.

1：해트 부재
1a：정면부
1b：측벽
1c：플랜지
1s：저강도 영역
2：클로징 플레이트
10：구조 부재

Claims

클로징 플레이트와,
해트 부재를 구비하고,
상기 해트 부재는,
정면부(頂面部)와,
상기 클로징 플레이트에 접하여 설치되는 한 쌍의 플랜지와,
상기 정면부의 양단부로부터 연장되고, 서로 대향하는 한 쌍의 측벽으로서, 상기 정면부측의 한쪽 단부와, 상기 한쪽 단부와 반대측의 다른쪽 단부이며, 상기 한 쌍의 플랜지가 상기 한 쌍의 측벽의 대향 방향 외측으로 연장되는 다른쪽 단부를 갖는, 한 쌍의 측벽을 구비하고,
상기 한 쌍의 측벽의 각각은, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 측벽의 중앙을 포함하는 고강도 영역과, 상기 측벽 중앙의 항복 강도의 60~85%의 항복 강도인 저강도 영역을 포함하며, 상기 저강도 영역은, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서, 상기 측벽의 상기 한쪽 단부로부터 상기 다른쪽 단부를 향해 상기 측벽 높이의 20~40%의 거리의 위치에 이르기까지, 또한, 상기 측벽의 길이 방향에 있어서, 상기 측벽 높이 이상의 거리에 걸쳐서 형성되는, 구조 부재.
적어도 1장의 클로징 플레이트와,
해트 부재를 구비하고,
상기 해트 부재는,
정면부와,
상기 정면부의 양단부에 있는 2개의 제1 능선과,
각각이 상기 클로징 플레이트에 접합된 2개의 플랜지와,
상기 2개의 플랜지의 단부에 있는 2개의 제2 능선과,
상기 2개의 제1 능선과 상기 2개의 제2 능선 사이에 각각 위치하는 2개의 측벽을 구비하고,
상기 2개의 측벽의 각각은,
상기 제1 능선으로부터 상기 제2 능선을 향해, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 제1 능선과 상기 제2 능선 사이의 거리의 20~40%까지, 또한 상기 제1 능선의 연장 방향으로, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 제1 능선과 상기 제2 능선 사이의 거리 이상의 길이의 영역에 설치되며, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 측벽 중앙의 항복 강도의 60~85%의 항복 강도를 갖는, 저강도 영역을 구비하는, 구조 부재.
적어도 1장의 클로징 플레이트와,
해트 부재를 구비하고,
상기 해트 부재는,
정면부와,
상기 정면부의 양단부에 있는 2개의 제1 능선과,
각각이 상기 클로징 플레이트에 접합된 2개의 플랜지와,
상기 2개의 플랜지의 단부에 있는 2개의 제2 능선과,
상기 2개의 제1 능선과 상기 2개의 제2 능선 사이에 각각 위치하는 2개의 측벽을 구비하고,
상기 2개의 측벽의 각각은,
상기 제2 능선으로부터 상기 제1 능선을 향해, 상기 클로징 플레이트에 수직인 방향에 있어서의 상기 제2 능선과 상기 제1 능선 사이의 거리의 20~40%까지, 또한 상기 제2 능선의 연장 방향으로, 상기 클로징 플레이트에 수직인 방향에 있어서의 상기 제2 능선과 상기 제1 능선 사이의 거리 이상의 길이의 영역에 설치되며, 상기 클로징 플레이트에 수직인 방향에 있어서의 상기 측벽 중앙의 항복 강도의 60~85%의 항복 강도를 갖는, 저강도 영역을 구비하는, 구조 부재.
적어도 1장의 클로징 플레이트와,
홈형 부재를 구비하고,
상기 홈형 부재는,
정면부와,
상기 정면부의 양단부에 있는 2개의 제1 능선과,
상기 홈형 부재와 상기 클로징 플레이트를 접합하는 2개의 접합부와,
상기 2개의 제1 능선과 상기 2개의 접합부 사이에 각각 위치하는 2개의 측벽을 구비하고,
상기 2개의 측벽의 각각은,
상기 제1 능선으로부터 상기 접합부를 향해, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 제1 능선과 상기 접합부 사이의 거리의 20~40%까지, 또한 상기 제1 능선의 연장 방향으로, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 제1 능선과 상기 접합부 사이의 거리 이상의 길이의 영역에 설치되며, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 측벽 중앙의 항복 강도의 60~85%의 항복 강도를 갖는, 저강도 영역을 구비하는, 구조 부재.
적어도 1장의 클로징 플레이트와,
홈형 부재를 구비하고,
상기 홈형 부재는,
정면부와,
상기 정면부의 양단부에 있는 2개의 제1 능선과,
상기 클로징 플레이트에 접합되는 플랜지와,
상기 플랜지의 단부에 있는 제2 능선과,
상기 홈형 부재의 상기 플랜지 이외의 부분과 상기 클로징 플레이트를 접합하는 접합부와,
상기 2개의 제1 능선 중 한쪽과 상기 제2 능선 사이에 위치하는 제1 측벽으로서, 제1 저강도 영역을 포함하며, 상기 제1 저강도 영역은, 상기 제1 능선으로부터 상기 제2 능선을 향해, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 제1 능선과 상기 제2 능선 사이의 거리의 20~40%까지, 또한 상기 제1 능선의 연장 방향으로, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 제1 능선과 상기 제2 능선 사이의 거리 이상의 길이의 영역에 설치되고, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 측벽 중앙의 항복 강도의 60~85%의 항복 강도를 갖는, 제1 측벽과,
상기 2개의 제1 능선 중 다른쪽과 상기 접합부 사이에 위치하는 제2 측벽으로서, 제2 저강도 영역을 포함하며, 상기 제2 저강도 영역은, 상기 제1 능선으로부터 상기 접합부를 향해, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 제1 능선과 상기 접합부 사이의 거리의 20~40%까지, 또한 상기 제1 능선의 연장 방향으로, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 제1 능선과 상기 접합부 사이의 거리 이상의 길이의 영역에 설치되고, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 측벽 중앙의 항복 강도의 60~85%의 항복 강도를 갖는, 제2 측벽을 구비하는, 구조 부재.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저강도 영역은 상기 측벽의 길이 방향 중앙에 배치되는, 구조 부재.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 정면부 또는 상기 클로징 플레이트는, 상기 측벽의 길이 방향에 있어서 서로 떨어진 위치에 있어서 다른 부재와 연결되는 적어도 2개의 연결부를 포함하고,
상기 저강도 영역은, 상기 측벽의 길이 방향에 있어서 상기 적어도 2개의 연결부 사이의 중앙에 배치되는, 구조 부재.
청구항 1, 청구항 2, 청구항 4, 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 2개의 상기 측벽의 각각에 있어서, 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 상기 측벽 중앙의 인장 강도는 980MPa 이상인, 구조 부재.
청구항 3에 있어서,
상기 2개의 측벽의 각각에 있어서, 상기 클로징 플레이트에 수직인 방향에 있어서의 상기 측벽 중앙의 인장 강도는 980MPa 이상인, 구조 부재.
청구항 1, 청구항 2, 청구항 4, 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 구조 부재를 구비하는 차량으로서,
상기 구조 부재는, 상기 정면부가 상기 차량의 외측이 되고, 상기 클로징 플레이트가 상기 차량의 내측이 되도록 배치되는, 차량.
청구항 3에 기재된 구조 부재를 구비하는 차량으로서,
상기 구조 부재는, 상기 클로징 플레이트가 상기 차량의 외측이 되고, 상기 정면부가 상기 차량의 내측이 되도록 배치되는, 차량.
청구항 6에 있어서,
상기 정면부 또는 상기 클로징 플레이트는, 상기 측벽의 길이 방향에 있어서 서로 떨어진 위치에 있어서 다른 부재와 연결되는 적어도 2개의 연결부를 포함하고,
상기 저강도 영역은, 상기 측벽의 길이 방향에 있어서 상기 적어도 2개의 연결부 사이의 중앙에 배치되는, 구조 부재.