KR20090123011A - 구조 부재 - Google Patents

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KR20090123011A
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다케오 모리
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

구조 부재 (1) 는, 굽힘부의 압축 응력장에 위치된 압축측 벽부 (10a, 12a, 13a), 굽힘부의 인장 응력장에 위치된 인장측 벽부 (11a), 그리고 압축측 벽부 (10a, 12a, 13a) 와 인장측 벽부 (11a) 를 결합시키는 결합 벽부 (10b, 11b) 를 포함한다. 굽힘부의 중립 축선 (A) 은 압축측 벽부 (10a, 12a, 13a) 의 근처에 위치된다. 예컨대, 압축측 벽부 (10a, 12a, 13a) 는 인장측 벽부 (11a) 보다 재료 강도가 더 높고/높거나 판 두께가 더 크다.

Description

구조 부재{STRUCTURAL MEMBER}
본 발명은 차량 등의 골격 부재에 적용되는 구조 부재에 관한 것이다.
차량용 골격 부재가 충돌 등에 의해 하중을 받을 때, 이 부재는 굽힘부의 압축측 상의 국부적인 압축 응력에 의해 탄성적으로 좌굴되는데, 이는 상기 골격 부재가 인장측에서보다 압축측에서 더 약하기 때문이다. 따라서, 어떠한 차량용 골격 부재는 단지 굽힘부의 압축측에만 보강 부재가 위치되는 폐단면 구조를 갖도록 형성된다 (일본 특허 공개 공보 제 2003-231483 (JP-A-2003-231483) 참조). 도 5 는 이러한 골격 부재의 예로서 B-필라 (pillar) (100) 를 나타낸다. 이 B-필라 (100) 는 폐단면을 규정하는 필라 외부 패널 (101) 및 필라 내부 패널 (102), 보강 부재로서 굽힘부의 압축측에 위치되는 외부 보강재 (103) 및 힌지 보강재 (104), 그리고 보강 부재로서 중간에 위치하는 보강재 (105) 로 이루어진다.
도 5 에 나타낸 차량용 골격 부재에서, 압축측과 인장측 사이에 있는 굽힘부의 중립 축선은 폐단면의 중심 근처에 위치된다 (도 5 의 중립 축선 (A) 참조). 따라서, 압축 응력장이 압축측 면과 인장측 면을 결합시키는 수직 벽부에서 넓은 영역에 걸쳐 형성되고, 따라서 압축 응력은 압축측 면 외에 수직 벽부 상에도 작용한다. 그 결과, 골격 부재의 압축측은 압축 응력에 의해, 국부적으로 진행되는 탄성 좌굴을 받게 된다. 도 5 에 나타낸 B-필라 (100) 에서, 이러한 좌굴이 시작될 때 필라 외부 패널 (101) 의 외부 면 (101a) 에 국부적으로 움푹 들어간 곳 (H) 이 형성된다.
압축 응력에 의한 이러한 탄성 좌굴을 방지하기 위해, 압축측의 강성 (rigidity) 을 개선하는 것이 필요하다. 이를 위해, 종래의 차량용 골격 부재에는 압축측 면과 수직 벽부를 위한 다수의 보강 부재가 제공된다. 그 결과, 질량 및 비용이 불리하게 증가된다.
본 발명은 높은 강도 및 경량을 달성할 수 있는 골격 부재를 제공한다.
본 발명의 제 1 양태는 굽힘부의 압축 응력장에 위치되는 압축측 벽부, 굽힘부의 인장 응력장에 위치되는 인장측 벽부, 및 압축측 벽부와 인장측 벽부를 결합시키는 결합 벽부를 포함하는 구조 부재를 제공하며, 구조 부재의 굽힘부의 중립 축선은 압축측 벽부 근처 또는 압축측 벽부의 위치에 위치된다.
이러한 구조 부재는 구조 부재가 하중을 받아 구부려질 때 압축 응력을 받는 압축측 벽부, 구조 부재가 하중을 받아 구부려질 때 인장 응력을 받는 인장측 벽부, 및 압축측 벽부와 인장측 벽부를 결합시키는 결합 벽부를 포함한다. 이러한 구조에서, 굽힘부의 압축측 (수축측) 및 인장측 (연신측) 사이의 중립 축선은 압축측 벽부의 근처 또는 압축측 벽부의 위치에 위치된다. 중립 축선이 압축측 벽부에 근접할 수록 압축 응력장은 더 작아지고 인장 응력장은 더 커지기 때문에, 압축 응력에 의한 탄성 좌굴의 발생을 줄이거나 없앨 수 있다. 그 결과, 재료의 잠재적 강도 한계에 이르는 하중을 압축측에서 견딜 수 있고, 이에 의해 재료의 잠재적 강도를 완전히 사용할 수 있다. 또한, 인장측이 받는 하중이 압축측의 내력 (proof stress) 의 개선에 따라 또한 증가될 수 있기 때문에, 재료 강도 한계까지 이르는 응력이 전체 단면에 걸쳐 발생될 수 있고, 이에 의해 전체 단면에 걸쳐 재료 강도가 효율적으로 이용된다. 게다가, 결합 벽부가 압축 응력장에 없거나 또는 거의 없기 때문에, 보강 부재의 수는 줄어들거나 또는 보강 부재를 생략할 수 있고, 이에 의해 무게 및 비용이 줄어든다. 상기 설명된 것과 같이, 굽힘부의 중립 축선이 압축측 벽부의 근처에 위치되는 높은 강도 및 경량 (값이 싼) 의 구조 부재가 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 구조 부재에서, 압축측 벽부는 인장측 벽부보다 재료 강도가 더 높을 수 있다. 이러한 구조 부재에서, 굽힘부의 중립 축선은 인장측 벽부의 재료 강도와 비교하여 압축측 벽부의 재료 강도를 증가시킴으로써 압축측 벽부의 근처에 위치될 수 있다. 이는 중립 축선이 압축측 모멘트 (압축 응력) 와 인장측 모멘트 (인장 응력) 이 서로 동일한 위치에 있으므로, 재료 강도의 증가에 의한 압축측 벽부의 강도 (rigidity) 의 증가는 이에 의해 중립 축선으로부터 압축측 벽부까지의 거리를 줄일 수 있기 때문이다. 게다가, 압축측 벽부 그 자체의 강도의 증가는 이에 의해 압축측 벽부의 좌굴 강도를 또한 증가시킬 수 있고, 이에 의해 탄성 좌굴의 발생을 줄인다.
본 발명에 따른 구조 부재에서, 압축측 벽부는 바람직하게는 인장측 벽부보다 판 두께가 더 크다. 이러한 구조 부재에서, 굽힘부의 중립 축선은 인장측 벽부의 판 두께와 비교하여 압축측 벽부의 판 두께를 증가시킴으로써 압축측 벽부의 근처에 위치될 수 있다. 상기 설명된 것과 동일한 방식으로, 판 두게를 증가시키는 것에 의한 압축측 벽부의 강도의 증가는 중립 축선으로부터 압축측 벽부까지의 거리를 줄일 수 있고, 압축측 벽부의 좌굴 강도를 증가시킬 수 있다.
본 발명은 굽힘부의 중립 축선이 압축측 벽부의 근처에 위치되는 높은 강도 및 경량의 구조 부재를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 2 양태는, 제 1 벽부, 제 2 벽부, 및 제 1 벽부와 제 2 벽부를 결합시키는 제 3 벽부를 포함하고, 제 1 ~ 제 3 벽부의 강성 (rigidity) 은 구조 부재의 굽힘부의 중립 축선이 제 1 벽부의 근처 또는 제 1 벽부의 위치에 위치되도록 설정되는 구조 부재를 제공한다.
본 발명의 전술한 또는 다른 목적, 특징 및 이점은, 동일한 숫자는 동일한 요소를 나타내는데 사용된 첨부된 도면을 참조하여 이하의 대표적인 실시형태의 설명으로부터 명백해 질 것이다.
도 1 은 제 1 실시형태에 따른 B-필라의 사시도이다.
도 2 는 도 1 의 B-필라의 단면도 그리고 굽힘부의 압축측 및 인장측에 발생되는 모멘트 (응력) 를 나타내는 챠트를 나타낸다.
도 3 은 제 2 실시형태에 따른 B-필라의 사시도이다.
도 4 는 도 3 의 B-필라의 단면도 그리고 굽힘부의 압축측 및 인장측에 발생되는 모멘트 (응력) 를 나타내는 챠트를 나타낸다.
도 5 는 종래의 B-필라의 사시도이다.
도 6 은 도 5 의 B-필라의 단면도 그리고 굽힘부의 압축측 및 인장측에 발생되는 모멘트 (응력) 를 나타내는 챠트를 나타낸다.
실시형태에서, 본 발명에 따른 골격 부재는 지붕을 지지하고 차체의 강성 (강성율) 을 증가시키기 위해 전방 도어와 후방 도어 사이에 위치된 차량용 골격 부재인 B-필라에 적용된다. 이 실시형태에 따른 B-필라에서, 필라 외부 패널과 필라 내부 패널은 폐단면을 규정하고, 폐단면의 굽힘부의 압축측의 벽 (외부 측의 측벽) 은 높은 강도와 큰 판 두께를 갖도록 형성된다. 두 실시형태 중 제 1 실시형태에서, 높은 강도와 큰 판 두께를 달성하기 위해 보강 부재가 제공된다. 제 2 실시형태에서, 필라 외부 패널은 높은 강도와 큰 판 두께를 달성하도록 형성된다.
도 1 및 도 2 를 참조하여, 제 1 실시형태에 따른 B-필라가 설명될 것이다. 도 1 은 제 1 실시형태에 따른 B-필라의 사시도이다. 도 2 는 도 1 의 B-필라의 단면도 그리고 굽힘부의 압축측 및 인장측에 발생되는 모멘트 (응력) 를 나타내는 차트를 나타낸다.
높은 강도와 경량 두 가지 모두를 달성하기 위해, B-필라 (1) 는 높은 강도와 큰 시트 두께를 갖는 재료로 이루어진 보강 부재를 포함한다. 이는 굽힘부의 중립 축선이 압축측 벽의 근처에 (또는 압축측 벽에) 위치되는 것을 가능하게 한다. 이를 위해, B-필라 (1) 는 필라 외부 패널 (10), 필라 내부 패널 (11), 외부 보강재 (12), 및 힌지 보강재 (13) 를 포함한다.
필라 외부 패널 (10) 은 차량의 외측에 위치된다. 필라 외부 패널 (10) 은 B-필라 (1) 의 외벽의 역할을 하는 외부 벽 (10a), 외부 벽 (10a) 의 양단으로부터 연장되어 있는 수직 벽 (10b, 10b), 그리고 수직 벽 (10b, 10b) 의 각각의 단부로부터 연장되어 있는 플랜지 (10c, 10c) 를 갖는 일반적으로 오목한 형상 (단면에서 볼 때) 을 갖는다. 필라 외부 패널 (10) 은 예컨대 0.75 ㎜ 의 판 두께를 갖는 재료 SPC270 으로 형성된다. 문자열 "SPC" 는 냉간 압연강을 가리키며, 그 다음의 숫자는 인장 강도를 나타낸다. 예컨대, 상기 예는 270 N/㎟ 이상의 인장 강도를 갖는 재료를 나타낸다.
필라 내부 패널 (11) 은 차량의 내측에 위치된다. 필라 내부 패널 (11) 은 B-필라 (1) 의 내벽의 역할을 하는 내부 벽 (11a), 내부 벽 (11a) 의 양단으로부터 연장되어 있는 수직 벽 (11b, 11b), 그리고 수직 벽 (11b, 11b) 의 각각의 단부로부터 연장되어 있는 플랜지 (11c, 11c) 를 갖는 일반적으로 오목한 형상 (단면에서 볼 때) 을 갖는다. 필라 내부 패널 (11) 은 예컨대 1.6 ㎜ 의 판 두께를 갖는 재료 SPC590 으로 형성된다. 필라 외부 패널 (10) 과 필라 내부 패널 (11) 은 폐단면 구조를 제공하고, B-필라 (1) 의 외형을 규정한다.
외부 보강재 (12) 는 B-필라 (1) 의 외부 측을 위한 보강 부재 중 하나이다. 외부 보강재 (12) 는 필라 외부 패널 (10) 의 내측에 위치된다. 외부 보강재 (12) 는 필라 외부 패널 (10) 의 외부 벽 (10a) 에 접합되는 외부 벽 (12a), 외부 벽 (12a) 의 양단으로부터 연장되어 있는 수직 벽 (12b, 12b), 그리고 수직 벽 (12b, 12b) 의 각각의 단부로부터 연장되어 있는 플랜지 (12c, 12c) 를 갖는 일반적으로 오목한 형상 (단면에서 볼 때) 을 갖는다. 외부 보강재 (12) 는 예컨대 1.6 ㎜ 의 판 두께를 갖는 재료 SPC980 으로 형성된다.
힌지 보강재 (13) 는 B-필라 (1) 의 외부 측을 위한 보강 부재 중 하나이다. 힌지 보강재 (13) 는 외부 보강재 (12) 의 내측에 위치된다. 힌지 보강재 (13) 는 외부 보강재 (12) 의 외부 벽 (12a) 에 접합되는 외부 벽 (13a), 그리고 외부 벽 (13a) 의 양단으로부터 연장되어 있는 수직 벽 (13b, 13b) 을 갖는 일반적으로 오목한 형상 (단면에서 볼때) 을 갖는다. 수직 벽 (13b, 13b) 은 현저히 짧고, 이들은 간신히 표면 강성을 제공하는 최소 길이를 갖는다 (판 두께의 두 배 이하). 힌지 보강재 (13) 는 예컨대 3.2 ㎜ 의 판 두께를 갖는 재료를 열간 스탬핑 가공함으로써 형성된다.
외부 보강재 (12) 와 힌지 보강재 (13) 는 굽힘부의 압축측에 위치되는 보강 부재이며, 필라 내부 패널 (11) 의 재료보다 더 높은 강도와 더 큰 판 두께를 갖는 재료로 형성된다. 특히, 힌지 보강재 (13) 는 외부 보강재 (12) 의 재료보다 더 높은 강도와 더 큰 판 두께를 갖는 재료, 예컨대 1500 ㎫ 이상의 재료 강도 (항복 강도) 및 최대 실제 판 두께 (3.2 ㎜ 이하) 를 갖는 고 인장 재료로 만들어진다. 부수적으로, 인장 응력장에 있는 필라 내부 패널 (11) 및 필라 외부 패널 (10) 의 수직 벽 (10b, 10b) 은 예컨대 300 ㎫ 이하의 재료 강도를 갖는 재료로 만들어진다.
B-필라 (1) 를 조립하기 위해, 외부 보강재 (12) 의 외부 벽 (12a) 은 필라 외부 패널 (10) 의 외부 벽 (10a) 에 겹쳐서 놓이고, 외부 보강재 (12) 의 플랜지 (12c, 12c) 는 필라 외부 패널 (10) 의 플랜지 (10c, 10c) 에 겹쳐서 놓이고, 그리고 또한 힌지 보강재 (13) 의 외부 벽 (13a) 은 외부 보강재 (12) 의 외부 벽 (12a) 에 겹쳐서 놓인다. 그 후, 외부 벽 (10a), 외부 벽 (12a), 그리고 외부 벽 (13a) 은 용접 등에 의해 함께 접합된다. 또한, 필라 내부 패널 (11) 의 플랜지 (11c, 11c) 는 필라 외부 패널 (10) 의 플랜지 (10c, 10c) 에 겹쳐서 놓이고, 플랜지 (10c, 10c) 및 플랜지 (11c, 11c) 는 용접 등에 의해 접합된다.
제 1 실시형태에서, 필라 외부 패널 (10) 의 외부 벽 (10a), 외부 보강재 (12) 의 외부 벽 (12a), 그리고 힌지 보강재 (13) 의 외부 벽 (13a) 은 본 발명의 "압축측 벽부" 라고 생각할 수 있고, 필라 내부 패널 (11) 의 내부 벽 (11a) 은 본 발명의 "인장측 벽부" 라고 생각할 수 있고, 그리고 필라 외부 패널 (10) 의 수직 벽 (10b, 10b) 과 필라 내부 패널 (11) 의 수직 벽 (11b, 11b) 은 본 발명의 "결합 벽부" 라고 생각할 수 있다.
이렇게 형성된 B-필라 (1) 의 단면 구조에 따르면, B-필라 (1) 가 측면 충돌 등에 의한 하중을 받을 때 굽힘부의 압축측 (수축측) 에 있는 필라 외부 패널 (10) 의 외부 벽 (10a), 외부 보강재 (12) 의 외부 벽 (12a), 그리고 힌지 보강재 (13) 의 외부 벽 (13a) (특히, 힌지 보강재 (13) 의 외부 벽 (13a)) 은 굽힘부의 인장측 (연신측) 에 있는 필라 내부 패널 (11) 의 내부 벽 (11a) 보다 더욱 높은 강도와 더욱 큰 판 두께를 갖는다. 따라서, 압축측 벽의 강성 (rigidity) 은 인장측 벽보다 더욱 높다.
도 2 는 압축측 모멘트 (CM, 압축 응력) 와 인장측 모멘트 (PM, 인장 응력) 를 나타내며, 이때 가로축은 강도를 나타내고 세로축은 중립 축선 (A) 으로부터의 거리 (h) 를 나타낸다. 중립 축선 (A) 은 압축측 모멘트 (CM, 압축 응력) 와 인장측 모멘트 (PM, 인장 응력) 가 서로 동일한 위치에 있다 (즉, 도 2 에서 모멘트 (CM) 의 면적과 모멘트 (PM) 의 면적이 서로 동일하다). 강도 (rigidity) 는 인장측보다 압축측에서 더욱 높다. 따라서, 중립 축선 (A) 으로부터 압축측 벽까지의 거리는 현저히 짧고, 굽힘부의 중립 축선 (A) 은 힌지 보강재 (13) 의 외부 벽 (13a) 의 근처에 위치된다 (또는 외부 벽 (13a) 에 겹쳐서 위치된다). 중립 축선 (A) 으로부터 압축측 벽까지의 거리는 압축측 벽 (특히, 힌지 보강재 (13) 의 외부 벽 (13a)) 의 재료 강도가 더 높아지거나 또는 그의 판 두께가 더 커짐에 따라 더 짧아질 수 있다.
중립 축선 (A) 의 위치 (중립 축선 (A) 로부터 필라 내부 패널 (11) 의 내부 벽 (11a) 까지의 거리) 를 hc 라고 할 때, 이 위치 (hc) 는 이하의 식 (1) 을 만족시킨다.
Figure 112009064717682-PCT00001
식 (1) 에서, H 는 B-필라 (1) 의 전체 높이를 나타내고 (필라 외부 패널 (10) 의 외부 벽 (10a) 으로부터 필라 내부 패널 (11) 의 내부 벽 (11a) 까지의 거리), h 는 중립 축선 (A) 으로부터의 거리를 나타내고 (변수), σ 는 재료 강도를 나타내며, dA 는 미소 면적 (=판 두께 × 미소 높이) 을 나타낸다. 압축측 벽 (특히, 힌지 보강재 (13) 의 외부 벽 (13a)) 은 높은 재료 강도와 큰 판 두께를 갖기 때문에, 식 (1) 을 만족하는 중립 축선 (A) 의 위치 (hc) 는 압축측 벽의 근처에 있다 (일반적으로 힌지 보강재 (13) 의 외부 벽 (13a) 과 동일한 위치에 있음).
상기 설명된 것과 같이 중립 축선 (A) 이 압축측 벽의 근처에 위치되는 경우, B-필라 (1) 의 압축측 벽 (외부 벽 (10a), 외부 벽 (12a), 및 외부 벽 (13a)) 및 수직 벽부 (수직 벽 (10b, 10b), 및 수직 벽 (11b, 11b)) 의 극소 영역은 압축 응력장에 있게 되고, B-필라 (1) 의 인장측 벽 (내부 벽 (11a)) 과 수직 벽부의 거의 모든 구역은 인장 응력장에 있게 된다. 따라서, B-필라 (1) 가 하중을 받아 구부려질 때, B-필라 (1) 의 수직 벽부의 거의 모든 부분은 압축되지 않는다. 따라서, 수직 벽부가 압축 응력에 의해 탄성적으로 좌굴되는 가능성을 없애거나 최소화할 수 있다. 그 결과, 재료의 잠재적 강도 한계에 이르는 하중을 견딜 수 있다. 게다가, 수직 벽부의 거의 모든 부분이 압축 응력장에 있지 않기 때문에, 수직 벽부를 위한 보강 부재는 필요하지 않다. 따라서, 힌지 보강재 (13) 의 수직 벽 (13b, 13b) 은 현저히 짧아질 수 있고, 도 5 에 나타낸 B-필라 (100) 에 제공되는 보강재 (105) 는 필요하지 않다. 따라서, 중량 및 이로 인한 비용이 이러한 보강 부재에 대하여 줄어들 수 있다.
B-필라 (1) 의 압축측 벽 (특히, 힌지 보강재 (13) 의 외부 벽 (13a)) 그 자체가 높은 강도와 큰 판 두께를 갖도록 형성함으로써, 압축측 벽의 강성 (rigidity) 이 개선되어 탄성 좌굴 한계는 소성 좌굴 강도를 초과하도록 증가된다. 따라서, B-필라 (1) 가 하중을 받아 구부려질 때, 압축측 벽의 전체는 국부적으로 탄성적으로 좌굴되기 보다는 소성적으로 좌굴된다. 그 결과, 재료의 잠재적 강도는 완전히 사용될 수 있고, 이에 의해 좌굴 강도는 증가된다.
부수적으로, 도 5 에 나타낸 B-필라 (100) 에서, 굽힘부의 압축측의 벽의 강도와 판 두께는 인장측 벽보다 그다지 크지 않다. 따라서, 도 6 에 나타낸 것과 같이, 굽힘부의 중립 축선 (A) 으로부터 압축측 벽까지의 거리는 그다지 짧지 않고, 중립 축선 (A) 은 B-필라 (100) 의 단면의 중심의 근처에 위치된다. 따라서, B-필라 (100) 의 수직 벽부의 대략 반 정도는 압축 응력장에 있게 된다. 그 결과, B-필라 (100) 가 하중을 받아 구부려질 때, 압축측 벽이 국부적으로 탄성적으로 좌굴되는 가능성이 있다. 또한, 이러한 구성에 따르면, 인장측이 받게되는 하중이 작기 때문에, 재료의 잠재적 강도는 인장측에서 완전히 사용되지 못하게 된다. 그 결과, 응력이 B-필라 (100) 의 전체 단면에 걸쳐 재료 강도의 상한까지 증가되지 못한다.
B-필라 (1) 의 구조에 따르면, 압축측 벽 (특히, 힌지 보강재 (13) 의 외부 벽 (13a)) 이 높은 강도와 큰 판 크기를 갖도록 형성함으로써, 굽힘부의 중립 축선 (A) 은 압축측 벽의 근처에 위치될 수 있고, 이에 의해 높은 강도와 경량 (값이 싼) 구조를 달성한다. B-필라 (1) 의 구조에 따르면, 특히 압축측 벽 그 자체가 높은 강도와 큰 판 두께를 갖도록 형성함으로써, 압축측 벽의 좌굴 강도는 증가될 수 있고, 이에 의해 탄성 좌굴의 발생이 방지된다. 또한, B-필라 (1) 의 구 조에 따르면, 재료의 잠재적 강도까지 이르는 응력이 B-필라 (1) 의 압축측 벽의 전체 단면에 걸쳐 발생될 수 있는데, 이는 상당히 효율적이다.
도 3 및 도 4 를 참조하여, 제 2 실시형태에 따른 B-필라 (2) 가 설명될 것이다. 도 3 은 제 2 실시형태에 따른 B-필라의 사시도이다. 도 4 는 도 3 의 B-필라의 단면도 그리고 굽힘부의 압축측 및 인장측에 발생되는 모멘트 (응력) 를 나타내는 챠트를 나타낸다.
높은 강도와 가벼움 두 가지를 모두 달성하기 위해, B-필라 (2) 의 필라 외부 패널의 외부 벽이 높은 강도와 큰 판 두께를 갖는 재료로 만들어 진다. 이는 굽힘부의 중립 축선이 압축측 벽의 근처에 위치되는 것을 가능하게 한다. 이를 위해, B-필라 (2) 는 필라 외부 패널 (20) 및 필라 내부 패널 (21) 을 포함한다. 필라 내부 패널 (21) 은 제 1 실시형태에 따른 필라 내부 패널 (11) 과 동일하기 때문에, 그의 설명은 생략된다.
제 1 실시형태에 따른 필라 외부 패널 (10) 과 유사하게, 필라 외부 패널 (20) 은 차량의 외측에 위치되고, 일반적으로 외부 벽 (20a), 수직 벽 (20b, 20b), 및 플랜지 (20c, 20c) 를 갖는 일반적으로 오목한 형상 (단면에서 볼 때) 을 갖는다. 외부 벽 (20a) 이외의 필라 외부 패널 (20) 의 재료, 즉 수직 벽 (20b, 20b) 및 플랜지 (20c, 20c) 의 재료는 는 제 1 실시형태에 따른 필라 외부 패널 (10) 의 대응하는 재료와 동일한 강도 및 판 두께를 갖는다.
굽힘부의 압축측의 단면을 위한 보강부의 역할을 하는 필라 외부 패널 (20) 의 외부 벽 (20a) 은 필라 내부 패널 (21) 의 재료보다 더 높은 강도와 더 큰 판 두께를 갖는 재료로 만들어 진다. 외부 벽 (20a) 은 예컨대 1500 ㎫ 이상의 재료 강도를 갖고 최대 실제 판 두께를 갖는 재료로 만들어진다. 부수적으로, 인장 응력장에 있게 되는 필라 내부 패널 (21) 그리고 필라 외부 패널 (20) 의 수직 벽 (20b, 20b) 은 예컨대 300 ㎫ 이하의 재료 강도를 갖는 재료로 만들어 진다. 상기 설명된 것과 같이 위치에 따라 상이한 재료 강도 및 판 두께를 갖는 필라 외부 패널 (20) 은 Tailor Welded Blank (연속 레이저 용접) 등에 의해 형성된다.
B-필라 (2) 를 조립하기 위해, 필라 내부 패널 (21) 의 플랜지 (21c, 21c) 는 필라 외부 패널 (20) 의 플랜지 (20c, 20c) 와 겹쳐서 놓이고, 플랜지 (20c, 20c) 와 플랜지 (21c, 21c) 는 용접 등에 의해 접합된다.
제 2 실시형태에서, 필라 외부 패널 (20) 의 외부 벽 (20a) 은 본 발명의 "압축측 벽부" 라고 생각할 수 있고, 필라 내부 패널 (21) 의 내부 벽 (21a) 은 본 발명의 "인장측 벽부" 라고 생각할 수 있으며, 필라 외부 패널 (20) 의 수직 벽 (20b, 20b) 및 필라 내부 패널 (21) 의 수직 벽 (21b, 21b) 은 본 발명의 "결합 벽부" 라고 생각할 수 있다.
이렇게 형성된 B-필라 (2) 의 구조에 따르면, B-필라 (2) 가 측면 충돌 등에 의한 하중을 받을 때 굽힘부의 압축측에 있게 되는 필라 외부 패널 (20) 의 외부 벽 (20a) 은 굽힘부의 인장측에 있게 되는 필라 내부 패널 (21) 의 내부 벽 (21a) 보다 더욱 높은 강도와 더욱 큰 판 두께를 갖는다. 따라서, 강성 (rigidity) 은 인장측보다 압축측에서 더욱 높다. 따라서, 제 1 실시형태에 따른 B-필라 (1) 와 마찬가지로, 굽힘부의 중립 축선 (A) 으로부터 압축측 벽까지의 거리는 현 저히 짧아지고, 중립 축선 (A) 은 필라 외부 패널 (20) 의 외부 벽 (20a) 의 근처에 위치된다 (또는 외부 벽 (20a) 에 겹쳐서 위치된다). 중립 축선 (A) 으로부터 압축측 벽까지의 거리는 압축측 벽 (외부 벽 (20a)) 의 재료 강도가 더 높아지거나 그의 판 두께가 더 두꺼워짐에 따라 짧아질 수 있다.
중립 축선 (A) 이 압축측 벽의 근처에 위치되고 압축측 벽 그 자체가 높은 강도와 큰 판 두께를 갖는, 이렇게 구성된 B-필라 (2) 는 제 1 실시형태에 따른 B-필라 (1) 와 동일한 효과를 갖는다.
제 1 실시형태에 따른 B-필라 (1) 와 동일한 효과를 갖는 것 이외에, B-필라 (2) 는 또한 이하의 효과를 갖는다. B-필라 (2) 의 구조에 따르면, 필라 외부 패널 (20) 의 외부 벽 (20a) 은 높은 강도와 큰 판 두께를 갖고, 이에 의해 외부 보강재 또는 힌지 보강재와 같은 보강재가 필요하지 않게 된다. 그 결과, 추가적인 중량의 감소가 달성되고 조립에 필요한 시간이 줄어들며, 이에 의해 비용이 더 줄어든다.
본 발명의 실시형태가 상기에 설명되었다. 본 발명은 상기 실시형태에 제한되지 않으며, 다양한 방식으로 변경될 수 있다.
예컨대, 비록 본 발명이 실시형태에서 차량의 B-필라에 적용되었지만, 본 발명은 측면 부재와 같은 차량의 다른 골격 부재 (구조 부재), 또는 차량용이 아닌 구조 부재에도 적용될 수 있다. 예컨대, 본 발명은 B-필라 외의 필라에도 적용될 수 있다. 충격의 수용이 예상되는 측의 부재 (벽) 의 강성 (rigidity) 을 증가시키는 것만이 필요하다. 예컨대, 증가된 강성을 갖는 이러한 부재 (벽) 는 차량의 외측에 사용될 수 있다.
게다가, 실시형태에서 비록 압축측 벽의 재료 강도와 판 두께 모두가 인장측 벽보다 더 크게 되었지만, 압축측 벽이 충분한 강도를 보장할 수 있는 한 압축측 벽의 재료 강도 또는 판 두께 중 단지 하나만 더 커질 수도 있다.
또한, 비록 외부 보강재가 제 1 실시형태에 제공되었지만, 압축측 벽이 충분한 강도를 보장하는 한 외부 보강재는 제공되지 않을 수 있다.
본 발명의 제 1 실시형태에서, 외부 벽 (10a) 의 두께, 외부 벽 (12a) 의 두께, 및 외부 벽 (13a) 의 두께의 합은 수직 벽 (11b) 의 각각의 두께보다 그리고 수직 벽 (10b) 및 수직 벽 (12b) 의 두께의 합보다 더 크다. 또한, 외부 벽 (10a) 의 강도, 외부 벽 (12a) 의 강도, 및 외부 벽 (13a) 의 강도의 합은 수직 벽 (11b) 의 각각의 강도보다 그리고 수직 벽 (10b) 및 수직 벽 (12b) 의 강도의 합보다 더 크다. 본 발명의 제 2 실시형태에서, 외부 벽 (20a) 은 각각의 수직 벽 (20b) 및 수직 벽 (21b) 보다 두께가 더 크고 강도도 더 높다.

Claims (14)

  1. 굽힘부의 압축 응력장에 위치되는 압축측 벽부,
    굽힘부의 인장 응력장에 위치되는 인장측 벽부, 및
    압축측 벽부와 인장측 벽부를 결합시키는 결합 벽부를 포함하는 구조 부재에 있어서,
    상기 구조 부재의 굽힘부의 중립 축선이 압축측 벽부의 근처에 위치되거나 압축측 벽부의 위치에 위치되는 구조 부재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 압축측 벽부는 인장측 벽부보다 재료 강도가 더 높은 구조 부재.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 압축측 벽부는 인장측 벽부보다 판 두께가 더 큰 구조 부재.
  4. 제 1 벽부,
    제 2 벽부, 및
    제 1 벽부와 제 2 벽부를 결합시키는 제 3 벽부를 포함하는 구조 부재에 있어서,
    제 1 ~ 제 3 벽부의 강성은 구조 부재의 굽힘부의 중립 축선이 제 1 벽부의 근처 또는 제 1 벽부의 위치에 위치되도록 설정되는 구조 부재.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 벽부는 제 2 벽부보다 재료 강도가 더 높은 구조 부재.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 벽부는 제 2 벽부보다 판 두께가 더 큰 구조 부재.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 벽부는 제 2 벽부보다 재료 강도가 더 높은 구조 부재.
  8. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 벽부는 제 2 벽부보다 판 두께가 더 큰 구조 부재.
  9. 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 벽부는 보강 부재를 포함하는 구조 부재.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구조 부재는 차량의 골격 구조인 구조 부재.
  11. 제 10 항에 있어서, 제 1 벽부는 차량의 외측에 제공되고, 제 2 벽부는 차량의 내측에 제공되는 구조 부재.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 골격 구조는 필라인 구조 부재.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 필라는 B-필라인 구조 부재.
  14. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 벽부는 필라 외부 패널이고,
    제 2 벽부는 필라 내부 패널인 구조 부재.
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