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JP3786171B2 - Method for arranging reinforcing material for panel structure - Google Patents

Method for arranging reinforcing material for panel structure Download PDF

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JP3786171B2
JP3786171B2 JP35746499A JP35746499A JP3786171B2 JP 3786171 B2 JP3786171 B2 JP 3786171B2 JP 35746499 A JP35746499 A JP 35746499A JP 35746499 A JP35746499 A JP 35746499A JP 3786171 B2 JP3786171 B2 JP 3786171B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パネル構造体に補強材を配設して張り剛性を確保する技術に係り、特に、パネル構造体への補強材の最適な配置の決定及びこれら部材の最適な構造的諸元の設定を行うためのパネル構造体の補強材配設方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
パネル構造体の張り剛性を所望に確保するため、その最適位置に補強材を配置するための技術は、例えば特許第2962107号公報に記載されている。この公知の配設方法では、逐次増大する荷重についてパネル構造体及び補強材の荷重分担をそれぞれ求め、求めた荷重分担に基づいてパネル構造体の最適位置に補強材を配置するものとしている。より具体的には、荷重点において荷重を逐次増大させたとき、パネル構造体及び補強材の各点における歪み及び応力の逐次増分から、各歪みエネルギが荷重点における変位の関数として与えられ、この関数を変位で偏微分することにより、それぞれの荷重分担を求めることができる。
【0003】
例えば、トラックのドアパネルを供試して公知の補強材配設方法を適用した場合、そのアウタパネルに対する各種の補強材の配置パターン(縦補強材、横補強材、縦横補強材等)について、それぞれ補強材の荷重分担が明らかとなれば、そのなかから最もアウタパネルの剛性確保に有利な配置を容易に決定することができると考えられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のようにパネル構造体に補強材を配置して張り剛性を確保すると同時に、その総重量を最小化しようとする場合、公知の配設方法から必ずしも明確な技術的手法が得られるわけではない。従って、上述のドアパネルの供試例では、例えばドアパネル及び補強材に構造的な変更を加えて重量を軽減しようとする場合、過去に蓄積された張り剛性のデータを基礎として構造変更後の剛性が充分であるか否かを予測的に評価し、その都度、ドアパネル及び補強材の構造変更の良し悪しを経験則的に判断する以外にない。
【0005】
そこで、本発明では上記の問題点に鑑み、荷重分担に基づく補強材の最適な配置に加え、更に総重量の最小化をも具体的に実現可能とするパネル構造体の補強材配設方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的達成のため、本発明のパネル構造体の補強材配設方法(請求項1)では、パネル構造体の所定の荷重点において荷重が0から逐次増大するとき、その増大初期においてパネル構造体の剛性を所望に確保するべく補強材の配置を決定する(配置工程)。このとき、その荷重に対するパネル構造体及び補強材それぞれの荷重分担を求める一方で、その全荷重に占める補強材の荷重分担の割合がパネル構造体に対する補強材の重量比よりも大となるとき、パネル構造体に構造的な変更を加えて軽量化を行ったとき、パネル構造体及び補強材の総重量が軽減されるための条件と、補強材に構造的な変更を加えて剛性を増大させたとき、パネル構造体及び補強材の全体での剛性が確保されるための条件とを同時に満足するべく、パネル構造体及び補強材の構造的な諸元をそれぞれ設定する(諸元設定工程)。
【0007】
すなわち、パネル構造体の張り剛性は通常、荷重と変位との関係に基づいて解析することができるが、本発明では、荷重の大小差に基づくパネル構造体の変形量の違いから、その変形初期における剛性(初期剛性)と、変形初期よりも変形量が大となる場合における剛性とに分けて張り剛性を解析している。この場合、補強材を取り付けた状態でパネル構造体の所定の荷重点に0から逐次増大する荷重を加えたとき、その初期剛性は、補強材の配置及びパネル構造体単体での剛性に依存して決定される。これに対し、初期剛性に基づく初期変形の領域を超える変形領域では、パネル構造体と補強材とで全体的な剛性、つまり、全荷重及び変位が分担される。
【0008】
上述のような剛性解析の結果に基づき、本発明ではパネル構造体の初期剛性を所望に確保するための最適な補強材の配置を解析的に決定するとともに、これらパネル構造体及び補強材の荷重分担率と、これら部材間の重量比という2つの観点から総重量の最適化(最小化)を実現することができる。そして、上述の配置工程及び諸元設定工程を通じて補強材の最適配置と各部材の構造諸元とを設定した上で、最終的にパネル構造体に補強材が配設される。
【0009】
具体的には、上述したパネル構造体の初期変形の領域では、補強材の方が極端にその剛性が高く、その分、荷重分担は極めて小さい。このため、例えばパネル構造体の解析モデルにおいて、その近似的な矩形平板モデルと補強材との結合部を支持とみなすことができ、補強材で区画された部位の中央に荷重点が設定される。そして、この場合の矩形平板の初期剛性を理論解あるいはFEM解析により求めると、区画された矩形平板の初期剛性はその短辺の長さによって決まり、その区画された部分の面積が同一である場合、より細長い形状に区画されている方が剛性的に有利であることが明らかとなる。従って、初期剛性確保のための補強材の配置は、パネル構造体の長手方向に沿う配置が最適であり、例えば、横長の矩形パネルであれば、縦補強材よりも横補強材の方がより有利な配置であるといえる。
【0010】
これに対し、その大変形領域では補強材の荷重分担が増大し、全荷重(=総荷重分担)に占める補強材の荷重分担の割合は、その重量比を大きく上回る程度にまで増大する。この場合、補強材の剛性を増大する一方、パネル構造体を軽量化するべくこれら部材の構造に変更を加えた結果として、全体的な剛性が確保され、且つ、総重量が軽減されていれば、その変更後の構造的な諸元を各部材の正式な諸元として設定することが可能である。
【0011】
一方で、本発明のパネル構造体の補強材配設方法(請求項2)では、パネル構造体及び補強材の荷重分担率とその構造的なパラメータとをそれぞれ2つの条件式に当てはめることにより、n本の補強材の最適な配置と、各補強材及びパネル構造体それぞれの板厚とを同時に設定することができるものとした。
具体的には、主部材のパネル構造体に対して少なくとも1本以上であるn本の梁状の補強材を取り付けた状態で、パネル構造体の所定の荷重点において0から逐次増大する荷重に対するパネル構造体の荷重分担Pp0及び各補強材の荷重分担Ps10,・・・,Psn0をそれぞれ求めるとともに、これら荷重分担を合計した総荷重分担をP0、この総荷重分担P0に占める前記各荷重分担Pp0,Ps10,・・・,Psn0の割合をyp,ys1,・・・,ysnとする。
【0012】
また、パネル構造体及び各補強材の板厚をtp0,ts10,・・・,tsn0とし、これら各板厚を増減することでパネル構造体及び補強材の構造を変更した場合の変更板厚をtp,ts1,・・・,tsnとする。
ここで、
0=Pp0+Ps10+・・・+Psn0
は上述した構造の変更を行う前の基準状態における総荷重分担(全荷重)であるが、構造の変更に応じて増減するべきパネル構造体の増減荷重分担をPp、また、各補強材の増減荷重分担をPs1,・・・,Psnとすると、
P=Pp+Ps1+・・・+Psn
が構造を変更した場合に全ての部材で負担可能な総荷重分担である。
【0013】
このとき、構造変更後の各増減荷重分担とその構造変更前における各荷重分担との関係は、上記の各板厚及び各変更板厚を構造パラメータとする次式、
i=Pi0(ti/ti0)mi=yi0(ti/ti0)mi
により表すことができる。
ここで、これら各変更板厚とその変更前の各板厚との差分をΔtp,Δts1,・・・Δtsnとし、また、パネル構造体と各補強材との重量比をvp:vs1:・・・:vsnとしたとき、これら各板厚とその変更板厚との関係、及び各板厚とその差分との関係が次式、
p(tp/tp0)mp+ys1(ts1/ts10)ms1+・・・+ysn(tsn/tsn0)msn ≧1及び
p(Δtp/tp0)+vs1(Δts1/ts10)+・・・+vsn(Δtsn/tsn0) ≦ 0
を同時に満足することが、剛性確保と総重量軽減とを両立させるための条件となる。従って、これら条件式を同時に満足するようにパネル構造体への各補強材の配置を決定するとともに、パネル構造体及び各補強材の実板厚を上記の変更板厚に設定すれば、剛性を損なうことなく重量の最適化を容易に図ることができる。
【0014】
上記の条件式を用いた配設方法によれば、先ず、パネル構造体に対する現状の適宜な補強材配置において、各i部材の板厚を初期状態の板厚ti0とする。また条件式中のmiは、i部材の単体特性(荷重−変位)から定める(手順1)。
次に、各i部材の荷重分担率yi=Pi0/P0と重量比viとから変更板厚tiを設定する(手順2)。このとき、荷重分担率に比較して重量比が大となるパネル構造体については板厚を減少し、一方、重量比に比較して荷重分担率が大となる補強材については板厚を増加することが好ましい。
【0015】
構造パラメータti0,tiをそれぞれ決定すると、これら板厚にて上記の2つの条件式が同時に満足されるか否かを判別する(手順3)。この判別結果が満足の場合は、現状の補強材の配置に対して構造変更後の変更板厚tiを採用することができる。これに対し、条件式を満足しない場合は、補強材の配置をそのままに維持または変更して変更板厚tiを再設定する(手順2,3)。
【0016】
上述の手順を繰り返し実行することで、2つの条件式を同時に満たす補強材の最適な配置と各部材の板厚とを設定することができる。なお、設定した板厚tiにてパネル構造体の実用上の目標性能と重量が得られていない場合は、一度行った構造変更後における現状の補強材配置及び板厚を初期状態としてリセットし、新たに板厚ti0=tiとおいて再度手順2,3を実行すればよい。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明のパネル構造体の補強材配設方法は例えば、トラック車両のドアパネルについて、そのアウタパネルの最適位置に補強材を配置し、且つ、これら各部材の構造諸元である板厚を最適に設定し、ドアパネルの剛性確保及びその軽量化を図るための方法として一実施形態をとることができる。
【0018】
図1に示されるように、トラックドア1はアウタパネル2とインナパネル3とを互いに張り合わせた状態で構成されている。アウタパネル2の外周はその上半分が窓枠4として成形され、一方、その下半分はドアフレーム(扉枠)6として成形されており、更にドアフレーム6はサイドウインドウの下端に沿って追加され、この追加部分はアウタパネル2の横断方向に延びている。
【0019】
このようなアウタパネル2には、窓枠4及びドアフレーム6に囲まれた部位の張り剛性を確保するため、その内面に補強材8が取り付けられており、補強材8は例えば、アウタパネル2の内面に接着されている。補強材8は梁状をなしており、その構造は必要な剛性を確保するため、例えば平板の状態から断面ハット状に成形されている。
【0020】
【実施例】
以下、図1のトラックドア1を供試して実施例を説明する。
本実施例では先ず、アウタパネル2に補強材8を取り付けた状態で、アウタパネル2に対して0から逐次増大する荷重を加えたときの初期剛性を解析する。このとき、アウタパネル2の成形曲率は小さいため、その剛性解析では矩形平板のモデルにて近似することができる。
【0021】
図2は補強材8の各種の配置プランの例と、そのプラン別の近似モデルを示している。また、矩形平板の近似モデルはアウタパネル2の実寸に即して、その短辺と長辺との長さの比、つまり、縦横比を約1:2に設定する。
先ず、縦補強材の配置プランではアウタパネル2の横方向でみて、そのほぼ中央の位置に補強材8を縦方向に配置する。この補強材8で2つに区画されたアウタパネル2の部位のうち、その一方の中央位置に荷重点Fを設定する。
【0022】
横補強材の配置プランでは、上下方向でみてほぼ中央の位置にアウタパネル2の長手方向に沿って補強材8を配置する。また、補強材8で区画されたアウタパネル2の上側部位の中央位置に荷重点Eを設定する。
縦・横補強材の配置プランでは、上述の縦補強材及び横補強材を組み合わせて配置する。この場合、アウタパネル2は4つに区画され、これら4区画のうち上側の一方の中央位置に荷重点Dを設定する。なお、近似モデルでは特に区画毎の違いを考慮する必要はない。
【0023】
上述した各荷重点F,E,Dにおいて荷重を0から逐次増大させたとき、その増大初期では何れの場合も補強材8の剛性がアウタパネル2に比較して高く、それ故、各近似モデルを用いた剛性解析では、アウタパネル2と補強材8との接合部位を支持とみなすことができる。このような条件にて各配置プラン毎に初期剛性の理論解を求め、その比較を行う。
【0024】
図2には、各配置プラン毎に求めた初期剛性について、その理論解の剛性比k0が示されており、縦補強材の場合を基準剛性(k0=1.0)とすると、横補強材では剛性比k0=2.75、また、縦及び横補強材では剛性比k0=2.81であった。
上述の剛性比較から以下のことが明らかである。
【0025】
すなわち、縦補強材の配置プランに比較して、横補強材及び縦・横補強材の配置プランの場合は何れも初期剛性において3倍近い程度に有利であるといえる。一方、これら横補強材の配置プランと縦・横補強材の配置プランとを対比すると、縦方向に配置した補強材8の有無は初期剛性に殆ど影響していない。また、これら両配置プランでは、区画された矩形平板の長辺(横方向)の長さは異なるが、その短辺の長さは同一である。このことは、矩形平板の区画された部位における初期剛性がその短辺の長短に依存して決定されることを意味しており、この場合、同一面積の部位にあっては、より細長い形状である方が初期剛性を確保する上で有利であると考えられる。従って、アウタパネル2の初期剛性を確保するためには、縦補強材の配置プランよりも横補強材(縦・横補強材)の配置プランの方がより好ましいことが確認された(配置工程)。
【0026】
なお、図2には各配置プランについて線形FEM解析を行った場合の初期剛性比の結果をも示しているが、理論解では上述のように補強材との接合部位を支持とみなしていることから、FEM解析の場合よりも剛性比の値が大となっているものと推測される。ただし、これらFEM解析の結果と理論解の解析結果との間に極端な乖離がみられないことから、理論解に基づく剛性比較により、補強材の配置と初期剛性との関係を上述のように説明できると考えられる。
【0027】
次に、上述したアウタパネル2への補強材8の配置とともに、ドアパネル1の重量最適化についての解析を行う。
アウタパネル2の初期剛性は補強材8の配置のみによって決まり、補強材8の部材剛性にほとんど影響されないことが明らかにされた。ここで、初期剛性は荷重の増大初期におけるアウタパネル2の剛性であるが、このような初期剛性に基づく初期変形の領域を超える変形領域では、アウタパネル2と補強材8とでその荷重及び変位が分担される。
【0028】
図3は、アウタパネル2の張り剛性を荷重−変位線図により表しており、図中に実線で示される曲線は、荷重点において逐次増大する荷重(最大荷重Pmaxに対する割合にて表記)を示している。なお、最大荷重Pmaxは例えば、トラックの実用上、アウタパネル2に加わると想定される荷重の最大値に設定される。
ここで、パネル構造体に補強材を取り付けた状態で荷重を与えた場合、その荷重がパネル構造体及び補強材により分担されるとともに、全体の変位がこれら両部材により分担される原理は、既に述べた特許第2962107号公報において公知である。
【0029】
このようなエネルギ原理に基づいてアウタパネル2及び補強材8の荷重分担をそれぞれ求め、図3の荷重−変位線図に重ね合わせて図示すると、アウタパネル2の荷重分担(逐次荷重に対する割合にて表記)が図中の破線にて表され、また、補強材8の荷重分担が一点鎖線にて表される。なお、ここではアウタパネル2及び補強材8以外の部材(例えばインナパネル3、接着剤等)の荷重分担はほとんど無いので、その図示を省略している。
【0030】
上述のように、初期変形の領域では補強材8の荷重分担は極端に小さく、それ故、初期変形の領域では荷重レベルを表す曲線とアウタパネル2の荷重分担を表す曲線とがほぼ合致している。これに対し、初期変形の領域を超えて全体の変形量が大きくなるにつれ、補強材8の荷重分担は次第に増大し、特に変形量が大きい領域では、図中に二点差線で表されるように、補強材8の荷重分担が全体の総荷重分担に占める割合、つまり、その荷重分担率は20%を超えるレベルにまで達する。
【0031】
一方、アウタパネル2と補強材8との重量比でみれば、本実施例の場合、横補強材の配置において補強材8の重量比は5%程度であり、上述した変形の大きい領域では、補強材8の荷重分担はその重量比を大きく上回る。
本発明の発明者は、トラックのドアパネル等のパネル構造体にあっては、通常、補強材8を配置することでアウタパネル2の初期剛性にある程度の余裕が確保されている点に着目するとともに、アウタパネル2の板厚を減少して重量を軽減する一方、補強材8の板厚を増加してその荷重分担を増加させることが、張り剛性の確保と軽量化を両立するための有効な手段であることを確認している。
【0032】
本実施例では例えば、アウタパネル2の基準板厚をtp0=0.78mmとすると、アウタパネル2の板厚(変更板厚)をtp=0.68mmに低減するとともに、補強材8の基準板厚ts0を2倍の板厚(変更板厚ts=2ts0)に増加してこれら部材に構造的な変更を加えた。
表1に本実施例による構造変更の結果を示す。なお、重量は何れもアウタパネル2の基準板厚での重量を基準(=1)とした重量比で示されている。
【0033】
【表1】

Figure 0003786171
【0034】
表1から明らかなように、アウタパネル2の板厚低減による軽量化の効果は補強材8の板厚増加による重量増加を上回るので、アウタパネル2及び補強材8全体としての重量比でみて、7.4%の軽量化を達成することができる。
更に図4を参照して、上述した実施例の構造的な変更に伴う荷重−変位線図での剛性確保の確認を行う。
【0035】
図中に実線で示される特性(tp0=0.78,ts0)は、構造変更を行う前の基準板厚における剛性を示している。これに対し、実施例の構造変更を行った場合、その剛性は一点鎖線で示される特性(tp=0.68,2ts0)に移行するものの、その初期剛性は構造変更前における初期剛性k0に比較してほとんど低下しておらず、更に、変形の大きい領域での剛性は充分に確保されていることが確認される。これは、板厚を増加することで補強材8の剛性が相対的に増大し、その分、補強材8の荷重分担が増加するという効果に基づいている。
【0036】
また、アウタパネル2の板厚を低減しても、その初期剛性にほとんど低下がみられないという結果は、上述した補強材8を配置することによりアウタパネル2の初期剛性に余裕が確保されるという効果の裏付けとしても有用である。
なお、図4には実施例以外の構造変更の例として、アウタパネル2の板厚を基準板厚tp0に保持して補強材8の板厚のみを半分に低減(tp0=0.78,0.5ts0)した場合の特性が破線にて示されており、また、補強材8の板厚のみを倍増(tp0=0.78,2ts0)した場合の特性が二点鎖線にて示されている。これら変更例からも明らかなように、変形量の大きい領域において全体として剛性を確保するためには、例えば板厚の増加等による補強材8の構造的な剛性増大がより有効であると認められる。
【0037】
従って、本実施例ではアウタパネル2及び補強材8の構造的な諸元、例えばその板厚が以下の2つの条件を同時に満足するべく設定される(諸元設定工程)。
(1)アウタパネル2の板厚低減等の構造的な軽量化により、補強材8を含む総重量が相対的に軽減されること。
(2)補強材8の板厚増加等の構造的な剛性増大により、アウタパネル2及び補強部材8の荷重分担を合計した場合の総荷重分担が相対的に増加すること。
【0038】
なお、例えばアウタパネル2の板厚を低減して軽量化を行っていても、補強材8の板厚を増加した分、総重量が増加していれば、その構造変更は上記(1)の条件を満足しない。また、補強材8の板厚を増加して剛性を増大していても、アウタパネル2の板厚を低減した分、全体としての剛性が低下していれば、その構造変更は上記(2)の条件を満足しないものとなる。これらの場合は、2つの条件を同時に満足するべく板厚を再変更する必要がある。
【0039】
なお、本発明の発明者は、上記(1)及び(2)の条件を同時に満足するための評価基準として、アウタパネル2及び補強材8の各板厚を構造パラメータとした条件式を提供している。条件式は以下の手順により導かれる。
予め適宜に選択した基準状態でのアウタパネル2及び補強材8の板厚tp0,ts0に対し、構造的な変更を行った場合の変更板厚をそれぞれtp,tsとする。なお、構造変更前の基準板厚tp0,ts0は例えば、トラックの車格や仕様等に応じて、通常必要なドア剛性を確保するための板厚に設定しておけばよい。
【0040】
アウタパネル2の板厚減少分をΔtp、補強材8の板厚増加分をΔtsとすると、これら増減分(差分)は
Δtp=tp0−tp,Δts=ts−ts0 ・・・(1),(2)
で表される。
次に、補強材8とアウタパネル2との重量比をw:1とすると、総重量の軽量化のための条件は次式(3)で表される。
【0041】
Δtp/tp0>Δts/ts0・w ・・・(3)
また、構造変更前の基準状態におけるアウタパネル2と補強材8の荷重分担Pp0、Ps0を求め、これら部材の構造を変更した場合に増減するべき増減荷重分担をPp,Psとする。このとき、アウタパネル2及び補強材8の構造パラメータをそれぞれの板厚により表すと、これら構造パラメータと増減荷重分担Pp,Psとの関係は次式(4),(5)で表すことができる。
【0042】
p/Pp0=(tp/tp0n,Ps/Ps0=(ts/ts0m ・・・(4),(5)
一方、構造を変更した場合の全ての部材で負担可能な総荷重分担をPとし、また、アウタパネル2及び補強材8の荷重分担率をそれぞれys,yp、その他の部材の荷重分担率をz(≡1−ys−yp)とすると、
p+Ps+P1+P2+・・・+Pn=P ・・・(6)
1+P2+・・・+Pn=P10+P20+・・・+Pn0=zP0 ・・・(7)
より、構造を変更した場合に相対的に剛性を増加させるための条件として、P>P0を満足するための板厚の条件を導けばよい。なお、荷重分担率yp,ysはそれぞれ、yp=Pp0/P0,ys=Ps0/P0で定義される。
【0043】
ここで、上式(4),(5)及び荷重分担率の定義から、
p=Pp0(tp/tp0n=yp0(tp/tp0n ・・・(8)
s=Ps0(ts/ts0m=ys0(ts/ts0m ・・・(9)
よって、上記の条件は次式、
p0(tp/tp0n+ys0(ts/ts0m+zP0>P0・・・(10)
で表され、上式(10)を更に整理してP0を消去すると、
p(tp/tp0n+ys(ts/ts0m+z>1 ・・・(11)
である。ここで、全荷重をアウタパネル2及び補強材8により分担するものとしてyp+ys=1、更にys=yとおくと、yp=1−y,z=0より式(11)は、
(1−y)・(tp/tp0n+y(ts/ts0m>1 ・・・(12)
で表される。従って、総重量軽減と張り剛性確保とを同時に満足するための条件式として、例えば上式(3),(12)が提供される。
【0044】
また、式(12)の左辺=1を解くことにより、
0={1−(tp/tp0n}/{(ts/ts0m−(tp/tp0n} ・・・(13)
として構造変更後の荷重分担率y0を予め定義しておけば、y>y0が張り剛性確保のための条件となる。
以上は実施例についての条件式であるが、例えば上述した縦・横補強材の配置プランのように複数本の補強材8を配設する場合にあっては、更に以下の一般式を用いることができる。
【0045】
ここでは、トラックのドアパネルに限定されないパネル構造体とその補強材についての条件を一般化するものとする。すなわち、構造変更前の基準状態においてパネル構造体にn本(少なくとも1本)の補強材を取り付けた状態で、パネル構造体の荷重点において0から逐次増大する荷重を加える。この荷重に対するパネル構造体及び各補強材の荷重分担を求め、パネル構造体の荷重分担をPp0、各補強材(s1〜snとする)の荷重分担をPs10,・・・,Psn0とする。
【0046】
ここで、基準状態における荷重分担の合計、つまり、総荷重分担P0は、
0=Pp0+Ps10+・・・+Psn0 ・・・(14)
である。この場合、加えられた全荷重はパネル構造体及び全ての補強材により分担されるので、総荷重分担P0と全荷重とは同一である。
一方、パネル構造体及び各補強材の荷重分担が構造の変更により増減する場合、その変更後の増減荷重分担をPp,Ps1,・・・,Pnとすると、構造変更後に負担可能となる全荷重Pは、
P=Pp+Ps1+・・・+Psn ・・・(15)
である。
【0047】
例えば、各部材の板厚を増減することでその構造を変更する場合、その変更後における各部材の増減荷重分担は、その板厚を構造パラメータとして表すことができる。ここで、基準状態における各部材のパネル構造体の板厚をtp0、各補強材の板厚をts10,・・・,tsn0、また、その変更後の板厚をtp,ts1,・・・,tsnとすると、i部材の増減荷重分担Piは次式、
i=Pi0(ti/ti0)mi=yi0(ti/ti0)mi ・・・(16)
で表される。なお、i=p,s1,・・・,snである。
【0048】
従って、上式(15),(16)から構造変更後に負担可能な全荷重を増加させるための条件式、
p(tp/tp0)mp+ys1(ts1/ts10)ms1+・・・+ysn(tsn/tsn0)msn≧1・・・(17)
を得ることができる。
更に、i部材の単体重量をWi0として、その単位板厚あたりの重量を、
i0=Wi0/ti0 ・・・(18)
とし、また、各部材の板厚の増減分をΔtp,Δts1,・・・,Δtsnとすると、総荷重分担増加と同時に満足するべき総重量軽減のための条件は、
p0Δtp+ws10Δts1+・・・+wsn0Δtsn≦0 ・・・(19)
で与えられる。
【0049】
更にパネル構造体と各補強材との重量比をvp:vs1:・・・:vsnとおくと、
上式(19)から総重量軽減のための条件式、
p(Δtp/tp0)+vs1(Δts1/ts10)+・・・+vsn(Δtsn/tsn0) ≦0 ・・・(20)
を得ることができる。
【0050】
ここで、上述した実施例について、条件式(17),(20)を用いて剛性を増大させるための条件と総重量を軽減するための条件を求める。この場合、補強材8は1本だけであるため、式(17),(20)において補強材に関する項は、添字=s1の項のみとする。
先ず、アウタパネル2の荷重分担率yp=1−y、mp=n=2.3、変更前の板厚tp0=0.78、変更板厚tp=0.68を式(17)に代入する。
【0051】
また、同式(17)に補強材8の荷重分担率ys=y、ms1=m=1.2、変更前の板厚ts10=ts0、変更板厚ts1=ts+Δts1=2ts0を代入すると、全体の剛性を増加させるための条件として、
y> 0.173
を得ることができる。
【0052】
また、条件式(20)に
p0=0.78,Δtp=−0.1
s10=ts0,Δts1=Δts=ts0
の構造パラメータを代入すると、式(20)は、
p(Δtp/tp0)+vs(Δts/ts0) ≦ 0 更に、
(Δtp/tp0)+(vs/vp)・(Δts/ts0) ≦ 0 ・・・(21)
として表され、上式(21)の左辺の値は、
左辺=−0.128+0.05=−0.78
であるから、上述の実施例が軽量化の条件を満たしていることを確認することができる。
【0053】
なお、実施例のように補強材8とアウタパネル2との重量比をw:1としている場合、上式(21)において、
s/vp=w
であるから、同式(21)は、
(Δtp/tp0)+w(Δts/ts0) ≦ 0 ・・・(22)
として表されるので、上式(21)から
Δtp/tp0≧Δts/ts0・w ・・・(23)
を得ることができ、この結果はドアパネルの供試例において述べた条件式(3)に合致する。
【0054】
以上より、本発明を例えばトラックドア1のアウタパネル2の張り剛性に供試した場合にあっては、その初期剛性を所望に確保するべく補強材8の配置を決定することができる。そして、荷重に対する変形量が充分に大きい領域において、補強材8の荷重分担率が例えば20%程度にまで増大するとき、アウタパネル2の板厚を低減する一方で、補強材8の板厚を増加する構造変更を行うことにより、総重量の低減と剛性の増加(あるいは確保)の条件を同時に満足するための手法が提供される。
【0055】
なお、実施例ではパネル構造体及び補強材の構造的な諸元として板厚を用いており、それぞれ構造変更に際して板厚を増減するものとしているが、補強材の構造的な変更として例えば、断面形状の変更やその材料の変更等により剛性増大を実現してもよい。
また、本発明は実施例において供試したトラックドア1以外のパネル構造体だけでなく、例えば、バスのエンジンドアや乗用車のトランクリッド、エンジンフード等においても適用可能である。
【0056】
【発明の効果】
本発明のパネル構造体の補強材配設方法(請求項1)によれば、既存の張り剛性を損なうことなく総重量の最小化を図ることができ、また、更なる剛性の増大をも実現可能である。
また、条件式を用いた補強材配設方法(請求項2)によれば、複数本の補強材を用いたパネル構造体の張り剛性確保に関し、その最適な配置と重量最適化のための各部材の板厚を正確且つ容易に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に供試されるトラックドアの斜視図である。
【図2】補強材の配置プランの例と、各プラン毎の近似モデル及びその初期剛性の比較を示すマトリクスである。
【図3】トラックドアの張り剛性を示した荷重−変位線図である。
【図4】実施例において剛性確保の確認を行うための荷重−変位線図である。
【符号の説明】
1 トラックドア
2 アウタパネル
8 補強材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for securing reinforcement rigidity by arranging a reinforcing material on a panel structure, and in particular, determining an optimal arrangement of the reinforcing material on the panel structure and determining an optimal structural specification of these members. The present invention relates to a method for arranging a reinforcing member of a panel structure for setting.
[0002]
[Prior art]
For example, Japanese Patent No. 2962107 discloses a technique for disposing a reinforcing material at an optimal position in order to ensure the desired rigidity of the panel structure. In this known arrangement method, the load sharing of the panel structure and the reinforcing material is obtained for loads that increase sequentially, and the reinforcing material is arranged at the optimum position of the panel structure based on the obtained load sharing. More specifically, when the load is sequentially increased at the load point, each strain energy is given as a function of the displacement at the load point from the strain at each point of the panel structure and the reinforcing material and the sequential increment of the stress. By partially differentiating the function with displacement, each load sharing can be obtained.
[0003]
For example, when a publicly known reinforcing material arrangement method is applied to a truck door panel, various reinforcing material arrangement patterns (vertical reinforcing material, horizontal reinforcing material, vertical and horizontal reinforcing material, etc.) are applied to the outer panel. If the load sharing becomes clear, the most advantageous arrangement for securing the rigidity of the outer panel can be easily determined.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the reinforcing material is arranged on the panel structure as described above to secure the tension rigidity and at the same time to minimize the total weight, a clear technical method is not always obtained from the known arrangement method. is not. Therefore, in the above door panel test example, when trying to reduce the weight by structurally changing the door panel and the reinforcing material, for example, the rigidity after the structural change is based on the data of the tension rigidity accumulated in the past. Whether it is sufficient or not is evaluated predictively, and in each case, whether the structural changes of the door panel and the reinforcing material are good or bad is judged empirically.
[0005]
Therefore, in the present invention, in view of the above-described problems, there is provided a reinforcing material arranging method for a panel structure that can specifically realize the minimization of the total weight in addition to the optimal arrangement of the reinforcing material based on the load sharing. The purpose is to provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the method for disposing a reinforcing member for a panel structure according to the present invention (claim 1), when the load sequentially increases from 0 at a predetermined load point of the panel structure, The arrangement of the reinforcing material is determined so as to ensure the rigidity of the body as desired (arrangement step). At this time, while obtaining the load sharing of the panel structure and the reinforcing material for the load, while the proportion of the load sharing of the reinforcing material in the total load is larger than the weight ratio of the reinforcing material to the panel structure, When structural changes are made to the panel structure to reduce the weight, the conditions for reducing the total weight of the panel structure and the reinforcing material, and structural changes to the reinforcing material, the rigidity is increased. In order to satisfy the conditions for ensuring the rigidity of the panel structure and the reinforcing material as a whole, the structural specifications of the panel structure and the reinforcing material are respectively set (specification setting step). .
[0007]
In other words, the tension rigidity of the panel structure can be usually analyzed based on the relationship between the load and the displacement. The tension stiffness is analyzed separately for the stiffness (initial stiffness) in Fig. 2 and the stiffness when the deformation amount is larger than the initial deformation. In this case, when a load increasing sequentially from 0 is applied to a predetermined load point of the panel structure with the reinforcing material attached, the initial rigidity depends on the arrangement of the reinforcing material and the rigidity of the panel structure alone. Determined. On the other hand, in the deformation region exceeding the region of the initial deformation based on the initial rigidity, the overall rigidity, that is, the total load and the displacement are shared by the panel structure and the reinforcing material.
[0008]
Based on the results of the rigidity analysis as described above, the present invention analytically determines the optimal placement of the reinforcing material to ensure the desired initial rigidity of the panel structure, and loads the panel structure and the reinforcing material. The optimization (minimization) of the total weight can be realized from the two viewpoints of the sharing ratio and the weight ratio between these members. And after setting the optimal arrangement | positioning of a reinforcing material and the structural specification of each member through the above-mentioned arrangement | positioning process and item setting process, a reinforcing material is finally arrange | positioned to a panel structure.
[0009]
Specifically, in the region of the initial deformation of the panel structure described above, the reinforcing material has extremely high rigidity, and the load sharing is extremely small. For this reason, for example, in the analysis model of the panel structure body, the joint portion between the approximate rectangular flat plate model and the reinforcing material can be regarded as a support, and the load point is set at the center of the portion partitioned by the reinforcing material. . When the initial rigidity of the rectangular flat plate in this case is obtained by theoretical solution or FEM analysis, the initial rigidity of the partitioned rectangular flat plate is determined by the length of the short side, and the area of the partitioned portion is the same. It becomes clear that it is more rigidly advantageous to have a more elongated shape. Therefore, the arrangement of the reinforcing material for securing the initial rigidity is optimally arranged along the longitudinal direction of the panel structure. For example, in the case of a horizontally long rectangular panel, the horizontal reinforcing material is more preferable than the vertical reinforcing material. It can be said that this is an advantageous arrangement.
[0010]
On the other hand, in the large deformation region, the load sharing of the reinforcing material increases, and the ratio of the load sharing of the reinforcing material to the total load (= total load sharing) increases to a level that greatly exceeds the weight ratio. In this case, if the rigidity of the reinforcing member is increased, the overall rigidity is ensured and the total weight is reduced as a result of making changes to the structure of these members to reduce the weight of the panel structure. The structural specifications after the change can be set as the formal specifications of each member.
[0011]
On the other hand, in the reinforcing material arranging method of the panel structure according to the present invention (Claim 2), by applying the load sharing ratio of the panel structure and the reinforcing material and the structural parameters thereof to the two conditional expressions, The optimal arrangement of the n reinforcing members and the thicknesses of the reinforcing members and the panel structure can be set at the same time.
Specifically, with respect to a load that sequentially increases from 0 at a predetermined load point of the panel structure with at least one beam-shaped reinforcing member attached to the panel structure of the main member. Load sharing P of panel structurep0And load sharing P of each reinforcing materials10, ..., Psn0, And calculate the total load sharing P0, This total load sharing P0Each load sharing Pp0, Ps10, ..., Psn0The percentage of yp, Ys1, ..., ysnAnd
[0012]
Also, the thickness of the panel structure and each reinforcing material is tp0, Ts10, ..., tsn0And the change plate thickness when the structure of the panel structure and the reinforcing material is changed by increasing or decreasing each plate thickness is tp, Ts1, ..., tsnAnd
here,
P0= Pp0+ Ps10+ ... + Psn0
Is the total load sharing (total load) in the reference state before the structure change described above, but the increase / decrease load share of the panel structure to be increased / decreased according to the structure change is PpAlso, increase / decrease load sharing of each reinforcing material is Ps1, ..., PsnThen,
P = Pp+ Ps1+ ... + Psn
Is the total load sharing that can be borne by all members when the structure is changed.
[0013]
At this time, the relationship between each increase / decrease load sharing after the structure change and each load sharing before the structure change is the following equation with each plate thickness and each change plate thickness as a structural parameter:
Pi= Pi0(ti/ ti0)mi= YiP0(ti/ ti0)mi
Can be represented by
Here, the difference between each change plate thickness and each plate thickness before the change is Δtp, Δts1, ... ΔtsnThe weight ratio between the panel structure and each reinforcing material is vp: Vs1: ...: vsnThe relationship between each plate thickness and its changed plate thickness, and the relationship between each plate thickness and its difference is the following equation:
yp(tp/ tp0)mp+ Ys1(ts1/ ts10)ms1+ ... + ysn(tsn/ tsn0)msn ≧ 1 and
vp(Δtp/ tp0) + Vs1(Δts1/ ts10) + ... + vsn(Δtsn/ tsn0) ≦ 0
Satisfying the conditions at the same time is a condition for achieving both rigidity securing and total weight reduction. Therefore, the rigidity of the panel structure and each reinforcing material is determined by setting the actual plate thickness of the panel structure and each reinforcing material to the above-mentioned changed plate thickness so that these conditional expressions are satisfied at the same time. It is possible to easily optimize the weight without loss.
[0014]
According to the arrangement method using the above conditional expression, first, in the current appropriate reinforcement arrangement for the panel structure, the thickness of each i member is set to the initial thickness t.i0And Further, mi in the conditional expression is determined from the single characteristic (load-displacement) of the i member (procedure 1).
Next, the load sharing ratio y of each i memberi= Pi0/ P0And weight ratio viAnd change thickness tiIs set (procedure 2). At this time, the plate thickness is reduced for panel structures having a large weight ratio compared to the load sharing ratio, while the plate thickness is increased for a reinforcing material having a large load sharing ratio compared to the weight ratio. It is preferable to do.
[0015]
Structure parameter ti0, TiAre determined, it is determined whether or not the above two conditional expressions are satisfied simultaneously with these plate thicknesses (procedure 3). If this determination result is satisfactory, the changed thickness t after the structural change with respect to the current arrangement of the reinforcing materialiCan be adopted. On the other hand, if the conditional expression is not satisfied, the change of the thickness tiIs reset (procedures 2 and 3).
[0016]
By repeatedly executing the above-described procedure, it is possible to set the optimal arrangement of the reinforcing material and the plate thickness of each member that simultaneously satisfy the two conditional expressions. The set plate thickness tiIf the practical target performance and weight of the panel structure are not obtained in step 1, the current reinforcing material arrangement and plate thickness after the structural change once performed are reset as the initial state, and a new plate thickness ti0= TiThen, steps 2 and 3 may be executed again.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the panel structure reinforcement method according to the present invention, for example, for a door panel of a truck vehicle, the reinforcement material is arranged at the optimum position of the outer panel, and the plate thickness which is the structural specification of each of these members is set optimally. In addition, an embodiment can be taken as a method for securing rigidity and reducing the weight of the door panel.
[0018]
As shown in FIG. 1, the track door 1 is configured with an outer panel 2 and an inner panel 3 attached to each other. The outer half of the outer panel 2 has its upper half formed as a window frame 4, while its lower half is formed as a door frame (door frame) 6. Further, the door frame 6 is added along the lower end of the side window, This additional portion extends in the transverse direction of the outer panel 2.
[0019]
In such an outer panel 2, a reinforcing material 8 is attached to the inner surface of the outer panel 2 in order to ensure the tension rigidity of the portion surrounded by the window frame 4 and the door frame 6. The reinforcing material 8 is, for example, the inner surface of the outer panel 2. It is glued to. The reinforcing member 8 has a beam shape, and its structure is formed, for example, from a flat plate shape into a cross-sectional hat shape in order to ensure necessary rigidity.
[0020]
【Example】
Hereinafter, the track door 1 of FIG.
In the present embodiment, first, the initial rigidity when a load that sequentially increases from 0 is applied to the outer panel 2 in a state where the reinforcing member 8 is attached to the outer panel 2 is analyzed. At this time, since the molding curvature of the outer panel 2 is small, the rigidity analysis can be approximated by a rectangular flat plate model.
[0021]
FIG. 2 shows examples of various arrangement plans of the reinforcing material 8 and approximate models for each plan. The approximate model of the rectangular flat plate sets the ratio of the length of the short side to the long side, that is, the aspect ratio, about 1: 2 in accordance with the actual size of the outer panel 2.
First, in the arrangement plan of the vertical reinforcing material, the reinforcing material 8 is arranged in the vertical direction at a substantially central position as seen in the lateral direction of the outer panel 2. A load point F is set at the center position of one of the portions of the outer panel 2 partitioned into two by the reinforcing material 8.
[0022]
In the horizontal reinforcing material arrangement plan, the reinforcing material 8 is arranged along the longitudinal direction of the outer panel 2 at a substantially central position when viewed in the vertical direction. A load point E is set at the center position of the upper part of the outer panel 2 partitioned by the reinforcing material 8.
In the arrangement plan of the vertical / horizontal reinforcing material, the vertical reinforcing material and the horizontal reinforcing material are combined and arranged. In this case, the outer panel 2 is divided into four, and the load point D is set at one of the upper central positions of the four sections. In the approximate model, it is not necessary to consider the difference between the sections.
[0023]
When the load is sequentially increased from 0 at each of the load points F, E, and D described above, the rigidity of the reinforcing material 8 is higher than that of the outer panel 2 in the initial stage of the increase. In the rigidity analysis used, the joint portion between the outer panel 2 and the reinforcing material 8 can be regarded as support. Under these conditions, a theoretical solution of the initial stiffness is obtained for each arrangement plan and compared.
[0024]
FIG. 2 shows the stiffness ratio k of the theoretical solution for the initial stiffness obtained for each arrangement plan.0, And the standard stiffness (k0= 1.0), the rigidity ratio k is used for the lateral reinforcement.0= 2.75, and for longitudinal and lateral reinforcements, the stiffness ratio k0= 2.81.
The following is clear from the above-mentioned rigidity comparison.
[0025]
That is, it can be said that both the horizontal reinforcing member and the vertical / horizontal reinforcing member arrangement plan are advantageous to the extent of nearly three times the initial rigidity in comparison with the longitudinal reinforcing member arrangement plan. On the other hand, when the arrangement plan of these horizontal reinforcing members is compared with the arrangement plan of the vertical and horizontal reinforcing members, the presence or absence of the reinforcing members 8 arranged in the vertical direction hardly affects the initial rigidity. Moreover, in both these arrangement plans, although the length of the long side (horizontal direction) of the divided rectangular flat plate differs, the length of the short side is the same. This means that the initial rigidity in the partitioned part of the rectangular flat plate is determined depending on the length of the short side. In this case, in the part of the same area, it has a more elongated shape. One is considered to be more advantageous in securing the initial rigidity. Therefore, in order to ensure the initial rigidity of the outer panel 2, it was confirmed that the arrangement plan of the horizontal reinforcement (vertical / horizontal reinforcement) is more preferable than the arrangement plan of the vertical reinforcement (arrangement process).
[0026]
In addition, although the result of the initial stiffness ratio at the time of performing linear FEM analysis about each arrangement plan is also shown in FIG. 2, the joint part with the reinforcing material is regarded as support in the theoretical solution as described above. From this, it is presumed that the value of the stiffness ratio is larger than in the case of FEM analysis. However, since there is no extreme divergence between the FEM analysis results and the theoretical solution analysis results, the relationship between the placement of the reinforcing material and the initial stiffness is as described above by comparing the rigidity based on the theoretical solution. It can be explained.
[0027]
Next, analysis of the weight optimization of the door panel 1 is performed along with the placement of the reinforcing member 8 on the outer panel 2 described above.
It was clarified that the initial rigidity of the outer panel 2 is determined only by the arrangement of the reinforcing member 8 and is hardly influenced by the member rigidity of the reinforcing member 8. Here, the initial stiffness is the stiffness of the outer panel 2 at the initial stage of the increase in load. In the deformation region exceeding the region of initial deformation based on such initial stiffness, the load and displacement are shared by the outer panel 2 and the reinforcing material 8. Is done.
[0028]
FIG. 3 represents the tension rigidity of the outer panel 2 by a load-displacement diagram, and the curve indicated by the solid line in the diagram indicates the load that increases sequentially at the load point (expressed as a ratio to the maximum load Pmax). Yes. The maximum load Pmax is set to, for example, the maximum value of the load assumed to be applied to the outer panel 2 in practical use of the truck.
Here, when a load is applied in a state where the reinforcing material is attached to the panel structure, the principle that the load is shared by the panel structure and the reinforcing material and the entire displacement is shared by these two members is already It is known in the above-mentioned Japanese Patent No. 2962107.
[0029]
Based on such energy principle, the load sharing of the outer panel 2 and the reinforcing member 8 is obtained respectively, and is superimposed on the load-displacement diagram of FIG. 3 to show the load sharing of the outer panel 2 (expressed as a ratio to the sequential load). Is represented by a broken line in the figure, and the load sharing of the reinforcing member 8 is represented by a one-dot chain line. In addition, since there is almost no load sharing of members (for example, the inner panel 3, an adhesive agent, etc.) other than the outer panel 2 and the reinforcing material 8, the illustration is omitted here.
[0030]
As described above, the load sharing of the reinforcing member 8 is extremely small in the region of initial deformation. Therefore, in the region of initial deformation, the curve representing the load level and the curve representing the load sharing of the outer panel 2 are substantially matched. . On the other hand, as the entire amount of deformation increases beyond the region of initial deformation, the load sharing of the reinforcing member 8 gradually increases, and particularly in the region where the amount of deformation is large, it is represented by a two-dot difference line in the figure. In addition, the ratio of the load sharing of the reinforcing material 8 to the total load sharing, that is, the load sharing ratio reaches a level exceeding 20%.
[0031]
On the other hand, in terms of the weight ratio between the outer panel 2 and the reinforcing material 8, in the case of the present embodiment, the weight ratio of the reinforcing material 8 is about 5% in the arrangement of the lateral reinforcing material. The load sharing of the material 8 greatly exceeds the weight ratio.
The inventor of the present invention pays attention to the fact that a certain margin is secured in the initial rigidity of the outer panel 2 by arranging the reinforcing member 8 in a panel structure such as a door panel of a truck, While reducing the plate thickness of the outer panel 2 to reduce the weight, increasing the plate thickness of the reinforcing member 8 and increasing the load sharing is an effective means for ensuring both the rigidity of the tension and the weight reduction. Confirm that there is.
[0032]
In this embodiment, for example, the reference plate thickness of the outer panel 2 is tp0= 0.78 mm, the thickness (change plate thickness) of the outer panel 2 is tp= 0.68 mm and the reference plate thickness t of the reinforcing material 8s0Is twice the thickness (changed thickness ts= 2ts0) And structural changes were made to these components.
Table 1 shows the result of the structure change according to this example. In addition, all the weights are shown in a weight ratio based on the weight at the reference plate thickness of the outer panel 2 (= 1).
[0033]
[Table 1]
Figure 0003786171
[0034]
As apparent from Table 1, the effect of weight reduction by reducing the plate thickness of the outer panel 2 exceeds the weight increase by increasing the plate thickness of the reinforcing member 8, so that the weight ratio of the outer panel 2 and the reinforcing member 8 as a whole is 7. A weight reduction of 4% can be achieved.
Furthermore, with reference to FIG. 4, confirmation of rigidity is confirmed in the load-displacement diagram accompanying the structural change of the above-described embodiment.
[0035]
Characteristics shown by solid lines in the figure (tp0= 0.78, ts0) Shows the rigidity at the reference plate thickness before the structural change. On the other hand, when the structural change of the embodiment is performed, the rigidity is a characteristic (tp= 0.68, 2ts0), But the initial stiffness is the initial stiffness k before the structural change.0It is confirmed that the rigidity in the large deformation region is sufficiently secured. This is based on the effect that the rigidity of the reinforcing member 8 is relatively increased by increasing the plate thickness, and the load sharing of the reinforcing member 8 is increased accordingly.
[0036]
Moreover, even if the plate thickness of the outer panel 2 is reduced, the result that the initial rigidity is hardly reduced is that the above-described reinforcing material 8 is arranged to provide a margin for the initial rigidity of the outer panel 2. It is also useful as a backing for.
FIG. 4 shows the thickness of the outer panel 2 as a reference thickness t as an example of a structural change other than the embodiment.p0To reduce only the plate thickness of the reinforcing material 8 in half (tp0= 0.78, 0.5ts0) Is indicated by a broken line, and only the thickness of the reinforcing member 8 is doubled (tp0= 0.78, 2ts0) Is indicated by a two-dot chain line. As is clear from these modified examples, it is recognized that increasing the structural rigidity of the reinforcing member 8 by increasing the plate thickness is more effective for ensuring the rigidity as a whole in the region where the amount of deformation is large. .
[0037]
Accordingly, in this embodiment, the structural specifications of the outer panel 2 and the reinforcing member 8, for example, the plate thickness thereof are set so as to satisfy the following two conditions simultaneously (specification setting step).
(1) The total weight including the reinforcing material 8 is relatively reduced by structural weight reduction such as reduction of the thickness of the outer panel 2.
(2) The total load sharing when the load sharing of the outer panel 2 and the reinforcing member 8 is totaled is relatively increased due to an increase in structural rigidity such as an increase in the thickness of the reinforcing member 8.
[0038]
For example, even if the thickness of the outer panel 2 is reduced and the weight is reduced, if the total weight is increased by the increase in the thickness of the reinforcing member 8, the structural change is made under the condition (1) above. Not satisfied. Further, even if the plate thickness of the reinforcing member 8 is increased to increase the rigidity, if the overall rigidity is reduced by the reduction of the plate thickness of the outer panel 2, the structural change is as described in (2) above. The condition is not satisfied. In these cases, it is necessary to change the thickness again to satisfy the two conditions simultaneously.
[0039]
In addition, the inventor of the present invention provides a conditional expression using the plate thicknesses of the outer panel 2 and the reinforcing material 8 as structural parameters as evaluation criteria for simultaneously satisfying the above conditions (1) and (2). Yes. The conditional expression is derived by the following procedure.
Thickness t of the outer panel 2 and the reinforcing material 8 in a reference state appropriately selected in advancep0, Ts0For the structural changes, the thickness of the change is tp, TsAnd Reference thickness t before structural changep0, Ts0For example, according to the vehicle grade and specifications of the truck, it is sufficient to set the plate thickness to ensure the normally required door rigidity.
[0040]
Δt is the thickness reduction of the outer panel 2p, Δt is the thickness increase of the reinforcing material 8sThen, these increases and decreases (difference)
Δtp= Tp0-Tp, Δts = ts-Ts0  ... (1), (2)
It is represented by
Next, when the weight ratio between the reinforcing member 8 and the outer panel 2 is w: 1, the condition for reducing the total weight is expressed by the following equation (3).
[0041]
Δtp/ tp0> Δts/ ts0・ W ・ ・ ・ (3)
Further, the load sharing P between the outer panel 2 and the reinforcing material 8 in the reference state before the structure change.p0, Ps0If the structure of these members is changed, the increase / decrease load sharing to be increased / decreased is Pp, PsAnd At this time, if the structural parameters of the outer panel 2 and the reinforcing material 8 are expressed by their respective plate thicknesses, these structural parameters and the increase / decrease load sharing Pp, PsCan be expressed by the following equations (4) and (5).
[0042]
Pp/ Pp0= (Tp/ tp0)n, Ps/ Ps0= (Ts/ ts0)m  ... (4), (5)
On the other hand, the total load sharing that can be borne by all members when the structure is changed is P, and the load sharing rate of the outer panel 2 and the reinforcing material 8 is y.s, Yp, Z (≡1-y)s-Yp)
Pp+ Ps+ P1+ P2+ ... + Pn= P (6)
P1+ P2+ ... + Pn= PTen+ P20+ ... + Pn0= ZP0  ... (7)
As a condition for relatively increasing the rigidity when the structure is changed, P> P0The thickness condition for satisfying The load sharing ratio yp, YsAre respectively yp= Pp0/ P0, Ys= Ps0/ P0Defined by
[0043]
Here, from the above formulas (4), (5) and the definition of load sharing ratio,
Pp= Pp0(Tp/ tp0)n= YpP0(Tp/ tp0)n  ... (8)
Ps= Ps0(Ts/ ts0)m= YsP0(Ts/ ts0)m  ... (9)
Therefore, the above condition is given by
ypP0(Tp/ tp0)n+ YsP0(Ts/ ts0)m+ ZP0> P0···(Ten)
The above formula (10) is further arranged and P0If you delete
yp(Tp/ tp0)n+ Ys(Ts/ ts0)m+ Z> 1 (11)
It is. Here, it is assumed that the entire load is shared by the outer panel 2 and the reinforcing material 8p+ Ys= 1, then ys= Y, yp= 1−y, z = 0, equation (11) is
(1-y) ・ (tp/ tp0)n+ Y (ts/ ts0)m> 1 (12)
It is represented by Therefore, for example, the above formulas (3) and (12) are provided as conditional expressions for simultaneously satisfying the total weight reduction and the securing of the tension rigidity.
[0044]
Also, by solving the left side of Equation (12) = 1,
y0= {1- (tp/ tp0)n} / {(Ts/ ts0)m-(Tp/ tp0)n} ···(13)
Load sharing ratio after structural change y0If y is already defined, y> y0Is a condition for securing the rigidity.
The above is a conditional expression for the embodiment. For example, in the case where a plurality of reinforcing members 8 are arranged as in the above-described arrangement plan of the vertical and horizontal reinforcing materials, the following general expression should be used. Can do.
[0045]
Here, it is assumed that the conditions regarding the panel structure and its reinforcing material are not limited to the door panel of the truck. That is, a load that increases sequentially from 0 is applied at the load point of the panel structure with n (at least one) reinforcing members attached to the panel structure in the reference state before the structure change. Obtain the load sharing of the panel structure and each reinforcing material against this load, and calculate the load sharing of the panel structure Pp0The load sharing of each reinforcing material (s1 to sn) is Ps10, ..., Psn0And
[0046]
Here, the total load sharing in the reference state, that is, the total load sharing P0Is
P0= Pp0+ Ps10+ ... + Psn0  ···(14)
It is. In this case, since the applied total load is shared by the panel structure and all the reinforcing materials, the total load sharing P0And the total load is the same.
On the other hand, when the load sharing of the panel structure and each reinforcing material increases or decreases due to a structural change, the increased or decreased load sharing after the change is Pp, Ps1, ..., PnThen, the total load P that can be borne after the structural change is
P = Pp+ Ps1+ ... + Psn  ... (15)
It is.
[0047]
For example, when the structure is changed by increasing / decreasing the plate thickness of each member, the increase / decrease load sharing of each member after the change can represent the plate thickness as a structural parameter. Here, the thickness of the panel structure of each member in the reference state is tp0, The thickness of each reinforcing material is ts10, ..., tsn0Also, the thickness after the change is tp, Ts1, ..., tsnThen, increase / decrease load sharing P of i memberiIs
Pi= Pi0(ti/ ti0)mi= YiP0(ti/ ti0)mi  ... (16)
It is represented by Note that i = p, s1,..., Sn.
[0048]
Therefore, from the above formulas (15) and (16), a conditional formula for increasing the total load that can be borne after the structural change,
yp(tp/ tp0)mp+ Ys1(ts1/ ts10)ms1+ ... + ysn(tsn/ tsn0)msn≧ 1 ・ ・ ・ (17)
Can be obtained.
In addition, the unit weight of the i member is Wi0As the weight per unit plate thickness,
wi0= Wi0/ ti0  ... (18)
In addition, the increase / decrease in the plate thickness of each member is Δtp, Δts1, ..., ΔtsnThen, the conditions for reducing the total weight that should be satisfied at the same time as the increase in the total load sharing are:
wp0Δtp+ Ws10Δts1+ ... + wsn0Δtsn≦ 0 (19)
Given in.
[0049]
Furthermore, the weight ratio between the panel structure and each reinforcement is vp: Vs1: ...: vsnAfter all,
Conditional formula for total weight reduction from the above formula (19),
vp(Δtp/ tp0) + Vs1(Δts1/ ts10) + ... + vsn(Δtsn/ tsn0) ≦ 0 (20)
Can be obtained.
[0050]
Here, for the above-described embodiment, the conditions for increasing the rigidity and the conditions for reducing the total weight are obtained using the conditional expressions (17) and (20). In this case, since there is only one reinforcing material 8, the term relating to the reinforcing material in the equations (17) and (20) is only the term of subscript = s1.
First, the load sharing ratio y of the outer panel 2p= 1-y, mp = n = 2.3, thickness t before changep0= 0.78, change thickness tp= 0.68 is substituted into equation (17).
[0051]
In addition, the load sharing rate y of the reinforcing material 8s= Y, ms1 = m = 1.2, thickness t before changes10= Ts0, Change thickness ts1= Ts+ Δts1= 2ts0Substituting, as a condition to increase the overall stiffness,
y> 0.173
Can be obtained.
[0052]
Conditional expression (20)
tp0= 0.78, Δtp= -0.1
ts10= Ts0, Δts1= Δts= Ts0
(20) becomes
vp(Δtp/ tp0) + Vs(Δts/ ts0) ≦ 0
(Δtp/ tp0) + (Vs/ vp) ・ (Δts/ ts0) ≦ 0 (21)
The value on the left side of the above equation (21) is
Left side = −0.128 + 0.05 = −0.78
Therefore, it can be confirmed that the above-described embodiment satisfies the conditions for weight reduction.
[0053]
When the weight ratio between the reinforcing member 8 and the outer panel 2 is w: 1 as in the embodiment, in the above equation (21),
vs/ vp= W
Therefore, the equation (21) is
(Δtp/ tp0) + W (Δts/ ts0) ≦ 0 (22)
From the above formula (21)
Δtp/ tp0≧ Δts/ ts0・ W ・ ・ ・ (23)
This result agrees with the conditional expression (3) described in the test example of the door panel.
[0054]
From the above, when the present invention is used for the tension rigidity of the outer panel 2 of the track door 1, for example, the arrangement of the reinforcing member 8 can be determined so as to ensure the initial rigidity as desired. When the load sharing ratio of the reinforcing material 8 increases to, for example, about 20% in a region where the deformation amount with respect to the load is sufficiently large, the thickness of the reinforcing material 8 is increased while the thickness of the outer panel 2 is reduced. By changing the structure, a method for simultaneously satisfying the conditions of reducing the total weight and increasing (or securing) the rigidity is provided.
[0055]
In the embodiment, the plate thickness is used as a structural specification of the panel structure and the reinforcing material, and the plate thickness is increased or decreased at the time of changing the structure. The rigidity may be increased by changing the shape or the material thereof.
Further, the present invention is applicable not only to panel structures other than the truck door 1 used in the embodiment, but also to, for example, bus engine doors, passenger car trunk lids, engine hoods, and the like.
[0056]
【The invention's effect】
According to the reinforcing material arranging method of the panel structure of the present invention (Claim 1), the total weight can be minimized without impairing the existing tension rigidity, and the rigidity can be further increased. Is possible.
Further, according to the reinforcing material arranging method using the conditional expression (Claim 2), each of the optimal arrangement and weight optimization for securing the rigidity of the panel structure using a plurality of reinforcing materials. The plate thickness of the member can be set accurately and easily.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a truck door used in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a matrix showing an example of a reinforcing material arrangement plan, an approximate model for each plan, and a comparison of its initial stiffness.
FIG. 3 is a load-displacement diagram showing the tension rigidity of the track door.
FIG. 4 is a load-displacement diagram for confirming rigidity in the embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Truck door
2 Outer panel
8 Reinforcing material

Claims (2)

主部材のパネル構造体に梁状の補強材を取り付けた状態で、パネル構造体の所定の荷重点において0から逐次増大する荷重に対し、この荷重の増大初期においてパネル構造体の剛性を所望に確保するべく補強材の配置を決定する配置工程と、
前記荷重に対するパネル構造体及び補強材それぞれの荷重分担を求める一方、前記荷重に占める補強材の荷重分担の割合がパネル構造体に対する補強材の重量比よりも大であるとき、パネル構造体の構造的な軽量化によりパネル構造体及び補強材の総重量を軽減するための条件と、補強材の構造的な剛性増大によりパネル構造体及び補強材の全体的な剛性を確保するための条件とを同時に満足するべく、これらパネル構造体及び補強材の構造的な諸元を設定する諸元設定工程と
を具備したことを特徴とするパネル構造体の補強材配設方法。
With the beam-shaped reinforcement attached to the panel structure of the main member, the rigidity of the panel structure is desired at the initial stage of the increase of the load against the load that gradually increases from 0 at a predetermined load point of the panel structure. An arrangement process for deciding the arrangement of the reinforcing material to ensure;
While determining the load sharing of the panel structure and the reinforcing material with respect to the load, when the ratio of the load sharing of the reinforcing material to the load is larger than the weight ratio of the reinforcing material to the panel structure, the structure of the panel structure The conditions for reducing the total weight of the panel structure and the reinforcing material by reducing the overall weight, and the conditions for securing the overall rigidity of the panel structure and the reinforcing material by increasing the structural rigidity of the reinforcing material. A method for arranging a reinforcing material for a panel structure, comprising: a specification setting step for setting structural specifications of the panel structure and the reinforcing material so as to satisfy at the same time.
主部材のパネル構造体に対して、少なくとも1本であるn本の梁状の補強材を取り付けた状態で、パネル構造体の所定の荷重点において0から逐次増大する荷重に対するパネル構造体の荷重分担Pp0及び各補強材の荷重分担Ps10,・・・,Psn0をそれぞれ求めるとともに、これら荷重分担を合計した総荷重分担をP0、この総荷重分担P0に占める前記各荷重分担Pp0,Ps10,・・・,Psn0の割合をyp,ys1,・・・,ysnとし、
また、パネル構造体及び各補強材の板厚をtp0,ts10,・・・,tsn0、これら各板厚を増減することでパネル構造体及び補強材の構造を変更した場合の変更板厚をtp,ts1,・・・,tsn、これら各変更板厚と前記各板厚との間の差分をΔtp,Δts1,・・・Δtsn、パネル構造体と各補強材との重量比をvp:vs1:・・・:vsnとし、
前記構造の変更に応じて増減するべきパネル構造体の増減荷重分担をPp、及び各補強材の増減荷重分担をPs1,・・・,Psnとしたとき、これら各増減荷重分担と前記各荷重分担との関係を前記各板厚及び前記各変更板厚を構造パラメータとする次式、
i=Pi0(ti/ti0)mi=yi0(ti/ti0)mi
(ここにi=p,s1,・・・,sn)
により表すとともに、前記各板厚と前記各変更板厚、及び前記各板厚と前記各差分との関係が次式、
p(tp/tp0)mp+ys1(ts1/ts10)ms1+・・・+ysn(tsn/tsn0)msn ≧1及び
p(Δtp/tp0)+vs1(Δts1/ts10)+・・・+vsn(Δtsn/tsn0) ≦ 0
を同時に満足するべくパネル構造体への各補強材の配置を決定し、且つ、パネル構造体及び各補強材の実板厚を前記各変更板厚として設定することを特徴とするパネル構造体の補強材配設方法。
The load of the panel structure against a load that sequentially increases from 0 at a predetermined load point of the panel structure with at least one beam-shaped reinforcing member attached to the panel structure of the main member sharing P p0 and load distribution P s10 of each stiffener, ..., together with obtaining the P sn0 respectively, the total load sharing to the sum of these load distribution P 0, each load distribution P occupied in the total load sharing P 0 p0, P s10, ···, the ratio of P sn0 and y p, y s1, ···, y sn,
In addition, the plate thickness of the panel structure and each reinforcing material is t p0 , t s10 ,..., T sn0 , and the change plate when the structure of the panel structure and the reinforcing material is changed by increasing or decreasing these thicknesses. the thickness of t p, t s1, ···, t sn, subtracting the Delta] t p between them and each change thickness wherein each plate thickness, Δt s1, ··· Δt sn, the panel structure and the reinforcing material And v p : v s1 : ...: v sn
When the increase / decrease load sharing of the panel structure to be increased / decreased according to the change of the structure is P p and the increase / decrease load share of each reinforcing material is P s1 ,..., P sn , The relationship between each load sharing is the following equation with each plate thickness and each changed plate thickness as a structural parameter:
P i = P i0 (t i / t i0 ) mi = y i P 0 (t i / t i0 ) mi
(Where i = p, s1,..., Sn)
And the relationship between each plate thickness and each change plate thickness, and each plate thickness and each difference is represented by the following equation:
y p (t p / t p0 ) mp + y s1 (t s1 / t s10 ) ms1 +... + y sn (t sn / t sn0 ) msn ≧ 1 and v p (Δt p / t p0 ) + v s1 (Δt s1 / t s10 ) + ... + v sn (Δt sn / t sn0 ) ≦ 0
And determining the arrangement of the reinforcing members on the panel structure so as to satisfy the requirements at the same time, and setting the actual plate thicknesses of the panel structure and the reinforcing members as the respective changed plate thicknesses. Reinforcing material placement method.
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IN2015DN01667A (en) * 2012-09-26 2015-07-03 Jfe Steel Corp
USD702170S1 (en) * 2013-03-20 2014-04-08 International Truck Intellectual Property Company, Llc Door of a truck vehicle
JP6015956B2 (en) * 2013-09-25 2016-10-26 Jfeスチール株式会社 Method for reinforcing panel parts and panel parts reinforced by the method
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