(57)【要約】【課題】実際の構造部材に作用する曲げモーメントと軸力を正確に再現させることができ、入力に取る変形や摩擦の影響のない正確な強度評価が可能な構造部材の評価方法を提供する。【解決手段】評価部材１の一方または両方の端部に、評価部材１の軸線に対してオフセットした着力点を持つ着力アーム２を取付け、着力点を転がり軸受などの支持点３で支持した状態で着力点に引張りまたは圧縮の試験力を加え、評価部材１に曲げモーメントとともに、引張りまたは圧縮の軸力を同時に作用させる。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価しようとする構造部材である評価部材の端部に、評価部材の軸線に対してオフセットした着力点を持つ着力アームを取付け、着力点を支持点で支持した状態で着力点に引張りまたは圧縮の試験力を加え、評価部材に曲げモーメントと軸力を同時に作用させることを特徴とする構造部材の評価方法。
【請求項２】
着力アームを、評価部材の一方の端部にのみ取付けることを特徴とする請求項１記載の構造部材の評価方法。
【請求項３】
着力アームを、評価部材の両端に同一方向にオフセットさせて取付けることを特徴とする請求項１記載の構造部材の評価方法。
【請求項４】
着力アームを、評価部材の両端に反対方向にオフセットさせて取付けることを特徴とする請求項１記載の構造部材の評価方法。
【請求項５】
着力アームを、評価部材の軸線を含む平面内で非平行にオフセットさせて取付けることを特徴とする請求項３または４に記載の構造部材の評価方法。
【請求項６】
着力アームを、評価部材の軸線を含む平面から外れる方向にオフセットさせて取付けることを特徴とする請求項３または４に記載の構造部材の評価方法。
【請求項７】
支持点に転がり軸受を用いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の構造部材の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲げと引張り／圧縮力を受ける構造部材の強度の評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車には、衝突性能と燃費性能とを両立させるために、高強度で軽量な車体構造が求められている。このためにはその構造部材の軽量化を図るとともに、構造部材の強度を正しく評価し、最適な構造を設計する必要がある。最適な構造の設計には、衝突時等に実際の自動車に働く曲げモーメントや、引張り／圧縮の軸力を正確に再現できる構造部材の評価方法が求められる。
【０００３】
構造部材の強度の評価方法としては、特許文献１に記載されているような曲げ試験法が一般的である。この方法は図１に示すように、支持点間に試験片を載せて加圧する方法である。これにより図１にＢＭＤ（曲げモーメント図）として示す通りの曲げモーメントを発生させることができる。
【０００４】
しかしこの方法では、試験片に曲げモーメントを発生させることはできるが、引張りや圧縮の軸力を同時に発生させることはできない。また、加圧力が大きくなると支持点や加圧点が変形することが多く、実際の自動車部品の入力状態を再現することは困難であった。さらに、この方法では試験中に支持点や加圧点に滑り動作が生じ、摩擦力による精度低下を免れることができない等、多くの問題があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】機械工学便覧第６版（日本機械学会編）、第６編第１３章、材料試験、５０頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、実際の構造部材に作用する曲げモーメントと軸力を正確に再現させることができ、入力点及び支持点の変形や摩擦の影響のない正確な強度評価が可能な構造部材の評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するためになされた本発明の構造部材の評価方法は、評価しようとする構造部材である評価部材の端部に、評価部材の軸線に対してオフセットした着力点を持つ着力アームを取付け、着力点を支持点で支持した状態で着力点に引張りまたは圧縮の試験力を加え、評価部材に曲げモーメントと軸力を同時に作用させることを特徴とするものである。
【０００８】
着力アームは、評価部材の一方の端部にのみ取付けることも、両端に取付けることもできる。着力アームを評価部材の両端に取付ける場合、同一方向にオフセットさせて取付けることも、反対方向にオフセットさせて取付けることもできる。また着力アームを、評価部材の軸線を含む平面内で非平行にオフセットさせて取付けることも、評価部材の軸線を含む平面から外れる方向にオフセットさせて取付けることもできる。尚、支持点には転がり軸受を用いることもできる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の構造部材の評価方法は、評価部材の端部にその軸線に対してオフセットした着力点を持つ着力アームを取付け、着力点に引張りまたは圧縮の試験力を加えることにより、評価部材に曲げモーメントと軸力を同時に作用させることができる。また従来のように評価部位への直接的な入力がないため、入力による変形がない。しかも着力点を転がり軸受などの支持点で支持した状態で試験力を加えるため、摩擦の影響を排除し、精度よく構造部材の強度評価を行うことができる。構造部材としては自動車の骨格を構成する部材が代表的なものであるが、その他一般の構造部材にも適用可能なことはいうまでもない。
【００１０】
なお、着力アームの長さや取付け方を変更することにより、評価部材に対して様々な曲げモーメントを作用させることができる。また、２つの着力アームを評価部材の軸線を含む平面から外れる方向にオフセットさせて取付けることにより、曲げと同時に捩じりモーメントを作用させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の曲げ試験法を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を示す説明図と曲げモーメント図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す説明図と曲げモーメント図である。
【図４】本発明の第３の実施形態を示す説明図と曲げモーメント図である。
【図５】本発明の第４の実施形態を示す斜視図である。
【図６】本発明の第４の実施形態における断面位置の説明図である。
【図７】各断面位置における軸力のグラフである。
【図８】各断面位置におけるＸ‐モーメントのグラフである。
【図９】実施例の斜視図である。
【図１０】実施例におけるタイプ１の説明図である。
【図１１】実施例におけるタイプ２とタイプ３の説明図である。
【図１２】実施例における断面位置の説明図である。
【図１３】実施例におけるＸ、Ｙ、Ｚの各軸周りのモーメントを示すグラフである。
【図１４】捩じりを伴うケースにおけるＸ、Ｙ、Ｚの各軸周りのモーメントを示すグラフである。
【図１５】タイプ１、２、３におけるＸ、Ｙ、Ｚの各軸周りのモーメントを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の実施形態を示す。
図２は本発明の第１の実施形態を示すもので、１は評価部材であって、その両端に着力アーム２が取り付けられている。評価部材１は評価しようとする構造部材そのものであっても、評価しようとする構造部材の評価したい部位を切り出したものであっても、あるいは評価しようとする構造部材のモデルであってもよい。本発明によれば構造部材の全体を評価することができるのはいうまでもないが、予め構造部材の弱点が把握されている場合には構造部材の全体を用いず、弱点部分と同一の断面形状を有するモデルを評価部材として強度を評価することも可能である。
【００１３】
着力アーム２は評価部材１の端部に溶接やリベット等によって、がたつきのないように強固に取り付けられる。着力アーム２は試験力によって大きく変形しない強度と剛性を備えたものであることが望ましい。この第１の実施形態では、２つの着力アーム２を評価部材１の両端に、同一平面内で同一方向にオフセットさせて取付けた。着力アーム２の先端には支持点３が設けられており、この支持点３の位置を着力点とし、引張り力Ｆを加えた。なおこの実施形態では軸力を引張り力Ｆとしたが、圧縮力としても差し支えない。
【００１４】
２つの着力アーム２の長さをそれぞれＬ１，Ｌ２とすると、評価部材１には図示のＢＭＤに示す通りの曲げモーメントが発生する。なお、評価部材１の左端の曲げモーメントはＭ１＝Ｆ×Ｌ１、評価部材２の右端の曲げモーメントはＭ２＝Ｆ×Ｌ２である。また評価部材１の全長にわたり、Ｆの軸力が作用する。
【００１５】
このようにして、着力アーム２の長さと軸力Ｆを変えることにより、評価部材１に曲げモーメントと軸力を自由に作用させることができるので、実際の構造部材に作用する曲げモーメントと軸力を正確に再現させることが可能である。また試験力である軸力は支持点３の部分に入力され、評価部材１には直接入力されることがないため、従来のように評価部材１の入力点に変形が生じることがない。また着力アーム２は支持点である３に摩擦抵抗が非常に少ない治具として、例えば転がり軸受を採用すれば、摩擦力の影響を実用上無視することができるので好ましい。よって精度のよい強度評価が可能となる。
【００１６】
図３は本発明の第２の実施形態を示す図である。この実施形態では、評価部材１の一方の端部のみに着力アーム２が取り付けられ、評価部材１の他方の端部には支持点３として転がり軸受が直接取り付けられている。この実施形態では、図３のＢＭＤに示すような曲げモーメントを評価部材１に作用させることができる。
【００１７】
図４は本発明の第３の実施形態を示す図である。この実施形態では、２つの着力アーム２，２を、評価部材１の両端に反対方向にオフセットさせて取付けた。この実施形態では、図４のＢＭＤに示すように途中でゼロとなり、その両側で符号の反転する曲げモーメントを発生させることができる。
【００１８】
図５から図８は本発明の第４の実施形態を示す図である。この実施形態の評価部材１は自動車のセンターピラーであり、図６のようにその天井側の端部を回転自在に支持し、床面側の端部に着力アーム２を取付けた。この着力アーム２はリブ付きの鋼板であり、２枚のリブの間に支持点３として転がり軸受を配置した。この構造は図３の実施形態に対応する。
【００１９】
第４の実施形態では図６のＺ方向に軸力を加え、図６中に４８から５３の番号を付けた各断面位置における軸力と曲げモーメントを実測し、表７と表８に示した。なおこれらの表中には、フルビークル試験における実測値も記入した。本発明方法におけるデータはフルビークル試験におけるデータとほぼ一致しており、本発明方法においてフルビークル試験と同様の強度評価ができることが確認された。
【実施例】
【００２０】
次に、図９に示すような簡単な円筒形状の部材を評価部材１とし、その両端にプレート４を介して様々な方向に着力アーム２を取付け、その先端の支持点３（転がり軸受）の位置に軸力Ｆを加え、着力アーム２の取り付け方による発生モーメントの違いを確認した。
【００２１】
この実施例では、図１０に示すように２つの着力アーム２の長さや方向を変えて実験を行なった。ケース１−１とケース１−２は、２つの着力アーム２の長さは等しいが、評価部材の軸線を含む平面内で非平行にオフセットさせて取付けたものである。またケース１−３と１−４は、２つの着力アーム２の長さを変えたものである。ケース１−５は、評価部材の軸線を含む平面内で平行にオフセットさせたものである。さらにケース２−１とケース２−３は、２つの着力アーム２を、評価部材の軸線を含む平面から外れる方向にオフセットさせたものである。
【００２２】
さらに図１１に示すタイプ２は、図１０の片側の着力アーム２をなくしたもの、図１１に示すタイプ３は、着力アーム２の長さはタイプ１と同じであるが、一方を反対方向にオフセットさせたものである。
【００２３】
図１２に評価部材１の各断面位置を示し、各断面位置におけるＸ、Ｙ、Ｚの各軸周りのモーメントをケース別に測定した結果を、図１３のグラフに示した。図１３に示されたケースは全て着力アームを評価部材の軸線を含む同一の平面内でオフセットさせたものであるから、捩じりは発生しておらず、Ｙ‐モーメントとＺ−モーメントは当然ながらゼロである。Ｘ−モーメントは、片側の着力アームを短くしたケース１−３とケース１−４は、当然ながら右側に向かって低下している。しかしその他のケースはデータが重複しており、着力アームの取付方向による差異はなかった。
【００２４】
図１４は、標準的なタイプ１と、捩じりが発生するケース２−１及びケース２−３について、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸周りのモーメントを測定した結果を示すグラフである。ケース２−１及びケース２−３は、捩じりの発生に伴って、Ｘ−モーメントとＺ−モーメントが変化している。
【００２５】
図１５は、同様にタイプ１、タイプ２、タイプ３についての測定結果を示すグラフである。その内容は実施形態１，２，３において説明した通りであり、本発明方法において、評価部材に理論通りのモーメントが発生していることが確認された。
【符号の説明】
【００２６】
１  評価部材
２  着力アーム
３  支持点
４  プレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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