(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータが、衝撃表面と衝突する構造体の耐衝撃性を算出する方法であって、前記構造体は、第２部分に接合または固定された第１部分を有し、少なくとも前記第１部分は、クラッシュ破壊モードを呈する材料を含み、
前記方法は、前記コンピュータが、
ａ）前記第１部分の一部を表す有限要素が前記クラッシュ破壊モードの実行を指令する状態にあるかを決定し、
ｂ）ｉ）前記要素の前記クラッシュ破壊モードを表す継続的な抵抗力と、ｉｉ）前記第１部分と前記第２部分とを分離するような方向に作用する追加的力とを、前記構造体が受けると仮定して、前記構造体の挙動を決定することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記クラッシュ破壊モードを表す前記継続的な抵抗力と前記第１部分と前記第２部分とを分離するように作用する前記追加的力の少なくとも一方は、与えられた巨視的状態に対し、実験的に決定された単一の巨視的値を割り当てられることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、
前記追加的力は、前記第１部分と前記第２部分との分離量の関数であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、
前記追加的力は、前記第１部分と前記第２部分との前記分離量に逆比例的に依存することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載の方法において、
前記追加的力は、さらに、少なくとも１つのさらなる変数の関数であることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法において、
前記追加的力は、粘着力を有するモデルと前記追加的力とを含む粘着要素形式の一部として与えられることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法において、
前記追加的力は、前記第１部分と前記第２部分との接合の挙動を決定する計算の一部として算出されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法において、
前記要素は、軸方向のクラッシュ破壊を受け、最短の軸に垂直な前記要素に与えられる力の成分は、クラッシュ破壊を開始するのに十分な大きさであることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法において、
前記第１部分および前記第２部分は、クラッシュ可能であることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法において、
前記要素に割り当てられた空間を介して前記衝撃表面を通過する間の、前記衝撃表面と前記第１部分および前記第２部分との相対速度を調整することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、
前記相対速度の所定の関数に応じて、前記要素の長さに沿って前記抵抗力を修正することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法において、
前記要素に割り当てられた空間を介して前記衝撃表面を通過する間の、前記衝撃表面と前記第１部分および前記第２部分との相対角度を調整することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
前記相対角度の所定の関数に応じて、前記要素の長さに沿って前記抵抗力を修正することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法において、
前記衝撃表面と前記クラッシュ境界面との摩擦を特定することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法において、
前記クラッシュ可能な材料は、繊維強化複合材料を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
衝撃表面と衝突する構造体の耐衝撃性を算出するようにプログラムされたデータ処理装置であって、前記構造体は、第２部分に接合または固定された第１部分を有し、少なくとも前記第１部分は、クラッシュ破壊モードを呈する材料を含み、
ａ）前記第１部分の一部を表す有限要素が前記クラッシュ破壊モードの実行を指令する状態にあるかを決定し、
ｂ）ｉ）前記要素の前記クラッシュ破壊モードを表す継続的な抵抗力と、ｉｉ）前記第１部分と前記第２部分とを分離するような方向に作用する追加的力とを、前記構造体が受けると仮定して、前記構造体の挙動を決定することにより、前記構造体の耐衝撃性を算出することを特徴とするデータ処理装置。
【請求項１７】
コンピュータに、衝撃表面と衝突する構造体の耐衝撃性を算出する指令を含むコンピュータプログラムであって、前記構造体は、第２部分に接合または固定された第１部分を有し、少なくとも前記第１部分は、クラッシュ破壊モードを呈する材料を含み、前記コンピュータに、
ａ）前記第１部分の一部を表す有限要素が前記クラッシュ破壊モードの実行を指令する状態にあるかを決定するステップと、
ｂ）ｉ）前記要素の前記クラッシュ破壊モードを表す継続的な抵抗力と、ｉｉ）前記第１部分と前記第２部分とを分離するような方向に作用する追加的力とを、前記構造体が受けると仮定して、前記構造体の挙動を決定することにより、前記構造体の耐衝撃性を算出するステップと、
を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の前記コンピュータプログラムを有する非一時的なコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃下にある複合材料の車体部品との関連に特に限ったものではないが、クラッシュされた材料の挙動をモデリングする方法、装置およびソフトウェアに関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化複合材料、特に炭素繊維複合材料は、新型車または他の車両の設計に関しますます重要性が高まっている。複合材料は、金属の等価物、アルミニウムとさえ比べても非常に軽く、多くの溶接金属の加工品と同一の作業をすることが可能な複雑形状に形成することができる。複合材料は、自動車、航空宇宙、鉄道あるいは土木適用にとって理想的なものとする衝撃時の大量のエネルギーの吸収能力をさらに有する。炭素複合材は１キログラム当たり８０キロジュールまで吸収することができるのに対し、例えば鉄は、１キログラム当たり２０キロジュール、アルミニウムは１キログラム当たり約３０キロジュールまでしか吸収することができない。
【０００３】
複合材料がそのような良好なエネルギー吸収特性を有するという理由の一部は、金属が破壊しうる曲げや亀裂などの通常の破壊モードに加え、金属には生じない完全分離破壊モードを複合材料が呈するということである。これはクラッシュ破壊モードとして従来から知られている。このモードでは、クラッシュした材料は、エネルギーを吸収した後に本質的な残留強度を有さない。その代わりに複合材料は、クラッシュした後、非常に小さい破片と緩く結合した繊維とに変形する。これは、等価の金属構造物におけるよりも少ないスペースしか要求されないことを意味する。なぜなら、金属構造物においては、座屈した金属を収容するために指定された車体の前部にスペースが与えられなければならないからである。
【０００４】
微視的規模では、そのような材料は、マトリックス亀裂、繊維座屈と破断、摩擦加熱等による材料の局部的な壊変によってエネルギーを吸収する。巨視的規模で見ると、材料は連続的に衝撃によって本質的にクラッシュまたは破壊され、当所の固結された材料は非構造物の砕片に変化する。
【０００５】
本出願人の公開公報ＷＯ２００６／００３４３８には、上記のクラッシュ破壊モードを呈する材料の正確なモデリングを可能にする革新的技術が記載される。この技術は、ＣＺｏｎｅ（登録商標）として知られており、現在、自動車や他の車両の新規の部品を設計する際に広く用いられている。
【０００６】
ＣＺｏｎｅよりも前には、既存の有限要素解析技術では既存の破壊モードによってしか複合材料の要素を扱うことができなかった。したがって、全要素または一体的な積層を構成する個々の層を、「典型的な」破壊応力値に達するまでその完全性を維持し、その後一度に、要素または各層を解析から単純に消去するように扱っていた。この手法は、これらの材料の実際の挙動を反映していないので、不正確な結果を与える。材料は突然消失するのではなく、衝撃面で細かい砕片に変化しつつ徐々に「破壊」される。この手法は、典型的な破壊応力を用いて要素を破壊することから（モデリングされた現実の材料には実際には生じない）モデルに生じた非常に大きな力に起因する別の問題も引き起こす。これらの力はモデルを伝播し、補強部材に予期せぬ（非現実的な）破壊をもたらし得る。
【発明の概要】
【０００７】
ＣＺｏｎｅ技術の有用性にも拘らず、本出願人は、今度は基本的手法が正確とならないいくつかの状況があることを見出し、これに対処することを意図した修正手法を発明した。
【０００８】
第１の態様から見ると、本発明は、コンピュータが、衝撃表面と衝突する構造体の耐衝撃性を算出する方法であって、構造体は、第２部分に接合または固定された第１部分を有し、少なくとも第１部分は、クラッシュ破壊モードを呈する材料を含み、コンピュータが、ａ）第１部分の一部を表す有限要素がクラッシュ破壊モードの実行を指令する状態にあるかを決定し、ｂ）ｉ）要素のクラッシュ破壊モードを表す継続的な抵抗力と、ｉｉ）第１部分と第２部分とを分離するような方向に作用する追加的力とを、構造体が受けると仮定して、構造体の挙動を決定することを含む方法を提供する。
【０００９】
本発明は、衝撃表面と衝突する構造体の耐衝撃性を算出するようにプログラムされたデータ処理装置に拡張し、構造体は、第２部分に接合または固定された第１部分を有し、少なくとも第１部分は、クラッシュ破壊モードを呈する材料を含み、ａ）第１部分の一部を表す有限要素がクラッシュ破壊モードの実行を指令する状態にあるかを決定し、ｂ）ｉ）要素のクラッシュ破壊モードを表す継続的な抵抗力と、ｉｉ）第１部分と第２部分とを分離するような方向に作用する追加的力とを、構造体が受けると仮定して、構造体の挙動を決定することにより、構造体の耐衝撃性を算出する。
【００１０】
本発明は、コンピュータに、衝撃表面と衝突する構造体の耐衝撃性を算出する指令を含むコンピュータプログラムにも拡張し、構造体は、第２部分に接合または固定された第１部分を有し、少なくとも第１部分は、クラッシュ破壊モードを呈する材料を含み、コンピュータに、ａ）第１部分の一部を表す有限要素がクラッシュ破壊モードの実行を指令する状態にあるかを決定するステップと、ｂ）ｉ）要素のクラッシュ破壊モードを表す継続的な抵抗力と、ｉｉ）第１部分と第２部分とを分離するような方向に作用する追加的力とを、構造体が受けると仮定して、構造体の挙動を決定することにより、構造体の耐衝撃性を算出するステップと、を実行させる。
【００１１】
本発明は、上記コンピュータプログラムを有する非一時的なコンピュータ可読媒体にさらに拡張する。
【００１２】
これにより、少なくともその好ましい実施形態では、本発明に従い一体に接合または結合された２つの部分を備える構造体において、継続的な抵抗力でクラッシュ破壊をモデリングするとともに、２つの部分を分離するような追加的力が与えられることを、当業者は理解するであろう。追加的力は、完全には圧縮不能なクラッシュによって生成された破片により、クラッシュ破壊モードを実行する接合部を分離させるという出願人に観測された傾向を示す。これは、この力をモデリングしない基本的なＣＺｏｎｅ手法の改良を意味する。さらに、クラッシュ時に生成された細かい砕片は、何ら構造的健全性を保っていないので一般に無視され得るが、上記状況のように小スペースに砕片が閉じ込められた箇所では重要になるという現実性を意味する。
【００１３】
クラッシュ破壊モードを表す継続的な抵抗力およびまたは第１部分と第２部分とを分離させるように作用する追加的力は、材料理論を用いて決定することができる。所要の計算が、ここに開示された方法の一部として動的に実行される、あるいは事前に実行されるとともにその結果がここに開示された方法に用いられる。しかしながら、ある実施形態では、上記概略した２つの力が、所定の巨視的状態（インパクタとの接触領域、衝撃の速度、角度等）に対しそれぞれ単一の巨視的値に近似される。したがって、それぞれの値を、問題の材料の（当該分野でクーポンとして知られる）小さな試験片のテストを行うことにより実験的に得てもよく、その後、大きな複合構造体にモデリングしてもよい。この手法の有用性は、しばしば高度に複雑化されるクラッシュ時における動作中の内部メカニズムを計算あるいは理解さえする必要がないということである。例えば、繊維複合材料において内部メカニズムは、とりわけ繊維のタイプと大きさ、樹脂特性、硬化サイクルおよび編み型式に依存する。
【００１４】
ある実施形態では、追加的力は、第１部分と第２部分との分離量の関数である。少なくとも所定の分離量の範囲にわたって、追加的力は、分離量に逆比例的に依存する力、すなわち分離量が増加するにつれて減少するような力である。この相関関係は、数学的関係（例えば線形）により定義することができ、あるいは実験的に求めることができる。相間関係が数学的関係により定義される場合であっても、そのパラメータは実験的に求めてもよい。しかしながら、これも必須ではなく、パラメータを解析的に求めてもよい。
【００１５】
追加的力は、第１部分と第２部分との分離量のみの関数とすることができ、あるいはこれらの部分の厚さ、第１部分およびまたは第２部分の速度、温度、衝撃角度等の他の変数の関数とすることもできる。
【００１６】
ある実施形態では、追加的力は、粘着力モデルと追加的力とを含む粘着要素形式の一部として与えることができる。しかしながら、これは必須ではない。
【００１７】
追加的力は、第１部分と第２部分との接合の挙動を決定する計算の一部、すなわち「接合モデル」の一部として算出することができるが、これは必須ではない。
【００１８】
第１部分と第２部分とは、例えば接着剤によって一体に接合され、あるいはボルト、ねじ、リベットなどで機械的に一体に結合され、あるいは構造体や上部構造体の他の部品によって単に一体に固定することができる。
【００１９】
上述したように本発明によれば、継続的な抵抗力がクラッシュ破壊モードを表す。これは典型的には、衝撃表面が要素に割り当てられた空間を横切る間に与えられ、抵抗力は、要素に割り当てられた材料または積層のクラッシュ性能に応じて与えられる。これは、衝撃表面を実質的に貫通不能として扱い、それ故、その破壊応力に達した後に要素を削除しなければならなかった伝統的な有限要素モデルを上回る有用性を強調する。これに対し、本発明によれば、衝撃表面が要素により占有された空間に侵入した後に、要素はいまだ衝撃表面上で効果を有する。これを概念的に視覚化する１つの手法は、残存しているが障壁を貫通するように抵抗力を生じる要素である。そのような状況は従来の有限要素モデルでは可能でない。
【００２０】
衝撃表面は、衝撃を引き起こす実際の物理的表面に正確に対応してもよく、あるいは障壁の実際の位置と所定の関係を有するクラッシュ面を備えてもよい。
【００２１】
ある実施形態では、要素は軸方向のクラッシュ破壊を受ける。すなわち最短のあるいは厚さの軸に垂直な要素に与えられる力の成分はクラッシュ破壊を開始するのに十分な大きさである。
【００２２】
本発明によると、それぞれ全体的な材料厚さを有する第１および第２部分の要素をまとめてモデリングすることができ、あるいは材料の一方または両方が積層を備える場合に、各層あるいは層の集合を別々にモデリングすることができる。
【００２３】
本発明は、第１および第２部分の一方のみがクラッシュ可能である場合に適用することができるが、より典型的には第１および第２部品の両方がクラッシュ可能である場合に適用することができる。
【００２４】
衝撃表面は、構造体に打撃を与える剛性固体に相当し得るが、これは必須でない。衝撃表面は、十分な強度と剛性を有する構造体の他の部品や物体を備えることができる。
【００２５】
いくつかの実施形態では、例えば計算効率の理由で、所定の要素の破壊の間の衝撃表面と第１および第２部分との相対速度を一定とすることが好ましい。しかしながら、これは必須でなく、ある実施形態では、要素に割り当てられた空間を衝撃表面が通過する間に相対速度が調整される。抵抗力は、相対速度の所定の関数に従い、要素の長さに沿って修正されてもよい。
【００２６】
類似の考察が、要素の破壊の間の回転を許す角度依存性に当てはまる。実際には、一般に耐クラッシュ性を左右するあらゆるパラメータが要素の破壊の間に更新されてもよく、一例を挙げると厚さ、振動、温度等である。
【００２７】
いくつかの好ましい実施形態では、衝撃表面、例えば障壁や他のクラッシュ面とクラッシュの境界面との摩擦が指定されてもよい。これは、所定の要素がクラッシュを受けるのに十分安定しているか、あるいは別の機構によって破壊するかに影響を及ぼすことができるので、有利である。
【００２９】
本発明は、クラッシュ可能な材料、すなわちある状況下でほとんどあるいは全く残留強度をもたずに粉砕するあらゆる材料に適用してよい。いくつかの可能なかつ非制限的な例としてコンクリート、木材、ガラス、セラミック、ハニカムおよび発泡材がある。本発明の好ましい実施形態では、クラッシュ可能な材料は複合材、より好ましくは繊維強化複合材を含み、最も好ましくは炭素繊維強化樹脂を含む。
【００３０】
本発明の原理は例えば初期の解析モデルの一部として広く適用されるが、好ましくは本発明を実行するソフトウェアは、既存の有限要素モデルのパッケージソフトに組み込まれる。有限要素モデルのタイプは好ましくは非線形であり、陰的、陽的あるいは他の解析計算のタイプとすることができるが、陽的非線形解析が好ましい。現在の好ましい実施形態では、例えばソフトウェアはＳｉｍｕｌｉａ’ｓ  ＡＢＡＱＵＳ（登録商標）の陽的非線形有限要素解析ソフトウェアに組み込まれる。
【００３１】
本発明の実施形態は、添付の図面を参照し、単なる例示として以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】障壁に衝突してクラッシュされた複合材料のシートによる破片の生成の概略図である。
【図２】２枚のシートが一体に結合されたものを示す図１に類似した図である。
【図３】新規のクラッシュ破裂力の適用を示す図である。
【図４】フランジの分離を示す図３に類似した図である。
【図５】フランジの分離量と破裂力の変化の一例を示す図である。
【図６】本発明に係る方法の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明が適用される耐力構造体の一例を示す図である。
【図８】障壁に衝突してクラッシュされた図７の構造体の進展状況を示す一連の図である。
【図９】クラッシュ時の時間に対する抵抗力を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
まず図１を参照すると、図１は、衝撃表面を構成する障壁４と軸方向に衝突し、これによりクラッシュ破壊モードを介して破壊する層状シート２、例えば炭素繊維強化複合材料の進展状況を示す。これは、ＷＯ２００６/００３４３８に記載された方法であり、本出願人のＣＺｏｎｅソフトウェアによってモデリングされる進行状況である。
【００３４】
概略的に示されるように、衝撃がｔ０から時点ｔ４まで進行するにつれて、シート２は徐々に破壊され、細かい破片６となる。破片６は、エネルギーを吸収する残余の能力を全く持たず、一般に、破壊の進展状況においてさらなる役割を何ら果たすことなく分離する。破片６は、ＣＺｏｎｅではモデリングされない。
【００３５】
しかしながら、図２に示されるように、クラッシュ可能な材料からなる２枚のシート材８，１０が例えば接着層１２により一体に接合された一対のフランジを有するときには、より複雑な状況が見られる。各々のフランジ８，１０には、ある量の破片１４，１６が生じる。図２に示されるように、２つの破片１４，１６は領域１８で重なり合う傾向にある。破片１４，１６は構造物の耐衝撃性に寄与しないが、完全に圧縮可能ではないので、この状況では完全には無視することができない。出願人が実際に観察したことは、重なり合いが生じるおそれのある破片１８が生成されるにつれ、２つのフランジ８，１０を分離させるような反力を生じ、それぞれの破片１４，１６がもはや同一のスペースを占めることがないということである。これは図３に示される。
【００３６】
図３は、三角形の圧力分布からクラッシュしている要素に対し実質的に垂直に付加される小さな矢印によって表された力によって、２つのフランジ８，１０を分離させるように作用している破裂力Ｆを示す。三角形の圧力分布は単なる一例であり、他の分布が可能であることが認識されるであろう。接合されたフランジ８，１０は、有限要素モデルとして、節点２２で接続された個々の離散要素２０で表される。破裂力Ｆは障壁４から後方に長さＬにかけて延在するように示される。
【００３７】
図４，５に見られるように、力Ｆは、２つのフランジ８，１０の初期状態からの分離量の増加を表すパラメータｄに逆比例してモデリングされる。したがって、ｄ＝ａ−ｂであり、ここでａは、２枚のシート８，１０の対応する節点間の実際の分離量であり、ｂは、接合構造の初期の分離量である。これにより、２つのフランジ８，１０が離れていくにしたがい破裂力が減少することがわかる。
【００３８】
図６は、本発明の実施形態の動作を示すフローチャートであり、これにより障壁に衝撃を与える複合材料要素の配列がモデリングされる。これは、硬い貫通不能な障壁と衝突する複合材料からなる構造体の挙動をシミュレートするプロセスを含む。シミュレーションは、陽解法有限要素解析のパッケージの修正版を用いて実行される。本発明の原理は、例えば初期の解析モデルの一部として広く適用されるが、好ましくは本発明を実行するソフトウェアは、既存の有限要素モデリングのパッケージに組み込まれる。有限要素モデリングのタイプは、好ましくは非線形であり、陽的非線形解析が好ましいが、陰的、陽的あるいは他の解析計算のタイプとすることもできる。現在の好ましい実施形態の一例として、ソフトウェアは、ＡＢＡＱＵＳ Ｅｘｐｌｉｃｉｔ（登録商標）陽的非線形有限要素解析のソフトウェアに組み込まれる。
【００３９】
有限要素パッケージは、ヤング率、破壊応力、クラッシュ応力、厚さ、レイアップ等の全ての関連ある材料特性、温度、湿度等の環境特性、障壁と構造体との初期の接近速度等の動的特性を含む。構造体は、車などの完成体、バンパー、減速エネルギー吸収体、シャーシレールなどの部品、あるいは実際には完成体、部品、部品の集まりのあらゆる任意の部分であってもよい。
【００４０】
ステップ３０で、ここに記載されたシミュレーション部分が開始し、要素ｎの障壁への衝突が行われる（ステップ３２）。各タイムステップｔで、構造体の全ての要素についてシミュレーションが実行される。ステップ３４で、要素ｎがクラッシュされているか（クラッシュ破壊モードを実行しているか）否かが判定される。この判定は、主として要素の構成材（すなわちそれがクラッシュ可能な材料か）および要素が経験している動的状態、例えば要素に適用される応力（すなわちこれが要素のクラッシュ初期応力を超えているか）や面外提示角度に基づく。
【００４１】
要素ｎがクラッシュされていなければ、従来通り、要素状態を更新する処理に進み（ステップ３６）、従来のモードを介して要素が破壊したか否かを判定し（ステップ３８）、次いで、次の時点の繰り返しの処理に進むか（ステップ４０）、あるいは要素を消去して（ステップ４２）次の要素に移る（ステップ４４）。当業者は、ここに提示された記載が実際に実行される全ての処理と比較して極めて簡略化されていると認識するであろうが、その詳細はそれ自体当業者にとって周知であり、本発明の理解にとって重要でない。
【００４２】
ＷＯ２００６／００３４３８により詳細に記載されているように、要素ｎがステップ３４でクラッシュされていると判定されると、ステップ４６で、継続的な抵抗力が与えられる。要素に対する抵抗力の値は、多数の内的および外的要因に依存してよい。抵抗力は要素のいくつかまたは全ての節点にまたは他の節点に与えられてもよい。
【００４３】
本発明に従い、ステップ４８で、要素ｎが他の要素に接合されているか否かについての判定がなされる。明らかに、この判定は本処理の他の段階で行うこともできる。要素ｎが他の要素に接合されていれば、ステップ５０で計算が実行され、要素ｎがその一部を形成するフランジの、接合フランジからの分離量を決定する。決定された分離量は、必要に応じて図５に示されたような関係を用いて追加の破裂力を計算し、かつ、それを付与するために用いられる（ステップ５２）。
【００４４】
ステップ５４では、要素ｎがクラッシュにより完全に破壊されたか否か、すなわち細かい破片に完全に変換されたか否かが判定される。否定されると、処理は次の時点のステップへと進み（ステップ４０）、一方、要素が完全に破壊されると、障壁は次の要素と接触する（ステップ４４）。
【００４５】
それ故、追加の破裂力が本出願人のＣＺｏｎｅソフトウェアで用いられる従前のクラッシュモデリング技術への機能強化を果たすことは、上記の実施形態から明らかであろう。これは、２つのフランジが接合されたあるいは別の方法で一体に結合された構造体のより正確なモデリングを可能にする。
【００４６】
本発明の実施形態に従って達成される改良のさらなる例として、さらに図７〜９を参照する。
【００４７】
図７は、接着剤を用いて軸方向のフランジに沿って接合された２つの部品からなるクラッシュ可能な構造体５５の例を示す斜視図および断面図である。これは、車体シェルの前後構造体のクラッシュ時におけるエネルギー管理のために採用された典型的な構成である。第１部品５６は炭素繊維強化プラスチックの「トップハット」の成形品であり、第２部品５８は炭素繊維強化プラスチックの平坦な「閉鎖」パネルである。これら２つの部品は接着層６０により一体に接合される。
【００４８】
シミュレーションは、図８に示すように剛壁６２に抗して衝撃が与えられたクラッシュ可能な構造体５５について実行される。上述したように、接着部がクラッシュ領域に位置すると、フランジと接着剤の破壊を引き起こしやすい。乗員の安全性に対する典型的要求は、閉断面がその保全性を維持し、クラッシュが構造体５５の前部から後部へと進展するに従いエネルギーを吸収することである。図示のように、本発明の実施形態は、クラッシュしているクラッシュ可能部品５６，５８から生じる破片によって引き起こされる接着部６０における局所的破壊を予測することができる。これにより、これらの部品の設計とともに適切な接着剤の選択を可能とし、早期の壊滅的な破壊を防ぎ、実際に吸収されるエネルギー量の仕様と比較しての不足を回避できる。
【００４９】
いくつかの設計では、図８に示されるように、例えば障壁６２に衝突してクラッシュされる構造体５５の部位において、クラッシュ可能な構造体５５のトップハット５６と閉鎖パネル５８とからのクラッシュされた破片の干渉によるフランジを分離させるような力に抵抗するには、接合フランジの強度が十分ではない。接合部６０の破壊が断面の破断端部で開始するのは、破砕片から生じた「分離」力の作用に起因する。この接合破壊の領域は、次いで接着フランジに沿って断面の後方に向かって成長し、次第に構造的完全性の喪失を生じ、平坦な複合部品５８の一部５８ａが分離し、この部分はエネルギー吸収プロセスにおいてさらには寄与しない。図８に示されていないが、ハット断面５６は、閉塞したボックス断面構造によって与えられる固有安定性を喪失するおそれもある。
【００５０】
さらに詳細には、Ｐ１の段階で、構造体５５が障壁６２に接触し、クラッシュ可能な炭素繊維複合材部品５６，５８の端部でクラッシュが開始する。両部品５６，５８はいまだ結合され、接着剤６０は、障壁６２の近くで無傷のままである。衝撃は矢印方向に進行する。
【００５１】
Ｐ１後のＰ２の段階で、クラッシュが継続するとともに、生成された破片が衝撃面に近い接着剤６０と干渉し、剛性の低い閉鎖パネル４８のトップハットフランジ５６からの分離を引き起こす。接着剤６０は、クラッシュの方向に対し垂直に引っ張られる。
【００５２】
Ｐ２後のＰ３の段階で、クラッシュ境界面の直後方の接着部６０で破壊が開始される。これは凝集破壊として図に示される（使用中の接着剤の詳細特性に依存し、これは接合境界面のいずれかでも起こりうる）。これは、複合閉鎖プレートの部品５８をより堅いハット断面部品５６からさらに分離するように押すことを可能にするという効果を有する。本シーケンスでは、この段階で両部品は障壁６２に衝突していまだクラッシュしている。
【００５３】
Ｐ３後のＰ４の段階で、接着剤６０の亀裂が構造体の後方に向けてさらに進行する。平坦な閉鎖プレート５８は、ハット形状５６からいまださらに離れる。
【００５４】
Ｐ４後のＰ５の段階で、接着剤６０の亀裂がさらに進行し、平坦な閉鎖プレート５８は、発生応力がプレートの曲げ破断応力を超えた箇所で分離し、破壊が生じる。これは、今度は主構造体から分離した閉鎖プレートの破断部５８ａを形成し、クラッシュエネルギー吸収部としてはもはや機能しない。
【００５５】
図９は、クラッシュの進行に伴う、本シミュレーションによって得られた距離に対する抵抗力のグラフである。Ｐ５の段階に至るまでは、閉鎖プレート５８がトップハット部品５６から分離するので、実質的に一定の力が生じる。部品５８ａが分離したＰ５の段階では、トップハット部品５６の残部がクラッシュし続けるので、抵抗力は、より低めの安定値まで急激に減少する。したがって、これは物理的挙動にほぼ一致し、正確な予測結果をもたらす。
【００５６】
これに対し、従来技術、例えばＣＺｏｎｅでは、図示の環境で一定の力が繰り返される、すなわち図９のグラフは平坦になる。これは明らかに実際の物理的状況をあまり反映しておらず、ある環境において、構造体の他のどこかでの甚大な破壊を予測不能あるいは意図されたものよりも低い全体の抵抗力を予測不能などの、不正確な結果をもたらす。
【図１】
0006513094.tif 000002
【図２】
0006513094.tif 000003
【図３】
0006513094.tif 000004
【図４】
0006513094.tif 000005
【図５】
0006513094.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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