(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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、
Ｐi＝Ｐi0(ｔi/ｔi0)mi＝ｙiＰ0(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、
ｙp(ｔp/ｔp0)mp＋ｙs1(ｔs1/ｔs10)ms1＋・・・＋ｙsn(ｔsn/ｔsn0)msn ≧１及び
ｖp(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。
【発明の詳細な説明】
【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、
Ｐ0＝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、
Ｐi＝Ｐi0(ｔi/ｔi0)mi＝ｙiＰ0(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、
ｙp(ｔp/ｔp0)mp＋ｙs1(ｔs1/ｔs10)ms1＋・・・＋ｙsn(ｔsn/ｔsn0)msn ≧１及び
ｖp(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】
0003786171.tif 000002
【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】
Ｐp/Ｐp0＝（ｔp/ｔp0）n，Ｐs/Ｐs0＝（ｔs/ｔs0）m  ・・・(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、
Ｐp＋Ｐs＋Ｐ1＋Ｐ2＋・・・＋Ｐn＝Ｐ  ・・・(6)
Ｐ1＋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、
Ｐp＝Ｐp0（ｔp/ｔp0）n＝ｙpＰ0（ｔp/ｔp0）n  ・・・(8)
Ｐs＝Ｐs0（ｔs/ｔs0）m＝ｙsＰ0（ｔs/ｔs0）m  ・・・(9)
よって、上記の条件は次式、
ｙpＰ0（ｔp/ｔp0）n＋ｙsＰ0（ｔs/ｔs0）m＋ｚＰ0＞Ｐ0・・・(10)
で表され、上式(10)を更に整理してＰ0を消去すると、
ｙp（ｔp/ｔp0）n＋ｙs（ｔs/ｔs0）m＋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/ｔp0）n＋ｙ（ｔs/ｔs0）m＞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、
ｙ0＝{１−（ｔp/ｔp0）n}/{（ｔs/ｔs0）m−（ｔp/ｔp0）n}  ・・・(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、
Ｐ0＝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、
Ｐi＝Ｐi0(ｔi/ｔi0)mi＝ｙiＰ0(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、
ｙp(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、
ｗi0＝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、
ｗp0Δｔp＋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、
ｖp(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
ｔp0＝０．７８，Δｔp＝−０．１
ｔs10＝ｔs0，Δｔs1＝Δｔs＝ｔs0
の構造パラメータを代入すると、式(20)は、
ｖp(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、
ｖs/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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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