МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ТРУБА И КОНСТРУКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКУЮ ТРУБУ, ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METAL PIPE AND STRUCTURAL ELEMENT USING METAL PIPE FOR VEHICLE

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к ударопрочной металлической трубе и конструктивному элементу для транспортного средства, использующему такую металлическую трубу.
Уровень техники
[0002] Металлическая труба, имеющая прямоугольное поперечное сечение, т.е. прямоугольная труба, используется в различных применениях. Например, прямоугольная труба используется в качестве конструктивного элемента в транспортном средстве, здании или большом контейнере. Такие конструктивные элементы требуют способности сопротивления удару, или ударопрочности.
[0003] Например, WO 2005/058624 (Патентный документ 1) описывает металлическую трубу, которая должна быть установлена на кузове транспортного средства для автомобиля, с обоими концами, поддерживаемыми на нем, чтобы обеспечивать ударопрочность. Эта металлическая труба имеет согнутый участок, который проходит по всей ее длине или только участку ее длины. Металлическая труба располагается так, что внешняя сторона согнутого участка, в целом, ориентируется в направлении возможного удара, прикладываемого к кузову транспортного средства. Эта металлическая труба имеет лучшую ударопрочность, чем усиливающий элемент, выполненный из прямой трубы, чтобы усиливать кузов транспортного средства.
Документы предшествующего уровня техники
Патентные документы
[0004] Патентный документ 1: WO 2005/058624
Сущность изобретения
Задачи, решаемые изобретением
[0005] Когда металлическая труба принимает удар, превышающий ее предел текучести, она резко сгибается, так что резко согнутый участок выступает. Когда толщина стенки металлической пластины уменьшается, чтобы уменьшать вес, степень выступа, возникающего, когда труба резко сгибается посредством удара, имеет тенденцию увеличиваться. Если металлическая труба используется в качестве конструктивного элемента, например, предпочтительно уменьшать степень выступа, когда металлическая труба принимает удар от столкновения и резко сгибается.
[0006] Принимая это во внимание, настоящая заявка описывает металлическую трубу, которая выступает до уменьшенной степени, когда деформируется посредством удара, и конструктивный элемент, использующий такую металлическую трубу.
Средство для решения задач
[0007] Металлическая труба согласно варианту осуществления настоящего изобретения является металлической трубой, имеющей прямоугольное поперечное сечение и длину не менее 6H. Металлическая труба включает в себя пару боковых стенок, обращенных друг к другу и имеющих высоту H, верхний участок, соединенный с верхней кромкой каждой из пары боковых стенок, и нижний участок, соединенный с нижней кромкой каждой из пары боковых стенок. Каждая из пары боковых стенок включает в себя участок высокой прочности и пару участков низкой прочности. Каждый участок высокой прочности имеет размер не менее (2/3) H и не более 3H, при измерении в продольном направлении металлической трубы, и участки высокой прочности формируют противоположные участки для пары боковых стенок и каждый участок высокой прочности имеет предел текучести не менее 500 МПа. Участки низкой прочности размещают между собой участок высокой прочности, как определено в продольном направлении металлической трубы, каждый участок низкой прочности имеет предел текучести, составляющий 60-85% предела текучести участка высокой прочности.
Преимущества изобретения
[0008] В настоящем изобретении предлагается металлическая труба, которая выступает в меньшей степени, когда она деформируется посредством удара, и конструктивный элемент, использующий такую металлическую трубу.
Краткое описание чертежей
[0009] Фиг.1A показывает примерную конструкцию прямоугольной трубы с поддерживаемыми своими обоими концами.
Фиг.1B показывает примерный характер деформации прямоугольной трубы на фиг.1A.
Фиг.1C показывает другой примерный характер деформации прямоугольной трубы на фиг.1A.
Фиг.2A представляет собой вид в перспективе конструкции металлической трубы согласно настоящему варианту осуществления.
Фиг.2B представляет собой вид сбоку металлической трубы на фиг.2A, при просмотре в y-направлении.
Фиг.2C представляет собой вид сбоку металлической трубы на фиг.2A, при просмотре в x-направлении.
Фиг.3 иллюстрирует характер деформации металлической трубы с равномерным распределением прочности.
Фиг.4 иллюстрирует характер деформации металлической трубы, имеющей участки низкой прочности, между которыми размещается участок высокой прочности.
Фиг.5A представляет собой вид сверху металлической трубы на фиг.2A, при просмотре в z-направлении.
Фиг.5B показывает вариант металлической трубы на фиг.2A с другой конфигурацией участка высокой прочности и участков низкой прочности.
Фиг.6 представляет собой вид в поперечном сечении варианта металлической трубы 1 с другой формой поперечного сечения.
Фиг.7 представляет собой вид в поперечном сечении другого варианта металлической трубы с другой формой поперечного сечения.
Фиг.8 представляет собой вид в поперечном сечении еще одного варианта металлической трубы с другой формой поперечного сечения.
Фиг.9A представляет собой вид сбоку примерной изогнутой металлической трубы.
Фиг.9B представляет собой вид сбоку другой примерной изогнутой металлической трубы.
Фиг.9C представляет собой вид сбоку еще одной примерной изогнутой металлической трубы.
Фиг.9D представляет собой вид сбоку еще одной примерной изогнутой металлической трубы.
Фиг.10A показывает примерный конструктивный элемент, установленный на транспортном средстве.
Фиг.10B показывает примерное транспортное средство, включающее в себя кузов транспортного средства с пространственной рамной конструкцией.
Фиг.11 показывает примерное распределение предела текучести в участке металлической трубы, включающем в себя границу между участком низкой прочности и участком высокой прочности.
Фиг.12A показывает аналитическую модель в моделировании.
Фиг.12B показывает аналитическую модель в другом моделировании.
Фиг.13 показывает результат моделирования деформации металлической трубы.
Фиг.14 является графиком, показывающим результаты моделирований хода ударного устройства, найденные, когда возникает резкий изгиб.
Фиг.15 является графиком, показывающим величину деформации вследствие изгибной деформации, найденную, когда ударная нагрузка привносится с различными коэффициентами прочности между участками низкой прочности и участками высокой прочности.
Варианты осуществления изобретения
[0010] Авторы исследовали поведение прямоугольной трубы, используемой в качестве конструктивного элемента, относительно удара. Если прямоугольная труба используется в качестве конструктивного элемента, прямоугольная труба формирует часть конструкции (например, транспортного средства, здания или контейнера) с поддерживаемыми обоими своими концами, как показано на фиг.1A, например. Авторы изучили поведение прямоугольной трубы с поддерживаемыми концами относительно удара и обнаружили, что степень деформации, вызванная ударом, может становиться значительной, когда продольный размер (или длина) прямоугольной трубы приблизительно в шесть раз, или более, больше размера прямоугольной трубы, который измерен в направлении, в котором прикладывается удар.
[0011] Например, когда удар прикладывается к середине (y1 на фиг.1A), которая определена в продольном направлении, прямоугольной трубы с поддерживаемыми обоими ее концами, прямоугольная труба деформируется и резко сгибается вскоре после удара (см. фиг.1B). Прямоугольная труба также деформируется, когда удар был приложен к позиции (y2 на фиг.1A) между серединой прямоугольной трубы в продольном направлении и одном поддерживаемым участком (см. фиг.1C). Степень выступа раннего резкого изгиба, встречающаяся, когда удар прикладывается к середине прямоугольной трубы в продольном направлении (y1), больше степени выступа, которая встречается, когда удар прикладывается к y2. Анализ продемонстрировал, что нагрузка момента является наивысшей, когда удар прикладывается к середине, в продольном направлении, прямоугольной трубы с поддерживаемыми обоими ее концами.
[0012] Авторы выполнили исследование, чтобы уменьшать степень деформации прямоугольной трубы, вызванной ударом, посредством увеличения прочности прямоугольной трубы. Однако, степень выступа, ассоциированная с деформацией, не изменяется, даже когда прочность прямоугольной трубы увеличивается. В виду этого, авторы выполнили дополнительное исследование, чтобы предотвращать резкий сгиб посредством изменения распределения прочности в прямоугольной трубе.
[0013] Авторы тщательно изучили прочность материала и распределение прочности в прямоугольной трубе и пришли к компоновке, в которой каждая боковая стенка прямоугольной трубы имеет участки низкой прочности с более низкой прочностью, чем другие участки, участки низкой прочности размещаются в продольном направлении. Т.е., авторы пришли к компоновке, в которой участки низкой прочности с более низкой прочностью, чем у участка высокой прочности, располагаются так, чтобы размещать между собой участок высокой прочности. Авторы обнаружили, что, в этой компоновке, нагрузка, получаемая от удара, приложенного к участку высокой прочности, передается участкам низкой прочности, чтобы предотвращать резкоизгибную деформацию. Затем, после дополнительных проб и ошибок, авторы обнаружили, что степень деформации, вызванная ударом относительно участка высокой прочности, может быть эффективно уменьшена посредством оптимизации прочности участка высокой прочности, коэффициента прочности участков низкой прочности по отношению к участку высокой прочности и продольного размера участка высокой прочности. На основании этих добытых сведений авторы пришли к прямоугольной трубе варианта осуществления, описанного ниже.
[0014] Варианты осуществления
Фиг.2A представляет собой вид в перспективе конструкции металлической трубы 1 согласно настоящему варианту осуществления. Фиг.2B представляет собой вид сбоку металлической трубы 1 на фиг.2A, при просмотре в продольном направлении (т.е. y-направлении). Фиг.2C представляет собой вид сбоку металлической трубы 1 на фиг.2A, при просмотре в направлении, перпендикулярном продольному направлению (т.е. x-направлению).
[0015] Как показано на фиг.2A и 2B, металлическая труба 1 является прямоугольной трубой, имеющей прямоугольное поперечное сечение. Металлическая труба 1 включает в себя пару боковых стенок 11 и 12, которые обращены друг к другу, верхний участок 13, соединенный с верхними кромками пары боковых стенок 11 и 12, и нижний участок 14, соединенный с нижними кромками пары боковой стенки 11 и 12. Длина LY металлической трубы 1 в шесть раз больше высоты H боковых стенок 11 и 12 или более, т.е., равна 6H или более (LY≥6H). В варианте осуществления, показанном на фиг.2A и 2B, пара боковых стенок 11 и 12 имеют одинаковую высоту (H). Если боковые стенки 11 и 12 имеют различные высоты, H определяется как высота более высокой из боковых стенок 11 и 12, а длина LY металлической трубы 1 в шесть раз больше H или более.
[0016] Каждая из боковых стенок 11 и 12 включает в себя участок 11A или 12A высокой прочности и участки 11B или 12B низкой прочности. Участки 11A и 12A высокой прочности предоставляются посредством противоположных участков боковых стенок 11 и 12. Т.е., участок 11A высокой прочности одной боковой стенки 11 располагается напротив участка 12A высокой прочности другой боковой стенки 12. Участки 11B и 12A низкой прочности предоставляются посредством противоположных участков боковых стенок 11 и 12. Т.е., участки 11B низкой прочности одной боковой стенки 11 находятся напротив участков 12B низкой прочности другой боковой стенки 12.
[0017] Как показано на фиг.2C, размер каждого из противоположных участков 11A и 12A высокой прочности, при измерении в продольном направлении металлической трубы, LA, не меньше (2/3)H и не больше 3H (2H/3≤LA≤3H). Участки 11A и 12A высокой прочности имеют предел текучести не менее 500 МПа (или предел прочности на разрыв не менее 980 МПа). Что касается каждой боковой стенки, участки 11B или 12B низкой прочности содержат между собой участок 11A или 12A высокой прочности, как определяется в продольном направлении металлической трубы. Предел текучести участков 11B и 12B низкой прочности составляет 60-85% (не менее 60% и не более 85%) предела текучести участков 11A и 12A высокой прочности. Аналогично, предел прочности на разрыв участков 11B и 12B низкой прочности составляет 60-85% пределу прочности на разрыв участков 11A и 12A высокой прочности.
[0018] Каждый участок 11A и 12A высокой прочности протягивается на расстояние не менее (2/3)H и не более 3H, при измерении в продольном направлении металлической трубы. Если боковые стенки 11 и 12 имеют различные высоты, H определяется по высоте более высокой стенки из боковых стенок 11 и 12, и размер участка 11A и 12A высокой прочности, при измерении в продольном направлении металлической трубы 1, составляет не менее (2/3)H и не более 3H.
[0019] Участки 11C или 12C каждой боковой стенки 11 или 12, которые отличаются от участка 11A или 12A высокой прочности и участков 11B или 12B низкой прочности, т.е. участки 11C или 12C, расположенные снаружи участков 11B или 12B низкой прочности, имеют пределы текучести не ниже предела текучести участков 11B или 12B низкой прочности. Например, участки 11C или 12C, расположенные снаружи участков 11B или 12B низкой прочности, могут иметь предел текучести, составляющий пределу текучести участка 11A или 12A высокой прочности. В варианте осуществления участки 11B и 12B низкой прочности являются участками, с более низкими пределами текучести, чем у окружающих участков.
[0020] Как показано на фиг.2A-2C, участки 11B и 12B низкой прочности позиционируются на паре боковых стенок 11 и 12, поддерживающих верхний участок 13, который может принимать ударную нагрузку, так что участки низкой прочности для каждой боковой стенки размещают между собой ассоциированный участок 11A или 12A высокой прочности, тем самым, предотвращая концентрацию деформации, вызванной ударной нагрузкой, на участке 11A или 12A высокой прочности и распределяя деформацию на участки 11B или 12B низкой прочности. Это достигается посредством следующих трех отличительных признаков: Первое, участки 11A и 12A высокой прочности имеют предел текучести не менее 500 МПа (или предел прочности на разрыв не менее 980 МПа). Второе, коэффициент прочности участков 11B и 12B низкой прочности к участкам 11A и 12A высокой прочности составляет 60-85%. Третье, размер LA каждого из противоположных участков 11A и 12A высокой прочности, при измерении в продольном направлении металлической пластины 1, составляет не меньше (2/3)H и не больше 3H. Эти три отличительных признака предоставляют возможность раннего рассеивания деформации, вызванной ударной нагрузкой, приложенной к участку 11A или 12A высокой прочности, на участки 11B или 12B низкой прочности. Это будет предотвращать резкоизгибную деформацию металлической трубы 1 после удара.
[0021] Исследование изобретателей показало, что, в вытянутой металлической трубе с длиной LY, равной 6D или более, такой как металлическая труба 1, поддерживаемая в двух поддерживаемых участках, разделенных в продольном направлении, изгибной момент, создаваемый в и рядом с серединой между двумя поддерживаемыми участками металлической трубы, является наибольшим, когда удар был приложен к или рядом с серединой между двумя поддерживаемыми участками. Принимая во внимание это открытие, участки 11A и 12A высокой прочности могут быть расположены в или рядом с серединой между двумя поддерживаемыми участками, а участки 11B или 12B низкой прочности могут быть расположены так, чтобы размещать между собой ассоциированные участки 11A и 12A высокой прочности, чтобы предотвращать резкое изгибание среднего участка металлической трубы 1 посредством удара. Когда удар прикладывается к позиции на металлической трубе рядом с поддерживаемым участком, нагрузка от изгибного момента является не такой большой, как когда удар прикладывается к середине. Таким образом, металлическая труба менее вероятно должна резко сгибаться, когда удар прикладывается к позиции ближе к поддерживаемому участку, чем к середине между двумя поддерживаемыми участками, чем когда удар с такой же силой прикладывается к середине. По существу, распределение прочности в металлической трубе в и рядом с серединой между двумя поддерживаемыми участками является важным. Распределение прочности в металлической трубе рядом с поддерживаемыми участками является менее важным, чем распределение прочности в и рядом с серединой между двумя поддерживаемыми участками.
[0022] Фиг.3 иллюстрирует характер деформации металлической трубы 2, имеющей прямоугольное поперечное сечение с равномерным распределением прочности. Фиг.4 иллюстрирует характер деформации металлической трубы 1, которая включает в себя участки 11B или 12B низкой прочности, показанные на фиг.2A-2C. Фиг.3 и 4, каждая, показывают характер деформации соответствующей металлической трубы, встречающийся, когда индентору было инструктировано ударять трубу в направлении, перпендикулярном продольному направлению трубы. Фиг.3 и 4, каждая, показывают структуру стенки металлической трубы, при просмотре в направлении, перпендикулярном направлению удара индентора и продольному направлению металлической трубы.
[0023] Как показано на фиг.3, в металлической трубе 2, имеющей равномерное распределение прочности, удар может вызывать деформацию в точке P начала изгибной деформации, которая проходит в форме клина, при просмотре сбоку. В результате, металлическая труба 2 изгибается, чтобы резко выступать в направлении изгиба (т.е., направлении удара). В некоторых случаях металлическая труба 2 может развивать трещину.
[0024] Как показано на фиг.4, в металлической трубе 1, включающей в себя участки 11B низкой прочности (пунктирная линия на фиг.4), размещающие между собой участок 11B высокой прочности, деформация, проходящая внутрь от точки P начала изгибной деформации на участке 11A высокой прочности, при достижении границы между участком 11A высокой прочности и участком 11B низкой прочности, вероятно должна проходить в горизонтальном направлении (т.е., продольном направлении металлической трубы 1), которое предусматривает относительно низкую прочность. По существу, деформация распространяется в продольном направлении, и степень деформации в направлении изгиба (т.е., направлении удара) является небольшой.
[0025] Характеры деформации, показанные на фиг.3 и 4, не ограничиваются случаями, когда индентору было инструктировано ударять металлическую трубу. Аналогичные характеры деформации могут быть созданы, когда, например, металлическая труба изгибается посредством осевого усилия, которое сжимает металлическую трубу в продольном направлении, или когда металлическая труба изгибается, когда индентор прижимается к трубе, чтобы прикладывать статическое усилие в направлении, перпендикулярном продольному направлению, как в испытании трехточечного изгиба.
[0026] Металлическая труба 1 может быть использована в качестве конструктивного элемента. Например, конструктивный элемент может быть образован посредством металлической трубы 1, поддерживаемой в двух находящихся на расстоянии местоположениях, как определено в продольном направлении металлической трубы 1. В таких случаях металлическая труба 1 имеет два соединения, которые должны быть соединены с другим элементом. Т.е., металлическая труба 1 поддерживается посредством другого элемента в соединениях. Соединения могут также называться поддерживаемыми участками. Соединения позиционируются по меньшей мере на одной из боковых стенок 11 и 12, верхнем участке 13 и нижнем участке 14.
[0027] Металлическая труба 1 прикрепляется к другому элементу через соединения. Т.е., металлическая труба 1 соединяется с другим элементом через соединения, так, чтобы быть неподвижными относительно друг друга. Соединения металлической трубы 1 соединяются с другим элементом посредством крепежных элементов или посредством сварки, например. Могут быть предусмотрены три или более соединений.
[0028] Два соединения располагаются в позициях, отдаленных не более чем на 6H, при измерении в продольном направлении металлической трубы 1. Т.е., расстояние между двумя соединениями равно не менее 6H. Участки 11A и 12A высокой прочности и участки 11B и 12B низкой прочности располагаются между двумя соединениями. В этой компоновке, когда удар прикладывается между двумя соединениями, степень выступа, вызванная результирующей деформацией металлической трубы 1, будет меньшей.
[0029] Например, когда металлическая труба 1 используется в качестве конструктивного элемента для транспортного средства, металлическая труба 1 может быть присоединена к транспортному средству, когда металлическая труба 1 поддерживается посредством двух соединений, отделенных в продольном направлении металлической трубы. Здесь, металлическая труба 1 может быть присоединена к транспортному средству, когда верхний участок 13 располагается на внешней стороне транспортного средства и нижний участок 14 располагается в направлении внутренности транспортного средства. Таким образом, когда металлическая труба 1 принимает удар снаружи транспортного средства, степень выступа, получающегося в результате резкого изгиба металлической трубы внутрь транспортного средства, будет меньшей.
[0030] В металлической трубе 1, показанной на фиг.2A-2C, продольное направление LA каждого участка 11A или 12A высокой прочности предпочтительно равно не менее H и не более 3H, где H является высотой боковых стенок 11 и 12 (H≤LA≤3H). Это дополнительно уменьшит степень деформации, вызванной ударом о участок 11A или 12B высокой прочности. Дополнительно, размер LA предпочтительно составляет не менее H и не более (4/3)H (H≤LA≤(4/3)H). Это дополнительно уменьшит степень деформации, вызванной ударом.
[0031] Продольный размер LB каждого участка 11B или 12B низкой прочности предпочтительно составляет не менее (3/5)H ((3/5)H≤LB). Это дополнительно уменьшит степень деформации, вызванной ударом о участок 11A высокой прочности. Размер LB каждого участка 11B низкой прочности предпочтительно составляет не более 2H, например, а более предпочтительно не более H, чтобы обеспечивать некоторую прочность металлической трубе 1.
[0032] Размер LA участков высокой прочности и размер LB участков низкой прочности относительно высоты H боковых стенок не ограничивается обсужденными выше соотношениями, т.е., случаями, когда ((2/3)H≤LA≤3H), или более предпочтительно (H≤LA≤(4/3)H), или еще более предпочтительно (H≤LA≤(4/3)H) или ((3/5)H≤LB), например, строго удовлетворяется. Случаи с погрешностями, которые предоставляют возможность считать размеры удовлетворяющими обсужденным выше соотношениям, также рассматриваются. Дополнительно, длина LY металлической трубы 1 относительно высоты H боковых стенок не ограничивается случаями, когда вышеупомянутое соотношение, т.е. (6H≤LY), строго не удовлетворяется. Металлическая труба с длиной приблизительно в шесть раз больше высоты H боковых стенок может считаться металлической трубой, имеющей вышеупомянутое соотношение (6H≤LY).
[0033] Дополнительно, в варианте осуществления, показанном на фиг.2A-2C, граница между участком 11B низкой прочности и участком 11A высокой прочности и граница между участком 12B низкой прочности и участком 12A высокой прочности протягиваются по линиям, перпендикулярным продольному направлению металлической трубы. Граница между участком низкой прочности и участком высокой прочности не ограничивается этим вариантом осуществления. Например, вместо перпендикулярной продольному направлению металлической трубы граница между участком низкой прочности и участком высокой прочности может быть зигзагообразной. В таких вариантах осуществления граница между участком низкой прочности и участком высокой прочности считается расположенной в середине между позицией на зигзагообразной границе, которая является самой отдаленной к участку низкой прочности, и позицией, которая является самой отдаленной к участку высокой прочности.
[0034] Участки 11A и 12A высокой прочности предпочтительно позиционируются в середине металлической трубы 1, как определено в продольном направлении. Т.е. по меньшей мере участок каждого участка 11A или 12A высокой прочности предпочтительно позиционируется в середине металлической трубы 1, как определено в продольном направлении. Другими словами, центральный участок металлической трубы 1, как определено в продольном направлении, предпочтительно формирует участки 11A и 12A высокой прочности. Это эффективно предотвратит резкое изгибание в середине металлической трубы 1. Альтернативно, если металлическая труба 1 соединяется с другим элементом в двух соединениях, как обсуждено выше, участки 11A и 12A высокой прочности предпочтительно располагаются посередине между двумя соединениями. Т.е., предпочтительно, что по меньшей мере части участков 11A и 12A высокой прочности располагаются посередине между двумя соединениями. Это предотвратит резкое изгибание, вызванное ударом о середину металлической трубы 1. Например, в металлической трубе 1, резкоизгибная деформация в середине, которая имеет наибольший момент, ассоциированный с ударом, эффективно предотвращается.
[0035] Фиг.5A представляет собой вид сверху металлической трубы 1, показанной на фиг.2A, при просмотре сверху (верхний участок 13, в z-направлении). На фиг.5A боковые стенки 11 и 12, видимые, если смотреть сквозь верхний участок 13, указываются прерывистыми линиями. Чтобы предохранять металлическую трубу 1 от скручивания и резкого сгибания, как в варианте осуществления, показанном на фиг.5A, противоположные участки 11A и 12A высокой прочности пары боковых стенок 11 и 12 могут быть расположены так, чтобы полностью перекрываться, при просмотре в направлении, в котором эти противоположные участки размещаются (x-направлении). Т.е., один полный участок 11A высокой прочности перекрывает другой полный участок 12A высокой прочности, при просмотре в направлении, в котором эти противоположные участки размещаются. Противоположные участки 11B и 12B низкой прочности пары боковых стенок 11 и 12 могут быть расположены, чтобы полностью перекрываться, при просмотре в направлении, в котором эти противоположные участки размещаются (x-направлении). Т.е., каждый полный участок 11B низкой прочности одной боковой стенки и соответствующий полный участок 12B низкой прочности другой боковой стенки перекрывают друг друга, при просмотре в направлении, в котором эти противоположные участки размещаются.
[0036] Как показано на фиг.5A, распределение прочности в одной боковой стенке 11 предпочтительно является зеркальным изображением распределения прочности в другой боковой стенке 12. Т.е., участок 11A или 12A высокой прочности и участки 11B и 12B низкой прочности каждой из пары боковых стенок 11 и 12 предпочтительно являются симметричными относительно центральной воображаемой плоскости пары боковых стенок 11 и 12. Это уменьшит вероятность того, что одна из боковых стенок 11 и 12 сминается прежде другой.
[0037] Например, в вариантах осуществления, показанных на фиг.2A-2C и 5A, пара боковых стенок 11 и 12 имеют одинаковую высоту и имеют одинаковый угол относительно верхнего участка 13. Таким образом, в поперечном сечении, перпендикулярном продольному направлению, форма поперечного сечения металлической трубы 1 является симметричной относительно серединного перпендикуляра A верхнего участка 13. Дополнительно, распределение прочности в металлической трубе 1 является симметричным относительно серединного перпендикуляра A. Это уменьшит смещение в механических напряжениях, вызванных ударом.
[0038] Фиг.5B показывает вариант металлической трубы 1, показанной на фиг.2A, с другой конфигурацией участков 11A и 12A высокой прочности и участков 11B и 12B низкой прочности. В варианте осуществления, показанном на фиг.5B, противоположные участки 11A и 12A высокой прочности пары боковых стенок 11 и 12 размещаются так, что их части перекрывают друг друга, при просмотре в направлении, в котором эти противоположные участки размещаются (x-направлении). Таким образом по меньшей мере участок одного участка 11A высокой прочности может перекрывать другой участок 12A высокой прочности, при просмотре в направлении, в котором эти противоположные участки размещаются. Противоположные участки 11B и 12B низкой прочности пары боковых стенок 11 и 12 могут быть расположены так, чтобы их части перекрывались, при просмотре в направлении, в котором эти противоположные участки размещаются (x-направлении). Таким образом по меньшей мере участок каждого участка 11B низкой прочности одной боковой стенки может перекрывать соответствующий участок 12B низкой прочности другой стенки, при просмотре в направлении, в котором эти противоположные участки размещаются.
[0039] Как показано на фиг.5B, продольный размер каждого из участков для участков 11A и 12A высокой прочности, которые перекрываются, при просмотре в направлении, в котором эти противоположные участки размещаются, будет рассматриваться как размер LA противоположных участков 11A и 12A высокой прочности. Аналогично, продольный размер каждого из участков пары участков 11B и 12B низкой прочности, которые перекрываются, при просмотре в направлении, в котором противоположные участки размещаются, будет рассматриваться как размер LB противоположных участков 11B и 12B низкой прочности.
[0040] Таким образом, если участки участков 11A и 12A высокой прочности или участки участков 11B и 12B низкой прочности перекрываются, при просмотре в направлении, в котором противоположные участки размещаются, эти размеры LA и LB могут быть определены как размеры противоположных участков. Значения LA и LB, определенные таким образом, удовлетворяют одному из вышеупомянутых соотношений ((2/3)H≤LA≤3H) или более предпочтительно (H≤LA≤(4/3)H) или еще более предпочтительно (H≤LA≤(4/3)H) или ((3/5)H≤LB).
[0041] В каждой из компоновок, показанных на фиг.2A-2C и 5A и 5B, четыре пластины, т.е. верхний участок 13, боковые стенки 11 и 12 и нижний участок 14, соответствуют различным сторонам прямоугольника поперечного сечения. Что касается каждой из этих четырех пластин, обе кромки соединяются с кромками соседних пластин. Т.е., эти четыре пластины формируются посредством одного непрерывного элемента. Например, четыре пластины металлической трубы 1 могут быть образованы посредством деформации одной пластины. В таких случаях, прямоугольная труба, образованная посредством сгиба одной пластины, составляет металлическую трубу 1. Металлическая труба 1 не имеет участка, выступающего наружу от внешнего контура этой прямоугольной трубы (такого как фланец).
[0042] В металлической трубе 1 ребро формируется по границе между верхним участком 13 и каждой из пары боковых стенок 11 и 12. Аналогично, ребро формируется по границе между нижним участком 14 и каждой из пары боковых стенок 11 и 12. Т.е., ребро формируется между соседними двумя из четырех пластин, т.е. верхним участком 13, боковыми стенками 11 и 12 и нижним участком 14. Эти ребра протягиваются в продольном направлении. Таким образом, металлическая пластина 1 имеет ребра, соответствующие углам прямоугольника поперечного сечения.
[0043] Другими словами, металлическая труба 1 включает в себя верхний участок 13, два первых ребра на обеих кромках верхнего участка 13, нижний участок 14 напротив верхнего участка 13 и два вторых ребра на обеих кромках нижнего участка 14. Металлическая труба 1 дополнительно включает в себя две боковые стенки 11 и 12, расположенные между первыми и вторыми ребрами. Направление, в котором первые ребра протягиваются, будет рассматриваться в качестве продольного направления металлической трубы 1. Направление, в котором первые ребра протягиваются, и направление, в котором вторые ребра протягиваются, могут быть одинаковыми или различными.
[0044] Ребро увеличивает прочность металлической трубы 1 относительно удара. Участки 11A и 12A высокой прочности и участки 11B и 12B низкой прочности предусматриваются на боковых стенках 11 и 12, соединенных, через ребра, с верхним участком 13, который может принимать удар. Это уменьшит резкоизгибную деформацию металлической трубы 1, вызванную ударом о верхний участок 13.
[0045] Фиг.6 представляет собой вид в поперечном сечении варианта металлической трубы 1 с другой формой поперечного сечения. В варианте осуществления, показанном на фиг.6, металлическая труба 1 имеет трапециевидную форму поперечного сечения. В этом варианте осуществления верхняя и нижняя сторона трапеции не являются параллельными. Таким образом, угол между каждой из боковых стенок 11 и 12 и нижним участком 14 и/или угол между каждой из боковых стенок 11 и 12 и верхним участком 13 может не быть равным 90 градусам (прямоугольник). Т.е., форма поперечного сечения металлической трубы 1 может быть прямоугольной или квадратной, или трапециевидной, параллелограммом или любым другим прямоугольником.
[0046] В компоновке, показанной на фиг.6, пара боковых стенок 11 и 12 имеют различные высоты. В таких случаях, высота H боковых стенок определяется как высота более высокой боковой стенки. Здесь, высота H боковых стенок определяется как размер боковых стенок, при измерении в направлении, перпендикулярном верхнему участку 13. Т.е., высота боковых стенок 11 и 12 определяется как размер боковых стенок 11 и 12, при измерении в направлении, перпендикулярном лицевой поверхности между боковыми стенками 11 и 12, которая, как ожидается, должна принимать удар. Определение высоты H боковых стенок является одинаковым в других вариантах осуществления.
[0047] Фиг.7 представляет собой вид в разрезе другого варианта металлической трубы с еще одной формой поперечного сечения. Как показано на фиг.7, углы, которые формируют границы между боковыми стенками 11 и 12 и верхним участком 13 (т.е., плечи), могут быть изогнутыми (R, закругленные участки). Аналогично, углы, которые формируют границы между боковыми стенками 11 и 12 и нижним участком 14 (т.е., плечо), могут быть изогнутыми (R, закругленные участки).
[0048] Если углы, формирующие границы между боковыми стенками 11 и 12 и верхним участком 13, или углы, формирующие границы между боковыми стенками 11 и 12 и нижним участком 14, являются изогнутыми (R, закругленные участки), тогда изогнутые участки (R, закругленные участки) рассматриваются как включенные в боковые стенки 11 и 12, чтобы определять высоту H боковых стенок 11 и 12. В варианте осуществления, показанном на фиг.7, изогнутые участки (R) вдоль углов между боковыми стенками 11 и 12 и верхним участком 13 и изогнутые участки (R) вдоль углов между боковыми стенками 11 и 12 и нижним участком 14 рассматриваются как участки боковых стенок 11 и 12, чтобы определять высоту боковых стенок 11 и 12.
[0049] Хотя не показано по меньшей мере один из верхнего участка 13, боковых стенок 11 и 12 и нижнего участка 14 может быть изогнутой поверхностью вместо плоской поверхности. Т.е. по меньшей мере один из верхнего участка 13, боковых стенок 11 и 12 и нижнего участка 14 может быть изогнут.
[0050] Фиг.8 представляет собой вид в поперечном сечении еще одного варианта металлической трубы с другой формой поперечного сечения. В варианте осуществления, показанном на фиг.8, углубление (или канавка) формируется на каждой из двух кромок каждой из боковых стенок 11 и 12. Таким образом, канавки, протягивающиеся в продольном направлении, формируются вдоль ребер между боковыми стенками 11 и 12 и верхним участком 13 и ребер между боковыми стенками 11 и 12 и нижним участком 14. Таким образом, углубления, выступы, ступеньки или отверстия (далее в данном документе называемые "углублениями и т.д.") могут быть образованы на боковых стенках 11 и 12. Аналогично, углубления и т.д. могут быть образованы на верхнем участке 13 и/или нижнем участке 14.
[0051] Если углубления и т.д. формируются на кромках боковых стенок 11 и 12, как показано на фиг.8, углубления рассматриваются как включенные в боковые стенки 11 и 12, чтобы определять высоту H боковых стенок 11 и 12. В варианте осуществления, показанном на фиг.8, высота H боковых стенок определяется как высота боковых стенок 11 и 12, включающих в себя углубления на обеих кромках.
[0052] В варианте осуществления, показанном на фиг.2A-2C, металлическая труба 1 протягивается прямо в продольном направлении. Альтернативно, металлическая труба 1 может быть изогнута. Например, металлическая труба 1 может быть изогнута, чтобы быть выпуклой на верхнем участке 13.
[0053] Фиг.9A-9D являются видами сбоку примерных вариантов осуществления металлической трубы 1, которые являются изогнутыми в продольном направлении. В вариантах осуществления, показанных на фиг.9A-9D, металлическая труба 1 является изогнутой, чтобы быть выпуклой на верхнем участке 13. На фиг.9A металлическая труба 1 изгибается с постоянным изгибом по всей длине. На фиг.9B и 9C изгиб изменяется в зависимости от позиции, когда определяется в продольном направлении металлической трубы 1. На фиг.9D продольное сечение металлической трубы 1 является изогнутым. В вариантах осуществления, показанных на фиг.9A и 9D, металлическая труба 1 является изогнутой так, чтобы быть симметричной влево-вправо, при просмотре в направлении, перпендикулярном боковым стенкам 11 и 12 (x-направлении). На фиг.9B, 9C и 9D металлическая труба 1 включает в себя участок, который является изогнутым (т.е. изогнутый участок), и участок, протягивающийся по прямой линии (т.е. прямолинейный участок). В варианте осуществления, показанном на фиг.9C, изогнутые участки располагаются на обоих концах прямолинейного участка, как определено в продольном направлении. Т.е., прямолинейный участок располагается между изогнутыми участками. В варианте осуществления, показанном на фиг.9D, прямолинейные участки располагаются на обоих концах изогнутого участка, как определено в продольном направлении.
[0054] Изгиб металлической трубы 1, как обсуждено выше, улучшает ударопрочность по отношению к удару в направлении, противоположном направлению выпуклости изгиба. Например, конструктивный элемент, включающий в себя изогнутую металлическую трубу 1 с поддерживаемыми обоими своими концами, имеет высокую ударопрочность по отношению к удару в направлении, противоположном направлению выпуклости изгиба.
[0055] В вариантах осуществления, показанных на фиг.9A и 9D, пара участков 11B низкой прочности боковой стенки 11 и участок 11A высокой прочности между ними располагаются в изогнутом участке металлической трубы 1. В вариантах осуществления, показанных на фиг.9B и 9C, пара участков 11B низкой прочности боковой стенки 11 и участок 11A высокой прочности между ними располагаются в прямолинейном участке металлической трубы 1. Когда участки 11B низкой прочности и участок 11A высокой прочности располагаются в прямолинейном участке, участок 11A высокой прочности может быть расположен в середине прямолинейного участка, например. Таким образом, участок 11A высокой прочности располагается в участке, где высокий момент вызывается принятым ударом.
[0056] Применения в транспортных средствах
Если металлическая труба 1 используется в качестве конструктивного элемента для транспортного средства, как обсуждалось выше, металлическая труба 1 может поддерживаться посредством двух соединений, отделенных в продольном направлении металлической трубы 1 и, с этим сохраняемым состоянием, может быть присоединена к транспортному средству. Металлическая труба 1 может служить в качестве конструктивного элемента в кузове транспортного средства, бампере или двери транспортного средства, например. Таким образом, кузов транспортного средства, бампер или дверь транспортного средства, включающая в себя металлическую трубу 1, включается в варианты осуществления настоящего изобретения.
[0057] В одной боковой стенке 11 металлической трубы 1, поддерживаемой в двух соединениях, пара участков 11B низкой прочности, отделенных в продольном направлении, и участок 11A высокой прочности между ними могут быть расположены между двумя соединениями. Аналогично, участок 12A высокой прочности и участки 12B низкой прочности могут быть предусмотрены в другой боковой стенке 12 напротив первой боковой стенки 11. Это предотвращает резкое сгибание участков металлической трубы 1, когда большой момент создается, когда прикладывается удар. Это обеспечит конструктивный элемент высокой ударопрочностью.
[0058] Например, участки 11A высокой прочности могут быть расположены в позиции, которая одинаково отдалена от двух соединений (т.е. расположен посередине между двумя соединениями). Например, конструктивный элемент, включающий в себя металлическую трубу 1, имеющую участки 11A высокой прочности в середине в продольном направлении, может быть предусмотрен, с поддерживаемыми своими обоими концами. "Оба конца", когда используются в данном документе, означают оба конца металлической трубы 1 и участки рядом с ними.
[0059] Если металлическая труба 1 устанавливается на транспортное средство, металлическая труба 1 может быть расположена так, что продольный профиль металлической трубы 1 протягивается вдоль внешней формы транспортного средства. Т.е., металлическая труба 1 устанавливается так, что удар, получаемый от аварии транспортного средства, проходит в направлении, перпендикулярном продольному направлению металлической трубы 1. Дополнительно, металлическая труба 1 устанавливается на транспортное средство так, что верхний участок 13 находится снаружи транспортного средства, а нижний участок 14 находится в направлении внутрь транспортного средства. В таких случаях, участки 11A высокой прочности располагаются между соединениями, т.е. в середине металлической трубы 1, и участки 11B низкой прочности располагаются, чтобы помещать их между собой. По существу, когда металлическая труба 1 принимает удар снаружи транспортного средства, металлическая труба 1 выступает внутрь транспортного средства в меньшей степени. Это дополнительно уменьшит вероятность соприкосновения металлической трубы 1 с устройством или человеком в транспортном средстве. Например, при аварии, металлическая труба 1 предохраняется от резкого сгибания внутрь пассажирского салона. Это дополнительно улучшит безопасность.
[0060] Металлическая труба 1 может быть изогнута, как обсуждалось выше. В таких случаях, металлическая труба может быть установлена на транспортное средство, чтобы быть выпуклой к внешней стороне транспортного средства. В таких вариантах осуществления металлическая труба 1 изгибается, чтобы быть выпуклой к внешней стороне транспортного средства. Таким образом, когда металлическая труба 1 принимает удар снаружи транспортного средства, труба менее вероятно должна резко сгибаться.
[0061] Металлическая труба 1 может служить в качестве конструктивного элемента, составляющего часть кузова транспортного средства, бампера или двери транспортного средства. Например, металлическая труба 1 может быть использована в элементе, составляющем часть кузова транспортного средства, такую как передняя стойка, средняя стойка, боковая продольная балка, продольный брус крыши, элемент пола и элемент передней стороны. Альтернативно, металлическая труба 1 может быть использована в элементе, который должен быть установлен на кузове транспортного средства, таком как ударная балка двери или бампер, чтобы защищать устройства или пассажиров в транспортном средстве от удара снаружи.
[0062] Фиг.10A показывает примерный конструктивный элемент, установленный на транспортное средство, который использует монококовую конструкцию. В варианте осуществления, показанном на фиг.10A, передняя стойка 15, средняя стойка 16, боковая продольная балка 17, продольный брус 18 крыши, бампер 19, боковой элемент 20 пола, ударная балка 21 двери, элемент 22 пола и задний боковой элемент 23 используются в качестве конструктивных элементов транспортного средства. По меньшей мере, один из этих конструктивных элементов транспортного средства может состоять из металлической трубы 1, обсужденной выше.
[0063] Если бампер 19 формируется посредством металлической трубы 1, металлическая труба 1 может быть сконструирована так, чтобы оба ее конца поддерживались посредством элемента 20 передней стороны. В этой конструкции момент от нагрузки является максимальным, когда удар прикладывается к середине бампера 19. Участки 11A и 12A высокой прочности располагаются в середине бампера 19, когда определяются в его направлении влево-вправо, а участки 11B и 12B низкой прочности располагаются так, чтобы размещать их между собой. Это предохранит бампер 19 от резкого сгибания посредством удара в середину бампера.
[0064] Если ударная балка 21 двери формируется посредством металлической трубы 1, кронштейны могут быть предусмотрены на обоих концах металлической трубы 1. Металлическая труба 1 устанавливается на дверной раме с помощью кронштейнов на обоих концах. В таких случаях, также, участки 11A и 12A высокой прочности могут быть расположены в середине металлической трубы. Т.е., участки 11A и 12A высокой прочности могут быть расположены в середине металлической трубы 1, формирующей ударную балку 21 двери, т.е. между концами трубы, которые служат в качестве соединительных участков. Это предотвратит резкое сгибание участков, когда наибольший момент создается при приеме удара.
[0065] Металлическая труба 1 может быть применена не только к транспортным средствам, использующим монококовую конструкцию, но также к транспортным средствам, использующим рамную конструкцию. Фиг.10B показывает транспортное средство, включающее в себя кузов транспортного средства с пространственной рамной конструкцией, описанной в JP 2011-37313 A. Кузов транспортного средства с пространственно-рамной конструкцией включает в себя множество труб 31 и соединение 32, соединяющее трубы 31. Трубы 31 располагаются внутри оболочки 30 кузова, которая покрывает внешнюю сторону кузова транспортного средства. Трубы 31 включают в себя трубы, протягивающиеся в направлении вверх-вниз, трубы, протягивающиеся в направлении вперед-назад, и трубы, протягивающиеся в направлении влево-вправо. По меньшей мере, некоторые из труб 31 могут, каждая, быть образованы посредством металлической трубы 1, обсужденной выше. Применение металлической трубы 1, обсужденной выше, в качестве трубы (или трубки), составляющей часть транспортного средства с пространственно-рамной структурой, является эффективной, когда труба не может быть согнута глубоко внутрь кузова транспортного средства, в котором располагаются пассажир или двигатель.
[0066] Обсужденные выше результаты являются значимыми, когда металлическая труба 11B или 12B, составляющая конструктивный элемент транспортного средства, выполняется из сверхвысокопрочной стали с пределом прочности на разрыв (т.е. пределом прочности на разрыв участков, отличных от участков 11B и 12B низкой прочности) не менее 780 МПа (или пределом текучести не менее 400 МПа). Результаты являются еще более значимыми, когда участки металлической трубы 1, отличные от участков 11B и 12B низкой прочности, имеют прочность, представленную пределом прочности на разрыв не менее 980 МПа (или пределом текучести не менее 500 МПа).
[0067] Металлическая труба 1 может быть использована в качестве различных конструктивных элементов транспортного средства и не ограничивается четырехколесными транспортными средствами, такими как автомобили, показанные на фиг.10A и 10B, но может также быть использована в качестве конструктивного элемента двухколесного транспортного средства, например. Применения конструктивного элемента, состоящего из металлической трубы 1, не ограничиваются транспортными средствами. Например, металлическая труба 1 может быть использована в качестве конструктивного элемента ударопрочного контейнера, здания, судна, летательного аппарата или т.п.
[0068] Способы, которыми металлическая труба 1 используется в качестве конструктивного элемента, не ограничиваются вариантами осуществления, где оба конца металлической трубы 1 соединяются с другим элементом. Другой элемент может быть соединен с произвольными двумя позициями на металлической трубе 1, которые отделены на 6H или более в продольном направлении. Т.е., два соединения могут быть расположены в произвольных позициях на металлической трубе 1, которые не ограничиваются обоими концами трубы.
[0069] Процесс производства
Металлическая труба 1 может быть полностью образована из одного и того же материала. Металлическая труба 1 может быть образована из металлической пластины. Например, одна стальная пластина может быть согнута, и одна кромка стальной пластины может быть соединена с противоположной кромкой посредством сварки, например, чтобы формировать трубчатый конструктивный элемент с прямоугольным поперечным сечением (т.е., прямоугольную трубу). Альтернативно, сплошная прямоугольная колонна может быть пробурена, чтобы формировать осевое отверстие, чтобы формировать металлическую трубу 1. Если прямоугольная труба должна быть изогнута, например, могут быть использованы такие способы сгибания как прессовое сгибание, сгибание посредством растяжения, сгибание посредством сжатия, сгибание качением, MOS-сгибание или сгибание посредством эксцентриковой оправки.
[0070] Процесс производства металлической трубы 1 включает в себя этап формирования участков низкой прочности в материале. Способ формирования участков низкой прочности не ограничивается каким-либо конкретным способом; например, материал может быть локально нагрет и быстро охлажден таким способом как лазерный способ или высокочастотный нагрев, чтобы создавать металлическую трубу 1, включающую в себя закаленные участки. В таких случаях участки, которые не были быстро охлаждены, предоставляют участки низкой прочности с относительно низкой прочностью. Альтернативно, термическое улучшение может быть выполнено, чтобы упрочнять всю прямоугольную трубу, которая затем локально прокаливается, чтобы формировать участки низкой прочности.
[0071] Альтернативно, трубчатый элемент может перемещаться в осевом направлении, чтобы последовательно выполнять этапы нагрева, предоставления сгибающего момента и охлаждения, чтобы создавать металлическую трубу 1, которая изгибается в продольном направлении. Во время этого способа катушка индукционного нагрева располагается вокруг трубчатого элемента, который локально нагревается до температур, которые предоставляют возможность пластичной деформации. Нагретый участок перемещается в направлении трубы, и, с участком, сохраняемым горячим, подвижное захватывающее средство, такое как подвижная роликовая волока, расположенная на трубчатом элементе ниже по потоку от катушки индукционного нагрева, перемещается, чтобы обеспечивать сгибающий момент. Участок, который был согнут таким образом, охлаждается посредством устройства охлаждения, расположенного между катушкой индукционного нагрева и подвижным захватывающим средством. Во время этого процесса, например, условия для нагрева и охлаждения могут изменяться по периметру трубчатого элемента, чтобы формировать участки низкой прочности в трубчатом элементе.
[0072] Металлическая труба 1 может быть изготовлена другими способами. Специализированная заготовка или другие известные способы могут быть использованы, чтобы формировать металлическую трубу 1 с участками низкой прочности.
[0073] В металлической трубе 1, обсужденной выше, распределение предела текучести в участках 11A и 12A высокой прочности может не быть равномерным. В неподвижном диапазоне изменение в пределе текучести обычно находится в пределах ±10%. Принимая это во внимание, 90% максимального, Smax, предела текучести в участках 11A и 12A высокой прочности определяют предел текучести (или эталонную прочность) участка 11A или 12A высокой прочности, SA (SA=0,9 Smax). Диапазон предела текучести более 0,85 SA и менее 0,9 SA (т.е. 85%-90% SA) (переходный диапазон) считается частью участка 11A или 12A высокой прочности. Предел текучести в участках 11A и 12A высокой прочности больше 0,85 SA (т.е. 85% SA). Т.е., диапазон предела текучести больше 0,85 SA представляет участок 11A или 12A высокой прочности.
[0074] Фиг.11 показывает пример распределения предела текучести в участке трубы, включающем в себя границу между участком 11B или 12B низкой прочности и участком 11A или 12A высокой прочности. На фиг.11 продольная ось представляет предел текучести, в то время как горизонтальная ось представляет позицию в y-направлении. В примере на фиг.11, 90% максимального Smax предела текучести в участке высокой прочности (0,9 Smax) определяет предел SA текучести для участка высокой прочности. В участке высокой прочности диапазон предела текучести не менее 0,9 SA называется постоянным диапазоном. Дополнительно, диапазон предела текучести более 0,85 SA и менее 0,9 SA является переходным диапазоном, который протягивается между участком низкой прочности и постоянным диапазоном участка высокой прочности. Переходный диапазон считается включенным в участок высокой прочности. Т.е., позиция для предела текучести, равного 0,85 SA, представляет границу между участком низкой прочности и участком высокой прочности. Т.е., диапазон предела текучести более 0,85 SA формирует участок высокой прочности, в то время как диапазон предела текучести не более 0,85 SA формирует участок низкой прочности.
[0075] Предел текучести участка низкой прочности составляет не менее 0,6 SA и не более 0,85 SA (60-85% SA). Даже если металлическая труба 1 включает в себя некоторые участки, окруженные участком низкой прочности и имеющие прочность не более 0,6 SA, они считаются частью участка 11B или 12B низкой прочности, если они являются достаточно небольшими, что их влияние на характер деформации металлической трубы 1 является незначительным.
Примеры
[0076] Настоящие примеры использовали моделирования, чтобы анализировать деформацию металлических труб с прямоугольными поперечными сечениями, возникающую, когда индентеру было инструктировано ударять металлические трубы. Фиг.12 показывает конфигурацию аналитической модели в моделированиях. В настоящем моделировании металлическая труба 10 была помещена на двух стендах 3 с тем, чтобы протягиваться поверх и между ними, и, с сохраняемым таким состоянием, индентору (ударному устройству) 4 было инструктировано ударять середину металлической трубы 10, которая определена в ее продольном направлении, и характер деформации был проанализирован.
[0077] Масса индентора 4 составляла 350 кг; ширина WI индентора 4, которая измерена в y-направлении, составляла 160 мм; радиус изгиба R ударной поверхности 4s индентора 4 составлял 150 мм; и первоначальная скорость индентора 4 составляла 4 м/с. Коэффициент трения составлял 0,1. Металлическая труба 10 имеет квадратное поперечное сечение с каждой из сторон, имеющей длину 50 мм. Высота H металлической трубы 10 составляла 50 мм, толщина пластины металлической трубы 10 составляла 1,4 мм, значение R металлической трубы 10 составляло 5 мм, а длина LY металлической трубы 10 составляла 1000 мм. Расстояние LS между стендами 3 составляло 400 мм.
[0078] Каждая из пары боковых стенок, соединенных с обеими кромками верхнего участка, который включает в себя поверхность, об которую индентору 4 было инструктировано ударяться, включает в себя участок 10A высокой прочности и участки 10B низкой прочности, размещающие между собой участок высокой прочности. Участок 10A высокой прочности был расположен в середине металлической трубы 10, как определено в продольном направлении. Т.е., металлическая труба 10 была прямоугольной трубой, имеющей прямоугольное поперечное сечение. Металлическая труба 10 включает в себя пару противоположных боковых стенок, верхний участок, соединенный с верхними кромками боковых стенок, и нижний участок, соединенный с нижними кромками боковых стенок. Индентору 4 было инструктировано ударять верхний участок. Длина LY металлической трубы 10 была в шесть раз больше высоты H боковых стенок или более (LY≥6H).
[0079] Фиг.12B показывает конфигурацию другой аналитической модели в моделированиях. В примере на фиг.12B оба конца металлической трубы 10 были соединены с двумя стендами 3. Результаты моделирования для аналитической модели на фиг.11B были аналогичны результатам моделирования для аналитической модели на фиг.12A.
2
2
[0080] Были проведены ударные моделирования, когда предел текучести участков 10B низкой прочности составлял 100 кгс/мм, а предел текучести других участков, включающих в себя участок 10A высокой прочности, составлял 120 кгс/мм (коэффициент прочности участков 10B низкой прочности относительно участка 10A высокой прочности составляет приблизительно 0,83), с различными размерами LA участка 10A высокой прочности и различными размерами LB участков 10B низкой прочности.
2
2
[0081] Таблица 1, приведенная ниже, показывает значения характера деформации, полученные из результатов моделирования, когда коэффициент прочности, обсужденный выше, был составляет 0,83 (предел текучести участков 10B низкой прочности составляет YP 100 кгс/мм, а предел текучести других участков, включающих в себя участки 10A высокой прочности, составляет YP 120 кгс/мм), с различными размерами LA участков 10A высокой прочности и различными толщинами t пластины металлической трубы 10. В таблице 1 "Отличный" в столбце, обозначенном "Характер деформации", означает очень хороший характер, "Хороший" означает хороший характер, а "Плохой" означает плохой характер. Эти оценки характеров деформации были выполнены на основе величины проникновения индентора, обнаруженной, когда возникло резкое сгибание. Величина проникновения индентора может также называться ходом ударного устройства или смещением индентора.
[0082] Таблица 1
Случай
LA
<sub>t [мм]</sub>
Характер деформации
1
0
1,4
Плохой
2
2H/3
1,4
Хороший
3
H
1,4
Отличный
4
4H/3
1,4
Отличный
5
2H
1,4
Хороший
6
8H/3
1,4
Хороший
7
3H
1,4
Хороший
8
10H/3
1,4
Плохой
9
4H
1,4
Плохой
10
2H
1,0
Хороший
11(=5)
2H
1,4
Хороший
12
2H
1,8
Хороший
[0083] Фиг.13 показывает результаты моделирований того, как металлическая труба 10 деформировалась, когда величина проникновения индентора 4 составляла 40 мм. Фиг.13 показывает, как металлическая труба 10 деформировалась для каждого из случаев 1-3, 5 и 7-9, показанных в таблице 1. Результаты, показанные на фиг.13, показывают, что диапазон участка, деформированного посредством удара для каждого из случаев 2, 3, 5 и 7, т.е. 2H/3≤LA≤3H, был шире диапазона для каждого из других случаев, т.е. случаев 1, 8 и 9. Т.е., в случаях 1, 8 и 9 возник режим деформации, называемый "резкоизгибным режимом", когда согнутый участок выступал резко. В случаях 2, 3, 5 и 7 возник режим деформации, называемый "смятием поперечного сечения", когда верхний участок, который принял удар, и участки боковых стенок были смяты ударом.
[0084] Фиг.14 является графиком, показывающим результаты моделирований хода ударного устройства во время резкого сгибания для случаев 1-12 в таблице 1. В результатах, показанных на фиг.14, ход ударного устройства во время резкого сгибания является более значительным для случаев 2-7 и 10-12, чем для случая 1, т.е. когда участки 10B низкой прочности не предусматриваются. Это показывает, что резкое сгибание менее вероятно должно возникать для случаев 2-7 и 10-12, чем когда участки 10B низкой прочности не предусматриваются. Дополнительно, ход ударного устройства во время резкого сгибания является более значительным для случаев 3-7, т.е. когда H≤LA≤3H, чем в других случаях. Это показывает, что резкое сгибание особенно маловероятно должно возникать для случаев 3-7. Дополнительно, для случаев 3 и 4, т.е. когда H≤LA≤4H/3, ход ударного устройства является заметно высоким, дополнительно предотвращая резкое сгибание.
2
2
[0085] Ударные моделирования были проведены с различными соотношениями между прочностью участков 10B низкой прочности и прочностью других участков, включающих в себя участок 10A высокой прочности. Фиг.15 является графиком, показывающим величину деформации, ассоциированную с изгибной деформацией, найденной, когда ударные нагрузки были привнесены с различными коэффициентами прочности между участком 10B низкой прочности и другими участками, включающими в себя участок 10A высокой прочности. На фиг.15 вертикальная ось указывает величину вторжения (или величину выступа) металлической трубы 10, при измерении в направлении удара (z-направлении). Горизонтальная ось указывает отношение прочности участков 10B низкой прочности к прочности участка 10A высокой прочности (коэффициент прочности=прочность участков низкой прочности/прочность участка высокой прочности). На графике на фиг.15 нанесенные ромбовидные узоры указывают результаты, полученные, когда предел текучести участка высокой прочности составлял YS 120 кгс/мм, в то время как нанесенные прямоугольники указывают результаты, полученные, когда предел текучести участка высокой прочности составлял 145 кгс/мм.
[0086] На участке с коэффициентами прочности, равными 0,60-0,85, величина проникновения уменьшается, когда коэффициент прочности увеличивается (стрелка Y1). На этом участке режим деформации металлической трубы 10 был смятием поперечного сечения. На этом участке, когда прочность участков 10B низкой прочности была низкой (коэффициент прочности был не выше 0,60), деформация была смятием поперечного сечения, но с большой величиной проникновения, практически равной величинам проникновения для коэффициентов прочности, равных 0,85 и выше. Когда коэффициент прочности превышает 0,85, величина проникновения быстро увеличивается (стрелка Y2). Дополнительно, когда коэффициент прочности увеличился на участке коэффициентов прочности, равных 0,85 и выше, величина проникновения увеличилась, когда коэффициент прочности увеличился (стрелка Y3). Причина, вероятно, состоит в том, что при пограничном коэффициенте прочности, равном 0,85, режим деформации перешел со смятия поперечного сечения на резкое сгибание. Таким образом, когда прочность участков 10B низкой прочности была слишком высокой (т.е. коэффициент прочности был высоким), труба деформировалась с резким сгибанием, приводя в результате к большим величинам проникновения. Результаты, показанные на фиг.15, подтверждают, что, чтобы уменьшать величину проникновения, ассоциированную с резким сгибанием, вызванным ударом, коэффициент прочности составляет предпочтительно 60-85%, а более предпочтительно 70-85%.
[0087] Хотя вариант осуществления настоящего изобретения был описан, вышеописанный вариант осуществления является просто примером для выполнения изобретения. Соответственно, настоящее изобретение не ограничивается вышеописанным вариантом осуществления, и вариант осуществления может быть модифицирован надлежащим образом без отступления от духа изобретения.
[0088] Металлическая труба настоящего изобретения может быть подходящим образом использована в различных областях в форме стальной трубы; однако, металлическая труба не ограничивается стальной трубой и может быть алюминиевой трубой или другими металлическими трубами.
Перечень ссылочных позиций
[0089] 1: металлическая труба
11, 12: боковые стенки
13: верхний участок
14: нижний участок
11A, 12A: участки высокой прочности
11B, 12B: участки низкой прочности