КОНСТРУКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО
STRUCTURAL ELEMENT AND VEHICLE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к ударопрочному конструктивному элементу и использующему его транспортному средству.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Конструктивные элементы, используемые в качестве усиливающих элементов для транспортных средств, должны иметь высокую прочность и небольшой вес. Например, WO 2005/058624 (Патентный документ 1) раскрывает металлическую трубу для крепления к кузову автомобиля для обеспечения ударной прочности, при этом труба поддерживается с обоих концов. Металлическая труба включает в себя изогнутый участок вдоль всей ее длины или вдоль части ее длины. Металлическая труба располагается таким образом, что направление, к котором обращена наружная периферия изогнутого участка, в общем выровнено с направлением ударов, которые могут быть приложены к кузову. Эта металлическая труба имеет улучшенную ударную прочность для усиления кузова по сравнению с усиливающими элементами, использующими прямые трубы.
ДОКУМЕНТЫ ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
Патентный документ 1: WO 2005/058624.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ
Обычно, когда толщину стенки конструктивного элемента уменьшают, чтобы уменьшить его вес, его прочность увеличивается. Когда конструктивный элемент принимает удар, который превышает его предел текучести, он резко изгибается таким образом, что образуется выступающий участок изгиба. При уменьшении толщины стенки конструктивного элемента величина выступа, образующегося вследствие изгибания под действием удара, имеет тенденцию к увеличению. В то же время, если конструктивный элемент должен использоваться, например, в транспортном средстве, предпочтительно, чтобы, когда удар вследствие столкновения деформирует конструктивный элемент, величина выступа, образующегося вследствие происходящего в результате изгибания конструктивного элемента, была небольшой, так как большой выступ на участке изгиба означает локальное поглощение энергии, что означает, что элемент в целом будет иметь только небольшую поглощающую способность. Если конструктивный элемент будет поглощать энергию удара более эффективно, энергия удара, прилагаемая к пассажиру в транспортном средстве, будет уменьшена.
С учетом этого настоящее изобретение предлагает конструктивный элемент, который способен эффективно поглощать энергию удара, и использующее его транспортное средство.
СРЕДСТВА РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ
Конструктивный элемент в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения включает в себя участок верхней поверхности, корытообразный элемент и закрывающую пластину. Корытообразный элемент включает в себя пару боковых стенок, продолжающихся от обоих краев участка верхней поверхности и обращенных друг к другу, и пару фланцев, обеспеченных на соответствующих боковых стенках, причем каждый фланец продолжается наружу, как определяется вдоль направления, в котором распределены боковые стенки, от второго края соответствующей боковой стенки, противоположного ее первому краю, смежному участку верхней поверхности. Закрывающая пластина находится в контакте с парой фланцев корытообразного элемента. Каждая из боковых стенок включает в себя участок низкой прочности, продолжающийся от первого края боковой стенки до позиции на предварительно заданном расстоянии. Предварительно заданное расстояние составляет от 20 до 40% от высоты боковой стенки. Предел текучести участка низкой прочности составляет от 60 до 85% от предела текучести боковой стенки, измеренного в позиции половины ее высоты.
ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение предлагает конструктивный элемент, который, когда он принимает удар, способен эффективно поглощать энергию удара.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1A - вид в поперечном разрезе конструктивного элемента в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения.
Фиг. 1B - вид в плане конструктивного элемента, показанного на фиг. 1A.
Фиг. 1C - вид сбоку конструктивного элемента, показанного на фиг. 1A.
Фиг. 2 - схематически иллюстрирует, каким образом может быть проведено испытание на удар.
Фиг. 3 - показывает, как конструктивный элемент, имеющий равномерное распределение прочности, может деформироваться под действием удара.
Фиг. 4 - показывает, как конструктивный элемент, имеющий участок низкой прочности, может деформироваться под действием удара.
Фиг. 5 - иллюстрирует деформационное поведение конструктивного элемента, имеющего равномерное распределение прочности.
Фиг. 6 - иллюстрирует деформационное поведение конструктивного элемента, имеющего участок низкой прочности.
Фиг. 7A - показывает, как конструктивный элемент может деформироваться под действием ударной нагрузки.
Фиг. 7B - показывает, как конструктивный элемент может деформироваться под действием ударной нагрузки.
Фиг. 8 - иллюстрирует деформационное поведение конструктивного элемента, имеющего участок низкой прочности меньшего размера, чем участок низкой прочности на фиг. 6.
Фиг. 9A - вид в поперечном разрезе конструктивного элемента в соответствии с модификацией варианта воплощения.
Фиг. 9B - вид в поперечном разрезе конструктивного элемента в соответствии с модификацией, в котором модифицирована его закрывающая пластина.
Фиг. 10 - показывает конструктивный элемент, в котором участок верхней поверхности является наклонным, иллюстрируя направление высоты боковых стенок 1b.
Фиг. 11A - вид в поперечном разрезе конструктивного элемента в соответствии с модификацией.
Фиг. 11B - вид в поперечном разрезе конструктивного элемента в соответствии с модификацией.
Фиг. 11C - вид в поперечном разрезе конструктивного элемента в соответствии с модификацией.
Фиг. 11D - вид в плане конструктивного элемента, показанного на фиг. 11B.
Фиг. 12A - вид в поперечном разрезе конструктивного элемента в соответствии с другой модификацией.
Фиг. 12B - вид в плане конструктивного элемента, показанного на фиг. 12A.
Фиг. 12C - вид сбоку конструктивного элемента, показанного на фиг. 12A.
Фиг. 13 - показывает пример конструктивного элемента, устанавливаемого в транспортном средстве.
Фиг. 14 - показывает среднюю стойку кузова, реализованную посредством конструктивного элемента в соответствии с вариантом воплощения.
Фиг. 15 - схематически показывает аналитическую модель (модель с прямым расположением корытообразного элемента) в имитационных испытаниях.
Фиг. 16 - иллюстрирует различные размеры конструктивных элементов, используемых в имитационных испытаниях.
Фиг. 17 - график величины деформации вследствие изгибания под действием удара, с разными соотношениями прочности между участками низкой прочности и другими участками.
Фиг. 18 - схематически показывает аналитическую модель (модель с обратным расположением корытообразного элемента) в имитационных испытаниях.
Фиг. 19 - график, показывающий результаты анализа имитационных испытаний для модели с прямым расположением корытообразным элементом.
Фиг. 20 - график, показывающий результаты анализа имитационных испытаний для модели с обратным расположением корытообразным элементом.
Фиг. 21 - показывает результаты анализа деформационного поведения модели с прямым расположением корытообразного элемента.
Фиг. 22 - показывает результаты анализа деформационного поведения модели с обратным расположением корытообразного элемента.
Фиг. 23 - показывает, как был деформирован опытный образец с однородной прочностью.
Фиг. 24 - показывает, как был деформирован опытный образец с участком низкой прочности.
Фиг. 25 - график, показывающий результаты измерений в испытаниях на удар опытных образцов и результаты анализа с помощью имитационных испытаний, использующих модели таких же конструктивных элементов, как и опытные образцы.
ВАРИАНТЫ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Конструктивный элемент первой конфигурации в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения включает в себя закрывающую пластину и корытообразный элемент. Корытообразный элемент включает в себя участок верхней поверхности, пару фланцев, обеспеченных в контакте с закрывающей пластиной, и пару боковых стенок, продолжающихся от обоих краев участка верхней поверхности и обращенных друг к другу. Каждая из боковых стенок включает в себя первый край, смежный участку верхней поверхности, и второй край, противоположный первому краю, причем соответствующий один из фланцев продолжается от второго края наружу, как определяется вдоль направления, в котором распределены боковые стенки. То есть каждый из фланцев продолжается от второго края соответствующей одной из боковых стенок. Пара фланцев соединены с закрывающей пластиной.
Каждая из пары боковых стенок включает в себя участок высокой прочности, включающий в себя середину боковой стенки, определяемую вдоль направления, перпендикулярного участку верхней поверхности, и участок низкой прочности, имеющий предел текучести от 60 до 85% от предела текучести боковой стенки, измеренного в середине боковой стенки. Как определяется вдоль направления, перпендикулярного участку верхней поверхности, участок низкой прочности продолжается от первого края боковой стенки в направлении второго края до позиции на расстоянии от 20 до 40% от высоты боковой стенки. Как определяется вдоль продольного направления боковой стенки, участок низкой прочности продолжается на расстояние, которое равно или больше, чем высота боковой стенки.
Другими словами, участок низкой прочности каждой из пары боковых стенок продолжается от первого края боковой стенки до позиции на предварительно заданном расстоянии (т.е. расстоянии от 20 до 40% от высоты боковой стенки). То есть участок низкой прочности продолжается от первого края боковой стенки до границы между участком высокой прочности и участком низкой прочности. Расстояние между первым краем боковой стенки и участком разделяющей границы в направлении высоты боковой стенки составляет от 20 до 40% от высоты боковой стенки.
Кроме того, размер участка низкой прочности каждой из боковых стенок, измеряемый в продольном направлении боковой стенки, равен или больше, чем размер боковой стенки, измеряемый в направлении высоты, (т.е. высота боковой стенки).
В первой конфигурации направление высоты каждой из боковых стенок представляет собой направление, перпендикулярное участку верхней поверхности. Высота боковой стенки представляет собой расстояние между первым краем боковой стенки и ее вторым краем, измеряемое в направлении, перпендикулярном участку верхней поверхности. Во второй и четвертой конфигурациях, рассматриваемых ниже, направление высоты боковой стенки также представляет собой направление, перпендикулярное участку верхней поверхности.
Продольное направление каждой из боковых стенок представляет собой продольное направление конструктивного элемента, а также продольное направление участка верхней поверхности. Конструктивный элемент представляет собой удлиненный элемент, имеющий продольное направление (продольную ось). Продольное направление боковой стенки совпадает с направлением, в котором продолжается ребро между боковой стенкой и участком верхней поверхности (первое ребро). Продольное направление боковой стенки по существу перпендикулярно направлению высоты боковой стенки.
Предел текучести участка низкой прочности каждой из пары боковых стенок составляет от 60 до 85% от предела текучести боковой стенки, измеренного в ее середине, определяемой вдоль направления, перпендикулярного участку верхней поверхности. Середина боковой стенки, определяемая вдоль направления, перпендикулярного участку верхней поверхности, представляет собой позицию половины высоты боковой стенки.
Как определяется вдоль направления высоты боковой стенки, участок высокой прочности продолжается от границы между участком низкой прочности и участком высокой прочности до второго края боковой стенки (т.е. края, смежного закрывающей пластине).
Рассмотренная выше первая конфигурация может быть перефразирована во второй конфигурации, рассматриваемой ниже. Конструктивный элемент во второй конфигурации включает в себя по меньшей мере одну закрывающую пластину и корытообразный элемент. Корытообразный элемент включает в себя участок верхней поверхности, два первых ребра на обоих краях участка верхней поверхности, два фланца, соединенные с закрывающей пластиной, два вторых ребра на краях двух фланцев и две боковые стенки, каждая из которых располагается между соответствующим одним из двух первых ребер и соответствующим одним из двух вторых ребер. Каждая из двух боковых стенок включает в себя участок низкой прочности. Участок низкой прочности каждой из двух боковых стенок во второй конфигурации продолжается от первого ребра в направлении второго ребра до позиции на от 20 до 40% от расстояния между первым ребром и вторым ребром, измеряемого в направлении, перпендикулярном участку верхней поверхности. Как определяется вдоль направления, в котором продолжается первое ребро, участок низкой прочности продолжается на длину, которая равна или больше, чем расстояние между первым ребром и вторым ребром, измеряемое в направлении, перпендикулярном участку верхней поверхности. Участок низкой прочности имеет предел текучести от 60 до 85% от предела текучести боковой стенки, измеренного в середине боковой стенки между первым ребром и вторым ребром. Середина между первым ребром и вторым ребром совпадает с серединой боковой стенки, определяемой вдоль направления, перпендикулярного участку верхней поверхности.
Каждая из двух боковых стенок включает в себя участок низкой прочности и участок высокой прочности, имеющий предел текучести выше, чем участок низкой прочности. Как определяется вдоль направления боковой стенки, перпендикулярного участку верхней поверхности, участок высокой прочности продолжается от второго ребра до границы между участком низкой прочности и участком высокой прочности. Участок середины боковой стенки, определяемой вдоль направления, перпендикулярного участку верхней поверхности, включен в участок высокой прочности.
Конструктивный элемент в третьей конфигурации в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения включает в себя по меньшей мере одну закрывающую пластину и корытообразный элемент. Корытообразный элемент включает в себя участок верхней поверхности, два первых ребра на обоих краях участка верхней поверхности, два фланца, соединенных с закрывающей пластиной, два вторых ребра на краях двух фланцев и две боковые стенки, каждая из которых располагается между соответствующим одним из двух первых ребер и соответствующим одним из двух вторых ребер. Каждая из двух боковых стенок включает в себя участок низкой прочности. Участок низкой прочности каждой из двух боковых стенок в третьей конфигурации продолжается от второго ребра в направлении первого ребра до позиции на от 20 до 40% от расстояния между вторым ребром и первым ребром, измеряемого в направлении, перпендикулярном закрывающей пластине. Как определяется вдоль направления, в котором продолжается второе ребро, участок низкой прочности продолжается на длину, которая равна или больше, чем расстояние между вторым ребром и первым ребром, измеряемое в направлении, перпендикулярном закрывающей пластине. Участок низкой прочности имеет предел текучести от 60 до 85% от предела текучести боковой стенки, измеренного в середине боковой стенки, определяемой вдоль направления, перпендикулярного закрывающей пластине.
Каждая из пары боковых стенок в третьей конфигурации включает в себя участок высокой прочности, включающий в себя середину боковой стенки, определяемую вдоль направления, перпендикулярного закрывающей пластине, и участок низкой прочности, имеющий предел текучести от 60 до 85% от предела текучести боковой стенки, измеренного в ее середине. Как определяется вдоль направления, перпендикулярного закрывающей пластине, участок низкой прочности продолжается от второго края боковой стенки в направлении первого края до позиции на расстоянии от 20 до 40% от высоты боковой стенки. Второй край представляет собой один из двух краев, определяемых вдоль направления высоты боковой стенки, смежный закрывающей пластине. Первый край представляет собой один из краев, определяемых вдоль направления высоты боковой стенки, смежный участку верхней поверхности. Как определяется вдоль продольного направления боковой стенки, участок низкой прочности продолжается на расстояние, которое равно или больше, чем высота боковой стенки.
В третьей конфигурации направление высоты каждой из боковых стенок представляет собой направление, перпендикулярное закрывающей пластине. Высота боковой стенки представляет собой расстояние между первым краем боковой стенки и ее вторым краем, измеряемое в направлении, перпендикулярном закрывающей пластине.
В третьей конфигурации каждая из двух боковых стенок включает в себя участок низкой прочности и участок высокой прочности, имеющий предел текучести выше, чем участок низкой прочности. Как определяется вдоль направления, перпендикулярного закрывающей пластине, для каждой из боковых стенок участок высокой прочности продолжается от первого ребра до границы между участком низкой прочности и участком высокой прочности. Участок боковой стенки, расположенный в середине боковой стенки, определяемой вдоль направления, перпендикулярного закрывающей пластине, включен в участок высокой прочности.
Конструктивный элемент в четвертой конфигурации в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения включает в себя по меньшей мере одну закрывающую пластину и желобчатый элемент. Желобчатый элемент включает в себя участок верхней поверхности, два первых ребра на обоих краях участка верхней поверхности, два соединения, соединенных с закрывающей пластиной, и две боковые стенки, каждая из которых располагается между соответствующим одним из двух первых ребер и соответствующим одним из двух соединений. Каждая из двух боковых стенок включает в себя участок низкой прочности. Участок низкой прочности каждой из двух боковых стенок в четвертой конфигурации продолжается от первого ребра в направлении соединения до позиции на от 20 до 40% от расстояния между первым ребром и соединением, измеряемого в направлении, перпендикулярном участку верхней поверхности. Как определяется вдоль направления, в котором продолжается первое ребро, участок низкой прочности продолжается на длину, которая равна или больше, чем расстояние между первым ребром и соединением, измеряемое в направлении, перпендикулярном участку верхней поверхности. Участок низкой прочности имеет предел текучести от 60 до 85% от предела текучести боковой стенки, измеренного в середине боковой стенки, определяемой вдоль направления, перпендикулярного участку верхней поверхности.
Каждая из двух боковых стенок включает в себя участок низкой прочности и участок высокой прочности, имеющий предел текучести выше, чем участок низкой прочности. Как определяется вдоль направления, перпендикулярного участку верхней поверхности, участок высокой прочности обеспечен на боковой стенке и продолжается от соединения до границы между участком низкой прочности и участком высокой прочности. Участок боковой стенки, расположенный в середине между первым ребром и соединением, определяемой вдоль направления, перпендикулярного участку верхней поверхности, включен в участок высокой прочности.
В четвертой конфигурации желобчатый элемент не имеет ребра, контактирующего с закрывающей пластиной. Каждая из двух боковых стенок включает в себя соединение, вместо второго ребра, на крае, противоположном первому ребру. Участок боковой стенки, смежный соединению, перекрывается с закрывающей пластиной. Участок боковой стенки, перекрывающийся с закрывающей пластиной, включает в себя контактную поверхность, контактирующую с закрывающей пластиной. Контактная поверхность продолжается в том же направлении, что и боковая стенка.
Направление высоты боковой стенки представляет собой направление, перпендикулярное участку верхней поверхности. Высота боковой стенки представляет собой расстояние между первым ребром и соединением, определяемое вдоль направления, перпендикулярного участку верхней поверхности.
Конструктивный элемент в пятой конфигурации в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения включает в себя по меньшей мере одну закрывающую пластину и желобчатый элемент. Желобчатый элемент включает в себя участок верхней поверхности, два первых ребра на обоих краях участка верхней поверхности, фланец, соединенный с закрывающей пластиной, второе ребро на крае фланца, соединение для соединения участка желобчатого элемента, отличного от фланца, и закрывающей пластины, первую боковую стенку, расположенную между одним из двух первых ребер и вторым ребром, и вторую боковую стенку, расположенную между другим из двух первых ребер и соединением.
Первая боковая стенка включает в себя первый участок низкой прочности. Первый участок низкой прочности продолжается от первого ребра в направлении второго ребра до позиции на от 20 до 40% от расстояния между первым ребром и вторым ребром, измеряемого в направлении, перпендикулярном участку верхней поверхности, и, как определяется в направлении, в котором продолжается первое ребро, продолжается на длину, которая равна или больше, чем расстояние между первым ребром и вторым ребром, измеряемое в направлении, перпендикулярном участку верхней поверхности, и имеет предел текучести от 60 до 85% от предела текучести боковой стенки, измеренного в середине боковой стенки, определяемой вдоль направления, перпендикулярного участку верхней поверхности.
Вторая боковая стенка включает в себя второй участок низкой прочности. Второй участок низкой прочности продолжается от первого ребра в направлении соединения до позиции на от 20 до 40% от расстояния между первым ребром и соединением, измеряемого в направлении, перпендикулярном участку верхней поверхности, и, как определяется вдоль направления, в котором продолжается первое ребро, продолжается на длину, которая равна или больше, чем расстояние между первым ребром и соединением, измеряемое в направлении, перпендикулярном участку верхней поверхности, и имеет предел текучести от 60 до 85% от предела текучести боковой стенки, измеренного в середине боковой стенки, определяемой вдоль направления, перпендикулярного участку верхней поверхности.
В пятой конфигурации первая боковая стенка включает в себя второе ребро на крае, противоположном первому ребру. С другой стороны, вторая боковая стенка включает в себя соединение, вместо второго ребра, на крае, противоположном первому ребру. Участок второй боковой стенки, смежный соединению, перекрывается с закрывающей пластиной. Участок второй боковой стенки, перекрывающийся с закрывающей пластиной, включает в себя контактную поверхность, контактирующую с закрывающей пластиной. Контактная поверхность продолжается в том же направлении, что и вторая боковая стенка.
Направление высоты второй боковой стенки представляет собой направление, перпендикулярное участку верхней поверхности. Высота второй боковой стенки представляет собой расстояние между первым ребром и соединением, измеряемое в направлении, перпендикулярном участку верхней поверхности.
Нагрузка, приложенная к участку верхней поверхности, сжимает боковые стенки. Другими словами, каждая боковая стенка сжимается между соответствующим первым ребром и опорой. Если элемент включает в себя второе ребро, оно, находясь в контакте с закрывающей пластиной, образует опору. В этом случае боковая стенка представляет собой область между первым ребром и вторым ребром. Если элемент не включает в себя второе ребро, участок, который соединяет его с закрывающей пластиной, образует опору. В этом случае боковая стенка представляет собой область между первым ребром и соединением. В каждой из первой, второй, четвертой и пятой конфигураций две боковые стенки корытообразного элемента или желобчатого элемента каждая включает в себя участок высокой прочности, включающий в себя середину боковой стенки, определяемую вдоль направления высоты, и участок низкой прочности, имеющий предел текучести ниже, чем участок высокой прочности. Участок низкой прочности продолжается от первого края боковой стенки, смежного участку верхней поверхности, до позиции на расстоянии от 20 до 40% от высоты боковой стенки, и, как определяется вдоль продольного направления боковой стенки с участком низкой прочности (т.е. направления, в котором продолжается первое ребро), продолжается на расстояние, которое равно или больше, чем высота боковой стенки, (т.е. расстояние между первым ребром и вторым ребром или соединением, измеряемое в направлении, перпендикулярном участку верхней поверхности). Авторы настоящего изобретения обнаружили, что такой участок низкой прочности увеличивает эффективность поглощения конструктивного элемента в отношении энергии удара от удара, приложенного к участку верхней поверхности. Более конкретно, они обнаружили, что когда удар прилагается в направлении, перпендикулярном участку верхней поверхности, участок низкой прочности, продолжающийся от участка верхней поверхности до позиции на боковой стенке на расстоянии от 20 до 40% от него, рассеивает напряжение от удара в направлении, перпендикулярном направлению удара, (т.е. продольном направлении боковой стенки), и жесткость участка высокой прочности, включающего в себя середину боковой стенки, определяемую вдоль направления высоты, помогает уменьшить деформацию конструктивного элемента. Кроме того, они обнаружили, что если предел текучести участка низкой прочности каждой боковой стенки составляет от 60 до 85% от предела текучести боковой стенки, измеренного в средней позиции, определяемой вдоль направления высоты, эффективность поглощения конструктивного элемента в отношении энергии удара увеличивается до требуемого уровня. То есть при приеме удара конструктивный элемент каждой из первой, второй и четвертой конфигураций эффективно поглощает энергию удара.
В третьей конфигурации каждая из двух боковых стенок корытообразного элемента включает в себя участок высокой прочности, включающий в себя середину боковой стенки, определяемую вдоль направления высоты, и участок низкой прочности, имеющий предел текучести ниже, чем участок высокой прочности. Участок низкой прочности продолжается от второго ребра боковой стенки (т.е. края, смежного закрывающей пластине) до позиции на расстоянии от 20 до 40% от высоты боковой стенки, измеряемой в направлении, перпендикулярном закрывающей пластине, (т.е. расстояния между первым и вторым ребрами), и, как определяется вдоль продольного направления боковой стенки (т.е. направления, в котором продолжается второе ребро), продолжается на длину, которая равна или больше, чем расстояние между вторым и первым ребрами, измеряемое в направлении, перпендикулярном закрывающей пластине. Авторами настоящего изобретения было обнаружено, что обеспечение такого участка низкой прочности в каждой из двух боковых стенок корытообразного элемента увеличивает эффективность поглощения конструктивного элемента в отношении энергии удара от удара, приложенного к закрывающей пластине. Более конкретно, они обнаружили, что когда удар прилагается в направлении, перпендикулярном закрывающей пластине, участок низкой прочности, продолжающийся от закрывающей пластины до позиции на боковой стенке на расстоянии от 20 до 40% от нее, рассеивает напряжение от удара в продольном направлении, и жесткость участка высокой прочности, включающего в себя середину боковой стенки, определяемую вдоль направления высоты, помогает уменьшить деформацию конструктивного элемента. Кроме того, авторами настоящего изобретения было обнаружено, что если предел текучести участка низкой прочности каждой боковой стенки составляет от 60 до 85% от предела текучести боковой стенки, измеренного в средней позиции, определяемой вдоль направления высоты, эффективность поглощения конструктивного элемента в отношении энергии удара увеличивается до требуемого уровня. То есть при приеме удара конструктивный элемент третьей конфигурации эффективно поглощает энергию удара.
В любой из конфигураций с первой по пятую желательно, чтобы участок низкой прочности располагался в середине боковой стенки, определяемой вдоль продольного направления. Причины этого заключаются в следующем. Середина боковой стенки, определяемая вдоль продольного направления, располагается на удалении от ее концов, определяемых вдоль продольного направления. Участки вблизи этих концов обычно соединены с другими элементами и поддерживаются ими. Когда нагрузка действует на середину элемента, поддерживаемого на концах, изгибающий момент увеличивается. Если участок низкой прочности располагается в середине боковой стенки, определяемой вдоль продольного направления, участок низкой прочности располагается в позиции, где деформация от удара, как правило, будет большой. Это увеличит эффективность поглощения в отношении энергии удара. В первой, второй, четвертой и пятой конфигурациях продольное направление боковой стенки представляет собой направление, в котором продолжается первое ребро между боковой стенкой и участком верхней поверхности, а в третьей конфигурации оно представляет собой направление, в котором продолжается второе ребро между боковой стенкой и закрывающей пластиной.
В любой из конфигураций с первой по пятую участок верхней поверхности или закрывающая пластина может включать в себя по меньшей мере два соединения, разнесенных друг от друга, как определяется вдоль продольного направления боковых стенок, и соединенных с другим элементом. В этом случае желательно, чтобы участок низкой прочности располагался в середине между по меньшей мере двумя соединениями, определяемой вдоль продольного направления боковых стенок. Причины этого заключаются в следующем. Середина между двумя соединениями располагается на удалении от позиций, в которых конструктивный элемент поддерживается другим элементом. Когда нагрузка прилагается к середине между двумя соединениями, изгибающий момент увеличивается. Таким образом, когда участок низкой прочности конструктивного элемента, поддерживаемого в по меньшей мере двух соединениях, обеспечен в середине между двумя соединениями, участок низкой прочности располагается в середине, где деформация от удара, как правило, будет большой. Это увеличит эффективность поглощения в отношении энергии удара.
В любой из первой, второй, четвертой и пятой конфигураций желательно, чтобы для каждой из двух боковых стенок предел прочности при растяжении боковой стенки, измеренный в середине, определяемой вдоль направления, перпендикулярного участку верхней поверхности, составлял 980 МПа или выше. Это связано с тем, что улучшение эффективности поглощения в отношении энергии удара может быть эффективным образом достигнуто в конструктивном элементе, имеющем такую высокую прочность. Направление высоты боковой стенки представляет собой направление, перпендикулярное участку верхней поверхности.
В третьей конфигурации желательно, чтобы для каждой из двух боковых стенок предел прочности при растяжении боковой стенки, измеренный в середине боковой стенки, определяемой вдоль направления, перпендикулярного закрывающей пластине, составлял 980 МПа или выше. Это связано с тем, что улучшение эффективности поглощения в отношении энергии удара может быть эффективным образом достигнуто в конструктивном элементе, имеющем такую высокую прочность.
Транспортное средство, включающее в себя конструктивный элемент в соответствии с одной из первой, второй, четвертой и пятой конфигураций также включен в варианты воплощения настоящего изобретения. В этом транспортном средстве предпочтительно структурный элемент располагается таким образом, что участок верхней поверхности располагается снаружи относительно транспортного средства и закрывающая пластина располагается внутри относительно транспортного средства. Таким образом, когда удар прилагается к участку верхней поверхности конструктивного элемента извне транспортного средства, конструктивный элемент будет эффективно поглощать удар.
Транспортное средство, включающее в себя конструктивный элемент в соответствии с третьей конфигурацией, также включено в варианты воплощения настоящего изобретения. В этом транспортном средстве предпочтительно конструктивный элемент располагается таким образом, что закрывающая пластина располагается снаружи стороне относительно транспортного средства и участок верхней поверхности располагается внутри относительно транспортного средства. Таким образом, когда удар прилагается к закрывающей пластине конструктивного элемента извне транспортного средства, конструктивный элемент будет эффективно поглощать удар.
В конструктивном элементе в соответствии с конфигурациями с первой по четвертую два края участка верхней поверхности представляют собой ее два конца, определяемые вдоль направления, перпендикулярного продольному направлению участка верхней поверхности. Продольное направление участка верхней поверхности представляет собой продольное направление конструктивного элемента, а также продольное направление боковой стенки. Продольное направление конструктивного элемента представляет собой направление, в котором продолжается пространство, заключенное между корытообразным элементом (или желобчатым элементом) и закрывающей пластиной. Тем самым осевое направление трубчатой части, образованной корытообразным элементом (или желобчатым элементом) и закрывающей пластиной, представляет собой продольное направление конструктивного элемента.
Две боковые стенки, продолжающиеся от краев участка верхней поверхности, продолжаются в одном направлении относительно участка верхней поверхности. То есть две боковые стенки обращены друг к другу и продолжаются от двух краев участка верхней поверхности. Две боковые стенки выполнены с возможностью обеспечивать поддержку участка верхней поверхности изнутри от участка верхней поверхности. Две боковые стенки, обращенные друг к другу, не ограничиваются двумя боковыми стенками, имеющими параллельные внутренние поверхности.
Вариант воплощения 1
Вариант воплощения 1 относится к описанным выше первой, второй, четвертой и пятой конфигурациям. На фиг. 1A показан вид в поперечном разрезе конструктивного элемента в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения, на фиг. 1B вид в плане конструктивного элемента, показанного на фиг. 1A, и на фиг. 1C вид сбоку конструктивного элемента, показанного на фиг. 1A. Конструкция, показанная на фиг. 1A-1C, относится к первой и второй конфигурациям.
Конструктивный элемент 10, показанный на фиг. 1A-1C, включает в себя корытообразный элемент 1, имеющий корытообразное поперечное сечение, и закрывающую пластину 2, соединенную с корытообразным элементом 1. Конструктивный элемент 10 имеет замкнутое поперечное сечение, образованное корытообразным элементом 1 и закрывающей пластиной 2.
Как показано на фиг. 1A, корытообразный элемент 1 включает в себя участок 1a верхней поверхности, пару боковых стенок 1b и пару фланцев 1c. Боковые стенки 1b продолжаются от обоих краев участка 1a верхней поверхности и обращены друг к другу. Для каждой из боковых стенок 1b, имеющих первый край, смежный участку 1a верхней поверхности, и второй край, противоположный ему, соответствующий один из фланцев 1c продолжается от второго края боковой стенки 1b наружу, как определяется вдоль направления, в котором распределены боковые стенки 1b. Закрывающая пластина 2 находится в контакте с фланцами 1c.
Как показано на фиг. 1B, граница 1ab (или плечо) между участком 1a верхней поверхности и каждой из боковых стенок 1b образует ребро, продолжающееся в продольном направлении (далее называемое первое ребро 1ab). Первое ребро 1ab представляет собой участок изгиба в корытообразном элементе 1 (или просто изгиб). Два края участка 1a верхней поверхности, определяемые вдоль направления (или x-направления), перпендикулярного продольному направлению, образуют пару первых ребер 1ab. Боковые стенки 1b продолжаются от первых ребер 1ab. Боковые стенки 1b продолжаются в одном направлении (или z-направлении). Размер конструктивного элемента 10, измеряемый в направлении (или y-направлении), в котором продолжаются ребра (первые ребра 1ab), образованные границами между участком 1a верхней поверхности и боковыми стенками 1b, больше, чем его размер, измеряемый в направлении, в котором распределены боковые стенки 1b (т.е. x-направлении). Продольное направление конструктивного элемента 10 совпадает с направлением, в котором продолжаются первые ребра 1ab, образованные между участком 1a верхней поверхности и боковыми стенками 1b.
Как показано на фиг. 1A и фиг. 1C, граница 1bc между фланцем 1c и соответствующей одной из боковых стенок 1b образует ребро, продолжающееся в продольном направлении (далее называемое второе ребро 1bc). Второе ребро 1bc представляет собой участок изгиба в корытообразном элементе 1 (или просто изгиб). Каждая боковая стенка 1b имеет первый край, смежный участку 1a верхней поверхности, и второй край, противоположный ему, и имеет второе ребро 1bc на втором крае. То есть пара фланцев 1b продолжаются в направлении друг от друга и начинаются на паре вторых ребер 1bc на вторых краях пары боковых стенок 1b.
Как показано на фиг. 1A и 1C, каждая из боковых стенок 1b имеет участок 1s низкой прочности, который начинается на первом крае боковой стенки 1b и продолжается до позиции на расстоянии Sh. Участок 1s низкой прочности имеет прочность ниже, чем другие участки. Участки каждой из боковых стенок 1b, отличные от участка 1s низкой прочности, образуют участок высокой прочности, имеющий прочность выше, чем участок 1s низкой прочности. Как определяется вдоль направления высоты каждой боковой стенки 1b (т.е. направления, перпендикулярного участку 1a верхней поверхности), участок 1s низкой прочности продолжается от первого края, смежного участку 1a верхней поверхности, (т.е. первого ребра 1ab), до позиции на расстоянии Sh от первого ребра 1ab. То есть граница 1sk между участком 1s низкой прочности и участком высокой прочности располагается на расстоянии Sh от первого ребра 1ab. Расстояние между границей 1sk и первым ребром 1ab, измеряемое в направлении высоты боковой стенки 1b, представляет собой расстояние Sh. Участки стенки, начинающиеся на границе 1sk между участком 1s низкой прочности и участком высокой прочности и оканчивающиеся на втором ребре 1bc (или фланце 1c), образуют участок высокой прочности.
Кроме того, как показано на фиг. 1C, участок 1s низкой прочности продолжается на расстояние, измеряемое в продольном направлении боковой стенки 1b (или направлении, в котором продолжается первое ребро 1ab (т.е. y-направлении)), которое равно или больше, чем высота H боковой стенки 1b. А именно, размер Sn участка 1s низкой прочности, измеряемый в продольном направлении боковой стенки 1b, равен или больше, чем высота H боковой стенки 1b. Высота боковой стенки 1b представляет собой расстояние между первым ребром 1ab (т.е. первым краем боковой стенки 1b) и вторым ребром 1bc (т.е. вторым краем боковой стенки 1b), измеряемое в направлении (или z-направлении), перпендикулярном участку 1a верхней поверхности. Таким образом, участок 1s низкой прочности продолжается от первого ребра 1ab до позиции на расстоянии Sh, измеряемом в направлении высоты боковой стенки 1b, и продолжается на расстояние, измеряемое в продольном направлении боковой стенки 1b, которое равно или больше, чем высота H боковой стенки 1b.
Таким образом, в структурном элементе 10 каждая боковая стенка 1b может включать в себя участок 1s низкой прочности, смежный участку 1a верхней поверхности, чтобы уменьшить величину деформации, измеряемую в направлении изгиба, от удара, приложенного к структурному элементу 10. Это основывается на рассматриваемых ниже результатах, полученных авторами настоящего изобретения путем тщательного изучения с помощью наблюдений того, каким образом структурный элемент деформируется при ударе. Авторами настоящего изобретения были проведены испытания на удар (или имитационные испытания), в которых индентор заставляли ударять в структурный элемент, состоящий из корытообразного элемента и закрывающей пластины, и наблюдали деформационное поведение конструктивного элемента. На фиг. 2 схематически иллюстрируется, каким образом может быть проведено испытание на удар. Для испытания на удар конструктивный элемент 10a размещается на двух стойках 12 таким образом, что он простирается поверх них и между ними. Индентор 11 заставляют ударять в участок конструктивного элемента 10a, расположенный в середине между двумя стойками 12.
На фиг. 3 иллюстрируется, как может деформироваться конструктивный элемент 10b, имеющий равномерное распределение прочности, когда к нему прилагается удар. На фиг. 4 иллюстрируется, как может деформироваться конструктивный элемент 10c, имеющий участок низкой прочности, подобный показанному на фиг. 1A-1C, когда к нему прилагается удар, подобный удару на фиг. 3. Как показано на фиг. 3, в случае конструктивного элемента 10b с равномерным распределением прочности участок изгиба резко выступает. Деформация этого вида будет называться резкий изгиб. С другой стороны, в случае конструктивного элемента 10c с боковыми стенками, включающими в себя участки низкой прочности, участок верхней поверхности, который принял удар, и участки боковых стенок, продолжающиеся от двух краев участка верхней поверхности, сминаются под действием удара, как показано на фиг. 4. Деформация этого вида будет называться поперечное смятие. При приеме одной и той же ударной нагрузки, в случае фиг. 4 участки большего размера деформируются и участвуют в поглощении удара, чем в случае фиг. 3, в результате чего получают меньшую величину выступания в направлении изгиба конструктивного элемента.
На фиг. 5 иллюстрируется деформационное поведение конструктивного элемента 10b с равномерным распределением прочности. На фиг. 6 иллюстрируется деформационное поведение конструктивного элемента 10c, имеющего участок низкой прочности, как показано на фиг. 1A-1C. На фиг. 5 и фиг. 6 на каждом показана конструкция при виде на конструктивный элемент сбоку, т.е. от боковой стенки.
Как показано на фиг. 5, в конструктивном элементе 10b, имеющем равномерное распределение прочности, деформация, инициируемая при ударе в точке P начала деформации изгиба, распространяется в направлении высоты боковых стенок таким образом, что участок верхней поверхности и боковые стенки образуют клиновидную форму, если смотреть сбоку. В результате элемент изгибается таким образом, что он резко выступает в направлении изгиба (т.е. направлении высоты боковой стенки). В некоторых случаях на боковых стенках могут образоваться трещины.
Как показано на фиг. 6, в конструктивном элементе 10c, имеющем боковые стенки, каждая из которых включает в себя участок 1sc низкой прочности (изображенный на фиг. 6 с помощью множества точек), смежный участку верхней поверхности, деформация, распространяющаяся внутрь от точки P начала деформации изгиба, при достижении границы участка 1sc низкой прочности не распространяется в направлении участков, имеющих прочность больше, чем участок 1sc низкой прочности, а стремится распространяться в горизонтальном направлении (т.е. в продольном направлении конструктивного элемента 10c), где прочность является относительно небольшой. Таким образом, деформация расширяется в продольном направлении и величина деформации, измеряемая в направлении изгиба (т.е. направлении высоты боковых стенок), будет небольшой.
Кроме того, когда конструктивный элемент, состоящий из корытообразного элемента и закрывающей пластины, изгибается в направлении, перпендикулярном участку верхней поверхности, участки каждой боковой стенки в середине и вблизи середины, определяемой вдоль направлении высоты, будут склонны к изгибу. То есть участки каждой боковой стенки в позиции половины ее длины или вблизи этой позиции склонны к образованию точки начала резкого изгиба. На фиг. 7A и фиг. 7B показано, как деформируется под действием ударной нагрузки конструктивный элемент 10d, состоящий из корытообразного элемента, имеющего участок 1da верхней поверхности и боковые стенки 1db, продолжающиеся от двух краев участка верхней поверхности, и закрывающей пластины 2d. Когда ударная нагрузка прилагается к участку 1da верхней поверхности, плечи корытообразного элемента (т.е. участки изгиба на границах между участком 1da верхней поверхности и боковыми стенками 1db) деформируются таким образом, что их углы изменяются, и участки боковых стенок 1db, расположенные в середине, определяемой вдоль направления высоты, резко изгибаются. В результате происходит смятие конструктивного элемента 10d. Для предотвращения легкого возникновения такого резкого изгиба боковых стенок 1db в конструктивном элементе 10, показанном на фиг. 1A-1C, участки боковых стенок 1b, расположенные в середине, определяемой вдоль направления высоты, имеют большую прочность.
То есть в конструктивном элементе 10 участки каждой боковой стенки 1b, расположенные в позиции 1mid середины, определяемой вдоль направления высоты (т.е. в позиции половины высоты), имеют относительно большую прочность, и участки боковой стенки 1b, расположенные ближе к участку 1a верхней поверхности, чем позиция 1mid середины, определяемой вдоль направления высоты боковой стенки, образуют участок 1s низкой прочности, имеющий прочность меньше, чем участки в средней позиции 1mid. Путем подбора подходящим образом размера участка 1s низкой прочности и соотношения прочности между участком 1s низкой прочности и участком в средней позиции 1mid, определяемой вдоль направления высоты, можно предотвратить легкое возникновение изгиба боковой стенки 1b в средней позиции 1mid, и, дополнительно, увеличить величину смятия в продольном направлении участков боковой стенки 1b, расположенных ближе к участку 1a верхней поверхности, чем средняя позиция 1mid. В результате, как показано на фиг. 6, деформационное поведение будет таким, что величина деформации в направлении изгиба будет небольшой.
Деформационное поведение, показанное на фиг. 7A и фиг. 7B, может быть обнаружено не только тогда, когда индентор заставляют ударять в участок верхней поверхности конструктивного элемента. Подобное деформационное поведение также может быть обнаружено, например, когда конструктивный элемент изгибается под действием осевого усилия, которое сжимает элемент в продольном направлении, или когда индентор прижимается к участку верхней поверхности, и усилие в направлении, перпендикулярном продольному направлению, статически прилагается для изгибания элемента, как при испытании на трехточечный изгиб.
Кроме того, авторами настоящего изобретения также было обнаружено, что размер участка 1s низкой прочности, измеряемый в продольном направлении (т.е. направлении, в котором продолжается первое ребро), является важным фактором при уменьшении величины деформации в направлении изгиба, как показано на фиг. 6. На фиг. 8 иллюстрируется деформационное поведение, обнаруженное, когда длина Sn участка 1sc низкой прочности, измеряемая в продольном направлении, меньше половины высоты H боковой стенки 1b (H/2). Как показано на фиг. 8, если размер участка низкой прочности, измеряемый в продольном направлении, является небольшим, деформация, распространяющаяся внутрь от точки P начала деформации изгиба, преждевременно достигает границу между участком 1sc низкой прочности и участком высокой прочности, определяемую в продольном направлении. В результате смятие в продольном направлении будет ограничено, и деформация в направлении высоты может легко распространяться.
Авторами настоящего изобретения были проведены испытания на изгиб и анализ конструктивных элементов при различных условиях, и было обнаружено, что когда конструктивный элемент изгибается, размер деформации в продольном направлении по существу равен высоте боковых стенок. Также авторами настоящего изобретения было обнаружено, что когда размер участка 1sc низкой прочности, измеряемый в продольном направлении, равен или больше, чем высота боковых стенок, деформация вследствие удара может быть рассеяна в продольном направлении, тем самым уменьшая величину деформации в направлении изгиба.
На основании рассмотренных выше результатов авторы настоящего изобретения пришли к следующей конструкции конструктивного элемента 10. Каждая из пары боковых стенок 1b, показанных на фиг. 1A-1C, имеет участок 1s низкой прочности, продолжающийся от первого края боковой стенки 1b до позиции на расстоянии Sh. Расстояние Sh для участка 1s низкой прочности боковой стенки 1b может составлять от 20 до 40% от высоты H боковой стенки 1b. Предел текучести участка 1s низкой прочности может составлять от 60 до 85% от предела текучести участков боковой стенки 1b, измеряемого в позиции 1mid на половине высоты H боковой стенки 1b (т.е. средней позиции 1mid, определяемой вдоль направления высоты).
То есть в поперечном сечении корытообразного элемента, для каждой боковой стенки 1b, участок 1s низкой прочности с пределом текучести от 60 до 85% от предела текучести участков стенки, расположенных в позиции 50% высоты H (т.е. середине боковой стенки 1b, определяемой вдоль направления высоты), продолжается от края боковой стенки 1b, смежного участку 1a верхней поверхности, до позиции на от 20 до 40% от высоты H боковой стенки 1b. Другими словами, участок 1s низкой прочности продолжается от первого ребра 1ab в направлении второго ребра 1bc до позиции на от 20 до 40% от расстояния между первым ребром 1ab и вторым ребром 1bc, измеряемого в направлении, перпендикулярном участку 1a верхней поверхности. Предел текучести участка 1s низкой прочности составляет от 60 до 85% от предела текучести боковой стенки 1b, измеряемого в середине между первым и вторым ребрами 1ab и 1bc.
Таким образом, например, деформационное поведение, обнаруживаемое, когда удар прилагается к участку 1a верхней поверхности, как правило, будет представлять собой поперечное смятие, как показано на фиг. 4. В результате величина участка изгиба в направлении, перпендикулярном участку 1a верхней поверхности, уменьшается. Таким образом, при приеме удара конструктивный элемент 10 поглощает больше энергии удара с меньшей деформацией. То есть конструктивный элемент 10 может эффективно поглощать энергию удара.
Предпочтительно расстояние Sh для участка 1s низкой прочности составляет не больше 35% от высоты H боковой стенки 1b, и более предпочтительно не большее 30%. Кроме того, предпочтительно расстояние Sh составляет не меньше 25% от высоты H боковой стенки 1b. Предпочтительно отношение прочности участка 1s низкой прочности каждой боковой стенки 1b к прочности участков в средней позиции 1mid, определяемой вдоль направления высоты, (т.е. соотношение прочности), составляет не больше 80%. Предпочтительно соотношение прочности составляет не меньше 70%.
Участок 1s низкой прочности предпочтительно продолжается на расстояние, измеряемое в продольном направлении боковой стенки 1b, которое равно или больше, чем высота H боковой стенки 1b. То есть в направлении, в котором продолжается первое ребро 1ab, участок 1s низкой прочности продолжается на длину, которая равна или больше, чем расстояние между первым и вторым ребрами 1ab и 1bc, измеряемое в направлении, перпендикулярном участку 1a верхней поверхности. Это способствует распространению любой деформации в продольном направлении, тем самым дополнительно уменьшая смещение в направлении изгиба. Размер участка 1s низкой прочности, измеряемый в направлении, в котором продолжается первое ребро 1ab, предпочтительно составляет не меньше 1,5 от высоты боковой стенки 1b (3H/2), и более предпочтительно не меньше 2 от высоты боковой стенки 1b (2H).
Желательно, чтобы предел прочности при растяжении боковой стенки 1b, измеренный в средней позиции 1mid, определяемой вдоль направления высоты, например, был не ниже 980 МПа (предел текучести не ниже 500 МПа). Это обеспечивает достаточную прочность боковой стенки 1b, измеряемую в средней позиции, определяемой вдоль направления высоты, тем самым предотвращается разрушение боковой стенки 1b в позиции 1mid. Участки конструктивного элемента 10, отличные от участка 1s низкой прочности, могут иметь прочность, подобную прочности средней позиции 1mid, определяемой вдоль направления высоты.
Участки боковой стенки между первым и вторым ребрами 1ab и 1bc, которые продолжаются от края участка 1s низкой прочности до второго ребра 1bc (фланца 1c), образуют участок высокой прочности. Предел текучести участка высокой прочности выше, чем предел текучести участка 1s низкой прочности. Распределение прочности на участке высокой прочности может не быть равномерным.
По меньшей мере часть участка 1a верхней поверхности может представлять собой участок низкой прочности, или участок низкой прочности может не быть частью участка 1a верхней поверхности. Авторами настоящего изобретения было обнаружено, что прочность боковых стенок 1b имеет решающее влияние на деформацию изгиба конструктивного элемента 10. Прочность участка 1a верхней поверхности имеет меньшее влияние на деформацию изгиба, чем прочность боковых стенок 1b.
Как показано на фиг. 1A, корытообразный элемент 1 включает в себя пару фланцев 1c, пару боковых стенок 1b, каждая из которых продолжается от фланца 1c и при этом резко изгибается относительно него, и участок 1a верхней поверхности, расположенный между боковыми стенками 1b. В примере реализации, показанном на фиг. 1A, боковые стенки 1b являются перпендикулярными относительно фланцев 1c. Боковые стенки 1c имеют одинаковую длину. Фланцы 1c и участок 1a верхней поверхности параллельны друг другу. Расстояние Sh для участка 1s низкой прочности на одной из боковых стенок 1b равно расстоянию Sh для участка 1s низкой прочности на другой, противоположной боковой стенке 1b. На фиг. 1A распределение прочности конструктивного элемента 10 является двусторонне симметричным.
Конструкция конструктивного элемента 10 не ограничивается примером реализации, показанным на фиг. 1A. Например, угол между боковой стенкой 1b и фланцем 1c может не быть равен 90° (т.е. прямой угол). Подобным образом, угол между боковой стенкой 1b и участком 1a верхней поверхности может не быть равен 90° (т.е. прямой угол). Например, поперечное сечение конструктивного элемента 10, перпендикулярное продольному направлению, может иметь трапецеидальную форму. То есть форма замкнутого поперечного сечения, образованного участком 1a верхней поверхности, боковыми стенками 1b и закрывающей пластиной 2, может быть трапецеидальной. В этих примерах реализации поперечное сечение, перпендикулярное первому ребру 1ab, может быть двусторонне симметричным по форме, или может не быть двусторонне симметричным. Боковые стенки 1b могут иметь разную длину. В результате фланцы 1c и участок 1a верхней поверхности могут не быть параллельны друг другу. Фланцы 1c могут иметь разную высоту (т.е. их положения, определяемые вдоль z-направления).
Кроме того, форма поперечного сечения углового участка (или плеча), который образует границу между боковой стенкой 1b и участком 1a верхней поверхности, может включать в себя закругленный участок (или изогнутый участок). Подобным образом, форма поперечного сечения углового участка (или плеча), который образует границу между боковой стенкой 1b и фланцем 1c, может включать в себя закругленный участок (или изогнутый участок). Поверхность боковой стенки 1b и/или участка 1a верхней поверхности может быть изогнутой, а не плоской. То есть боковые стенки 1b и/или участок 1a верхней поверхности могут быть изогнутыми. Если радиус кривизны закругленного участка на угловом участке между боковой стенкой 1b и участком 1a верхней поверхности будет слишком большим, способность боковой стенки 1b выдерживать нагрузку в направлении высоты уменьшается. С учетом этого радиус кривизны внутренней поверхности закругленного (изогнутого) участка на угловом участке между боковой стенкой 1b и участком 1a верхней поверхности может составлять, например, не больше 15 мм. В качестве альтернативы радиус кривизны внутренней поверхности закругленного (изогнутого) участка на угловом участке между боковой стенкой 1b и участком 1a верхней поверхности составляет, например, не больше одной трети от высоты H боковой стенки 1b (R<H/3).
По меньшей мере одна из боковых стенок 1b может включать в себя выемку (или канавку), выступ (или гребень), ступеньку или отверстие. Участок 1a верхней поверхности может включать в себя выемку (или канавку), выступ (или гребень), ступеньку или отверстие. Однако выемка (или канавка), выступ (или гребень), ступенька или отверстие в боковой стенке 1b или участке 1a верхней поверхности должны иметь размеры, которые не влияют существенно на деформационное поведение конструктивного элемента 10. Например, конструктивный элемент 10 может иметь двойную корытообразную конструкцию или тройную или множественную корытообразную конструкцию с выступом на участке 1a верхней поверхности.
Если угловой участок, образующий границу между боковой стенкой 1b и участком 1a верхней поверхности, или угловой участок, образующий границу между боковой стенкой 1b и фланцем 1c, включает в себя закругленный участок (или изогнутый участок) в поперечном сечении, перпендикулярном продольному направлению, для определения высоты H боковых стенок 1b и расстояния Sh для участка 1s низкой прочности край боковой стенки 1b будет представлен тем концом закругленного участка (краем изогнутого участка), который является более удаленным от средней позиции 1mid боковой стенки 1b, определяемой вдоль направления высоты.
То есть для определения высоты H боковых стенок 1b и расстояния Sh для участка 1s низкой прочности, измеряемого в направлении высоты, первый край боковой стенки 1b будет представлен тем краем изогнутого участка (т.е. концом закругленного участка) между боковой стенкой 1b и участком 1a верхней поверхности, который является смежным участку 1a верхней поверхности. Кроме того, для определения высоты H боковых стенок 1b и расстояния Sh для участка 1s низкой прочности, измеряемого в направлении высоты, второй край боковой стенки 1b будет представлен тем краем изогнутого участка (т.е. концом закругленного участка) между боковой стенкой 1b и фланцем 1c, который является смежным фланцу 1c.
Подобным образом, высота H боковой стенки 1b и расстояние Sh для участка 1s низкой прочности, измеряемая в направлении высоты, определяются на основе первого и второго ребер 1ab и 1bc. В этом случае, более конкретно, первое ребро 1ab будет представлено тем краем закругленного (т.е. изогнутого) участка (т.е. концом закругленного участка) между боковой стенкой 1b и участком 1a верхней поверхности, который является смежным участку 1a верхней поверхности, т.е. тем концом закругленного (т.е. изогнутого) участка (т.е. краем изогнутого участка), который является более удаленным от средней позиции 1mid боковой стенки 1b, определяемой вдоль направления высоты. Второе ребро 1bc будет представлено тем краем закругленного (т.е. изогнутого) участка (т.е. концом закругленного участка) между боковой стенкой 1b и фланцем 1c, который является смежным фланцу 1c, т.е. тем концом закругленного (т.е. изогнутого) участка (т.е. края изогнутого участка), который является более удаленным от средней позиции 1mid боковой стенки 1b, определяемой вдоль направления высоты.
Высота боковой стенки 1b представляет собой размер боковой стенки 1b между первым краем и вторым краем, измеряемый в направлении высоты. Другими словами, высота боковой стенки 1b представляет собой размер боковой стенки 1b между первым и вторым ребрами 1ab и 1bc, измеряемый в направлении, перпендикулярном участку 1a верхней поверхности. Расстояние Sh для участка 1s низкой прочности представляет собой расстояние между первым краем боковой поверхности 1b и границей для участка 1s низкой прочности боковой стенки 1b, измеряемое в направлении высоты. То есть расстояние Sh для участка 1s низкой прочности представляет собой расстояние между первым ребром 1ab и границей между участком 1s низкой прочности и участком высокой прочности боковой стенки 1b, измеряемое в направлении, перпендикулярном участку 1a верхней поверхности. Позиция 1mid половины высоты боковой стенки 1b представляет собой среднюю позицию боковой стенки 1b, определяемую вдоль направления высоты. То есть позиция 1mid половины высоты боковой стенки 1b представляет собой позицию на боковой стенке 1b в середине между первым и вторым ребрами 1ab и 1bc, определяемой вдоль направления, перпендикулярного участку 1a верхней поверхности.
Направление высоты боковой стенки 1b представляет собой направление, перпендикулярное участку 1a верхней поверхности. Более конкретно, направление, перпендикулярное участку 1a верхней поверхности, представляет собой направление, перпендикулярное плоскости поверхности участка 1a верхней поверхности. Если в поперечном сечении, перпендикулярном продольному направлению, участок 1a верхней поверхности включает в себя выемку, выступ, ступеньку или изогнутый участок, то направление, перпендикулярное участку верхней поверхности, будет представлено направлением, перпендикулярным воображаемой плоскости, соединяющей два первых ребра 1ab.
Закрывающая пластина 2 соединена с фланцами 1c по обеим сторонам корытообразного элемента 1 и прикреплена к ним. Когда ударная нагрузка прилагается к участку 1a верхней поверхности корытообразного элемента 1, закрывающая пластина 2 предотвращает расширение и раскрытие и тем самым смятие корытообразного элемента 1. Закрывающая пластина 2 может включать в себя выемку, выступ, ступеньку или отверстие. Способ соединения закрывающей пластины 2 с корытообразным элементом 1 может быть любым способом, используемым для крепления двух частей. Например, эти части могут быть соединены с помощью сварки или с помощью крепежных средств. Закрывающая пластина 2 не должна обязательно представлять собой плоскую пластину, и может иметь, например, корытообразное поперечное сечение.
В примере реализации, показанном на фиг. 1B, конструктивный элемент 10 продолжается прямолинейно в продольном направлении. В качестве альтернативы конструктивный элемент 10 может продолжаться в продольном направлении таким образом, чтобы быть изогнутым. Например, если смотреть сбоку (т.е. в x-направлении), корытообразный элемент может быть изогнутым таким образом, чтобы выступать относительно участка 1a верхней поверхности (т.е. в положительном z-направлении). Кроме того, конструктивный элемент 10 может быть изогнутым, если смотреть сверху (т.е. в z---направлении). Кроме того, ширина участка 1a (т.е. размер, измеряемый в направлении (x-направлении), перпендикулярном продольному направлению) может не быть постоянной. Высота боковой стенки 1b (т.е. длина, измеряемая в z-направлении) может не быть постоянной.
На фиг. 9A показан вид в поперечном разрезе конструктивного элемента 10e в соответствии с модификацией настоящего варианта воплощения. Конструктивный элемент 10e включает в себя пару боковых стенок 1br и 1bh, имеющих разную форму. Боковые стенки 1br и 1bh имеют разные углы относительно фланцев 1cr и 1ch и разные высоты HR и HL. Поэтому положения фланцев 1cr и 1ch, определяемые в направлении высоты, являются разными. Кроме того, позиция 1midr половины направления высоты HR одной боковой стенки 1br и позиция 1midh половины высоты HL другой боковой стенки 1bh, определяемые вдоль направления высоты, являются разными. Расстояние ShR для участка 1sr низкой прочности одной боковой стенки 1br и расстояние ShL для участка 1sh низкой прочности другой боковой стенки 1bh являются разными. Таким образом, если поперечное сечение конструктивного элемента 10e не является двусторонне симметричным, то в боковых стенках 1br и 1bh соответствующие высоты HR и HL, соответствующие средние позиции 1midr и 1midh, измеряемые в направлении высоты, и соответствующие участки 1sr и 1sh низкой прочности устанавливаются отдельно.
В примере реализации, показанном на фиг. 9A, с парой боковых стенок 1br и 1bh, одна боковая стенка 1br имеет ступеньку. Таким образом, когда боковая стенка 1br имеет ступеньку, высота HR боковой стенки 1br определяется как расстояние между первым краем и вторым краем боковой стенки 1br, измеряемое в направлении высоты. То есть высота HR боковой стенки 1br определяется как расстояние между самой нижней точкой боковой стенки 1br и самой верхней точкой боковой стенки 1br, измеряемое в направлении высоты. То же применимо, когда боковая стенка 1br имеет выемку, выступ или отверстие. Подобное определение применяется для расстояния ShR для участка низкой прочности, т.е. расстояние ShR для участка 1sr низкой прочности определяется как расстояние между самой нижней точкой участка 1sr низкой прочности и самой верхней точкой участка 1sr низкой прочности, измеряемое в направлении высоты.
Другая боковая стенка 1bh из пары боковых стенок 1b включает в себя закругленный участок (изогнутый участок), смежный первому краю. В этом примере реализации для определения высоты HL боковой стенки 1bh и расстояния ShL для участка 1sh низкой прочности край боковой стенки 1bh будет представлен тем концом закругленного (изогнутого) участка (краем изогнутого участка), который является более удаленным от средней позиции 1midh боковой стенки 1bh, определяемой вдоль направления высоты.
На фиг. 9B показан вид в поперечном разрезе конструктивного элемента в соответствии с модификацией, в которой модифицирована закрывающая пластина 2. В примере реализации, показанном на фиг. 9B, закрывающая пластина 2 имеет такую форму, чтобы выступать от корытообразного элемента 1. Более конкретно, закрывающая пластина 2 включает в себя соединения 2a, соединенные с фланцами 1cr и 1ch корытообразного элемента 1, и промежуточный участок 2b, расположенный между соединениями. Промежуточный участок 2b имеет такую форму, чтобы выступать от корытообразного элемента 1. В этом примере реализации закрывающая пластина 2 имеет корытообразное поперечное сечение. На фиг. 9B наружная поверхность промежуточного участка 2b в общем параллельна наружным поверхностям соединений 2a. В качестве альтернативы они могут не быть параллельны.
Таким образом, когда закрывающая пластина 2 имеет такую форму, чтобы выступать от корытообразного элемента 1, можно регулировать размер конструктивного элемента, измеряемый в направлении высоты. Величины, относящиеся к высоте боковой стенки, относительно которых позиционируется участок низкой прочности (H, HL и HR), не зависят от размера закрывающей пластины 2, измеряемого в направлении высоты. Поперечное сечение конструктивного элемента 10e2, показанного на фиг. 9B, перпендикулярное продольному направлению, не является симметричным относительно оси в направлении высоты. В качестве альтернативы, оно может быть симметричным, как в общем иллюстрируется на фиг. 1A.
На фиг. 10 иллюстрируется направление высоты боковых стенок 1b в примере реализации, в котором участок 1a верхней поверхности является наклонным. В конструктивном элементе 10e3, показанном на фиг. 10, участок 1a верхней поверхности корытообразного элемента 1 не параллелен фланцам 1cr и 1ch. Кроме того, одна боковая стенка 1br и другая боковая стенка 1bh имеют разные размеры, измеряемые в z-направлении. Направление высоты боковых стенок 1br и 1bh является перпендикулярным участку 1a верхней поверхности. Высоты HL и HR боковых стенок 1br и 1bh и расстояния ShR и ShL между одним краем участка 1sr низкой прочности (первое ребро 1abr) и одним краем участка 1sh низкой прочности (первое ребро 1abh) и границами 1skr и 1skh определяются вдоль направления высоты боковых стенок 1br и 1bh. Таким образом, расстояния по поверхности между одним краем поверхности боковой стенки 1br (первое ребро 1abr) и одним краем поверхности боковой стенки 1bh (первое ребро 1abh) с одной стороны и другими краями (вторыми краями 1bcr и 1bch) с другой стороны отличаются от высот HR и HL.
На фиг. 11A-11C показаны виды в поперечном разрезе конструктивных элементов в соответствии с модификациями настоящего варианта воплощения. На фиг. 11A-11C показаны виды в поперечном разрезе конструктивных элементов перпендикулярно продольному направлению. На фиг. 11D показан вид в плане конструктивного элемента 10h, показанного на фиг. 11B, если смотреть в z-направлении. Примеры реализаций, показанные на фиг. 11A и фиг. 11B относятся к описанной выше пятой конфигурации. Пример реализации, показанный на фиг. 11C, относится к описанной выше четвертой конфигурации.
В модификациях, показанных на фиг. 11A-11C, вместо корытообразного элемента, включающего в себя два фланца, используется желобчатый элемент, не имеющий фланцев, или желобчатый элемент, имеющий один фланец. Конструктивный элемент 10, показанный на фиг. 1A-1C, выполнен таким образом, что первое и второе ребра 1ab и 1bc на обоих краях каждой боковой стенки 1b участвуют в сопротивлении деформации вследствие нагрузки в направлении, перпендикулярном участку 1a верхней поверхности (или обеспечении жесткости при изгибе). С другой стороны, модификации, показанные на фиг. 11A-11C, выполнены таким образом, что первое ребро и соединение, расположенные на обоих краях по меньшей мере одной из двух боковых стенок, участвуют в обеспечении жесткости при изгибе.
Каждый из структурных элементов 10g, 10h и 10i, показанных на фиг. 11A-11C, включает в себя желобчатый элемент 13 и закрывающую пластину 2, соединенную с желобчатым элементом 13. Желобчатый элемент 13, показанный на фиг. 11A-11C, включает в себя участок 1a верхней поверхности, две боковые стенки 1br и 1bh, продолжающиеся от обоих краев участка 1a верхней поверхности, и два соединения 3r и 3h для соединения желобчатого элемента 13 с закрывающей пластиной 2. Две боковые стенки 1br и 1bh обращены друг к другу. Два соединения 3r и 3h располагаются на участках желобчатого элемента 13 и закрывающей пластины 2, на которых они перекрываются друг с другом. Соединения 3r и 3h могут представлять собой, например, сварные швы, полученные с помощью точечной сварки или лазерной сварки. Если подучастки соединения, которые не располагаются непрерывно (т.е. прерывисто), обеспечены вдоль продольного направления желобчатого элемента 13 (т.е. направления, в котором продолжаются ребра), они рассматриваются как соединение, расположенное в позиции, в которой подучастки соединения, которые не располагаются непрерывно, были соединены. То есть множество подучастков соединения, расположенные прерывисто, рассматриваются как соединение, продолжающееся вдоль линии, соединяющей эти подучастки соединения. Участки конструктивного элемента, расположенные между соединением и первым ребром, образуют боковую стенку. Два первых ребра 1abc и 1abh располагаются между участком 1a верхней поверхности и двумя боковыми стенками 1br и 1bh.
В желобчатом элементе 13, показанном на фиг. 11A и фиг. 11B, две боковые стенки 1br и 1bh включают в себя первую боковую стенку 1br и вторую боковую стенку 1bh. Первая боковая стенка 1br имеет первый край, смежный участку 1a верхней поверхности, и второй край, противоположный ему, который изогнут. Фланец 1dr продолжается от этого изгиба. Фланец 1dr перекрывается с закрывающей пластиной 2. Фланец 1dr имеет контактную поверхность, контактирующую с закрывающей пластиной 2. Фланец 1dr и закрывающая пластина 2 соединены друг с другом в соединении 3r.
Первая боковая стенка 1br располагается между одним из двух первых ребер, 1abr, и фланцем 1dr. Второе ребро 1bdr располагается между фланцем 1dr и первой боковой стенкой 1br. Второе ребро 1bdr представляет собой край фланца 1dr. Второе ребро 1bdr продолжается в том же направлении, что и первые ребра 1abr и 1abh, т.е. продольном направлении желобчатого элемента 13 (т.е. y-направлении).
Высота HR первой боковой стенки 1br представляет собой высоту первой боковой стенки 1br, измеряемую в направлении, перпендикулярном участку 1a верхней поверхности, т.е. расстояние между первым и вторым ребрами 1abr и 1bdr, измеряемое в направлении, перпендикулярном участку 1a верхней поверхности. Середина 1midr первой боковой стенки 1br, определяемая вдоль направления, перпендикулярного участку 1a верхней поверхности, представляет собой середину между первым и вторым ребрами 1abr и 1bdr, определяемую вдоль направления, перпендикулярного участку 1a верхней поверхности.
Вторая боковая стенка 1bh располагается между другим из двух первых ребер, 1abh, и соединением 3h. Вторая боковая стенка 1bh не имеет изгиба. Участок второй боковой стенки 1bh, смежный соединению 3h, перекрывается с закрывающей пластиной 2. Участок второй боковой стенки 1bh, смежный соединению 3h, имеет контактную поверхность 1dh, контактирующую с закрывающей пластиной 2. Вторая боковая стенка 1bh продолжается в том же направлении, что и контактная поверхность 1dh.
Высота HL второй боковой стенки 1bh представляет собой расстояние между первым ребром 1abh и соединением 3h, измеряемое в направлении, перпендикулярном участку 1a верхней поверхности. Середина 1midh второй боковой стенки 1bh, определяемая вдоль направления, перпендикулярного участку 1a верхней поверхности, представляет собой середину между первым ребром 1abh и соединением 3h, определяемую вдоль направления, перпендикулярного участку 1a верхней поверхности.
В желобчатом элементе 13, показанном на фиг. 11C, две боковые стенки 1br и 1bh располагаются между первыми ребрами 1abr и 1abh, соответственно, и двумя соединениями 3r и 3h, соответственно. Высота HR одной из двух боковых стенок, 1br, представляет собой расстояние между первым ребром 1abr и соединением 3r, измеряемое в направлении, перпендикулярном участку 1a верхней поверхности. Высота HL другой из двух боковых стенок, 1bh, представляет собой расстояние между первым ребром 1abh и соединением 3h, измеряемое в направлении, перпендикулярном участку 1a верхней поверхности.
В каждом из желобчатых элементов 13, показанных на фиг. 11A-11C, каждая из боковых стенок 1br и 1bh включает в себя участок 1sr или 1sh низкой прочности и участок высокой прочности, имеющий предел текучести выше, чем участок 1sr или 1sh низкой прочности. Каждый из участков 1sr и 1sh низкой прочности боковых стенок 1br и 1bh продолжается от первого края боковой стенки (т.е. первого ребра 1abr или 1abh) до границы 1skr или 1skh между участком 1sr или 1sh низкой прочности и участком высокой прочности. Каждое из расстояния ShR между первым краем боковой стенки 1br и границей 1skr и расстояния ShL между первым краем боковой стенки 1bh и границей 1skh, измеряемых в направлении высоты боковых стенок, составляет от 20 до 40% от высоты HR или HL боковых стенок. Кроме того, как показано на фиг. 11D, как измеряется в продольном направлении боковой стенки 1bh (т.е. направлении, в котором продолжается первое ребро 1abh), участок 1sh низкой прочности продолжается на расстояние, которое равно или больше, чем высота HL боковой стенки 1bh. В каждой из боковых стенок 1br и 1bh на фиг. 11A-11C размер участка 1sr или 1sh низкой прочности, измеряемый в продольном направлении, равен или больше, чем высота HR или HL боковой стенки 1br или 1bh. Предел текучести участков 1sr и 1sh низкой прочности боковых стенок 1br и 1bh составляет от 60 до 85% от предела текучести в средних позициях 1midr и 1midh, определяемых вдоль направления высоты.
То есть каждый из участков 1sr и 1sh низкой прочности боковых стенок 1br и 1bh, показанных на фиг. 11A-11C, продолжается от первого ребра 1abr или 1abh до позиции на расстоянии от 20 до 40% от высоты HR или HL боковой стенки 1br или 1bh, измеряемом в направлении высоты боковых стенок. Как измеряется в направлении, в котором продолжаются первые ребра 1abr и 1abh, (т.е. продольном направлении боковых стенок 1br и 1bh), каждый из участков 1sr и 1sh низкой прочности продолжается на расстояние, которое равно или больше, чем высота HR или HL боковой стенки 1br или 1bh.
В примере реализации, показанном на фиг. 11A, первая и вторая боковые стенки 1br и 1bh параллельны друг другу. С другой стороны, в примере реализации, показанном на фиг. 11B, первая и вторая боковые стенки 1br и 1bh не параллельны друг другу. В примере реализации, показанном на фиг. 11B, первая и вторая стенки 1br и 1bh продолжаются таким образом, что расстояние между ними увеличивается по мере удаления от участка 1a верхней поверхности. В этом примере реализации первая боковая стенка 1br продолжается в направлении, перпендикулярном участку 1a верхней поверхности. Вторая боковая стенка 1bh продолжается в направлении под углом относительно оси, перпендикулярной участку 1a верхней поверхности. Фланец 1dr продолжается наружу от второго края первой боковой стенки 1br, смежного закрывающей пластине 2. Конструктивный элемент, имеющий поперечное сечение, показанное на фиг. 11B, может использоваться, например, в качестве передней стойки кузова.
В каждом из примеров реализации, показанных на фиг. 11A и фиг. 11B, закрывающая пластина 2 имеет участок изгиба, в котором она отгибается от ее плоскости. Направление, в котором продолжается ребро 2abh, образованное вдоль участка изгиба закрывающей пластины 2, совпадает с направлением, в котором продолжается граница между контактной поверхностью 1dh боковой стенки 1bh, контактирующей с закрывающей пластиной 2, и поверхностью, которая не находится в контакте с закрывающей пластиной 2. Направление, в котором продолжается ребро 2abh, образованное вдоль участка изгиба закрывающей пластины 2, может совпадать с направлением, в котором продолжается первое ребро 1abh (см. фиг. 11D).
В примере реализации, показанном на фиг. 11C, ни одна из двух боковых стенок 1br и 1bh не имеет изгиба. То есть контактная поверхность 1dr боковой стенки 1br, контактирующая с закрывающей пластиной 2, продолжается в том же направлении, что и боковая стенка 1br. Контактная поверхность 1dh боковой стенки 1bh, контактирующая с закрывающей пластиной 2, продолжается в том же направлении, что и боковая стенка 1bh.
Закрывающая пластина 2 включает в себя два контактных участка 2br и 2bh, перекрывающиеся с желобчатым элементом 13 и контактирующие с ним, и промежуточный участок 2a между двумя контактными участками 2br и 2bh. Участки между промежуточным участком 2a и двумя контактными участками 2br и 2bh представляют собой участки изгиба. Направление, в котором продолжаются ребра 2abr и 2abh, образованные между промежуточным участком 2a и двумя контактными участками 2br и 2bh, совпадает с направлением, в котором продолжаются границы между контактными поверхностями 1dr и 1dh боковых стенок 1br и 1bh, контактирующими с закрывающей пластиной 2, и поверхностями боковых стенок 1br и 1bh, которые не находятся в контакте с закрывающей пластиной 2.
Конструктивные элементы 10g, 10h и 10i, показанные на фиг. 11A-11C, обеспечивают такие же эффекты, что и конструктивный элемент 10, показанный на фиг. 1A-1C. Соединения 3r и 3h не ограничиваются сварными швами. Например, соединения могут представлять собой крепежные средства, такие как винты, адгезивы или припои.
Вариант воплощения 2
Вариант воплощения 2 относится к описанной выше третьей конфигурации. На фиг. 12A показан вид в поперечном разрезе конструктивного элемента в соответствии с настоящим вариантом воплощения. На фиг. 12B показан вид в плане конструктивного элемента, показанного на фиг. 12A. На фиг. 12C показан вид сбоку конструктивного элемента на фиг. 12A.
В конструктивном элементе 10j, показанном на фиг. 12A-12C, участок 1s низкой прочности продолжается от второго края каждой боковой стенки 1b, смежного закрывающей пластине 2, т.е. второго ребра 1bc, до позиции на расстоянии Sh для боковой стенки 1b, определяемом вдоль направления высоты, и имеет размер, который равен или больше, чем высота H боковой стенки 1b, измеряемый в продольном направлении. Это увеличит эффективность поглощения в отношении энергии удара от удара, прилагаемого к закрывающей пластине 2.
Конструктивный элемент 10j, показанный на фиг. 12A-12C, включает в себя корытообразный элемент 1 и закрывающую пластину 2, соединенную с корытообразным элементом 1. Как показано на фиг. 12A, корытообразный элемент 1 включает в себя участок 1a верхней поверхности, две боковые стенки 1b, продолжающиеся от обоих краев участка 1a верхней поверхности и обращенные друг к другу, и два фланца 1c, продолжающиеся от соответствующих боковых стенок 1b наружу, как определяется вдоль направления, в котором распределены боковые стенки. Два фланца 1c соединены с закрывающей пластиной 2.
Участки корытообразного элемента 1 конструктивного элемента 10j, расположенные между участком 1a верхней поверхности и двумя боковыми стенками 1b, представляют собой участки изгиба. Участки изгиба между участком 1a верхней поверхности и двумя боковыми стенками 1b образуют два первых ребра 1ab. Участки между двумя фланцами 1c и двумя боковыми стенками 1b представляют собой участки изгиба. Участки изгиба между двумя фланцами 1c и двумя боковыми стенками 1b образуют два вторых ребра 1bc. Каждая из двух боковых стенок 1b располагается между первым ребром 1ab и вторым ребром 1bc.
Как показано на фиг. 12C, направление, в котором продолжается каждое второе ребро 1bc, совпадает с продольным направлением конструктивного элемента 10j. Продольное направление конструктивного элемента 10j совпадает с продольным направлением боковых стенок 1b и совпадает с продольным направлением участка 1a верхней поверхности. В примере реализации, показанном на фиг. 12C, направление, в котором продолжается второе ребро 1bc, совпадает с направлением, в котором продолжается первое ребро 1ab.
В корытообразном элементе 1, показанном на фиг. 12A-12C, каждая боковая стенка 1b включает в себя участок 1s низкой прочности и участок высокой прочности, имеющий предел текучести выше, чем участок 1s низкой прочности. Участок 1s низкой прочности боковой стенки 1b продолжается от второго края боковой стенки 1b, смежного закрывающей пластине 2, (т.е. второго ребра 1bc), до границы 1sk между участком 1s низкой прочности и участком высокой прочности. Расстояние Sh между вторым краем боковой стенки 1b (т.е. вторым ребром 1bc) и границей 1sk, измеряемое в направлении высоты боковой стенки 1b, составляет от 20 до 40% от высоты H боковой стенки 1b. Кроме того, как показано на фиг. 12C, участок 1s низкой прочности продолжается на расстояние, которое равно или больше, чем высота H боковой стенки 1b, измеряемое в продольном направлении боковой стенки 1b (т.е. направлении, в котором продолжается первое ребро 1ab). То есть размер участка 1s низкой прочности, измеряемый в продольном направлении боковой стенки 1b, больше, чем высота H боковой стенки 1b. Предел текучести участка 1s низкой прочности каждой боковой стенки 1b составляет от 60 до 85% от предела текучести участка высокой прочности, измеренного в средней позиции 1mid боковой стенки 1b, определяемой вдоль направления высоты.
Другими словами, участок 1s низкой прочности каждой боковой стенки 1b, показанной на фиг. 12A-12C, продолжается от второго ребра 1bc до позиции на расстоянии от 20 до 40% от высоты H боковой стенки 1b, определяемом вдоль направления высоты боковой стенки 1b. Как определяется вдоль направления, в котором продолжается второе ребро 1bc, (т.е. продольного направления боковой стенки 1b), участок 1s низкой прочности продолжается на расстояние, которое равно или больше, чем высота H боковой стенки 1b.
В настоящем варианте воплощения направление высоты каждой боковой стенки 1b представляет собой направление, перпендикулярное закрывающей пластине 2. Более конкретно, направление, перпендикулярное закрывающей пластине 2, представляет собой направление, перпендикулярное плоскости поверхности закрывающей пластины 2. Если закрывающая пластина 2 имеет выступ, выемку, ступеньку или изогнутый участок, направление, перпендикулярное воображаемой плоскости, соединяющей два вторых ребра 1bc, представляет направление, перпендикулярное закрывающей пластине 2. Высота H боковой стенки 1b совпадает с расстоянием между первым и вторым ребрами 1ab и 1bc, измеряемым в направлении, перпендикулярном закрывающей пластине 2.
В конструктивном элементе 10j в соответствии с настоящим вариантом воплощения, например, деформационное поведение, обнаруживаемое при приложении удара к закрывающей пластине 2 в z-направлении, как правило, будет представлять собой поперечное смятие, как показано на фиг. 4. Это уменьшит величину деформации изгиба в направлении, перпендикулярном закрывающей пластине 2. Таким образом, при приеме удара конструктивный элемент 10j может поглощать больше энергии удара с меньшей деформацией. То есть конструктивный элемент 10j может эффективно поглощать энергию удара.
Предпочтительно расстояние Sh для участка 1s низкой прочности составляет не больше 35% от высоты H боковой стенки 1b, и более предпочтительно не больше 30%. Кроме того, расстояние Sh предпочтительно составляет не меньше 25% от высоты H боковой стенки 1b. Отношение прочности участка 1s низкой прочности боковой стенки 1b к прочности в средней позиции 1mid, определяемой вдоль направления высоты, (т.е. соотношение прочности), предпочтительно составляет не больше 83%, и более предпочтительно не больше 80%. Соотношение прочности предпочтительно составляет не меньше 70%.
Модификации Варианта воплощения 1 могут быть применены в Варианте воплощения 2.
В Вариантах воплощения 1 и 2 первые ребра и/или вторые ребра могут быть изогнутыми. Например, первые ребра и/или вторые ребра могут быть изогнутыми в направлении высоты боковых стенок, или могут быть изогнутыми в направлении, перпендикулярном боковым стенкам. Кроме того, высота боковой стенки (т.е. расстояние, между первым и вторым ребрами) может изменяться вдоль продольного направления (т.е. направления, в котором продолжается первое ребро). Если высота боковой стенки изменяется в зависимости от позиции, определяемой вдоль продольного направления, высота боковой стенки, на основе которой определяются расстояние Sh для участка низкой прочности, измеряемое в направлении высоты, и расстояние Sn, измеряемое в продольном направлении, представляет собой среднюю высоту участков боковой стенки, имеющих участок низкой прочности.
Применение в транспортных средствах
Транспортное средство, включающее в себя конструктивный элемент 10 в соответствии с описанным выше Вариантом воплощения 1 (включая конструктивные элементы 10e, 10e2, 10e3, 10g, 10h, 10i и другие модификации; аналогичное применимо и в дальнейшем), включено в варианты воплощения настоящего изобретения. В транспортном средстве конструктивный элемент 10 может быть размещен таким образом, что участок 1a верхней поверхности располагается снаружи относительно транспортного средства и закрывающая пластина 2 располагается внутри относительно транспортного средства. То есть конструктивный элемент 10 устанавливается таким образом, что поверхность для приема ударов располагается снаружи относительно транспортного средства. Таким образом, когда конструктивный элемент 10 принимает удар извне транспортного средства, величина его выступания в направлении внутрь транспортного средства уменьшается. Это уменьшит вероятность контакта конструктивного элемента 10 с устройством или человеком, которые находятся внутри транспортного средства. Например, это позволит исключить резкое изгибание конструктивного элемента в направлении салона транспортного средства при столкновении в случае аварии. Это улучшит безопасность.
Транспортное средство, включающее в себя конструктивный элемент 10j в соответствии с описанным выше Вариантом воплощения 2, включено в варианты воплощения настоящего изобретения. В транспортном средстве конструктивный элемент 10j может быть размещен таким образом, что участок 1a верхней поверхности располагается внутри относительно транспортного средства и закрывающая пластина 2 располагается снаружи относительно транспортного средства. То есть конструктивный элемент 10j устанавливается таким образом, что поверхность для приема ударов располагается снаружи относительно транспортного средства. Таким образом, когда конструктивный элемент 10j принимает удар извне транспортного средства, величина его выступания в направлении внутрь транспортного средства уменьшается.
Конструктивные элементы 10 и 10j при использовании могут поддерживаться в двух позициях, разнесенных друг от друга в продольном направлении. В этих примерах реализации конструктивный элемент 10 или 10j включает в себя два соединения, с помощью которых он соединяется с другим элементом. То есть конструктивный элемент 10 или 10j поддерживается в соединениях посредством другого элемента. Соединение также может быть названо опорой. Соединения обеспечиваются по меньшей мере на одном из боковых стенок 1b, участка 1a верхней поверхности и закрывающей пластины 2.
Конструктивный элемент 10 или 10j прикрепляется к другому элементу в соединениях. Соединения конструктивного элемента 10 или 10j соединяются с другим элементом, например, с помощью крепежных средств или с помощью сварки. Могут быть обеспечены три или больше соединений.
Соединения могут быть выполнены с возможностью вставки во внутреннее пространство конструктивного элемента 10 или 10j и обеспечения поддержки конструктивного элемента 10 или 10j. Например, в случае конструктивного элемента 10, сквозное отверстие может быть образовано в закрывающей пластине 2, и другой элемент может быть вставлен через сквозное отверстие для соединения конца другого элемента с внутренней поверхностью участка 1a верхней поверхности. Таким образом, соединения могут быть обеспечены на внутренней стороне участка 1a верхней поверхности конструктивного элемента 10 относительно этого элемента. В случае конструктивного элемента 10j сквозное отверстие может быть образовано в участке 1a верхней поверхности, и другой элемент может быть вставлен через сквозное отверстие для соединения конца другого элемента с внутренней поверхностью закрывающей пластины 2. Таким образом, соединения могут быть обеспечены на внутренней стороне закрывающей пластины 2 конструктивного элемента 10j относительно этого элемента.
Участки 1s низкой прочности предпочтительно располагаются между двумя соединениями. То есть предпочтительно по меньшей мере часть каждого участка 1s низкой прочности располагается на участках соответствующей боковой стенки 1b между двумя соединениями. Это уменьшит деформацию изгиба, обнаруживаемую при приложении удара к участкам конструктивного элемента, которые не поддерживаются соединениями. Кроме того, желательно участки 1s низкой прочности располагаются в середине между двумя соединениями. То есть предпочтительно участки 1s низкой прочности обеспечены на участках боковых стенок 1b, расположенных в середине между двумя соединения. Это увеличит эффективность поглощения энергии удара в позициях, которые, вероятно, будут принимать сильные удары. В результате величина деформации изгиба конструктивного элемента вследствие удара будет уменьшена.
Кроме того, желательно участки 1s низкой прочности должны располагаться в середине конструктивного элемента 10 или 10j, определяемой вдоль продольного направления, по следующим причинам. Участки конструктивного элемента 10 или 10j, расположенные в окрестности концов, удаленных от середины, определяемой вдоль продольного направления, соединены с другим элементом. Тем самым, независимо от того, имеются ли соединения или нет, деформация изгиба участков конструктивного элемента 10 или 10j, которые будет иметь наибольший момент под действием удара и вероятнее всего могут разрушиться (т.е. участки конструктивного элемента, которые находятся в середине, определяемой вдоль продольного направления, или промежуточные участки между соединениями), будет эффективным образом предотвращаться.
Таким образом, конструктивные элементы 10 и 10j могут использоваться в качестве высокопрочных конструктивных элементов для транспортных средств. Конструктивные элементы для транспортных средств включают в себя, например, передние стойки, средние стойки, боковые части нижнего обвязочного бруса, продольные брусья крыши, элементы пола, передние лонжероны и другие элементы, которые образуют части кузова транспортного средства, и усилители дверей, бамперы и другие элементы, прикрепляемые к кузову транспортного средства для защиты устройств и пассажиров в транспортном средстве от внешнего удара. Конструктивные элементы для транспортных средств поглощают энергию удара при столкновении в случае аварии транспортного средства.
На фиг. 13 иллюстрируются примерные конструктивные элементы, размещенные в транспортном средстве. В примере реализации, показанном на фиг. 13, передние стойки 15, средние стойки 16, боковые части 17 нижнего обвязочного бруса, продольные брусья 18 крыши, бампер 19, передние лонжероны 20, усилители 21 двери, элементы 22 пола и задние лонжероны 23 используются в качестве конструктивных элементов для транспортных средств. По меньшей мере в одном из этих конструктивных элементов для транспортных средств обеспечены участки 1s низкой прочности, подобные участкам 1s низкой прочности в конструктивных элементах 10 и 10j.
На фиг. 14 показана средняя стойка 16 кузова, реализованная посредством конструктивного элемента в соответствии с вариантом воплощения. В примере реализации, показанном на фиг. 14, подобно структурному элементу 10, средняя стойка 16 включает в себя участок 16a верхней поверхности, пару боковых стенок 16b, пару фланцев 16c и закрывающую пластину (не показана). Участок 16a средней стойки 16 располагается снаружи относительно транспортного средства. Пара боковых стенок 16b продолжаются от обоих краев участка 16a верхней поверхности, как определяется вдоль направления, перпендикулярного продольному направлению, и обращены друг к другу. Каждая боковая стенка 16b имеет первый край, смежный участку 16a верхней поверхности, и второй край, противоположный ему, и фланцы 16c, которые продолжаются от вторых краев. Закрывающая пластина (не показана) соединена с поверхностью каждого фланца 16c, противоположной поверхности, обращенной в сторону участка 16a верхней поверхности, т.е. с поверхностью, расположенной внутри относительно транспортного средства. Участок 16s низкой прочности обеспечен на каждой боковой стенке 16b и располагается рядом с участком 16a верхней поверхности. Участок 16s низкой прочности продолжается от границы между участком 16a верхней поверхности и боковой стенкой 16b (т.е. плеча) до позиции на расстоянии от 20 до 40% от высоты боковой стенки 16b. Предел текучести участка 16s составляет от 60 до 85% от предела текучести других участков (т.е. предела текучести боковой стенки 16b, измеренного в средней позиции, определяемой вдоль направления высоты).
Конструктивные элементы для транспортных средств, которые поглощают энергию удара, могут быть в общем подразделены на те, которые могут деформироваться в виде их сжатия в осевом направлении, и на те, которые могут деформироваться в виде их резкого изгибания. Те, которые могут резко изгибаться, поглощают энергию удара за счет резкого изгибания или поперечного смятия. Элементы кузова, такие как средние стойки и боковые части нижнего обвязочного бруса, должны иметь более высокую эффективность поглощения энергии удара за счет их изготовления из высокопрочных материалов. Поэтому описанные выше эффекты будут сильными, если конструктивный элемент 10 в соответствии с вариантом воплощения изготовлен из сверхпрочной стали, в которой предел прочности при растяжении каждой боковой стенки 1b, измеренный в средней позиции 1mid, определяемой вдоль направления высоты, (т.е. предел прочности при растяжении участков, отличных от участка низкой прочности), составляет 980 МПа или выше (или предел текучести 500 МПа или выше). Еще более сильные эффекты могут быть достигнуты, если прочность каждой боковой стенки 1b конструктивного элемента 10, измеренная в средней позиции 1mid, (т.е. прочность участков, отличных от участка 1s низкой прочности), будет выражена через предел прочности при растяжении, составляющий 1 ГПа или выше.
Использование конструктивных элементов 10 и 10j не ограничивается применениями в четырехколесных транспортных средствах, таких как автомобили, как показано на фиг. 13, и они могут использоваться в качестве структурных элементов, например, для двухколесных транспортных средств. Кроме того, использование конструктивных элементов 10 и 10j не ограничивается применениями в транспортных средствах. Например, конструктивные элементы 10 и 10j могут представлять собой конструктивные элементы в ударопрочных контейнерах, конструкциях, кораблях или летательных аппаратах.
Процесс изготовления
Конструктивный элемент 10 или 10j может быть полностью образован из одного и того же материала. Конструктивный элемент 10 или 10j может быть образован, например, из стальной пластины. Процесс изготовления конструктивного элемента 10 или 10j включает в себя этап изготовления корытообразного элемента 1 (или желобчатого элемента), имеющего участки 1s низкой прочности, этап изготовления закрывающей пластины 2 и этап соединения корытообразного элемента 1 и закрывающей пластины 2. Этап изготовления корытообразного элемента 1 включает в себя под-этап обеспечения различия в прочности в материале для образования участков низкой прочности.
Формирование участков низкой прочности не ограничивается конкретным способом. Например, корытообразный элемент 1, включающий в себя упрочненный участок, может быть получен путем роликового профилирования для формования стальной пластины в корытообразную форму в поперечном сечении, и локального нагрева и быстрого охлаждения (т.е. закалки) материала, используя, например, нагрев с помощью лазера или высокочастотный нагрев. В этом случае участки, которые не были подвергнуты закалке, имеют относительно низкую прочность и обеспечивают участки низкой прочности. В качестве альтернативы, весь корытообразный элемент 1 может быть упрочнен путем закалки перед тем, как элемент будет подвергнут частичному отжигу для образования участков низкой прочности.
В качестве альтернативы, горячее прессование (или горячая штамповка) может использоваться для изготовления конструктивного элемента 10 или 10j. Во время этапа горячего прессования параметры нагрева или охлаждения могут изменяться для ограниченных областей внутри пресс-формы, чтобы образовать участки низкой прочности в материале. Например, стальная пластина может быть нагрета до температур, при которых сталь становится однофазной областью аустенита (т.е. температура Ac3 или выше), и затем может быть подвергнута охлаждению, при этом сталь формуют, используя пресс-форму. Скорость охлаждения может изменяться во время этого процесса таким образом, что быстро охлаждаемые участки в общем получают твердую мартенситную микроструктуру, и медленно охлаждаемые участки получают мягкую многофазную микроструктуру с ферритом и перлитом или бейнитную микроструктуру. Таким образом, медленно охлаждаемые участки обеспечивают участки низкой прочности.
Изготовление конструктивного элемента 10 или 10j не ограничивается описанным выше примерным способом. Например, способ изготовления с использованием заготовки типа «tailored blank» или другие известные способы могут использоваться для получения конструктивного элемента 10 или 10j с участками 1s низкой прочности.
ПРИМЕРЫ
Для рассматриваемых примеров, деформация конструктивных элементов, каждый из которых имеет корытообразный элемент и закрывающую пластину, обнаруживаемая, когда индентор заставляют ударять в них, анализировалась с помощью имитационных испытаний. На фиг. 15 схематически показана конфигурация аналитической модели для имитационных испытаний. В имитационных испытаниях конструктивный элемент 30 размещался на двух стойках 120 таким образом, чтобы простираться поверх и между ними, индентор 110 заставляли ударять в средний участок конструктивного элемента 30, определяемый вдоль продольного направления, и анализировалось получаемое в результате деформационное поведение. Радиус кривизны индентора 110 составлял 150 мм, и начальная скорость индентора составляла 4 м/с. Масса индентора 110 составляла 350 кг.
На фиг. 16 иллюстрируются различные размеры конструктивного элемента 30, используемого в имитационных испытаниях, на виде в поперечном разрезе, перпендикулярно продольному направлению. Конструктивный элемент 30 включает в себя корытообразный элемент 3 и закрывающую пластину 4. Корытообразный элемент 3 включает в себя участок 3a верхней поверхности, пару боковых стенок 3b и пару фланцев 3c. Боковые стенки 3b продолжаются от обоих краев участка 3a верхней поверхности и обращены друг к другу. Каждая боковая стенка 3b имеет первый край, смежный участку 3a верхней поверхности, и второй край, противоположный ему, и каждый фланец 3c продолжается от второго края соответствующей боковой стенки 3b наружу, как определяется вдоль направления, в котором распределены боковые стенки 3b. Закрывающая пластина 4 прикреплена к паре фланцев 3c. Каждая боковая стенка 3b имеет участок 3s низкой прочности, продолжающийся от первого края до позиции на расстоянии Sh.
На фиг. 16 H=50 мм, W1=50 мм, W2=65 мм, W3=40 мм и t=1,4 мм. Были проведены имитационные испытания на удар, в которых изменялось расстояние Sh для участка 3s низкой прочности. Были проведены имитационные испытания на удар, в которых изменялась прочность участков 3s низкой прочности и других участков. Длина SL половины размера участка 3s низкой прочности, измеряемая в продольном направлении (см. фиг. 15), составляла H/2.
2
2
На фиг. 17 показан график величины деформации вследствие изгибания под действием ударной нагрузки, с разными соотношениями прочности между участками 3s низкой прочности и другими участками, где Sh=(2/5)H. На фиг. 17 по вертикальной оси указывается величина внедрения (или выступания) конструктивного элемента, измеряемого в направлении, перпендикулярном участку 3a верхней поверхности (т.е. z-направлении). По горизонтальной оси указывается отношение прочности участка 3s низкой прочности к прочности других участков, т.е. участков высокой прочности (или среднего участка каждой боковой стенки 3b, определяемого вдоль направления высоты), т.е. соотношение прочности, где (соотношение прочности)=((прочность участков низкой прочности)/(прочность участков высокой прочности)). На графике на фиг. 17 ромбы указывают значения, получаемые при пределе текучести участков высокой прочности 120 кгс/мм (1176,8 МПа), и квадраты указывают значения, получаемые при пределе текучести участков высокой прочности 145 кгс/мм (1422 МПа).
На интервале соотношения прочности между 0,6 и 0,85 величина внедрения уменьшается с увеличением соотношения прочности (стрелка Y1). На этом интервале характер деформации представляет собой поперечное смятие, показанное на фиг. 4. На этом интервале, когда прочность участков низкой прочности была низкой (т.е. соотношение прочности составляло 0,6 или меньше), величина внедрения была большой, даже если присутствовало поперечное смятие, и была по существу равна величине внедрения, обнаруживаемой при соотношении прочности, превышающем 0,85. Когда соотношение прочности превышает 0,85, величина внедрения быстро возрастает (стрелка Y2). Когда соотношение прочности увеличивалось дальше после 0,85, величина внедрения увеличивалась с увеличением соотношения прочности (стрелка Y3). Предполагается, что причиной этого является то, что при соотношении прочности 0,85 характер деформации изменяется с поперечного смятия, как показано на фиг. 4, на изгиб, как показано на фиг. 3. Таким образом, когда прочность участков низкой прочности была слишком большой (соотношение прочности было высоким), элемент резко изгибался при деформации и величина внедрения увеличивалась. Результаты на фиг. 17 наглядно показывают, что для уменьшения величины внедрения от деформации изгиба под действием удара соотношение прочности предпочтительно находится в диапазоне от 60 до 85%, и более предпочтительно находится в диапазоне от 70 до 85%.
Ниже в Таблице 1 приведены деформационные поведения, обнаруженные при соотношении прочности 0,83 (т.е. предел текучести участков низкой прочности составлял YP 100 МПа и предел текучести других участков составлял YP 120 МПа) и изменяемом расстоянии Sh для участков низкой прочности. В Таблице 1 стрелка вверх указывает на то же значение, что и в строке непосредственно выше. Кружок в столбце для деформационного поведения указывает на поперечное смятие, как показано на фиг. 4, и крестик указывает на резкий изгиб, как показано на фиг. 3.
Таблица 1
Случай
Sh
Деформационное поведение
1
0
Х
2
H/2
Х
3
2H/5
О
4
H/3
О
5
H/5
О
6
H/10
Х
В соответствии с результатами, показанными в Таблице 1, деформационное поведение представляло собой резкий изгиб (см. фиг. 3), когда отсутствовал участок низкой прочности (Sh=0) и когда Sh=H/2 (Sh составлял 50% от H) и Sh=H/10 (Sh составлял 10% от H). Деформационное поведение представляло собой поперечное смятие (см. фиг. 4), когда Sh=2H/5 (Sh составлял 40% от H), Sh=H/3 (Sh составлял примерно 33% от H) и Sh=H/5 (Sh составлял 20% от H). Эти результаты наглядно показывают, что деформационное поведение представляло собой поперечное смятие и величина внедрения была сведена к минимуму, когда расстояние Sh для участка 3s низкой прочности, начинающегося от первого края боковой стенки 3b, смежного участку 3a верхней поверхности, составляло от 20 до 40% от высоты H боковой стенки 3b.
Были проведены другие имитационные испытания с разными поверхностями, в которые ударял индентор 110, и с разными размерами SL участка 3s низкой прочности, измеряемыми в продольном направлении. На фиг. 18 схематически показана конфигурация аналитической модели в имитационных испытаниях. В модели, показанной на фиг. 18, конструктивный элемент 30 размещался на двух стойках 120 таким образом, чтобы простираться поверх и между ними, при этом корытообразный элемент 3 располагался внизу, а закрывающая пластина 4 располагалась наверху. Середина конструктивного элемента 30, определяемая вдоль продольного направления, располагалась в середине между двумя стойками 120. Индентор 110 заставляли ударять в средний участок закрывающей пластины 4, определяемый вдоль продольного направления. В модели, показанной на фиг. 18, каждая из пары боковых стенок 3b включает в себя участок 3s низкой прочности, продолжающийся от ее второго края, смежного закрывающей пластине 4, до позиции на расстоянии Sh.
Были проведены имитационные испытания для модели на фиг. 15, в которых индентор 110 заставляли ударять в корытообразный элемент (далее называемая модель с прямым расположением корытообразного элемента), и для модели на фиг. 18, в которых индентор 110 заставляли ударять в закрывающую пластину 4 (далее называемая модель с обратным расположением корытообразного элемента). Более конкретно, модель с прямым расположением корытообразного элемента и модель с обратным расположением корытообразного элемента анализировались, когда размер Sh участка 3s низкой прочности, определяемый вдоль направления высоты, составлял Sh=H/3, и его размер SL, определяемый в продольном направлении, изменялся следующим образом: SL=0, H/2 и H. То есть были проведены имитационные испытания при следующих условиях, для Случаев 1-6:
Случай 1: модель с прямым расположением корытообразного элемента, SL=0, Sh=0 (без участка низкой прочности);
Случай 2: модель с прямым расположением корытообразного элемента, SL=H/2, Sh=H/3;
Случай 3: модель с прямым расположением корытообразного элемента, SL=H, Sh=H/3;
Случай 4: модель с обратным расположением корытообразного элемента, SL=0, Sh=0 (без участка низкой прочности);
Случай 5: модель с обратным расположением корытообразного элемента, SL=H/2, Sh=H/3;
Случай 6: модель с обратным расположением корытообразного элемента, SL=H, Sh=H/3.
На фиг. 19 и фиг. 20 показаны графики, иллюстрирующие результаты анализа для Случаев1-6. На фиг. 19 показан график с кривыми нагрузка-ход (F-S кривые) для Случаев 1-3 для модели с прямым расположением корытообразного элемента. На фиг. 20 показан график с кривыми нагрузка-ход (F-S кривые) для Случаев 4-6 для модели с обратным расположением корытообразного элемента. Результаты анализа на фиг. 19 показывают, что нагрузка уменьшается более медленно для Случая 3, чем для Случаев 1 и 2. Результаты анализа на фиг. 20 показывают, что нагрузка уменьшается более медленно для Случая 6, чем для Случаев 4 и 5. Предполагается, что при условиях Случаев 3 и 6 изгиб был предотвращен, так что нагрузка продолжается. Это наглядно показывает, что независимо от того, какая модель используется, с прямым расположением корытообразного элемента или обратным расположением корытообразного элемента, эффективность поглощения энергии удара будет выше и изгиб будет меньше, когда размер участка 3s низкой прочности, измеряемый в продольном направлении, равен высоте H боковой стенки, чем когда он составляет H/2.
На фиг. 21 показаны результаты анализа деформационного поведения для Случаев 1-3. На фиг. 22 показаны результаты анализа деформационного поведения для Случаев 4-6. На фиг. 21 и фиг. 22 показано, как деформируется конструктивный элемент, когда ход составляет 20 мм. В соответствии с результатами анализа для Случаев 1-3 для моделей с прямым расположением корытообразного элемента, показанными на фиг. 21, деформация расширяется в продольном направлении и изгиб сведен к минимуму для Случая 3, где SL=H, по сравнению со Случаем 1, где SL=0, и Случаем 2, где SL=H/2. В соответствии с результатами анализа для Случаев 4-6 для моделей с обратным расположением корытообразного элемента, показанными на фиг. 22, деформация расширяется в продольном направлении и изгиб сведен к минимуму для Случая 6, где SL=H, по сравнению со Случаем 4, где SL=0, и Случаем 5, где SL=H/2.
Были проведены реальные испытания, в которых были изготовлены опытные образцы, подобные конструктивному элементу, показанному на фиг. 15, и к ним прилагались удары. Каждый из опытных образцов был размещен на двух стойках, разнесенных друг от друга в продольном направлении опытного образца, при этом закрывающая пластина располагалась внизу, и индентор (падающий груз) заставляли ударять в корытообразный элемент. Масса индентора составляла 376 кг, и скорость удара индентора составляла 3,9 м/с. Были изготовлены два опытных образца, т.е. конструктивный элемент с однородной прочностью и конструктивный элемент с участками низкой прочности, и удар прилагался к каждому из них посредством индентора. Каждый участок низкой прочности продолжался от края боковой стенки, смежного участку верхней поверхности, до позиции на расстоянии Sh, измеряемом в направлении высоты, и продолжался на расстояние SL, измеряемое в продольном направлении боковой стенки. Здесь, расстояние Sh=0,3H (т.е. 30% от высоты H боковой стенки) и расстояние SL=H (т.е. высота H боковой стенки).
На фиг. 23 показаны результаты деформации опытного образца с однородной прочностью. На фиг. 24 показаны результаты деформации опытного образца с участками низкой прочности. Опытный образец, показанный на фиг. 23, был резко изогнут. Опытный образец, показанный на фиг. 24, был деформирован путем поперечного смятия. Величина деформации вследствие удара была меньше в опытном образце с участками низкой прочности.
На фиг. 25 показан график результатов измерений в экспериментальных испытаниях на удар для опытного образца с участками низкой прочности и результатов анализа с помощью имитационных испытаний, использующих модели такого же конструктивного элемента, как и опытный образец. На графике на фиг. 25 по горизонтальной оси указывается величина смещения ударника (индентора) (мм), и по вертикальной оси указывается нагрузка (кН). На графике тонкой линией указаны экспериментальные результаты и толстой линией указаны результаты анализа. Результаты на фиг. 25 наглядно показывают, что результаты анализа из имитационных испытаний были близки к экспериментальным результатам.
Хотя здесь были описаны варианты воплощения настоящего изобретения, представленные выше варианты воплощения являются только примерами для реализации настоящего изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами воплощения, и описанные выше варианты воплощения могут быть модифицированы соответствующим образом, не отходя от сущности настоящего изобретения.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1: корытообразный элемент
1a: участок верхней поверхности
1b: боковые стенки
1c: фланцы
1s: участки низкой прочности
2: закрывающая пластина
10: конструктивный элемент.