JP2006207725A - 衝撃吸収部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】軸方向の一方の端部からこの軸方向と略平行な方向へ向けて衝撃荷重を負荷されて座屈することにより衝撃エネルギを吸収するための筒体を備える衝撃吸収部材である。軸方向の少なくとも一部におけるこの筒体の横断面形状が、複数の頂点を有する閉断面であり、この閉断面の外側にフランジを具備しないとともに、複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる最大の輪郭からなる基本断面が凸多角形であり、この凸多角形のうちの少なくとも一つの辺の全域がこの凸多角形の内部を通過する非直線に形成される。
【選択図】 図4
Description
また、特許文献4には、四角形の横断面を有する素材の4つの頂点を含む4つの角部に、内部へ向けた略直角二等辺三角形状の溝部を形成することによって、強度を高めた衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。
(I)衝撃吸収部材を構成する筒体の横断面形状を、複数の頂点を有する閉断面であり、この閉断面の外側にフランジを具備しないとともに、複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる最大の輪郭からなる基本断面が凸多角形であり、この凸多角形のうちの少なくとも一つの辺の全域がこの凸多角形の内部を通過する非直線に形成される構造とすることによって、底付きを生じるまでの変位量(ストローク)を長く確保することができ、これにより、衝撃エネルギの吸収量を安定して確保できること。
(III)これらの場合に、非直線を円弧とし、この円弧の部分の長さ(l)と一の辺の長さ(L)とが1.005≦(l/L)≦1.207の関係を満足することにより、底付きを生じるまでの変位量(ストローク)をさらに確保できること。
本実施の形態の衝撃吸収部材を構成する筒体は、軸方向の少なくとも一部における横断面形状が、複数の頂点を有する閉断面であり、この閉断面の外側にフランジを具備しないとともに、複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる最大の輪郭からなる基本断面が凸多角形であり、この凸多角形のうちの少なくとも一つの辺の全域がこの凸多角形の内部を通過する非直線に形成されるものである。そこで、この筒体について説明する。
例えばプレス成形等によって成形された2つ以上の部材を、例えばスポット溶接等により接合する際の接合代となる、外部へ向けたフランジを具備する筒体を備える衝撃吸収部材と、このフランジを具備しない筒体を備える衝撃吸収部材とのそれぞれに衝撃荷重を負荷したときの圧壊の挙動を、FEM数値解析を行うことによって分析した。
本実施の形態の衝撃吸収部材を概念的に説明すると、複数の頂点を有する凸多角形からなる横断面形状を有する筒体からなる素材の少なくとも一の平面を、軸方向の一部又は全部の領域において、筒体の内部へ向けて凸となる、例えば曲面等の非平面形状に置換したものである。このため、本実施の形態の衝撃吸収部材は、複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる最大の輪郭からなる凸多角形の基本断面を有する。
上述した本実施の形態の衝撃吸収部材は、筒体の基本横断面形状である凸多角形が2n個(nは2以上の自然数)の頂点を有するとともに、2n個の辺のうちの一つおきのn個の辺それぞれの全域が、凸多角形の内部を通過する非直線に形成されることが望ましい。そこで、この点を説明する。
(i)衝撃荷重の入力端側に近い領域において、筒体を構成する各稜線に軸方向への圧縮ひずみが蓄積される。
(iii)圧縮ひずみが蓄積された稜線部が塑性座屈を生じ、次いで、各稜線間の辺の部分でたわみ方向へ張り出すしわが発生する。
一般的な正凸多角形の軸圧壊における変形挙動の代表例として、図3に、正八角形、正十二角形の横断面を有する筒体を備える衝撃吸収部材3、4の圧壊途中の形状をFEM解析により模式的に示す。
(a)各稜線間の辺に生成されるしわの方向は、筒体の軸方向については、順に断面内側、断面外側と交互に生成される。
(b)各稜線間の辺に生成されるしわの方向は、筒体の周方向については、いずれも同一方向に生成される。
上述したように、荷重が400kNに急上昇した時点を底付きの発生と捉えると、図4(a)に示す筒体5の段付きまでのストロークは166.1mmであることから底付きまでのストローク/衝撃吸収部材全長)×100は高々83%程度であるのに対し、図4(b)に示す筒体6の段付きまでのストロークは172.2mmであり、底付きまでのストローク/衝撃吸収部材全長)×100は85%以上と大幅に向上している。
さらに、本実施の形態の衝撃吸収部材では、基本横断面における凸多角形の辺を、凸多角形の内部を通過する非直線、例えば円弧に形成することが、筒体の製造コストの上昇を抑制するためには最も有効である。つまり、凸多角形の内部へ膨出した非直線が円弧であるとともに、この円弧の部分の長さ(l)と一の辺の長さ(L)とが1.005≦(l/L)≦1.207の関係を満足することが望ましい。この点について説明する。
以下に説明する内容の衝突試験を行うことにより、本発明に係る衝撃吸収部材の効果を検証した。
そして、直径120mmの円に内接する正八角形(一辺の長さ45.9mm)の横断面形状を有する筒体を備える比較例1と、直径120mmの円に内接する正十二角形(一辺の長さ31mm)の横断面形状を有する筒体を備える比較例2と、比較例1の正八角形の辺をひとつおきに内部側へ向けて凸となる半径60mmの円弧とした実施例1と、比較例1の正八角形の辺をひとつおきに内部側へ向けて凸となる半径25mmの円弧とした実施例2と、比較例2の正十二角形の辺をひとつおきに内部側へ向けて凸となる内部側へ向けて凸となる半径26mmの円弧とした実施例3と、さらに、比較例2の正十二角形の辺をひとつおきに内部側へ向けて凸となる半径17mmの円弧とした実施例4とについて、底付きを生じたストロークと、底付き時の衝撃エネルギの吸収量とを比較した。
構造とすることによって、底付きを生じるまでの変位量(ストローク)を長く確保することができ、これにより、衝撃エネルギの吸収量を安定して確保できることが分かる。
5a〜5h、6a〜6h、7a〜7l、8a〜8l 辺
Claims (3)
- 軸方向の一方の端部から該軸方向と略平行な方向へ向けて衝撃荷重を負荷されて座屈することにより衝撃エネルギを吸収するための筒体を備える衝撃吸収部材であって、前記軸方向の少なくとも一部における当該筒体の横断面形状は、複数の頂点を有する閉断面であり、該閉断面の外側にフランジを具備しないとともに、前記複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる最大の輪郭からなる基本断面が凸多角形であり、該凸多角形のうちの少なくとも一つの辺の全域は該凸多角形の内部を通過する非直線に形成されることを特徴とする衝撃吸収部材。
- 前記凸多角形は2n個(nは2以上の自然数)の頂点を有するとともに、前記少なくとも一つの辺は、2n個の辺のうちの一つおきのn個の辺である請求項1に記載された衝撃吸収部材。
- 前記非直線は円弧であるとともに、該円弧の部分の長さ(l)と前記少なくとも一の辺の長さ(L)とは1.005≦(l/L)≦1.207の関係を満足する請求項1又は請求項2に記載された衝撃吸収部材。
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