特開 2023-131794 構造部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023131794

(43)【公開日】2023-09-22

(54)【発明の名称】構造部材

(51)【国際特許分類】

   B62D 25/20 20060101AFI20230914BHJP

【ＦＩ】

B62D25/20 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022036746

(22)【出願日】2022-03-10

(71)【出願人】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001553

【氏名又は名称】アセンド弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】加藤 遼馬

(72)【発明者】

【氏名】相藤 孝博

【テーマコード（参考）】

3D203

【Ｆターム（参考）】

3D203BB08

3D203BB22

3D203CA02

3D203CA25

3D203CA29

3D203CA35

3D203CA59

(57)【要約】

【課題】耐軸圧縮力性能と耐曲げモーメント性能とを同時に確保することができる車体用の構造部材を提供する。
【解決手段】構造部材（１０）は、天板（１１）と、２つの縦壁（１２１，１２２）とを備える。２つの縦壁（１２１，１２２）は、天板（１１）の両側縁に接続され、互いに対向する。構造部材（１０）の軸方向に垂直な断面において、構造部材（１０）の幅方向における天板（１１）の長さをＷ、構造部材（１０）の高さ方向における縦壁（１２１，１２２）の長さをＬとし、天板（１１）の板厚をｔ_ｗ、縦壁（１２１，１２２）の板厚をｔ_Ｌとしたとき、構造部材（１０）は、Ｌ／Ｗ≧１．２及びｔ_Ｌ／ｔ_Ｗ≦０．７を満たしている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車体用の構造部材であって、
天板と、
前記天板の両側縁に接続され、互いに対向する２つの縦壁と、
を備え、
前記構造部材の軸方向に垂直な断面において、
前記構造部材の幅方向における前記天板の長さをＷ、前記構造部材の高さ方向における前記縦壁の長さをＬとし、
前記天板の板厚をｔ_ｗ、前記縦壁の板厚をｔ_Ｌとしたとき、
Ｌ／Ｗ≧１．２及びｔ_Ｌ／ｔ_Ｗ≦０．７を満たす、構造部材。

【請求項2】

請求項１に記載の構造部材であって、
前記天板及び前記縦壁は、１４７０ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板によって形成されている、構造部材。

【請求項3】

請求項２に記載の構造部材であって、
前記天板及び前記縦壁は、２５００ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板によって形成されている、構造部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、車体用の構造部材に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車等の車体に用いられる構造部材には、車体の衝突時等に入力される荷重に対する耐力が要求される。例えば、車体の衝突時に軸方向の圧縮力が入力され得る構造部材は、軸圧縮力に対して高い耐力を発揮するように構成される。しかしながら、構造部材が実際の車体に設けられた状態では、構造部材に対し、重心軸から例えば高さ方向にずれた位置に軸圧縮力が負荷されることがある。この場合、構造部材は、軸圧縮力に加えて曲げモーメントを受けることになる。

【0003】

例えば、特許文献１には、ロッカ骨格部材及びフロアクロスメンバを含む自動車の車体構造が開示されている。フロアクロスメンバは、自動車の側面衝突時に軸圧縮力が入力される構造部材である。特許文献１では、従来、ロッカ骨格部材の断面の図心に対してフロアクロスメンバの断面の図心が下方に大きく変位していたため、側面衝突時の荷重によってフロアクロスメンバに曲げモーメントが作用すると説明されている。そのため、特許文献１は、車幅方向に沿った凸部をフロアパネルに形成し、フロアクロスメンバとフロアパネルの凸部とで画定される閉断面の図心を自動車の高さ方向においてロッカ骨格部材の断面の図心に接近させることを提案している。特許文献１には、このような構成により、側面衝突によって車体構造に入力される荷重は、曲げモーメントではなく、軸力としてフロアクロスメンバに作用すると記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０－９５２１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、軽量で頑丈な自動車の実現に向け、車体用の構造部材には、例えばハイテンや超ハイテン等といった高強度の素材が使用されている。素材の高強度化に伴って構造部材を薄肉化した場合、構造部材において軸圧縮力による弾性座屈が生じやすくなる。弾性座屈は、素材の強度に関係なく、構造部材を薄肉化するほど発生しやすくなる。構造部材の断面形状は、弾性座屈の発生を回避することができるように設計されていることが好ましい。構造部材には軸圧縮力及び曲げモーメントの双方が負荷されることがあるため、軸圧縮力及び曲げモーメントが同時に負荷された場合にも構造部材が高い耐力を発揮することができるように、構造部材の断面形状が設計されることが好ましい。

【0006】

例えば、軸圧縮力に対する耐力（耐軸圧縮力性能）を向上させる場合、一般的には、構造部材の断面において、軸圧縮力を実質的に支持することができない非有効部が存在しないように平行部を短くする。平行部を短くすると、構造部材の断面のサイズは小さくなる。しかしながら、曲げモーメントに対する耐力（耐曲げモーメント性能）を向上させるためには、構造部材の断面サイズを大きくする必要がある。すなわち、従来の構造部材の断面形状の設計では、耐軸圧縮力性能の向上と耐曲げモーメント性能の向上とがトレードオフとなっている。したがって、耐軸圧縮力性能と耐曲げモーメント性能とを同時に確保するためには、従来はなかった構造部材の断面形状を新たに考案する必要がある。

【0007】

本開示は、耐軸圧縮力性能と耐曲げモーメント性能とを同時に確保することができる車体用の構造部材を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示に係る車体用の構造部材は、天板と、２つの縦壁とを備える。２つの縦壁は、天板の両側縁に接続され、互いに対向する。構造部材の軸方向に垂直な断面において、構造部材の幅方向における天板の長さをＷ、構造部材の高さ方向における縦壁の長さをＬとし、天板の板厚をｔ_ｗ、縦壁の板厚をｔ_Ｌとしたとき、構造部材は、Ｌ／Ｗ≧１．２及びｔ_Ｌ／ｔ_Ｗ≦０．７を満たしている。

【発明の効果】

【0009】

本開示に係る車体用の構造部材によれば、耐軸圧縮力性能と耐曲げモーメント性能とを同時に確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施形態に係る構造部材の斜視図である。

【図2】図２は、図１に示す構造部材の横断面図である。

【図3】図３は、２５００ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板で形成された構造部材について、ｔ_Ｌ／ｔ_Ｗと、基準の構造部材に対する最大モーメント発生時の軸力の比との関係を示す図である。

【図4】図４は、２５００ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板で形成された構造部材について、Ｌ／Ｗと、基準の構造部材に対する最大モーメント発生時の軸力の比との関係を示す図である。

【図5】図５は、１４７０ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板で形成された構造部材について、ｔ_Ｌ／ｔ_Ｗと、基準の構造部材に対する最大モーメント発生時の軸力の比との関係を示す図である。

【図6】図６は、１４７０ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板で形成された構造部材について、Ｌ／Ｗと、基準の構造部材に対する最大モーメント発生時の軸力の比との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

実施形態に係る車体用の構造部材は、天板と、２つの縦壁とを備える。２つの縦壁は、天板の両側縁に接続され、互いに対向する。構造部材の軸方向に垂直な断面において、構造部材の幅方向における天板の長さをＷ、構造部材の高さ方向における縦壁の長さをＬとし、天板の板厚をｔ_ｗ、縦壁の板厚をｔ_Ｌとしたとき、構造部材は、Ｌ／Ｗ≧１．２及びｔ_Ｌ／ｔ_Ｗ≦０．７を満たしている（第１の構成）。

【0012】

天板及び２つの縦壁を含む構造部材に対し、例えば重心軸から天板側にずれた位置に軸圧縮力が入力された場合、天板では圧縮変形が生じ、各縦壁のうち天板から離れた部位では引張変形が生じる。天板は、発生した圧縮応力によって弾性座屈をする可能性がある。弾性座屈が発生した場合、構造部材に所望の耐軸圧縮力性能及び耐曲げモーメント性能を発揮させることが困難となる。そこで、実施形態に係る構造部材では、弾性座屈が生じやすい天板の板厚ｔ_Ｗを縦壁の板厚ｔ_Ｌと比較して大きくするとともに、幅方向における天板の長さＷを高さ方向における縦壁の長さＬと比較して小さくしている。より具体的には、構造部材の軸方向に垂直な断面において、天板の板厚ｔ_Ｗ及び縦壁の板厚ｔ_Ｌは、ｔ_Ｌ／ｔ_Ｗ≦０．７を満たすように設定されている。また、構造部材の軸方向に垂直な断面において、天板の長さＷ及び縦壁の長さＬは、Ｌ／Ｗ≧１．２を満たすように設定されている。このような構成により、構造部材に対して軸圧縮力が入力されたとき、天板の弾性座屈が生じにくくなり、軸圧縮力性能及び曲げモーメントに対する耐力の双方を同時に構造部材に発揮させることができる。すなわち、耐軸圧縮力性能と耐曲げモーメント性能とを同時に確保することができる。

【0013】

天板及び縦壁は、１４７０ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板によって形成されていることが好ましく（第２の構成）、２５００ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板によって形成されていることがより好ましい（第３の構成）。

【0014】

第２又は第３の構成のように、天板及び縦壁が高強度材によって形成される場合、実施形態に係る構造部材は特に有効である。具体的に説明すると、１４７０ＭＰａ以上又は２５００ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板（高強度材）を構造部材に使用する場合、軽量化を実現するため、構造部材が全体的に薄肉化されるのが通常である。しかしながら、構造部材が薄肉化された場合、構造部材では、軸圧縮力の入力時に弾性座屈が生じやすくなる。弾性座屈が生じた場合、構造部材は、高強度材に期待される耐軸圧縮力性能及び耐曲げモーメント性能を発揮することができない。これに対して、実施形態に係る構造部材では、上述した通り、弾性座屈が生じやすい天板の板厚ｔ_ｗが増加するとともに天板の長さＷが減少していることで、弾性座屈が抑制される。そのため、構造部材は、軸圧縮力性能及び曲げモーメントに対して優れた耐力を発揮することができる。一方、実施形態に係る構造部材では、弾性座屈が生じにくい縦壁が薄肉化されていることにより、軽量化を図ることができる。したがって、実施形態に係る構造部材によれば、高強度材に期待される耐軸圧縮力性能及び耐曲げモーメント性能の向上と、高強度材の採用に伴う構造部材の軽量化とを両立することができる。

【0015】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、同じ説明を繰り返さない。

【0016】

［構造部材の構成］
図１は、実施形態に係る車体用の構造部材１０の斜視図である。構造部材１０は、例えば、自動車の車体に用いられる。構造部材１０は、例えば、自動車のフロアクロスメンバ、ルーフクロスメンバ、ダッシュクロスメンバ、ロアフロアクロスメンバ、サイドシル、又はトンネル等であってもよい。

【0017】

図１に示すように、構造部材１０は、長尺形状を有している。構造部材１０は、天板１１と、２つの縦壁１２１，１２２とを備える。構造部材１０は、さらに、２つのフランジ１３１，１３２と、２つの第１稜線部１４１，１４２と、２つの第２稜線部１５１，１５２とを備えている。

【0018】

天板１１は、構造部材１０の軸方向（長手方向）に延びている。縦壁１２１，１２２は、互いに対向している。縦壁１２１，１２２は、天板１１の両側縁に接続されている。一方の縦壁１２１は、天板１１において構造部材１０の軸方向に延びる２つの側縁のうち、一方の側縁に接続されている。他方の縦壁１２２は、天板１１の他方の側縁に接続されている。縦壁１２１は、第１稜線部１４１を介して天板１１に接続されている。縦壁１２２は、第１稜線部１４２を介して天板１１に接続されている。縦壁１２１，１２２及び第１稜線部１４１，１４２は、天板１１に沿って構造部材１０の軸方向に延びている。

【0019】

フランジ１３１，１３２は、それぞれ、縦壁１２１，１２２から構造部材１０の外側に向かって突出している。一方のフランジ１３１は、天板１１の反対側で一方の縦壁１２１に接続されている。フランジ１３１は、第２稜線部１５１を介して縦壁１２１に接続されている。他方のフランジ１３２は、天板１１の反対側で他方の縦壁１２２に接続されている。フランジ１３２は、第２稜線部１５２を介して縦壁１２２に接続されている。フランジ１３１，１３２及び第２稜線部１５１，１５２は、縦壁１２１，１２２と同様、構造部材１０の軸方向に延びている。

【0020】

構造部材１０は、典型的には金属板によって形成される。天板１１及び縦壁１２１，１２２を含む構造部材１０は、鋼板によって形成されていてもよい。当該鋼板は、構造部材１０の高強度化の観点から、１４７０ＭＰａ以上の引張強度を有することが好ましく、２５００ＭＰａ以上の引張強度を有することがより好ましい。構造部材１０は、例えば、鋼板等の金属板にプレス加工を施すことによって製造することができる。このプレス加工は、冷間プレスであってもよいし、熱間プレス（ホットスタンプ）であってもよい。

【0021】

構造部材１０は、車体に設けられた状態において、他の構造部材２０に固定される。図１に示す例において、構造部材２０は平板状を有している。構造部材２０は、構造部材１０のフランジ１３１，１３２側の開口を封鎖している。構造部材２０は、例えば溶接によってフランジ１３１，１３２に接合されている。

【0022】

構造部材２０は、構造部材１０と同様、典型的には金属板で形成される。構造部材２０は、鋼板で形成されていてもよい。構造部材１０，２０が鋼板で形成されている場合、構造部材２０に用いられる鋼板の引張強度は、構造部材１０に用いられる鋼板の引張強度以下であってもよいし、構造部材１０に用いられる鋼板の引張強度よりも大きくてもよい。

【0023】

図２は、構造部材１０の横断面図である。構造部材１０の横断面とは、構造部材１０をその軸方向に対して垂直な平面で切断した断面である。以下、構造部材１０の横断面において、縦壁１２１，１２２が対向する方向を構造部材１０の幅方向、軸方向及び幅方向に対して垂直な方向を構造部材１０の高さ方向という。

【0024】

図２を参照して、天板１１は、構造部材１０の横断面視で実質的に幅方向に延びている。図２に示す例において、天板１１は、構造部材１０の横断面視で幅方向に対して平行に配置されている。ただし、天板１１は、構造部材１０の横断面視で幅方向に対して若干傾斜していてもよい。

【0025】

縦壁１２１，１２２は、それぞれ、構造部材１０の横断面視で概ね高さ方向に延びている。図２に示す例において、縦壁１２１，１２２は、天板１１側からフランジ１３１，１３２側に向かうにつれて互いに離間するように、構造部材１０の高さ方向に対して傾斜している。ただし、構造部材１０の横断面視で、縦壁１２１，１２２の少なくとも一方が高さ方向と平行であってもよい。天板１１に対する縦壁１２１の角度は、天板１１に対する縦壁１２２の角度と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0026】

第１稜線部１４１，１４２は、構造部材１０の横断面視で実質的に又は概ね円弧状を有する。第１稜線部１４１は、天板１１と一方の縦壁１２１との間に配置され、天板１１と縦壁１２１との間のコーナー部を構成する。第１稜線部１４２は、天板１１と他方の縦壁１２２との間に配置され、天板１１と縦壁１２２との間のコーナー部を構成する。

【0027】

第２稜線部１５１，１５２は、構造部材１０の横断面視で実質的に又は概ね円弧状を有する。第２稜線部１５１は、縦壁１２１とフランジ１３１との間に配置され、縦壁１２１とフランジ１３１との間のコーナー部を構成する。第２稜線部１５２は、縦壁１２２とフランジ１３２との間に配置され、縦壁１２２とフランジ１３２との間のコーナー部を構成する。

【0028】

構造部材１０の横断面において、幅方向における天板１１の長さを構造部材１０の幅Ｗ、高さ方向における縦壁１２１，１２２の長さを構造部材１０の高さＬとしたとき、高さＬは幅Ｗよりも大きい。より具体的には、構造部材１０は、その横断面においてＬ／Ｗ≧１．２を満たしている。構造部材１０は、その横断面においてＬ／Ｗ≧１．５を満たすことがより好ましい。

【0029】

幅Ｗは、構造部材１０の横断面において、天板１１の外表面の延長線と一方の縦壁１２１の外表面の延長線との交点ｉ１から、天板１１の外表面の延長線と他方の縦壁１２２の外表面の延長線との交点ｉ２までの幅方向の距離である。高さＬは、構造部材１０の横断面において、例えば、第２稜線部１５１，１５２の外表面上のフランジ１３１，１３２側Ｒ止まりから交点ｉ１，ｉ２までの高さ方向の距離である。図２に示す例において、第２稜線部１５１の外表面上のフランジ１３１側のＲ止まりから交点ｉ１までの高さ方向の距離（縦壁１２１側の高さ）は、第２稜線部１５２の外表面上のフランジ１３２側のＲ止まりから交点ｉ２までの高さ方向の距離（縦壁１２２側の高さ）と実質的に等しい。縦壁１２１側の高さが縦壁１２２側の高さと異なる場合には、両者のうち大きい方が構造部材１０の高さＬとなる。

【0030】

幅Ｗは、例えば、カルマンの有効幅理論に基づく以下の式を用いて決定することができる。以下の式において、ｔは板厚（ｔ＝ｔ_ｗ）、ｋは座屈係数、Ｅはヤング率、νはポアソン比、σ_ｙは降伏応力である。構造部材１０の横断面の幅Ｗは、以下の式によって計算される有効幅ｂｅ以下であることが好ましい。有効幅ｂｅの計算では、周辺単純支持平板の圧縮を想定し、ｋ＝４とすることができる。

【0031】

【数1】

【0032】

構造部材１０の横断面において、天板１１は板厚ｔ_Ｗを有する。天板１１は、構造部材１０の横断面視で、実質全体にわたって板厚ｔ_Ｗを有している。構造部材１０の横断面において、縦壁１２１，１２２は、それぞれ板厚ｔ_Ｌを有する。縦壁１２１，１２２は、構造部材１０の横断面視で、実質全体にわたって板厚ｔ_Ｌを有している。天板１１の板厚ｔ_Ｗは、縦壁１２１，１２２の板厚ｔ_Ｌよりも大きい。より具体的には、構造部材１０は、その横断面においてｔ_Ｌ／ｔ_Ｗ≦０．７を満たしている。本実施形態の例において、縦壁１２１の板厚ｔ_Ｌは縦壁１２２の板厚ｔ_Ｌと等しいが、縦壁１２１の板厚ｔ_Ｌと縦壁１２２の板厚ｔ_Ｌとが異なっていてもよい。縦壁１２１の板厚ｔ_Ｌと縦壁１２２の板厚ｔ_Ｌとが異なる場合、縦壁１２１の板厚ｔ_Ｌ及び縦壁１２２の板厚ｔ_Ｌの双方がｔ_Ｌ／ｔ_Ｗ≦０．７を満たしていてもよいし、縦壁１２１，１２２のうち一方のみの板厚ｔ_Ｌがｔ_Ｌ／ｔ_Ｗ≦０．７を満たしていてもよい。縦壁１２１の板厚ｔ_Ｌと縦壁１２２の板厚ｔ_Ｌとが異なる場合、少なくとも、縦壁１２１，１２２のうち高さが大きい方の縦壁の板厚ｔ_Ｌがｔ_Ｌ／ｔ_Ｗ≦０．７を満たせばよい。縦壁１２１，１２２のうち高さが小さい方の縦壁の板厚ｔ_Ｌは、天板１１の板厚ｔ_Ｗと等しくてもよい。構造部材１０は、その横断面においてｔ_Ｌ／ｔ_Ｗ≦０．５を満たすことがより好ましい。

【0033】

構造部材１０の素材として、例えばパッチワークブランク又はテーラードブランクを使用することにより、天板１１の板厚ｔ_Ｗを縦壁１２１，１２２の板厚ｔ_Ｌよりも大きくすることができる。パッチワークブランクは、ブランク本体である金属板に補強材としての金属板を重ね、溶接等で両者を接合して形成された素材である。テーラードブランクは、テーラーウェルドブランクであってもよいし、テーラーロールドブランクであってもよい。テーラーウェルドブランクは、板厚が異なる金属板同士を突き合わせて溶接することで形成された素材である。テーラーロールドブランクは、金属板に圧延を施して板厚が異なる部位を形成した素材である。例えば、縦壁１２１，１２２の双方の板厚ｔ_Ｌが天板１１の板厚ｔ_Ｌよりも小さい構造部材１０の製造に際し、素材としてテーラーウェルドブランクを使用する場合、縦壁１２１に相当する金属板、天板１１に相当する金属板、及び縦壁１２２に相当する金属板が接合される。一方、縦壁１２１，１２２の一方が天板１１よりも小さい板厚を有し、縦壁１２１，１２２の他方が天板１１と同じ板厚を有する場合は、縦壁１２１，１２２の一方に相当する金属板と、天板１１及び縦壁１２１，１２２の他方に相当する金属板とを接合すればよいため、金属板同士の接合部の数を減少させることができる。

【0034】

構造部材１０の横断面において、天板１１に連続する第１稜線部１４１，１４２の板厚は、天板１１の板厚ｔ_Ｗと同じであってもよいし、異なっていてもよい。好ましくは、第１稜線部１４１，１４２の少なくとも一部の板厚が天板１１の板厚ｔ_Ｗと等しくなっている。構造部材１０の横断面において、第１稜線部１４１，１４２は、その全体にわたって天板１１の板厚ｔ_Ｗと同じ板厚を有することが好ましいが、第１稜線部１４１，１４２の一部のみが天板１１の板厚ｔ_Ｗと同じ板厚を有していてもよい。例えば、構造部材１０の横断面視で、第１稜線部１４１，１４２のうち、天板１１側の部位が天板１１の板厚ｔ_Ｗと同じ板厚を有し、縦壁１２１，１２２側の部位が縦壁１２１，１２２の板厚ｔ_Ｌと同じ板厚を有していてもよい。

【0035】

構造部材１０の横断面において、縦壁１２１，１２２にそれぞれ連続する第２稜線部１５１，１５２の板厚は、天板１１の板厚ｔ_Ｗ又は縦壁１２１，１２２の板厚ｔ_Ｌと同じであってもよいし、異なっていてもよい。構造部材１０の横断面において、第２稜線部１５１，１５２にそれぞれ連続するフランジ１３１，１３２の板厚も、天板１１の板厚ｔ_Ｗ又は縦壁１２１，１２２の板厚ｔ_Ｌと同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0036】

他の構造部材２０は、構造部材１０のフランジ１３１，１３２に接合され、構造部材１０とともに閉断面を構成する。構造部材２０は、構造部材１０，２０の横断面視で実質的に又は概ね幅方向に延びている。構造部材２０の板厚は、例えば、天板１１の板厚ｔ_Ｗ未満である。ただし、構造部材２０の板厚は、天板１１の板厚ｔ_Ｗ以上であってもよい。また、構造部材２０の板厚は、縦壁１２１，１２２の板厚ｔ_Ｌと同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0037】

［効果］
本実施形態に係る構造部材１０は、他の構造部材２０とともに形成する閉横断面において、縦壁１２１，１２２の板厚ｔ_Ｌ／天板１１の板厚ｔ_Ｗが０．７以下となるように構成されている。さらに、構造部材１０は、当該閉横断面において、高さ方向における縦壁１２１，１２２の長さＬ／幅方向における天板１１の長さＷが１．２以上となるように構成されている。これにより、例えば車体の衝突によって構造部材１０に対して重心軸から天板１１側にずれた位置に軸圧縮力が入力され、軸圧縮力及び曲げモーメントの双方が同時に構造部材１０に負荷された場合であっても、天板１１の弾性座屈が生じにくくなる。よって、軸圧縮力及び曲げモーメントに対する高い耐力を構造部材１０に発揮させることができ、構造部材１０の耐軸圧縮力性能及び耐曲げモーメント性能を同時に向上させることができる。

【0038】

本実施形態に係る構造部材１０は、１４７０ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板で形成されることが好ましく、２５００ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板で形成されることがより好ましい。この場合、構造部材１０の軽量化を実現しつつ、超ハイテンである高強度材に期待される耐軸圧縮力性能及び耐曲げモーメント性能を得ることができる。具体的には、構造部材１０では、弾性座屈が生じやすい天板１１の板厚ｔ_ｗを縦壁１２１，１２２との板厚ｔ_Ｌと比較して大きくし、天板１１の長さＷを縦壁１２１，１２２の長さＬと比較して大きくしている。これにより、構造部材１０に対して重心軸から天板１１側にずれた位置に軸圧縮力が入力されたとき、天板１１の弾性座屈を抑制することができる。そのため、構造部材１０について、高強度材に期待される耐軸圧縮力性能と耐曲げモーメント性能を実現することができる。一方、弾性座屈が生じにくい縦壁１２１，１２２の板厚ｔ_Ｌは小さくなっているため、構造部材１０の軽量化を実現することもできる。

【0039】

本実施形態に係る構造部材１０は、軸方向の全長にわたってＬ／Ｗ≧１．２及びｔ_Ｌ／ｔ_Ｗ≦０．７を満たす横断面を有していてもよいし、軸方向の一部分において当該横断面を有していてもよい。例えば、Ｌ／Ｗ≧１．２及びｔ_Ｌ／ｔ_Ｗ≦０．７を満たす横断面の軸方向における長さが１０ｍｍ以上となるように構造部材１０を構成することができる。構造部材１０は、当該構造部材１０の軸方向の全長の少なくとも１／６の範囲の横断面において、Ｌ／Ｗ≧１．２及びｔ_Ｌ／ｔ_Ｗ≦０．７を満たすように構成されることが好ましい。この場合、構造部材１０の軸方向の全長の少なくとも１／６の範囲において、等間隔の複数箇所で取得したｔ_Ｌ，ｔ_Ｗ、Ｌ，Ｗの平均値がＬ／Ｗ≧１．２及びｔ_Ｌ／ｔ_Ｗ≦０．７を満たしていればよい。Ｌ／Ｗ≧１．２及びｔ_Ｌ／ｔ_Ｗ≦０．７を満たす横断面は、少なくとも、構造部材１０の軸方向の端部側、すなわち軸圧縮力が入力される側の部位に設けられていることが好ましい。

【0040】

本実施形態に係る構造部材１０において、幅方向における天板１１の長さＷは、カルマンの有効幅理論に基づいて算出された有効幅ｂｅ以下とすることができる。この場合、構造部材１０に対して軸圧縮力が入力されたとき、天板１１が幅方向の全長で荷重を支持することができ、天板１１の座屈を防止することができる。

【0041】

本実施形態に係る構造部材１０において、天板１１に連続する第１稜線部１４１，１４２は、天板１１と同様、縦壁１２１，１２２の板厚よりも大きい板厚を有することができる。第１稜線部１４１，１４２は、少なくとも天板１１側の部位において天板１１の板厚ｔ_Ｗと同一の板厚を有することが好ましく、その全体にわたって天板１１の板厚ｔ_Ｗと同一の板厚を有することがより好ましい。第１稜線部１４１，１４２を増肉することにより、構造部材１０に対して重心軸から天板１１側にずれた位置に軸圧縮力が入力されたとき、天板１１及びその近傍での弾性座屈がより生じにくくなる。よって、構造部材１０の耐軸圧縮力性能及び耐曲げモーメント性能をさらに向上させることができる。

【0042】

以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

【実施例0043】

以下、実施例によって本開示をさらに詳しく説明する。ただし、本開示は、以下の実施例に限定されるものではない。

【0044】

本開示に係る構造部材による効果を確認するため、市販の解析ソフトウェア（ＬＳ－ＤＹＮＡ，Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ＬＳＴＣ）製）を用い、軸圧縮力が入力されたときの構造部材の挙動について構造解析を実施した。解析では、上記実施形態で説明した構造部材１０に関し、軸方向の一端側について軸方向（ｚ方向）、幅方向（ｙ方向）、及び高さ方向（ｘ方向）の変位を拘束するとともに、ｘ，ｚ軸周りの回転を拘束し、軸方向の他端側についてｘ，ｙ方向の変位及びｘ，ｚ軸周りの回転を拘束した状態で、重心から天板１１側に４０ｍｍオフセットした位置に他端側から軸圧縮荷重を入力した。そして、構造部材１０の軸方向の中央位置での横断面における軸力（耐軸方向荷重）及びｙ軸周りのモーメントを確認した。

【0045】

本解析では、ｔ_Ｌ／ｔ_Ｗ及びＬ／Ｗの条件を変化させ、ｔ_Ｌ／ｔ_Ｗ及びＬ／Ｗの軸力及びモーメントへの影響について調査した。表１にｔ_Ｌ／ｔ_Ｗ及びＬ／Ｗの条件を示す。

【0046】

【表1】

【0047】

本解析では、既存のフロアクロスメンバと同等のｔ_Ｌ／ｔ_Ｗ及びＬ／Ｗを有する構造部材を基準とし、基準の構造部材に対する比で軸力及びモーメントを評価した。基準の構造部材については、既存のフロアクロスメンバに基づいて、引張強度（ＴＳ）９８０ＭＰａクラス（引張強度：９８０ＭＰａ以上）の鋼板を素材とし、その板厚を全体にわたって一定とした。一方、基準以外の構造部材１０の素材は、ＴＳ２５００ＭＰａクラス（引張強度：２５００ＭＰａ以上）又はＴＳ１４７０ＭＰａクラス（引張強度：１４７０ＭＰａ以上）の鋼板とした。各構造部材とともに閉断面を形成する他の構造部材２０については、１４７０ＭＰａの引張強度を有する鋼板を素材とし、その板厚を基準の構造部材の板厚の１／２とした。

【0048】

図３は、ＴＳ２５００ＭＰａクラスの構造部材１０（Ｎｏ．２～Ｎｏ．６）について、ｔ_Ｌ／ｔ_Ｗと、基準の構造部材（Ｎｏ．１）に対する最大モーメント発生時の軸力の比との関係を示す図である。図４は、ＴＳ２５００ＭＰａクラスの構造部材１０について、Ｌ／Ｗと、基準の構造部材に対する最大モーメント発生時の軸力の比との関係を示す図である。構造部材に曲げモーメントが作用して曲げ変形が生じると高い軸力を得にくくなることが通常であるため、本解析では、最大モーメント発生時の軸力を評価し、最大モーメント発生時の軸力が大きくなるほど耐軸圧縮力性能及び耐曲げモーメント性能が良好であると判断した。

【0049】

Ｎｏ．２～Ｎｏ．６の構造部材１０は、基準であるＮｏ．１の構造部材に対して、約５０％軽量となるように構成されている。図３及び図４に示すように、これらの構造部材１０のうち、ｔ_Ｌ／ｔ_Ｗを０．７以下とし、Ｌ／Ｗを１．２以上としたＮｏ．２及びＮｏ．３の構造部材１０では、基準の構造部材と比較して最大モーメント発生時の軸力が大きくなった。図３及び図４より、最大モーメント発生時の軸力は、ｔ_Ｌ／ｔ_Ｗが減少するほど、またＬ／Ｗが増加するほど大きくなることがわかる。

【0050】

図５は、ＴＳ１４７０ＭＰａクラスの構造部材１０（Ｎｏ．７～Ｎｏ．１１）について、ｔ_Ｌ／ｔ_Ｗと、基準の構造部材（Ｎｏ．１）に対する最大モーメント発生時の軸力の比との関係を示す図である。図６は、ＴＳ１４７０ＭＰａクラスの構造部材１０について、Ｌ／Ｗと、基準の構造部材に対する最大モーメント発生時の軸力の比との関係を示す図である。

【0051】

Ｎｏ．７～Ｎｏ．１１の構造部材１０は、基準であるＮｏ．１の構造部材に対して、約３０％軽量となるように構成されている。図５及び図６に示すように、素材の引張強度を１４７０ＭＰａ以上とした場合も、ｔ_Ｌ／ｔ_Ｗを０．７以下とし、Ｌ／Ｗを１．２以上としたＮｏ．７及びＮｏ．８の構造部材１０において、最大モーメント発生時の軸力が基準の構造部材と比較して大きくなった。図５及び図６より、素材の引張強度を２５００ＭＰａ以上とした場合と同様、最大モーメント発生時の軸力は、ｔ_Ｌ／ｔ_Ｗが減少するほど、またＬ／Ｗが増加するほど大きくなる傾向にあることがわかる。

【0052】

以上の解析結果より、構造部材１０の素材を高強度化し、それに伴って構造部材１０を軽量化しても、ｔ_Ｌ／ｔ_Ｗ≦０．７及びＬ／Ｗ≦１．２を満たす場合、良好な耐軸圧縮力性能及び耐曲げモーメント性能を確保できるといえる。特に、構造部材１０を引張強度：２５００ＭＰａ以上の鋼板によって形成する場合、構造部材１０を大幅に軽量化しながら、優れた耐軸圧縮力性能及び耐曲げモーメント性能を確保することができる。

【0053】

なお、本解析では、天板１１に連続する第１稜線部１４１，１４２のうち、その中心から天板１１側の部位の板厚を天板１１の板厚ｔ_Ｗと同一とした。また、フランジ１３１，１３２の板厚、及び、第２稜線部１５１，１５２のうち、その中心からフランジ１３１，１３２側の部位の板厚を天板１１の板厚ｔ_Ｗと同一とした。ただし、構造部材１０に対し、重心から天板１１側にずれた位置に軸圧縮力を入力する条件では、フランジ１３１，１３２及び第２稜線部１５１，１５２には引張変形が生じるため、フランジ１３１，１３２及び第２稜線部１５１，１５２の板厚は、耐軸圧縮力性能及び耐曲げモーメント性能に実質的に影響しない。

【符号の説明】

【0054】

１０：構造部材
１１：天板
１２１，１２２：縦壁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】