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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-08-08
(45)【発行日】2023-08-17
(54)【発明の名称】強度試験方法
(51)【国際特許分類】
G01N 3/30 20060101AFI20230809BHJP
G01M 17/007 20060101ALI20230809BHJP
【ＦＩ】
G01N3/30 N
G01M17/007 Z
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020017223
(22)【出願日】2020-02-04
(65)【公開番号】P2021124352
(43)【公開日】2021-08-30
【審査請求日】2022-10-06
(73)【特許権者】
【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】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100175802
【弁理士】
【氏名又は名称】寺本 光生
(74)【代理人】
【識別番号】100134359
【弁理士】
【氏名又は名称】勝俣 智夫
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 淳一郎
(72)【発明者】
【氏名】湯浅 奨
【審査官】前田 敏行
(56)【参考文献】
【文献】特開２００６－２８１９６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１４８５５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－０２９９７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３３０８８１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１４／０９７３７８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－１３２９０２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ３／３０
Ｇ０１Ｍ １７／００７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
強度試験方法であって、部分構造を模擬した部分構造モデルを準備する部分構造モデル準備工程と、
前記部分構造モデルにおける脆弱箇所を特定する脆弱箇所特定工程と、
前記部分構造モデルにおける前記脆弱箇所を除く他の箇所から評価箇所を指定する評価箇所指定工程と、
前記評価箇所を模擬する評価モデルを準備する評価モデル準備工程と、
前記評価モデルに、超過負荷を与える評価試験工程と、を含む
ことを特徴とする強度試験方法。
【請求項2】
前記脆弱箇所特定工程において、前記部分構造に対して特定負荷を与えて前記部分構造における前記脆弱箇所を特定し、前記評価試験工程において、前記特定負荷によって前記評価箇所に作用する分配負荷より大きな前記超過負荷を与える
ことを特徴とする請求項１に記載の強度試験方法。
【請求項3】
前記部分構造モデル準備工程は、前記部分構造を有限要素モデルに変換することを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の強度試験方法。
【請求項4】
前記脆弱箇所特定工程は、前記部分構造モデルに対して、ひずみ又は応力の分布を解析出力として出力する解析を行い、前記解析出力に基づく指標が所定の閾値より大きい領域を前記脆弱箇所として特定する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の強度試験方法。
【請求項5】
前記評価箇所は、第１部材と、第２部材と、前記第１部材と前記第２部材とを接続する評価接続部と、を有する構造であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の強度試験方法。
【請求項6】
前記評価接続部は、溶接部であることを特徴とする請求項５に記載の強度試験方法。
【請求項7】
前記評価接続部は、スポット溶接部であることを特徴とする請求項６に記載の強度試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、強度試験方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、衝突物が構造体に衝突するような状況を評価するため、構造体の部分構造を模擬した試験体に衝撃を与える衝撃試験方法があった。
【0003】
しかしながら、従来の衝突試験方法では、部分構造における評価を希望する指定の評価箇所とは異なる箇所で早期に塑性変形が生じ、評価箇所に特定の大きな負荷を与えることができず、評価箇所の強度限界を適切に評価できない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】国際公開第２０１５／０８３３７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記背景技術の問題点に鑑み、部分構造における評価箇所の強度限界を適切に評価できる強度試験方法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】
【0006】
本発明の要旨は以下の通りである。
【0007】
（１）本発明の一態様に係る強度試験方法は、部分構造を模擬した部分構造モデルを準備する部分構造モデル準備工程と、前記部分構造モデルにおける脆弱箇所を特定する脆弱箇所特定工程と、前記部分構造モデルにおける前記脆弱箇所を除く他の箇所から評価箇所を指定する評価箇所指定工程と、前記評価箇所を模擬する評価モデルを準備する評価モデル準備工程と、前記評価モデルに、超過負荷を与える評価試験工程と、を含む。
（２）上記（１）において、前記脆弱箇所特定工程において、前記部分構造に対して特定負荷を与えて前記部分構造における前記脆弱箇所を特定し、前記評価試験工程において、前記特定負荷によって前記評価箇所に作用する分配負荷より大きな前記超過負荷を与えてよい。
（３）上記（１）又は（２）において、前記部分構造モデル準備工程は、前記部分構造を有限要素モデルに変換することを含んでよい。
（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記脆弱箇所特定工程は、前記部分構造モデルに対して、ひずみ又は応力の分布を解析出力として出力する解析を行い、前記解析出力に基づく指標が所定の閾値より大きい領域を前記脆弱箇所として特定してよい。
（５）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、前記評価箇所は、第１部材と、第２部材と、前記第１部材と前記第２部材とを接続する評価接続部と、を有する構造であってよい。
（６）上記（５）において、前記評価接続部は、溶接部であってよい。
（７）上記（６）において、前記評価接続部は、スポット溶接部であってよい。
（２）上記（１）において、前記脆弱箇所特定工程において、前記部分構造に対して特定負荷を与えて前記部分構造における前記脆弱箇所を特定し、前記評価試験工程において、前記特定負荷によって前記評価箇所に作用する分配負荷より大きな前記超過負荷を与えてよい。
（３）上記（１）又は（２）において、前記部分構造モデル準備工程は、前記部分構造を有限要素モデルに変換することを含んでよい。
（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記脆弱箇所特定工程は、前記部分構造モデルに対して、ひずみ又は応力の分布を解析出力として出力する解析を行い、前記解析出力に基づく指標が所定の閾値より大きい領域を前記脆弱箇所として特定してよい。
（５）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、前記評価箇所は、第１部材と、第２部材と、前記第１部材と前記第２部材とを接続する評価接続部と、を有する構造であってよい。
（６）上記（５）において、前記評価接続部は、溶接部であってよい。
（７）上記（６）において、前記評価接続部は、スポット溶接部であってよい。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、部分構造における評価箇所の強度限界を適切に評価できる強度試験方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】車両全体の構造を表すフルカーモデルの斜視図である。
【図2】第１実施形態に係る部分構造モデルの正面図である。
【図3】第１実施形態に係る評価モデルの正面図である。
【図4】第１実施形態に係る強度試験装置の説明図である。
【図5】第２実施形態に係る部分構造モデルの正面図である。
【図6】第２実施形態に係る評価モデルの正面図である。
【図7】第２実施形態に係る強度試験装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
自動車分野では、地球環境への負荷軽減の観点から、車両の軽量化が求められている。このため、車両の骨格は、高強度化された材料及び薄肉化された板厚に基づいて設計されている。新たに設計された車両に対しては、安全性評価の一環として、衝突の際の影響を評価することが求められている。評価方法の一つである、車両を丸ごと用いた試験（フルカー試験）の実施は、高いコストを要するので、比較的低コストで実施可能な、車両の部分構造を用いて部分構造を評価する試験（部分構造試験）の需要がある。部分構造試験における試験体には、フルカー試験における試験体となる車両の部分構造を正確に模擬することが求められる。
しかしながら、従来の衝突試験方法では、部分構造における評価を希望する評価箇所とは異なる箇所で早期に塑性変形が生じ、指定の評価箇所に特定の大きな負荷を与えることができず、評価箇所の強度限界を適切に評価できない場合があった。
しかしながら、従来の衝突試験方法では、部分構造における評価を希望する評価箇所とは異なる箇所で早期に塑性変形が生じ、指定の評価箇所に特定の大きな負荷を与えることができず、評価箇所の強度限界を適切に評価できない場合があった。
【0011】
例えば、車両の部分構造であり、センターピラーと、センターピラーの上端部に接合されるルーフレールの部分と、センターピラーの下端部に接合されるサイドシルの部分とから構成されるセンターピラーアッセンブリを試験体とする衝撃試験において、試験体に衝撃荷重を作用させる衝撃試験を実施した結果、センターピラーとサイドシルとの接続部で最も早期に塑性変形が生じた場合、センターピラーとルーフレールとの接続部には、その時点で作用している荷重より大きな荷重が作用しにくくなる。このため、限界まで荷重を作用させることができないので、センターピラーとルーフレールとの接続部の限界強度を評価できなかった。
【0012】
そこで、本発明は、強度試験方法であって、部分構造を模擬した部分構造モデルを準備する部分構造モデル準備工程と、部分構造モデルにおける脆弱箇所を特定する脆弱箇所特定工程と、部分構造モデルにおける脆弱箇所を除く他の箇所から評価箇所を指定する評価箇所指定工程と、評価箇所を模擬する評価モデルを準備する評価モデル準備工程と、評価モデルに、超過負荷を与える評価試験工程と、を含む。これにより、脆弱箇所とは異なる評価箇所に大きな負荷を積極的に与えて、評価箇所の限界強度を評価できる。よって、部分構造における評価箇所の強度限界を適切に評価できる。
以下、本発明の実施形態に係る強度試験方法を説明する。
以下、本発明の実施形態に係る強度試験方法を説明する。
【0013】
（第１実施形態）
図１は、車両全体の構造を表すフルカーモデル１の斜視図である。図２は、第１実施形態に係る部分構造モデル３の正面図である。図３は、第１実施形態に係る評価モデル４の正面図である。なお、図１において、二点鎖線は、特定負荷Ｌが作用して変形したセンターピラー２１を表している。
以下、部分構造Ｐが、センターピラー２１と、センターピラー２１の上端部に接続されるルーフレール２３の部分と、センターピラー２１の下端部に接続されるサイドシル２２の部分とから構成されるセンターピラーアッセンブリ２であり、脆弱箇所Ｗがセンターピラーアッセンブリ２におけるセンターピラー２１とサイドシル２２との接続部であり、評価箇所Ｅがセンターピラー２１とルーフレール２３との評価接続部Ｊである場合を想定し、本実施形態に係る強度試験方法を時系列に沿って説明する。
図１は、車両全体の構造を表すフルカーモデル１の斜視図である。図２は、第１実施形態に係る部分構造モデル３の正面図である。図３は、第１実施形態に係る評価モデル４の正面図である。なお、図１において、二点鎖線は、特定負荷Ｌが作用して変形したセンターピラー２１を表している。
以下、部分構造Ｐが、センターピラー２１と、センターピラー２１の上端部に接続されるルーフレール２３の部分と、センターピラー２１の下端部に接続されるサイドシル２２の部分とから構成されるセンターピラーアッセンブリ２であり、脆弱箇所Ｗがセンターピラーアッセンブリ２におけるセンターピラー２１とサイドシル２２との接続部であり、評価箇所Ｅがセンターピラー２１とルーフレール２３との評価接続部Ｊである場合を想定し、本実施形態に係る強度試験方法を時系列に沿って説明する。
【0014】
（第１強度試験方法）
（Ａ１）まず、図１に示すような、部分構造Ｐを含む車両全体の構造を表すフルカーモデル１に対して、荷重（衝撃荷重、引張荷重、圧縮荷重）、モーメント又はそれらの組み合わせのような特定負荷Ｌが作用した際に発生する応力、ひずみ等の解析を行う。そして、解析結果に基づき、図２に示すような、センターピラーアッセンブリ２（部分構造Ｐ）を模擬した部分構造モデル３を準備する（部分構造モデル準備工程）。
部分構造モデル３は、治具Ｂによって拘束条件を模擬することで境界条件（拘束条件及び荷重条件）が設定された、実際の車両に用いられるセンターピラーアッセンブリ２を切り出したような実体のある部分構造模型であってよい。治具Ｂは、拘束条件によって、適宜の剛性に設定できる。部分構造モデル３は、境界条件が設定された、例えば、有限要素法に用いられる有限要素モデルのような、実体のないコンピュータシミュレーション用の解析モデルであってもよい。すなわち、センターピラーアッセンブリ２（部分構造Ｐ）を有限要素モデルに変換して部分構造モデル３を作成してもよい。これにより、実体のある部分構造模型を作成することなく、部分構造モデル準備工程を実現できる。
なお、フルカーモデル１に換えて、実際の車両を用いてもよい。なお、部分構造Ｐは、センターピラーアッセンブリ２に限らず、車両全体の構造におけるＡピラー、ルーフレール及びそれらの接続部を含む構造であってもよい。なお、部分構造Ｐは、車両全体に対する部分構造に限らず、他の全体構造（例えば、飛翔体、船舶等）における部分構造であってもよい。
（Ａ１）まず、図１に示すような、部分構造Ｐを含む車両全体の構造を表すフルカーモデル１に対して、荷重（衝撃荷重、引張荷重、圧縮荷重）、モーメント又はそれらの組み合わせのような特定負荷Ｌが作用した際に発生する応力、ひずみ等の解析を行う。そして、解析結果に基づき、図２に示すような、センターピラーアッセンブリ２（部分構造Ｐ）を模擬した部分構造モデル３を準備する（部分構造モデル準備工程）。
部分構造モデル３は、治具Ｂによって拘束条件を模擬することで境界条件（拘束条件及び荷重条件）が設定された、実際の車両に用いられるセンターピラーアッセンブリ２を切り出したような実体のある部分構造模型であってよい。治具Ｂは、拘束条件によって、適宜の剛性に設定できる。部分構造モデル３は、境界条件が設定された、例えば、有限要素法に用いられる有限要素モデルのような、実体のないコンピュータシミュレーション用の解析モデルであってもよい。すなわち、センターピラーアッセンブリ２（部分構造Ｐ）を有限要素モデルに変換して部分構造モデル３を作成してもよい。これにより、実体のある部分構造模型を作成することなく、部分構造モデル準備工程を実現できる。
なお、フルカーモデル１に換えて、実際の車両を用いてもよい。なお、部分構造Ｐは、センターピラーアッセンブリ２に限らず、車両全体の構造におけるＡピラー、ルーフレール及びそれらの接続部を含む構造であってもよい。なお、部分構造Ｐは、車両全体に対する部分構造に限らず、他の全体構造（例えば、飛翔体、船舶等）における部分構造であってもよい。
【0015】
（Ａ２）次に、センターピラーアッセンブリ２（部分構造Ｐ）における脆弱箇所Ｗを特定する（脆弱箇所特定工程）。脆弱箇所Ｗの特定は、部分構造モデル３に対して特定負荷Ｌを与えて、部分構造モデル３における脆弱箇所Ｗを特定する。脆弱箇所Ｗは、例えば、図２に示すように、部分構造モデル３におけるセンターピラー３１とサイドシル３２との接続部である。脆弱箇所Ｗの特定は、実体を対象にした強度試験の結果に基づいて人間が行ってよく、コンピュータ支援設計解析（ＣＡＥ解析）の結果に基づいてコンピュータが行ってもよい。人間が行う場合、例えば、部分構造モデル３に対して、所定の位置で所定の方向に特定負荷Ｌが与えられた際に、塑性変形が最も大きい領域を脆弱箇所Ｗとして特定する。コンピュータが行う場合、詳細には、センターピラーアッセンブリ２（部分構造Ｐ）を模擬する部分構造モデル３に対して、所定の位置で所定の方向に特定負荷Ｌを与えて、ひずみ又は応力の分布を解析出力として出力する解析を行い、その解析出力に基づく指標（例えば、単位体積におけるひずみの集中度合いを表すひずみ分布密度）が所定の閾値より大きい領域を脆弱箇所Ｗとして特定する。解析出力は、適宜、ひずみ又は応力の大きさに応じたグラデーションで表示されたものであってよい。これにより、脆弱箇所Ｗを客観的に特定できる。
【0016】
（Ａ３）次に、センターピラーアッセンブリ２（部分構造Ｐ、図１参照）を模擬する部分構造モデル３における、脆弱箇所Ｗを除く他の箇所から、評価箇所Ｅを指定する（評価箇所指定工程）。評価箇所Ｅは、脆弱箇所Ｗを除く他の箇所において、脆弱箇所Ｗの次に脆弱な箇所であってよく、任意の箇所であってもよい。評価箇所Ｅの指定は、人間が行ってよく、コンピュータが行ってもよい。評価箇所Ｅは、例えば、センターピラー部４１（第１部材）と、ルーフレール部４３（第２部材）と、センターピラー部４１（第１部材）とルーフレール部４３（第２部材）とを接続する評価接続部Ｊと、を有する構造である。これにより、部分構造モデル３における評価箇所Ｅの強度限界を適切に評価できる。
【0017】
コンピュータによる評価箇所Ｅの指定は、次のように行ってもよい。
（Ａ３１）まず、部分構造モデル３となる第１部分構造モデルから、上述の脆弱箇所特定工程により、所定の領域を有する脆弱箇所Ｗとなる第１脆弱箇所を特定する。
（Ａ３２）次に、その第１部分構造モデルから第１脆弱箇所を除いた残りの第１残余構造をモデル化した第２部分構造モデルを作成する。
（Ａ３３）次に、その第２部分構造モデルに対して再び上述の脆弱箇所特定工程により、所定の領域を有する第２脆弱箇所を特定する。
（Ａ３４）次に、その第２部分構造モデルから第２脆弱箇所を除いた残りの第２残余構造をモデル化して第３部分構造モデルを作成する。
（Ａ３５）次に、その第３部分構造モデルに対して再び上述の脆弱箇所特定工程により、所定の領域を有する第３脆弱箇所を特定する。
（Ａ３６）次に、その第３部分構造モデルから第３脆弱箇所を除いた残りの第３残余構造をモデル化して第４部分構造モデルを作成する。
（Ａ３７）そして、このようなシーケンスを、第（ｎ－１）番目の第（ｎ－１）残余構造をモデル化した第ｎ部分構造モデルが、所定の領域より小さくなるまで繰り返す。
このようにして、第１脆弱箇所を除く第２脆弱箇所、第３脆弱箇所、・・・、及び第ｎ脆弱箇所のいずれか又は全てを、評価箇所Ｅとして指定できる。
（Ａ３１）まず、部分構造モデル３となる第１部分構造モデルから、上述の脆弱箇所特定工程により、所定の領域を有する脆弱箇所Ｗとなる第１脆弱箇所を特定する。
（Ａ３２）次に、その第１部分構造モデルから第１脆弱箇所を除いた残りの第１残余構造をモデル化した第２部分構造モデルを作成する。
（Ａ３３）次に、その第２部分構造モデルに対して再び上述の脆弱箇所特定工程により、所定の領域を有する第２脆弱箇所を特定する。
（Ａ３４）次に、その第２部分構造モデルから第２脆弱箇所を除いた残りの第２残余構造をモデル化して第３部分構造モデルを作成する。
（Ａ３５）次に、その第３部分構造モデルに対して再び上述の脆弱箇所特定工程により、所定の領域を有する第３脆弱箇所を特定する。
（Ａ３６）次に、その第３部分構造モデルから第３脆弱箇所を除いた残りの第３残余構造をモデル化して第４部分構造モデルを作成する。
（Ａ３７）そして、このようなシーケンスを、第（ｎ－１）番目の第（ｎ－１）残余構造をモデル化した第ｎ部分構造モデルが、所定の領域より小さくなるまで繰り返す。
このようにして、第１脆弱箇所を除く第２脆弱箇所、第３脆弱箇所、・・・、及び第ｎ脆弱箇所のいずれか又は全てを、評価箇所Ｅとして指定できる。
【0018】
（Ａ４）次に、評価箇所Ｅを模擬する評価モデル４を準備する（評価モデル準備工程）。
評価モデル４は、図３に示すように、部分構造Ｐを模擬した部分構造モデル３（図２参照）から、評価箇所Ｅに対応する部分を更に切り出した部分である。評価モデル４は、センターピラー部４１と、ルーフレール部４３と、センターピラー部４１とルーフレール部４３との評価接続部Ｊと、部分構造Ｐから切り出した位置の部材断面に対応する端部に形成された治具ＢＢ１，ＢＢ２と、を備えている。
評価モデル４は、治具ＢＢ１，ＢＢ２によって拘束条件を模擬することで境界条件（拘束条件及び荷重条件）が設定された、センターピラーアッセンブリ２（部分構造Ｐ、図１参照）における評価箇所Ｅを切り出したような実体のある部分構造模型であってよい。なお、治具ＢＢ１，ＢＢ２は、拘束条件によって、適宜の剛性に設定できる。評価モデル４は、境界条件が設定された、例えば、有限要素法に用いられる有限要素モデルのような、実体のないコンピュータシミュレーション用の解析モデルであってもよい。
これにより、評価箇所Ｅにおける評価接続部Ｊの接合強度を評価できる。よって、評価箇所Ｅにおける評価接続部Ｊの強度限界を適切に評価できる。評価接続部Ｊは、溶接部であってよい。評価接続部Ｊが溶接部であると、評価箇所Ｅにおける溶接部の接合強度を評価できる。接続部は、スポット溶接部であってよい。評価接続部Ｊがスポット溶接部であると、評価箇所Ｅにおけるスポット溶接部の接合強度を評価できる。
評価モデル４は、図３に示すように、部分構造Ｐを模擬した部分構造モデル３（図２参照）から、評価箇所Ｅに対応する部分を更に切り出した部分である。評価モデル４は、センターピラー部４１と、ルーフレール部４３と、センターピラー部４１とルーフレール部４３との評価接続部Ｊと、部分構造Ｐから切り出した位置の部材断面に対応する端部に形成された治具ＢＢ１，ＢＢ２と、を備えている。
評価モデル４は、治具ＢＢ１，ＢＢ２によって拘束条件を模擬することで境界条件（拘束条件及び荷重条件）が設定された、センターピラーアッセンブリ２（部分構造Ｐ、図１参照）における評価箇所Ｅを切り出したような実体のある部分構造模型であってよい。なお、治具ＢＢ１，ＢＢ２は、拘束条件によって、適宜の剛性に設定できる。評価モデル４は、境界条件が設定された、例えば、有限要素法に用いられる有限要素モデルのような、実体のないコンピュータシミュレーション用の解析モデルであってもよい。
これにより、評価箇所Ｅにおける評価接続部Ｊの接合強度を評価できる。よって、評価箇所Ｅにおける評価接続部Ｊの強度限界を適切に評価できる。評価接続部Ｊは、溶接部であってよい。評価接続部Ｊが溶接部であると、評価箇所Ｅにおける溶接部の接合強度を評価できる。接続部は、スポット溶接部であってよい。評価接続部Ｊがスポット溶接部であると、評価箇所Ｅにおけるスポット溶接部の接合強度を評価できる。
【0019】
（Ａ５）次に、図４に示すように、評価モデル４に、超過負荷Ｈを与える（評価試験工程）。ここで、超過負荷Ｈは、脆弱箇所特定工程において、センターピラーアッセンブリ２（部分構造Ｐ）に対して与えた特定負荷Ｌによって評価箇所Ｅに作用する分配負荷Ｄより大きな負荷である。言い換えると、分配負荷Ｄは、脆弱箇所特定工程において、センターピラーアッセンブリ２に対して特定負荷Ｌが作用して脆弱箇所Ｗが破損した際に、評価箇所Ｅに作用している負荷である。そして、評価試験工程では、評価モデル４に対して、この分配負荷Ｄより大きな負荷である超過負荷Ｈを与える。これにより、評価箇所Ｅに対して、実際の車両への衝突では作用しないような大きな負荷を与えることができる。よって、部分構造Ｐにおける評価箇所Ｅの強度限界を適切に評価できる。
【0020】
（第１強度試験装置）
強度試験方法を実施するための第１強度試験装置５について説明する。
図４は、第１実施形態に係る第１強度試験装置５の斜視図を示す。なお、図４において、矢印で示されたＸ、Ｙ及びＺは、３次元直交座標系における３本の座標軸を示す。
図４に示すように、第１強度試験装置５は、評価試験工程において、実体のある部分構造模型である評価モデル４に対して、超過負荷Ｈを与えることが可能な装置である。
第１強度試験装置５は、評価モデル４の一端部を、治具ＢＢ１を介して所定の拘束条件で支持する第１固定具５１と、評価モデル４の他端部を、治具ＢＢ２を介して所定の拘束条件で支持する第２固定具５２と、評価モデル４の他端部を、Ｘ軸に沿って白抜き矢印で示す方向に引っ張るシリンダ５３と、シリンダ５３の端部に設けられ、軸部材５５を回転自在に軸支するチャック５４と、評価モデル４の治具ＢＢ２を固定する軸部材５５と、を備えている。軸部材５５は、Ｘ軸に対して垂直なＹ軸を中心として、矢印Ｒで示すように回転自在となっている。
治具ＢＢ１は、第１固定具５１に直接固定されたルーフレール部４３の部分であり、回転及び移動が拘束されている。
治具ＢＢ２は、センターピラー部４１の部分の端部に設けられており、軸部材５５に固定されている。
また、評価モデル４の一端部に、Ｙ軸周りのモーメントを作用させるため、評価モデル４の一端部と、評価モデル４の他端部とは、Ｚ軸方向において、ΔＺだけ離れている。
強度試験方法を実施するための第１強度試験装置５について説明する。
図４は、第１実施形態に係る第１強度試験装置５の斜視図を示す。なお、図４において、矢印で示されたＸ、Ｙ及びＺは、３次元直交座標系における３本の座標軸を示す。
図４に示すように、第１強度試験装置５は、評価試験工程において、実体のある部分構造模型である評価モデル４に対して、超過負荷Ｈを与えることが可能な装置である。
第１強度試験装置５は、評価モデル４の一端部を、治具ＢＢ１を介して所定の拘束条件で支持する第１固定具５１と、評価モデル４の他端部を、治具ＢＢ２を介して所定の拘束条件で支持する第２固定具５２と、評価モデル４の他端部を、Ｘ軸に沿って白抜き矢印で示す方向に引っ張るシリンダ５３と、シリンダ５３の端部に設けられ、軸部材５５を回転自在に軸支するチャック５４と、評価モデル４の治具ＢＢ２を固定する軸部材５５と、を備えている。軸部材５５は、Ｘ軸に対して垂直なＹ軸を中心として、矢印Ｒで示すように回転自在となっている。
治具ＢＢ１は、第１固定具５１に直接固定されたルーフレール部４３の部分であり、回転及び移動が拘束されている。
治具ＢＢ２は、センターピラー部４１の部分の端部に設けられており、軸部材５５に固定されている。
また、評価モデル４の一端部に、Ｙ軸周りのモーメントを作用させるため、評価モデル４の一端部と、評価モデル４の他端部とは、Ｚ軸方向において、ΔＺだけ離れている。
【0021】
そして、シリンダ５３により、評価モデル４の他端部を、Ｘ軸に沿って白抜き矢印で示す方向に超過負荷Ｈで引っ張ると、評価モデル４の一端部と評価モデル４の他端部とがΔＺだけ離れているので、評価モデル４に対して、Ｙ軸周りの回転モーメントを与えながら、Ｘ軸方向の引張荷重を与えることができる。
このようにして、第１強度試験装置５を用いて、本実施形態に係る強度試験方法を実施できる。
このようにして、第１強度試験装置５を用いて、本実施形態に係る強度試験方法を実施できる。
【0022】
このように、部分構造Ｐに対して特定負荷Ｌを与えても、脆弱箇所Ｗが変形してしまい、評価接続部Ｊには、比較的小さな分配負荷Ｄしか与えられなかったが、本実施形態に係る強度試験方法及び第１強度試験装置５によれば、評価モデル４に作用するＸ軸方向の引張荷重を、脆弱箇所特定工程において部分構造Ｐに対して与えた特定負荷Ｌによって評価箇所Ｅに作用する分配負荷Ｄより大きな超過負荷Ｈとすると、評価接続部Ｊに、分配負荷Ｄより大きな負荷、例えば、評価接続部Ｊを破断させるほどの大きな負荷を与えることができる。よって、部分構造Ｐにおける評価箇所Ｅ又は評価接続部Ｊの強度限界を適切に評価できる。
【0023】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る強度試験方法及び第２実施形態に係る強度試験方法を実施するための第２強度試験装置８について説明する。なお、以下、第１実施形態に係る強度試験方法又は第１実施形態に係る強度試験方法を実施するための第１強度試験装置５と共通する部分は、説明を省略する場合がある。
図５は、第２実施形態に係る部分構造モデル６の正面図である。図６は、第２実施形態に係る評価モデル７の正面図である。
次に、第２実施形態に係る強度試験方法及び第２実施形態に係る強度試験方法を実施するための第２強度試験装置８について説明する。なお、以下、第１実施形態に係る強度試験方法又は第１実施形態に係る強度試験方法を実施するための第１強度試験装置５と共通する部分は、説明を省略する場合がある。
図５は、第２実施形態に係る部分構造モデル６の正面図である。図６は、第２実施形態に係る評価モデル７の正面図である。
【0024】
（第２強度試験方法）
（Ｂ１）まず、図１に示すような、部分構造Ｐを含む車両全体の構造を表すフルカーモデル１に対して、荷重（衝撃荷重、引張荷重、圧縮荷重等）、モーメント又はそれらの組み合わせのような特定負荷Ｌが作用した際に発生する応力、ひずみ等の解析を行う。そして、解析結果に基づき、図５に示すような、センターピラーアッセンブリ２（部分構造Ｐ、図１参照）を模擬した部分構造モデル６を準備する（部分構造モデル準備工程）。
部分構造モデル６は、治具Ｂによって拘束条件を模擬することで境界条件（拘束条件及び荷重条件）が設定された、実際の車両に用いられるセンターピラーアッセンブリ２を切り出したような実体のある部分構造模型であってよい。治具Ｂは、拘束条件によって、適宜の剛性に設定できる。ここでは、治具Ｂは、サイドシル６２又はルーフレール６３の長手方向周りに所定のねじれ剛性を有している。これにより、治具Ｂは、その長手方向周りに回転自由である状態と回転拘束である状態との中間である、回転に対して所定の抵抗をしながらねじれ塑性変形するような状態の、全体構造から切り出した部分構造Ｐの境界における拘束条件を模擬できる。このような治具Ｂとすることにより、部分構造モデル６に特定負荷Ｌを作用させた際の変形モードを促進し、顕著にできる。部分構造モデル６は、境界条件が設定された、例えば、有限要素法に用いられる有限要素モデルのような、実体のないコンピュータシミュレーション用の解析モデルであってもよい。すなわち、センターピラーアッセンブリ２（部分構造Ｐ）を有限要素モデルに変換して部分構造モデル６を作成してもよい。これにより、実体のある部分構造模型を作成することなく、部分構造モデル準備工程を実現できる。
（Ｂ１）まず、図１に示すような、部分構造Ｐを含む車両全体の構造を表すフルカーモデル１に対して、荷重（衝撃荷重、引張荷重、圧縮荷重等）、モーメント又はそれらの組み合わせのような特定負荷Ｌが作用した際に発生する応力、ひずみ等の解析を行う。そして、解析結果に基づき、図５に示すような、センターピラーアッセンブリ２（部分構造Ｐ、図１参照）を模擬した部分構造モデル６を準備する（部分構造モデル準備工程）。
部分構造モデル６は、治具Ｂによって拘束条件を模擬することで境界条件（拘束条件及び荷重条件）が設定された、実際の車両に用いられるセンターピラーアッセンブリ２を切り出したような実体のある部分構造模型であってよい。治具Ｂは、拘束条件によって、適宜の剛性に設定できる。ここでは、治具Ｂは、サイドシル６２又はルーフレール６３の長手方向周りに所定のねじれ剛性を有している。これにより、治具Ｂは、その長手方向周りに回転自由である状態と回転拘束である状態との中間である、回転に対して所定の抵抗をしながらねじれ塑性変形するような状態の、全体構造から切り出した部分構造Ｐの境界における拘束条件を模擬できる。このような治具Ｂとすることにより、部分構造モデル６に特定負荷Ｌを作用させた際の変形モードを促進し、顕著にできる。部分構造モデル６は、境界条件が設定された、例えば、有限要素法に用いられる有限要素モデルのような、実体のないコンピュータシミュレーション用の解析モデルであってもよい。すなわち、センターピラーアッセンブリ２（部分構造Ｐ）を有限要素モデルに変換して部分構造モデル６を作成してもよい。これにより、実体のある部分構造模型を作成することなく、部分構造モデル準備工程を実現できる。
【0025】
（Ｂ２）次に、センターピラーアッセンブリ２（部分構造Ｐ）における脆弱箇所Ｗを特定する（脆弱箇所特定工程）。脆弱箇所Ｗの特定は、部分構造モデル６に対して特定負荷Ｌを与えて、部分構造モデル６における脆弱箇所Ｗを特定する。脆弱箇所Ｗは、例えば、図５に示すように、部分構造モデル６におけるセンターピラー６１とサイドシル６２との接続部である。
【0026】
（Ｂ３）次に、センターピラーアッセンブリ２（部分構造Ｐ）を模擬する部分構造モデル６における、脆弱箇所Ｗを除く他の箇所から、評価箇所Ｅを指定する（評価箇所指定工程）。評価箇所Ｅは、例えば、センターピラー６１（第１部材）と、ルーフレール６３（第２部材）と、センターピラー６１（第１部材）とルーフレール６３（第２部材）とを接続する評価接続部Ｊと、を有する構造である。これにより、部分構造モデル６における評価箇所Ｅの強度限界を適切に評価できる。
【0027】
（Ｂ４）次に、評価箇所Ｅを模擬する評価モデル７を準備する（評価モデル準備工程）。
評価モデル７は、図６に示すように、部分構造Ｐを模擬した部分構造モデル６（図５参照）から、評価箇所Ｅに対応する部分を更に切り出した部分である。評価モデル７は、センターピラー部７１と、ルーフレール部７３と、センターピラー部７１とルーフレール部７３との評価接続部Ｊと、部分構造Ｐ（図１参照）から切り出した位置の部材断面に対応する端部に形成された治具ＢＢ１，ＢＢ２と、を備えている。
評価モデル７は、治具ＢＢ１，ＢＢ２によって拘束条件を模擬することで境界条件（拘束条件及び荷重条件）が設定された、センターピラーアッセンブリ２（部分構造Ｐ）における評価箇所Ｅを切り出したような実体のある部分構造模型であってよい。
評価モデル７は、図６に示すように、部分構造Ｐを模擬した部分構造モデル６（図５参照）から、評価箇所Ｅに対応する部分を更に切り出した部分である。評価モデル７は、センターピラー部７１と、ルーフレール部７３と、センターピラー部７１とルーフレール部７３との評価接続部Ｊと、部分構造Ｐ（図１参照）から切り出した位置の部材断面に対応する端部に形成された治具ＢＢ１，ＢＢ２と、を備えている。
評価モデル７は、治具ＢＢ１，ＢＢ２によって拘束条件を模擬することで境界条件（拘束条件及び荷重条件）が設定された、センターピラーアッセンブリ２（部分構造Ｐ）における評価箇所Ｅを切り出したような実体のある部分構造模型であってよい。
【0028】
（Ｂ５）次に、図７に示すように、評価モデル７に、超過負荷Ｈを与える（評価試験工程）。そして、評価試験工程では、評価モデル７に対して、分配負荷Ｄより大きな負荷である超過負荷Ｈを与える。これにより、評価箇所Ｅに対して、実際の車両への衝突では作用しないような大きな負荷を与えることができる。よって、部分構造Ｐにおける評価箇所Ｅの強度限界を適切に評価できる。
【0029】
（第２強度試験装置）
次に、強度試験方法を実施するための第２強度試験装置８について説明する。
図７は、第２実施形態に係る第２強度試験装置８の斜視図を示す。なお、図７において、矢印で示されたＸ、Ｙ及びＺは、３次元直交座標系における３本の座標軸を示す。
図７に示すように、第２強度試験装置８は、評価試験工程において、実体のある部分構造模型である評価モデル７に対して、超過負荷Ｈを与えることが可能な装置である。
第２強度試験装置８は、評価モデル７の一端部を、治具ＢＢ１を介して所定の拘束条件で支持する第１固定具８１と、評価モデル７の他端部を、治具ＢＢ２を介して所定の拘束条件で支持する第２固定具８２と、評価モデル７の他端部を、Ｘ軸に沿って白抜き矢印で示す方向に引っ張るシリンダ８３と、シリンダ８３の端部に設けられ、軸部材８５を支持するチャック８４と、評価モデル７の治具ＢＢ２を支持する軸部材８５と、を備えている。軸部材８５は、治具ＢＢ２に設けられた通孔ｈを貫通している。
治具ＢＢ１は、第１固定具８１に直接固定されたルーフレール部７３の部分であり、回転及び移動が拘束されている。
治具ＢＢ２は、センターピラー部７１の端部に設けられており、軸部材８５に軸支されている。
また、評価モデル７の一端部に、Ｚ軸周りのモーメントを作用させるため、評価モデル７の一端部の中心と、評価モデル７の他端部において軸部材８５に支持されている箇所とは、Ｙ軸方向において、ΔＹだけ離れている。
次に、強度試験方法を実施するための第２強度試験装置８について説明する。
図７は、第２実施形態に係る第２強度試験装置８の斜視図を示す。なお、図７において、矢印で示されたＸ、Ｙ及びＺは、３次元直交座標系における３本の座標軸を示す。
図７に示すように、第２強度試験装置８は、評価試験工程において、実体のある部分構造模型である評価モデル７に対して、超過負荷Ｈを与えることが可能な装置である。
第２強度試験装置８は、評価モデル７の一端部を、治具ＢＢ１を介して所定の拘束条件で支持する第１固定具８１と、評価モデル７の他端部を、治具ＢＢ２を介して所定の拘束条件で支持する第２固定具８２と、評価モデル７の他端部を、Ｘ軸に沿って白抜き矢印で示す方向に引っ張るシリンダ８３と、シリンダ８３の端部に設けられ、軸部材８５を支持するチャック８４と、評価モデル７の治具ＢＢ２を支持する軸部材８５と、を備えている。軸部材８５は、治具ＢＢ２に設けられた通孔ｈを貫通している。
治具ＢＢ１は、第１固定具８１に直接固定されたルーフレール部７３の部分であり、回転及び移動が拘束されている。
治具ＢＢ２は、センターピラー部７１の端部に設けられており、軸部材８５に軸支されている。
また、評価モデル７の一端部に、Ｚ軸周りのモーメントを作用させるため、評価モデル７の一端部の中心と、評価モデル７の他端部において軸部材８５に支持されている箇所とは、Ｙ軸方向において、ΔＹだけ離れている。
【0030】
そして、シリンダ８３により、評価モデル７の他端部を、Ｘ軸に沿って白抜き矢印で示す方向に超過負荷Ｈで引っ張ると、評価モデル７の一端部の中心と評価モデル７の他端部において軸部材８５に支持されている箇所とがＹ軸方向にΔＹだけ離れているので、評価モデル７に対して、Ｚ軸周りの回転モーメントを与えながら、Ｘ軸方向の引張荷重を与えることができる。
このようにして、第２強度試験装置８を用いて、本実施形態に係る強度試験方法を実施できる。
このようにして、第２強度試験装置８を用いて、本実施形態に係る強度試験方法を実施できる。
【0031】
上述のように、部分構造Ｐに対して特定負荷Ｌを与えた場合、脆弱箇所Ｗが変形してしまい、評価接続部Ｊには、比較的小さな分配負荷Ｄしか与えられなかったが、本実施形態に係る強度試験方法及び第２強度試験装置８によれば、評価モデル７に作用するＸ軸方向の引張荷重を、脆弱箇所特定工程において部分構造Ｐに対して与えた特定負荷Ｌによって評価箇所Ｅに作用する分配負荷Ｄより大きな超過負荷Ｈとすると、評価接続部Ｊに、分配負荷Ｄより大きな負荷、例えば、評価接続部Ｊを破断させるほどの大きな負荷を与えることができる。よって、部分構造Ｐにおける評価箇所Ｅ又は評価接続部Ｊの強度限界を適切に評価できる。
【0032】
なお、強度試験装置によって評価モデルを支持する手段は、上述の手段に限らない。強度試験装置によって評価モデルを支持する手段は、評価モデルが模擬する拘束条件（拘束、自由又は塑性ヒンジ）と荷重の種類（荷重、モーメント）との組み合わせに応じて、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸から構成される３次元空間の直交座標系における６自由度毎に設定できる。
【0033】
本実施形態に係る強度試験方法は、部分構造Ｐを模擬した部分構造モデル３，６を準備する部分構造モデル準備工程と、部分構造モデル３，６における脆弱箇所Ｗを特定する脆弱箇所特定工程と、部分構造モデル３，６における脆弱箇所Ｗを除く他の箇所から評価箇所Ｅを指定する評価箇所指定工程と、評価箇所Ｅを模擬する評価モデル４，７を準備する評価モデル準備工程と、評価モデル４，７に、超過負荷Ｈを与える評価試験工程と、を含むので、脆弱箇所Ｗが破損した際に評価箇所Ｅに作用する分配負荷Ｄよりも大きな超過負荷Ｈを評価箇所Ｅに対して与えることができ、部分構造Ｐにおける評価箇所Ｅの強度限界を適切に評価できる。
【符号の説明】
【0034】
１ フルカーモデル
２ センターピラーアッセンブリ
３，６ 部分構造モデル
４，７ 評価モデル
５ 第１強度試験装置
８ 第２強度試験装置
１１ アクチュエータ
２１，３１，６１ センターピラー
２２，３２，６２ サイドシル
２３，６３ ルーフレール
４１，７１ センターピラー部
４３，７３ ルーフレール部
５１，８１ 第１固定具
５２，８２ 第２固定具
５３，８３ シリンダ
５４，８４ チャック
５５，８５ 軸部材
Ｂ，ＢＢ１，ＢＢ２ 治具
Ｄ 分配負荷
Ｅ 評価箇所
ｈ 通孔
Ｈ 超過負荷
Ｊ 評価接続部
Ｌ 特定負荷
Ｐ 部分構造
Ｒ 矢印
Ｗ 脆弱箇所
２ センターピラーアッセンブリ
３，６ 部分構造モデル
４，７ 評価モデル
５ 第１強度試験装置
８ 第２強度試験装置
１１ アクチュエータ
２１，３１，６１ センターピラー
２２，３２，６２ サイドシル
２３，６３ ルーフレール
４１，７１ センターピラー部
４３，７３ ルーフレール部
５１，８１ 第１固定具
５２，８２ 第２固定具
５３，８３ シリンダ
５４，８４ チャック
５５，８５ 軸部材
Ｂ，ＢＢ１，ＢＢ２ 治具
Ｄ 分配負荷
Ｅ 評価箇所
ｈ 通孔
Ｈ 超過負荷
Ｊ 評価接続部
Ｌ 特定負荷
Ｐ 部分構造
Ｒ 矢印
Ｗ 脆弱箇所
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】