ES2553860T3 - Miembro metálico hueco columniforme - Google Patents
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Abstract
Un miembro metálico hueco columniforme con una sección recta poligonal que tiene al menos cinco vértices y lados que se extienden entre los vértices, la sección recta poligonal está dividida por dos vértices (A, B) con ángulos interiores pequeños en dos segmentos de perímetro, comprendiendo un perímetro uno o más lados, caracterizado por que el al menos uno de los dos segmentos de perímetro contiene al menos cuatro lados, los respectivos ángulos interiores de al menos tres vértices (V (i) (i >= 1, 2, 3,...)) incluidos en el segmento de perímetro que incluye los al menos cuatro lados son iguales o menores que 180 grados, una distancia (SS (i) (1 >= 1, 2, 3,...)) entre cada uno de los al menos tres vértices (V (i) (i >= 1, 2, 3,...)) y una recta (L) que conecta los dos vértices (A, B) es menor que 1/2 de una distancia entre los dos vértices (A, B), el ángulo interior de un vértice (C) con el ángulo interior menor de entre los al menos tres vértices (V (i) es mayor que los ángulos interiores de los dos vértices (A, B) y los vértices (VI) se encuentran en el segmento de perímetro que incluye los al menos cuatro lados, respectivamente entre el vértice (C) con el menor ángulo interior de entre los al menos tres vértices (V (i)) y uno (A) de los dos vértices (A, B), y entre el vértice (C) con el menor ángulo interior y el otro (B) de los dos vértices (A, B), teniendo los citados vértices (VI) ángulos interiores mayores que el ángulo interior del vértice (C) con el menor ángulo interior.
Description
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DESCRIPCION
Miembro metalico hueco columniforme
La presente invencion se refiere a un miembro columniforme hueco de pared delgada, que constituye una estructura y que esta formado a partir de un metal tal como acero, aluminio, acero inoxidable o titanio, etc.
En los ultimos anos, en el campo de la automocion, con el fin de reducir el peso del cuerpo de un vetnculo de un automovil aun manteniendo o mejorando la seguridad del automovil frente a una colision y reducir las emisiones de dioxido de carbono para mejorar el comportamiento medioambiental del automovil, existen muchos planteamientos para mejorar la rigidez de un miembro de estructura, tal como una caja de choque, etc., del automovil, modificando una seccion recta del miembro de estructura. Con el fin de mejorar la rigidez del miembro de estructura, una distribucion de las propiedades por secciones (o equilibrio de fuerzas) del miembro de estructura en la direccion longitudinal del mismo, es importante. Si el diseno del miembro de estructura es inapropiado, en el caso de una colision frontal del automovil, una estructura situada en el lado trasero de la caja de choque puede deformarse antes de la deformacion de la caja de choque situada en la parte delantera de una estructura del automovil. Ademas, en un experimento de colision de un automovil, una condicion de entorno tal como una direccion de carga no es constante, por lo que se produce un cierto grado de error. Por lo tanto, es necesario que un miembro de absorcion de energfa, un modo de deformacion importante del cual es un modo de aplastamiento en la direccion axial de la caja de choque, etc., sea altamente robusto, por lo que el comportamiento del miembro en absorcion de impacto no ha cambiado considerablemente debido a un cambio en la condicion de entorno.
A este respecto, el “equilibrio de fuerzas” significa un segundo momento del area calculado a partir de una pluralidad de formas de seccion recta perpendiculares a la direccion longitudinal de la estructura y de las caractensticas del material aplicado a la estructura, y/o a partir de una distribucion de la maxima carga de pandeo tolerable en la direccion longitudinal. Ademas, el “comportamiento en absorcion de impacto” significa una cantidad de absorcion de energfa por unidad de cantidad de aplastamiento en la direccion axial, y la “robustez” significa no variacion del comportamiento en absorcion de impacto con respecto al cambio en la condicion de entorno dinamica.
Como tecnica anterior, el documento JP 2006-207724 A describe un miembro de absorcion de impacto que tiene una ranura concava hacia el interior del miembro, en la que la forma de una seccion recta en al menos una parte en la direccion axial es una seccion recta cerrada que tiene una pluralidad de vertices.
El documento JP 2002-12165 A describe un miembro de absorcion de energfa constituido por un miembro extrudido de aleacion de aluminio que tiene una seccion recta rectangular hueca, en el que una parte sobresaliente de la seccion recta rectangular esta dispuesta fuera de una parte superficial de la pared del miembro.
El documento JP 08-108863 A describe una estructura del lado delantero de un automovil que tiene ranuras en un lateral del mismo, extendiendose las ranuras en la direccion axial y sobresaliendo hacia el interior o el exterior del lateral.
El documento JP 2009-292340 A describe un miembro de absorcion de impacto que tiene una seccion recta generalmente en forma de C que se abre hacia fuera en la direccion del ancho del vetnculo.
Ademas, el documento WO 2005/010396 A describe un miembro de absorcion de impacto que tiene una seccion recta poligonal, en el que la longitud de un lado de la seccion recta poligonal, las longitudes de dos lados a ambos lados de un lado y un rango del angulo constituido por los dos lados, estan limitados.
El documento JP 2004-106612 A describe un miembro de absorcion de energfa para absorber el impacto en direccion axial, estando el miembro de absorcion de impacto realizado de material de aleacion de aluminio extrudido que tiene una pluralidad de nervios y que cruza en una porcion y que conecta los vertices enfrentados de la pared periferica exterior en el interior de la pared periferica exterior constituida por lados pares.
El documento JP 2010-249236 A describe un miembro de absorcion de energfa realizado de un material extrudido de aleacion de aluminio que comprende una pared interior que esta conectada a una pared periferica exterior hexagonal u octogonal con el fin de permitir la absorcion de una gran cantidad de energfa aun haciendo que su peso sea menor que la tecnica anterior.
El documento US 2011/015902 A describe un miembro de refuerzo de doce esquinas y un metodo para la optimizacion del miembro de refuerzo de doce esquinas.
El objetivo de las tecnicas de los documentos JP 2006-207724 A, JP 2002-12165 A y JP 08-108863 A es aumentar el numero total de vertices en la seccion recta, de manera que la fuerza de la seccion recta por unidad de longitud del miembro debida a la deformacion por compresion mejora significativamente mediante la formacion de la clara forma concavo - convexa. Por lo tanto, en los documentos JP 2006-207724 A, JP 2002-12165 A y JP 08-108863 A, es necesario redisenar toda la estructura teniendo en cuenta el equilibrio de fuerzas de la estructura. Si la tecnica se aplica parcialmente a la estructura, el equilibrio total de fuerzas de la estructura se deteriora, y la estructura se deforma en una porcion no esperada de la misma, por lo que la cantidad de absorcion de energfa del miembro
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puede disminuir. Ademas, puesto que el modo de deformacion puede ser inestable debido a la clara forma concavo
- convexa, el miembro puede no ser aplastado y deformado de manera estable en la direccion axial.
Por otro lado, en los documentos JP 2009-292340 A y WO 2005/010396 A, no es necesario formar la forma concavo
- convexa, y la resistencia de la seccion recta por unidad de longitud del miembro debida a la deformacion por compresion mejora ligeramente, por lo que el modo de deformacion por aplastamiento puede ser estable en la direccion axial. No obstante, en cualquiera de los documentos JP 2009-292340 A y WO 2005/010396 A, la disposicion de los angulos interiores de los vertices de la forma poligonal es inapropiada. En otras palabras, dependiendo de la direccion de la carga, el vertice puede atenuarse debido a la eliminacion del pandeo de la forma poligonal, por lo que la resistencia de la seccion recta puede quedar significativamente reducida.
La presente invencion fue realizada con el fin de proporcionar una tecnica para mejorar el comportamiento en absorcion de impacto sin deteriorar el equilibrio de fuerzas, y un miembro al cual se aplica la tecnica. Este objeto se consigue mediante las caractensticas definidas en las reivindicaciones.
Los inventores de este caso examinaron la relacion entre el modo de deformacion y el comportamiento en absorcion de impacto (o la cantidad de absorcion de energfa) cuando un miembro se ha aplastado, y se encontro que el comportamiento en los vertices en una seccion recta transversal del miembro contribuye significativamente a la cantidad de absorcion de energfa cuando se produce la deformacion por aplastamiento. Cuando el vertice desaparece o se atenua debido a la deformacion tal como la flexion durante el aplastamiento, una fuerza de reaccion se reduce significativamente. Por lo tanto, aunque resulta efectivo evitar la flexion en el vertice, resulta diffcil controlar la flexion en particular cuando la deformacion por aplastamiento se produce en la direccion axial. Como resultado del analisis y los experimentos relativos al aplastamiento de un miembro en la direccion axial, los inventores han encontrado que el suavizado del vertice cuando se produce la deformacion por aplastamiento puede evitarse controlando la posicion de la flexion. Puesto que esta tecnica pretende reducir una tasa de reduccion de la fuerza de reaccion, el equilibrio de fuerzas total no se deteriora.
De acuerdo con la presente invencion, se proporciona un miembro metalico hueco columniforme con una seccion recta poligonal que tiene al menos cinco vertices y lados que se extienden entre los vertices, en el que: la seccion recta poligonal esta dividida por dos vertices (A, B) con angulos interiores pequenos, en dos segmentos de penmetro, comprendiendo el penmetro uno o mas lados, conteniendo el al menos uno de los dos segmentos de penmetro al menos cuatro lados, siendo los respectivos vertices interiores de al menos tres vertices (V (i) (i = 1, 2, 3,...)) incluidos en el segmento de penmetro que incluye los al menos cuatro lados, iguales o menores que 180 grados, siendo una distancia (SS (i) (i = 1, 2, 3,.)) entre cada uno de los al menos tres vertices (V (i) (i = 1, 2, 3,.)) y una recta (L) que conecta los dos vertices (A, B), menor de 1/2 de una distancia entre los dos vertices (A, B), siendo el angulo interior de un vertice (C) con el menor angulo interior entre los al menos tres vertices (V (i) ), mayor que los angulos interiores de los dos vertices (A, B), y encontrandose los vertices (VI) en el segmento de penmetro que incluye al menos cuatro lados, respectivamente entre los vertices (C) con el menor angulo interior entre los al menos tres vertices (V (i) y uno (A) de los dos vertices (A, B), y entre el vertice (C) con el menor angulo interior y el otro (B) de los dos vertices (A, B), teniendo los citados vertices (VI) angulos interiores mayores que el angulo interior del vertice (C) con el menor angulo interior.
De acuerdo con otro aspecto de la presente invencion, se proporciona un miembro metalico hueco columniforme con una seccion recta poligonal que tiene al menos cinco vertices y lados que se extienden entre los vertices, en el que: el miembro metalico hueco columniforme comprende dos secciones (J) unidas, la seccion recta poligonal esta divida por dos vertices (A, B) en la proximidad de las dos secciones (J) unidas en dos segmentos de penmetro, comprendiendo un penmetro uno o mas lados, conteniendo el al menos uno de los dos segmentos de penmetro al menos cuatro lados, siendo los respectivos angulos interiores de al menos tres vertices (V (i) (i = 1, 2, 3,.)) incluidos en el segmento de penmetro que incluye los al menos cuatro lados, iguales o menores que 180 grados, siendo una distancia (SS (i) (i = 1, 2, 3,.)) entre cada uno de los al menos tres vertices (V (i) (i = 1,2, 3,.)) y una recta (L) que conecta los dos vertices (A, B), menor que 1/2 de una distancia entre los dos vertices (A, B), y encontrandose los vertices (VI) en el segmento de penmetro que incluye los al menos cuatro lados, respectivamente entre el vertice (C) con el menor angulo interior entre los al menos tres vertices (V (i)) y uno (A) de los dos vertices (A, B), y entre el vertice (C) con el menor angulo interior y el otro (B) de los dos vertices (A, B), teniendo los citados vertices (VI) angulos interiores mayores que el angulo interior del vertice (C) con el menor angulo interior.
El miembro metalico hueco columniforme de la invencion es adecuado para un miembro de estructura, en particular, que constituye una estructura de un automovil.
En la presente invencion, el “polfgono” significa un diagrama formado por los puntos de interseccion de las rectas correspondientes a cada lado extendido. El miembro metalico hueco columniforme con la seccion recta poligonal incluye un miembro con vertices que tienen curvaturas.
De acuerdo con la presente invencion, se proporciona un miembro en el que el comportamiento en absorcion de impacto y robustez se mejora sin deteriorar el equilibrio de fuerzas.
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La invencion se describe con detalle en conjuncion con los dibujos, en los cuales:
la Fig. 1 es un diagrama para mostrar esquematicamente la fuerza de reaccion y una cantidad de aplastamiento cuando un miembro es aplastado, explicando un metodo para mejorar el comportamiento en absorcion de impacto,
la Fig. 2 es una vista esquematica para explicar la relacion entre la maxima carga de flexion tolerable y un angulo interior,
la Fig. 3 es un grafico para explicar la relacion entre la maxima carga de flexion tolerable y el angulo interior,
la Fig. 4 es una vista esquematica para explicar un estado dinamico cuando un miembro columniforme hueco es aplastado en una direccion axial,
la Fig. 5 es una vista esquematica para explicar la deformacion geometrica y el cambio en el angulo interior cuando se produce una flexion,
la Fig. 6 es una vista esquematica de un segmento de penmetro para explicar el cambio en los angulos interiores de los vertices cuando la seccion recta poligonal se dobla en un vertice.
la Fig. 7 es una vista esquematica de un segmento de penmetro de una seccion recta poligonal del miembro columniforme hueco como ejemplo de la invencion,
la Fig. 8 es una vista de un ejemplo de un segmento de penmetro de una seccion recta poligonal de la invencion, que muestra esquematicamente una seccion recta transversal del miembro columniforme hueco antes y despues de la flexion, en el que, entre uno o mas vertices (VI) que se presentan en las rectas aproximadas de un polfgono aproximado entre dos vertices A, C y entre dos vertices B, C, el angulo interior de al menos un vertice es mayor que el angulo interior del vertice C. En este sentido, la marca (+) indica un vertice, de entre los vertices entre los vertices A y B, que tienen el angulo interior mayor que los angulos interiores de los vertices vecinos, y la marca (-) indica un vertice, de entre los vertices entre los vertices A, B, que tiene el angulo interior menor que el angulo interior de al menos uno de los vertices vecinos,
la Fig. 9 es una vista que muestra esquematicamente una seccion recta transversal del miembro columniforme hueco antes y despues de la flexion, en el que, tres o mas puntos no satisfacen la condicion de la invencion, estando los puntos situados en rectas aproximadas de un polfgono aproximado entre dos vertices A', y B' de entre los vertices de un segmento de penmetro de una seccion recta poligonal transversal que tiene cinco o mas vertices. En este sentido, la marca (+) indica un vertice, de entre los vertices entre los vertices A' y B', que tiene el angulo interior mayor que los angulos interiores de los vertices vecinos, y la marca (-) indica un vertice, de entre los vertices entre los vertices A', B', que tiene el angulo interior menor que el angulo interior de al menos uno de los vertices vecinos,
la Fig. 10 es una vista explicativa que muestra esquematicamente un segmento de penmetro de una seccion recta poligonal del miembro columniforme hueco como ejemplo de la invencion,
la Fig. 11 es una vista explicativa que muestra esquematicamente un segmento de penmetro de una seccion recta poligonal del miembro columniforme hueco como ejemplo de la invencion,
la Fig. 12 es una vista explicativa de una seccion recta transversal y de las dimensiones de un miembro como ejemplo comparativo,
la Fig. 13 es una vista explicativa de una seccion recta transversal y de las dimensiones de un miembro como realizacion de la invencion,
la Fig. 14 es un diagrama comparativo de la relacion entre la fuerza de reaccion y una cantidad de aplastamiento generada cuando un miembro columniforme hueco de pared delgada resulta aplastado,
la Fig. 15 es una vista explicativa de una seccion recta transversal y de las dimensiones de un miembro como ejemplo comparativo,
la Fig. 16 es una vista explicativa de una seccion recta transversal y de las dimensiones de un miembro como realizacion de la invencion,
la Fig. 17 es un diagrama comparativo de la relacion entre la fuerza de reaccion y una cantidad de aplastamiento generada cuando un miembro columniforme hueco de pared delgada resulta aplastado, y
la Fig. 18 es un diagrama comparativo de la relacion entre la fuerza de reaccion y una cantidad de aplastamiento generada cuando un miembro columniforme hueco de pared delgada resulta aplastado.
En primer lugar, la base de la presente invencion se explicara con referencia a las Figs. 1 a 6.
Para mejorar el comportamiento en absorcion de impacto de un miembro columniforme hueco con una seccion recta poligonal, es necesario aumentar una cantidad de absorcion de energfa por unidad de cantidad de aplastamiento en
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la direccion axial del miembro columniforme hueco. Para aumentar la cantidad de absorcion de ene^a, es importante mantener un valor medio de la fuerza de reaccion generada cuando se produce un aplastamiento del miembro a un nivel alto.
Con este fin, es necesario (1) aumentar la fuerza de reaccion variable debido a la deformacion en el aplastamiento, como se indica mediante una lmea discontinua en la Fig. 1, y (2) inhibir la disminucion en la fuerza de reaccion variable debido a la deformacion en el aplastamiento, como se indica mediante una lmea discontinua en la Fig. 1.
Como resultado de analisis y experimentos relativos al aplastamiento de un miembro en la direccion axial, los inventores han encontrado que (a) el aumento en la fuerza de reaccion cuando el aplastamiento esta afectado principalmente por el numero de vertices de la seccion recta transversal del miembro antes de la deformacion; (b) la disminucion en la fuerza de reaccion cuando el aplastamiento esta afectado por el numero de vertices durante la deformacion; y (c) el aumento en la fuerza de reaccion, afectan a otro miembro vecino, mientras que la maxima fuerza de reaccion no afecta a otro miembro vecino, puesto que la fuerza de reaccion maxima no ha cambiado.
Generalmente, en el miembro columniforme hueco con la seccion recta poligonal, el vertice de la seccion recta poligonal puede desaparecer o atenuarse debido a la flexion durante el aplastamiento. En este caso, el miembro se deforma, teniendo una seccion recta con menos vertices que los vertices originales. Cuando el vertice de la seccion recta se atenua, la longitud de un lado de la seccion recta poligonal aumenta, por lo que un ciclo de pandeo se extiende. Puesto que el ciclo de pandeo corresponde a un ciclo de fluctuacion de la fuerza de reaccion, el numero de picos de la fuerza de reaccion durante el aplastamiento disminuye cuando el ciclo de pandeo se extiende. Por lo tanto, la fuerza de reaccion maxima del miembro antes del pandeo puede ser elevada aumentando el numero de vertices de la seccion recta poligonal. No obstante, puesto que un angulo interior del vertice aumenta cuando el numero de los vertices de la seccion recta poligonal aumenta, el miembro puede doblarse con facilidad, por lo que la fuerza de reaccion despues de que el miembro ha sido doblado puede disminuir significativamente.
Puesto que es inevitable que el miembro columniforme hueco con la seccion recta poligonal se doble durante el aplastamiento, es importante como se dobla el miembro, con el fin de mejorar el comportamiento en la absorcion de impacto del miembro. Ademas, puesto que la fuerza de reaccion ha disminuido debido a la flexion, una cantidad de disminucion en la fuerza de reaccion puede ser controlada controlando la flexion, con el fin de reducir el numero de vertices que se atenuan cuando se produce la deformacion.
Como resultado de analisis y experimentos relativos al aplastamiento de un miembro columniforme hueco con una seccion recta poligonal, los inventores han encontrado que la atenuacion de los vertices puede ser evitada controlando la posicion de la flexion, no reduciendo la frecuencia de la flexion; y que el angulo interior del vertice es un factor importante para controlar la posicion de la flexion.
Generalmente, en el miembro columniforme hueco con la seccion recta poligonal, dado que el angulo interior del vertice en la seccion recta transversal ha aumentado, el miembro columniforme hueco puede ser doblado facilmente. Por ejemplo, como se muestra en la Fig. 2, en un sistema que incluye dos barras deformables elasticas, en el que cada barra tiene solo una direccion longitudinal y estan conectadas entre sf en un extremo de las mismas con un angulo 0, y el extremo opuesto de cada barra se ha fijado, la maxima carga de flexion tolerable inmediatamente antes de la iniciacion de la flexion, cuando se aplica una carga a la parte de conexion o a un vertice de lo anterior como se indica mediante una flecha F, puede ser analizada teniendo en cuenta las caractensticas mecanicas de los materiales. Como se muestra en la Fig. 3, cuando la maxima carga de flexion tolerable con un angulo 0 de 90 grados es igual a 1,00, la maxima carga de flexion tolerable con un angulo 0 de 120 grados y de 150 grados son aproximadamente 0,30 y 0,04, respectivamente.
Como se ha descrito anteriormente, puede entenderse a partir de la Fig. 3 que la maxima carga de flexion tolerable es muy sensible al angulo interior del vertice. Por lo tanto, determinando apropiadamente la magnitud del angulo interior de cada vertice en la seccion recta poligonal, puede controlarse el modo de deformacion del miembro columniforme hueco con la seccion recta poligonal, y puede mejorarse la robustez del mismo.
Por otro lado, en la deformacion por aplastamiento del miembro columniforme hueco con la seccion recta poligonal, se aplica una fuerza al miembro columniforme hueco en la direccion axial del mismo. Antes de la deformacion, como se muestra en la Fig. 4, se aplica una carga de traccion a cada vertice de la seccion recta poligonal, donde la carga de traccion se dirige a los vertices vecinos. Cuando el miembro columniforme hueco se ha doblado, el angulo interior del vertice en la porcion doblada ha aumentado (+), mientras que el angulo interior de los vertices vecinos al vertice en la porcion doblada ha disminuido (-) bajo la condicion geometrica. Por lo tanto, la periferia de la porcion doblada no esta muy doblada (Fig. 5). De manera similar, el angulo interior de otro vertice vecino es mayor (+). En otras palabras, cuando se produce la flexion en un vertice, los angulos interiores aumentan o disminuyen ((+) o (-)) de manera alterna, por lo que el vertice cuyo angulo interior se ha incrementado mas es probable que se atenue o desaparezca (Fig. 6).
A la vista de tal flexion del miembro columniforme hueco, la presente invencion puede ser aplicada a un miembro columniforme hueco con una seccion recta poligonal que tenga al menos cinco vertices. Aunque, dependiendo de la direccion de la carga cuando se produce el aplastamiento, la posicion en la seccion recta poligonal, en la que la
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flexion se produce y el vertice se atenua, se determina principalmente mediante las posiciones y las magnitudes de los angulos interiores de los vertices, y la existencia de una porcion conectada de una pestana, etc. Ademas, es preferible que el miembro columniforme hueco este construido de metal, puesto que es importante que el material del miembro columniforme hueco tenga una resistencia y una ductilidad elevadas, con el fin de mejorar el comportamiento en absorcion de energfa, y que tenga una anisotropfa pequena (es decir, que mantenga la ductilidad incluso en una condicion de estres complicada).
Por otro lado, puesto que la flexion se produce con facilidad en una deformacion por aplastamiento “de tipo compacto” en la direccion axial, es preferible que el miembro columniforme hueco con la seccion recta poligonal tenga dimensiones tales que la deformacion por aplastamiento “de tipo compacto” se produzca en la direccion axial. Concretamente, una relacion de una distancia “D” entre los vertices de la seccion recta poligonal y un espesor de placa “t” (t/D) es preferiblemente 0,005 o mas, mas preferiblemente, 0,010 o mas. Ademas, una relacion de una longitud longitudinal “h” de la seccion recta poligonal (h/H) es preferiblemente 0,10 o mas, mas preferiblemente, 0,15 o mas. En este sentido, la “longitud minima” de la seccion recta poligonal significa una distancia minima entre dos rectas paralelas que estan en contacto tangencialmente con la seccion recta transversal del miembro columniforme hueco. Ademas, el “tipo compacto” se explica en una pluralidad de documentos, y significa un patron constante cuando se produce la deformacion por aplastamiento en la direccion axial.
A continuacion, se explica una primera realizacion de la presente invencion.
Primero, en una seccion recta poligonal que tiene al menos cinco vertices y lados que se extienden entre los vertices, se seleccionan dos vertices “A” y “B” con angulos interiores pequenos, y un penmetro de la seccion recta poligonal esta dividido por dos vertices A y B en dos segmentos de penmetro con uno o mas lados. En este sentido, se seleccionan dos vertices A y B de manera que al menos uno de los dos segmentos de penmetro contenga al menos cuatro lados. A continuacion, una recta que conecta dos vertices A y B se determina como “L”, y la longitud de la recta L (es decir, una distancia entre dos vertices A y B) se determina como “S”. Ademas, una distancia entre la recta L y cada uno de los al menos tres vertices (V (i) (i = 1, 2, 3,...)) incluidos en el segmento de penmetro que incluye los al menos cuatro lados se determina como “SS (i)” (i = 1, 2, 3,.). A este respecto, si SS (i) < 0,5 S es cierto (es decir, el angulo interior es mayor que 90 grados) y los angulos interiores de vertices V (i) en la seccion recta poligonal son todos iguales o menores que 180 grados (Fig. 7), entonces al menos uno de los vertices V (i) en los segmentos de penmetro entre los vertices A y B es probable que se atenue debido a la flexion.
Cuando al menos tres vertices V (i) incluyen un vertice con el angulo interior de 180 grados o mas, el lado se extiende hacia fuera del vertice. Como resultado, cuando el miembro columniforme hueco es aplastado, el vertice con el angulo interior de 180 grados o mas se deforma de una manera significativamente diferente de los otros vertices. Por lo tanto, la deformacion del miembro columniforme hueco durante el aplastamiento se complica, por lo que es diffcil controlar la deformacion.
Por otro lado, cuando SS (i) < aS (a > 0) es cierto, y a disminuye (es decir, cuando los angulos interiores de los vertices V (i) aumentan), al menos uno de los vertices V (i) es probable que desaparezca debido a la flexion.
Ademas, en la presente realizacion, el angulo interior del vertice C con el angulo interior mas pequeno de entre los vertices V (i) es mayor que los angulos interiores de los dos vertices A, B. Asimismo, entre los vertices que existen en el segmento de penmetro seleccionado y entre los vertices A y B o entre los vertices B y C, los vertices que tienen angulos interiores mayores que el angulo interior del vertice C se denominan vertices V (I). El vertice V (I) preferencialmente se convierte en un punto de inicio de la flexion cuando el miembro columniforme hueco es aplastado y deformado, y los vertices A, B y C distintos de los vertices V (I) apenas se doblan, por lo que la
atenuacion de los vertices A, B y C puede ser evitada. En otras palabras, en esta realizacion, C<aV1 es
cierto, y CC2.V-. es cierto. A este respecto,
vertices A, B, C y VI, respectivamente.
AA, zb, AC y AVIrepresentan los angulos interiores de los
Por otro lado, cuando la condicion de la presente invencion no se satisface, (es decir, como se muestra en la Fig. 9, de entre al menos tres vertices que se encuentran en el segmento de penmetro y de entre dos vertices A' y B', el angulo interior del vertice C' es mayor que los angulos interiores de otros vertices V1 y V2), mas vertices se atenuan debido a la flexion cuando el miembro columniforme hueco es aplastado. En el ejemplo de la Fig. 9, los vertices A', B', V1 y V2 se atenuaran; como resultado, la fuerza de reaccion del miembro columniforme hueco disminuira significativamente.
Para que los vertices V (I) preferencialmente se doblen, es preferible que la diferencia entre los angulos interiores de los vertices VI y C sea lo mas grande posible. Preferiblemente, la diferencia es 10 grados, y mas preferiblemente, la diferencia es 20 grados. Ademas, cuando existe una pluralidad de vertices C que tienen el mismo angulo interior, los vertices C son adyacentes entre sr Si no son adyacentes entre sf (es decir, dos puntos que tienen angulos interiores pequenos en la Fig. 9 corresponden a los vertices C), el numero de vertices que se atenuan no puede ser reducido, como se muestra en la Fig. 9.
Ademas, es importante que la relacion anterior entre los vertices A, B, C y VI se satisfaga en al menos una parte de la seccion recta transversal del miembro columniforme hueco, y no es necesario que la relacion anterior se satisfaga
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en todos los vertices de la seccion recta. Por ejemplo, en el caso de que el miembro parcialmente tenga una ranura longitudinal y la seccion recta incluya el vertice con el angulo interior de 180 grados o mas, si la relacion correspondiente al angulo interior de la invencion se satisface en la otra area, la reduccion en la fuerza de reaccion variable debido a la deformacion cuando se produce el aplastamiento puede evitarse.
Aumentando las areas en las que la distribucion y la relacion de posicion de los angulos interiores de los vertices en la seccion recta transversal tal como se ha descrito anteriormente se satisfacen, la posicion de flexion en la seccion recta poligonal puede ser controlada, por lo que el numero de vertices que se atenuan puede reducirse.
A continuacion, se explica otra realizacion de la presente invencion.
Cuando el miembro columniforme hueco tiene dos secciones “J” conectadas, tal como pestanas, el espesor de la seccion J conectada es relativamente grande debido a la superposicion de las placas. Por lo tanto, los vertices A y B de la seccion recta transversal, mas cercanos a las dos secciones J conectadas, apenas se atenuan o desaparecen debido a la flexion. Cuando una recta que conecta dos vertices A y B se determina como “L”, la longitud de la recta L (es decir, la distancia entre los vertices A y B) se determina como “S”, y la distancia entre la recta L y cada uno de los al menos tres vertices (V (i) (i =1,2, 3,...) incluidos en el segmento de penmetro que incluye los al menos cuatro lados se determina como “SS (i)” (i = 1, 2, 3,.), si SS (i) < 0,5 S es cierto (es decir, el angulo interior es mayor que 90 grados) y los angulos interiores de los vertices V (i) en la seccion recta poligonal son todos iguales o menores que 180 grados (Figs. 10 y 11), entonces al menos uno de los vertices V (i) en los segmentos de penmetro entre los vertices A y B es probable que se atenue debido a la flexion.
Cuando al menos tres vertices V (i) incluyen un vertice con el angulo interior de 180 grados o mas, el lado se extiende hacia fuera del vertice. Como resultado, cuando el miembro columniforme hueco se aplasta, el vertice con el angulo interior de 180 grados o mas se deforma de manera significativamente diferente de los otros vertices.
Por lo tanto, la deformacion del miembro columniforme hueco durante el aplastamiento se complica, por lo que es diffcil controlar la deformacion.
Por otro lado, cuando SS (i) < a S (a > 0) es cierto, dado que a ha disminuido (es decir, dado que los angulos interiores de los vertices V (i) han aumentado), al menos uno de los vertices V (i) es probable que se atenue debido a la flexion.
Ademas, en la presente realizacion, el angulo interior del vertice C con el menor angulo interior entre los vertices V (i) es mayor que los angulos interiores de los dos vertices A, B. Asimismo, de entre los vertices que existen en el segmento de penmetro seleccionado y entre los vertices A y B o entre los vertices B y C, los vertices que tienen angulos interiores mayores que el angulo interior del vertice C se denominan vertices V (I). El vertice V (I) preferencialmente es el punto de inicio de la flexion cuando el miembro columniforme hueco resulta aplastado y deformado, y los vertices A, B y C distintos de los vertices V (I) estan apenas doblados, por lo que la atenuacion de los vertices A, B y C puede evitarse. En otras palabras, en esta realizacion, iA<AC<^vl es cierto, y
AB<A.CC,AVI es cjerto. En este sentido, /~^r y representan los angulos interiores de los
vertices A, B, C y VI, respectivamente.
Por otro lado, cuando la condicion de la presente invencion no se satisface, (es decir, como se muestra en la Fig. 9, de entre al menos tres vertices que existen en el segmento de penmetro y entre dos vertices A' y B', el angulo interior del vertice C' es mayor que os angulos interiores de otros vertices V1 y V2), se atenuan mas vertices debido a la flexion cuando el miembro columniforme hueco resulta aplastado. En el ejemplo de la Fig. 9, los vertices A', B', V1 y V2 se atenuaran; como resultado, la fuerza de reaccion del miembro columniforme hueco disminuira significativamente.
Para que los vertices V (I) se doblen preferencialmente, es preferible que la diferencia entre los angulos interiores de los vertices VI y C sea lo mas grande posible. Preferiblemente, la diferencia es 10 grados, y mas preferiblemente, 20 grados. Ademas, cuando existen una pluralidad de vertices C que tienen el mismo angulo interior, los vertices C son adyacentes entre sf. Si no son adyacentes entre sf (es decir, dos puntos que tienen angulos interiores pequenos en la Fig. 9 corresponden a los vertices C), el numero de vertices que se atenuan no puede ser reducido como se muestra en la Fig. 9.
Ademas, es importante que la relacion anterior entre los vertices A, B, C y VI se satisfaga en al menos una parte de la seccion recta transversal del miembro columniforme hueco, y no es necesario que la relacion anterior se satisfaga en todos los vertices de la seccion recta. Por ejemplo, en el caso de que el miembro tenga parcialmente una ranura longitudinal y que la seccion recta incluya el vertice con el angulo interior de 180 grados o mas, si la relacion correspondiente al angulo interior de la invencion se satisface en la otra area, la reduccion en la fuerza de reaccion variable debido a la deformacion cuando se produce el aplastamiento, puede evitarse.
Creando un area que incluye dos secciones J unidas, tal como pestanas, en las que la distribucion y la relacion de posicion de los angulos interiores de los vertices en la seccion recta transversal tal como se ha descrito anteriormente se satisfacen, la posicion de flexion en la seccion recta poligonal puede ser controlada, por lo que el
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numero de vertices que se atenuan puede reducirse.
El miembro metalico hueco columniforme de la presente invencion es particularmente adecuado para un miembro de estructura que constituye una estructura de un automovil. En el campo de la automocion, muchos disenadores e investigadores abordan muchos problemas: mejorar el comportamiento en seguridad frente a las colisiones, reducir el peso del cuerpo del velmculo para mejorar la eficiencia en consumo, y acortar un periodo de desarrollo para muchos tipos de velmculos teniendo en cuenta la globalizacion, etc.
Por lo que respecta al comportamiento en seguridad frente a las colisiones, en Japon, se ha establecido un estandar equivalente a los criterios uniformes de UN (regla ECE), R94 (la proteccion de un ocupante en el caso de una colision frontolateral), y ha sido aplicado a los modelos nuevos en o despues de 2007. Este estandar ha sido aplicado tambien a los velmculos comerciales que pesan 2,5 toneladas o menos. En Estados Unidos, la adicion de un impacto frontolateral a la velocidad de 32 km/h en el estandar FMVSS (Federal Motor Vehicle Safety Standard, en ingles) 214 se ha planteado desde 2009. Ademas, el FMVSS 301 ha sido revisado de manera que un impacto trasero lateral a la velocidad de 80 km/h se ha utilizado desde 2006.
Por lo que respecta a la eficiencia en consumo de un automovil, en Japon, la “Ley sobre el uso racional de la energfa” ha sido revisada y ha entrado en vigor en Abril de 2006, y el “Estandar sobre la eficiencia en combustible para velmculos pesados” (Fuel Efficiency Standard for Heavy Duty Vehicles”, en ingles) debena estar listo para 2015. En Estados Unidos, el gobierno federal publico una revision borrador relativa al sistema CAFE para camiones pequenos de modelo 2008 - 2011. Tanto en el gobierno federal como en el de California, el endurecimiento de los ifmites en el siguiente periodo se encuentra en discusion.
Por lo que respecta a la globalizacion, la cantidad de exportaciones de automoviles ha aumentado significativamente en los ultimos anos. Por ejemplo, la cantidad de exportaciones en 2005 aumento rapidamente en un 22% en comparacion con 2001. Se espera que la produccion de ultramar supere a la produccion domestica de todos los fabricantes de Japon, debido al avance de los fabricantes japoneses en Rusia, etc.
A la vista de tal situacion, con el fin de acortar el tempo de diseno, de reducir el peso del cuerpo del velmculo y de mejorar rapidamente el comportamiento en seguridad frente a colisiones, la presente invencion puede contribuir a la reduccion del trabajo de un disenador de coches y al ahorro de peso del cuerpo del velmculo, puesto que el comportamiento en seguridad frente a colisiones puede mejorar solo con disponer la distribucion de los angulos interiores sin cambiar el equilibrio de fuerzas en toda la estructura en la presente invencion. Existen muchos componentes en el automovil a los cuales se aplica la carga dinamica cuando se produce la colision. En particular, la presente invencion puede contribuir significativamente en el diseno de un miembro de absorcion de energfa, tal como una caja de choque y un miembro frontolateral que contribuyen significativamente a una cantidad de absorcion de energfa cuando se produce una colision frontal, o un miembro lateral trasero que contribuye significativamente en una cantidad de absorcion de energfa cuando se produce una colision trasera.
Ejemplo
A continuacion en esta memoria, se explicara el efecto de la presente invencion con referencia a ejemplos.
Primero, como se muestra en las Figs. 12 y 13, en relacion con los miembros columniforme hueco de pared delgada 100 y 200 que tienen dos tipos de secciones rectas generalmente decagonales, los inventores compararon la relacion entre una fuerza de reaccion cuando se produce el aplastamiento y una cantidad de aplastamiento. Las dimensiones de las secciones rectas se indican en la Fig. 12 (miembro 100) y en la Fig. 13 (miembro 200). El miembro 200 correspondfa a la forma de un ejemplo de la presente invencion. Los dos miembros 100 y 200 se realizaron de acero JSC590Y, teman una longitud de 300 mm, un espesor de chapa de 1,6 mm. Ademas, todas las esquinas de los miembros teman una curvatura de 1,35 mm-1. Cuando un cuerpo impactante con un peso de 700 kg colisiono con cada miembro en la direccion axial (o en la direccion perpendicular al papel de las Figs. 12 y 13) y en la direccion de compresion a una velocidad inicial de 5,0 m/s, la relacion entre la fuerza de reaccion cuando se produce el aplastamiento y la cantidad de aplastamiento se evaluo mediante analisis, y se comparo entre los miembros 100 y 200 (Fig. 14).
A continuacion, en relacion con los miembros columniforme hueco de pared delgada 300 y 400 con dos tipos de secciones rectas generalmente decagonales, los inventores compararon la relacion entre una fuerza de reaccion cuando se produjo el aplastamiento y una cantidad de aplastamiento. Las dimensiones de las secciones rectas se indican en la Fig. 15 (miembro 300) y en la Fig. 16 (miembro 400). El miembro 400 correspondfa a la forma de un ejemplo de la presente invencion. Tanto el miembro 300 como el 400 se realizaron de acero JSC590Y, teman una longitud de 150 mm, un espesor de chapa de 1,6 mm. Ademas, todas las esquinas de los miembros teman una curvatura de 1,35 mm-1. Cuando un cuerpo impactante de 700 kg de peso colisiono con cada miembro en la direccion axial (o en la direccion perpendicular al papel de las Figs. 15 y 16) y en la direccion de compresion a una velocidad inicial de 5,0 m/s, la relacion entre la fuerza de reaccion cuando se produjo el aplastamiento y la cantidad de aplastamiento se evaluo mediante analisis, y se comparo entre los miembros 300 y 400 (Fig. 17).
Ademas, en relacion con los miembros 300 y 400, los inventores realizaron el analisis del aplastamiento similar cuando el angulo de colision se inclino un grado con respecto a la direccion axial (es decir, se inclino un grado hacia
el lado derecho con respecto a la direccion perpendicular al papel de las Figs. 15 y 16), y observaron el efecto debido al cambio en las condiciones de entorno de la relacion entre la fuerza de reaccion y la cantidad de aplastamiento (Fig. 18).
En cualquiera de los ejemplos, en el miembro de la presente invencion, aunque un pico inicial de la fuerza de 5 reaccion fue igual que el miembro que no se incluyo en la invencion, la reduccion significativa de la fuerza de reaccion con respecto al pico inicial cuando la flexion se limito mas que el miembro fuera de la invencion. Ademas, incluso cuando la condicion de entorno cambio, se observo que la relacion entre la fuerza de reaccion y la cantidad de aplastamiento (es decir, el comportamiento en absorcion de energfa) no cambio substancialmente en el miembro de la invencion. De acuerdo con la presente invencion, el comportamiento en absorcion de energfa y robustez puede 10 mejorar aun manteniendo la fuerza de reaccion maxima del miembro.
Claims (3)
- 51015202530REIVINDICACIONES1. Un miembro metalico hueco columniforme con una seccion recta poligonal que tiene al menos cinco vertices y lados que se extienden entre los vertices, la seccion recta poligonal esta dividida por dos vertices (A, B) con angulos interiores pequenos en dos segmentos de penmetro, comprendiendo un penmetro uno o mas lados, caracterizado por que el al menos uno de los dos segmentos de penmetro contiene al menos cuatro lados,los respectivos angulos interiores de al menos tres vertices (V (i) (i = 1, 2, 3,...)) incluidos en el segmento de penmetro que incluye los al menos cuatro lados son iguales o menores que 180 grados,una distancia (SS (i) (1 = 1, 2, 3,.)) entre cada uno de los al menos tres vertices (V (i) (i = 1, 2, 3,.)) y una recta (L) que conecta los dos vertices (A, B) es menor que 1/2 de una distancia entre los dos vertices (A, B),el angulo interior de un vertice (C) con el angulo interior menor de entre los al menos tres vertices (V (i) es mayor que los angulos interiores de los dos vertices (A, B) ylos vertices (VI) se encuentran en el segmento de penmetro que incluye los al menos cuatro lados, respectivamente entre el vertice (C) con el menor angulo interior de entre los al menos tres vertices (V (i)) y uno (A) de los dos vertices (A, B), y entre el vertice (C) con el menor angulo interior y el otro (B) de los dos vertices (A, B), teniendo los citados vertices (VI) angulos interiores mayores que el angulo interior del vertice (C) con el menor angulo interior.
- 2. Un miembro metalico hueco columniforme con una seccion recta poligonal que tiene al menos cinco vertices y lados que se extienden entre los vertices, caracterizado por que:el miembro metalico hueco columniforme comprende dos secciones (J) unidas,la seccion recta poligonal esta dividida por dos vertices (A, B) en la proximidad de las dos secciones (J) en dos segmentos de penmetro con un penmetro que comprende uno o mas lados, conteniendo el al menos uno de los dos segmentos de penmetro al menos cuatro lados,los respectivos angulos interiores de al menos tres vertices (V (i) (i = 1, 2, 3,.)) incluidos en el segmento de penmetro que incluye los al menos cuatro lados son iguales o menores que 180 grados,una distancia (SS (i) (i = 1, 2, 3,.)) entre cada uno de los al menos tres vertices (V (i) (i = 1, 2, 3,.)) y una recta (L) que conecta los dos vertices (A, B) es menor que 1/2 de una distancia entre los dos vertices (A, B), ylos vertices (VI) se encuentran en el segmento de penmetro que incluye los al menos cuatro lados, respectivamente entre el vertice (C) con el menor angulo interior de entre los al menos tres vertices (V (i)) y uno (A) de los dos vertices (A, B), y entre el vertice (C) con el menor angulo interior y el otro (B) de los dos vertices (A, B), teniendo los citados vertices (VI) angulos interiores mayores que el angulo interior del vertice (C) con menor angulo interior.
- 3. El miembro metalico hueco columniforme de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en el que un proposito buscado del miembro metalico hueco columniforme es una estructura de un automovil.
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