Конструктивный элемент для транспортного средства (варианты) - RU2719114C1
Код документа: RU2719114C1
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к конструктивному элементу и конструктивному элементу для транспортного средства, использующего такой элемент.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Конструктивные элементы, включающие в себя трубчатый участок, образованный корытообразным элементом, имеющим корытообразную форму поперечного сечения, и закрывающей пластиной, присоединенной к корытообразному элементу, используются для различных применений. Применения включают в себя, например, конструктивные элементы для транспортных средств, зданий или больших контейнеров. В частности, конструктивные элементы, используемые в автомобилях, должны быть ударопрочными.
Например, WO 2005/058624 (Патентный документ 1) раскрывает металлическую трубу, установленную на кузове автомобиля, оба конца которой поддерживаются на нем, чтобы обеспечить ударную прочность. Эта металлическая труба имеет изогнутый участок, который продолжается по всей ее длине или только на части ее длины. Металлическая труба располагается таким образом, что наружная сторона изогнутого участка в общем ориентирована в направлении возможного удара, прилагаемого к кузову. Эта металлическая труба имеет лучшую ударную прочность для усиления кузова, чем усиливающий элемент, изготовленный из прямой трубы.
ДОКУМЕНТЫ ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
Патентный документ 1: WO 2005/058624.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ
Когда конструктивный элемент, имеющий трубчатый участок, принимает удар, который превышает его предел текучести, он резко изгибается таким образом, что образуется выступающий участок резкого изгиба. При уменьшении толщины стенки конструктивного элемента для уменьшения веса, величина выступа, образующегося вследствие резкого изгиба под действием удара, имеет тенденцию к увеличению. Например, в конструктивном элементе, используемом в автомобиле, предпочтительно уменьшить величину выступа в направлении внутрь, образующегося, когда элемент принимает удар извне транспортного средства. Таким образом, существуют случаи, когда величина выступания участка конструктивного элемента, деформирующегося под действием удара при столкновении, должна быть небольшой.
С учетом этого настоящее изобретение предлагает конструктивный элемент, который выступает на меньшую величину, когда он деформируется под действием удара, и конструктивный элемент для транспортного средства, использующего такой элемент.
СРЕДСТВА РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ
Конструктивный элемент в соответствии с аспектом настоящего изобретения включает в себя по меньшей мере одну закрывающую пластину и корытообразный элемент. Корытообразный элемент включает в себя верхний участок, два первых ребра, расположенных на обоих краях верхнего участка, два фланца, соединенных с закрывающей пластиной, два вторых ребра, расположенных на краях двух фланцев, и две боковые стенки, каждая из которых располагается между одним из первых ребер и одним из вторых ребер. Длина трубчатого участка, образованного корытообразным элементом и закрывающей пластиной, измеряемая в направлении, в котором продолжаются первые ребра, составляет 6 или больше от наибольшего размера Н из размеров двух боковых стенок, измеряемых в направлении, перпендикулярном верхнему участку. Каждая из двух боковых стенок включает в себя участок высокой прочности и участки низкой прочности. Участки высокой прочности двух боковых стенок обращены друг к другу, и каждый участок высокой прочности продолжается на расстояние, измеряемое в направлении, в котором продолжаются первые ребра, которое составляет не меньше 2/3 от размера Н и не больше 3 от размера Н. Участок высокой прочности имеет предел текучести не меньше 500 МПа. Участки низкой прочности зажимают между ними участок высокой прочности, как определяется вдоль направления, в котором продолжаются первые ребра. Участки низкой прочности имеют предел текучести, составляющий от 60 до 85% от предела текучести участка высокой прочности.
ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение предлагает конструктивный элемент, который выступает на меньшую величину, когда он деформируется под действием удара, и конструктивный элемент для транспортного средства, использующего такой элемент.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1А - иллюстрирует пример конструкции конструктивного элемента, оба конца которого поддерживаются.
Фиг. 1В - иллюстрирует пример деформационного поведения конструктивного элемента на фиг. 1А.
Фиг. 1С - иллюстрирует другой пример деформационного поведения конструктивного элемента на фиг. 1А.
Фиг. 2А - вид в перспективе конструкции конструктивного элемента в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления.
Фиг. 2В - вид сбоку конструктивного элемента на фиг. 2А, если смотреть в у-направлении.
Фиг. 2С - вид сбоку конструктивного элемента на фиг. 2А, если смотреть в х-направлении.
Фиг. 3 - иллюстрирует деформационное поведение конструктивного элемента с равномерным распределением прочности.
Фиг. 4 - иллюстрирует деформационное поведение конструктивного элемента, имеющего участки низкой прочности, зажимающие между ними участок высокой прочности.
Фиг. 5А - вид сверху конструктивного элемента на фиг. 2А, если смотреть в z-направлении.
Фиг. 5В - иллюстрирует модификацию конструктивного элемента на фиг. 2А с другой конфигурацией участка высокой прочности и участков низкой прочности.
Фиг. 6А - иллюстрирует модификацию конструктивного элемента на фиг. 2А с другим расположением участков низкой прочности.
Фиг. 6В - иллюстрирует модификацию конструктивного элемента на фиг. 2А с другим расположением участков низкой прочности.
Фиг. 6С - иллюстрирует модификацию конструктивного элемента на фиг. 2А с другим расположением участков низкой прочности.
Фиг. 6D - иллюстрирует модификацию конструктивного элемента на фиг. 2А с другим расположением участков низкой прочности.
Фиг. 7А - вид в поперечном разрезе модификации конструктивного элемента с другой формой поперечного сечения.
Фиг. 7В - вид в поперечном разрезе еще одной модификации конструктивного элемента с другой формой поперечного сечения.
Фиг. 8 - иллюстрирует направление высоты боковых стенок.
Фиг. 9А - вид в поперечном разрезе модификации конструктивного элемента.
Фиг. 9В - вид в поперечном разрезе другой модификации конструктивного элемента.
Фиг. 9С - вид в поперечном разрезе еще одной модификации конструктивного элемента.
Фиг. 9D - вид сверху конструктивного элемента, показанного на фиг. 9В, если смотреть в z-направлении.
Фиг. 10А - вид сбоку примера изогнутого конструктивного элемента.
Фиг. 10В - вид сбоку примера изогнутого конструктивного элемента.
Фиг. 10С - вид сбоку примера изогнутого конструктивного элемента.
Фиг. 10D - вид сбоку примера изогнутого конструктивного элемента.
Фиг. 11 - иллюстрирует пример конструктивного элемента, установленного на транспортном средстве.
Фиг. 12 - иллюстрирует пример распределения предела текучести на участке конструктивного элемента, включающем в себя границу между участком низкой прочности и участком высокой прочности.
Фиг. 13А - иллюстрирует аналитическую модель в моделировании.
Фиг. 13В - иллюстрирует аналитическую модель в другом моделировании.
Фиг. 13С - иллюстрирует аналитическую модель в другом моделировании.
Фиг. 14 - иллюстрирует результат моделирования в отношении деформации конструктивного элемента.
Фиг. 15А - график, иллюстрирующий результаты моделирования в отношении хода ударника, обнаруживаемого при возникновении резкого изгиба.
Фиг. 15В - график, иллюстрирующий результаты моделирования в отношении хода ударника, обнаруживаемого при возникновении резкого изгиба.
Фиг. 16 - график, иллюстрирующий величину деформации вследствие деформации изгиба, обнаруживаемую при приложении ударной нагрузки с разными соотношениями прочности между участками низкой прочности и участком высокой прочности
Фиг. 17 - график, иллюстрирующий результаты моделирования в отношении хода ударника.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Авторами настоящего изобретения были проведены исследования поведения под действием удара конструктивного элемента, имеющего трубчатый участок с элементом с корытообразной формой поперечного сечения (в дальнейшем называемым как «корытообразный элемент») и закрывающей пластиной, присоединенной к корытообразному элементу. Например, как показано на фиг. 1А, конструктивный элемент 5 продолжается в продольном направлении трубчатого участка. Конструктивный элемент 5 часто образует часть конструкции (например, транспортного средства, здания или контейнера), оба конца которой, как определяется вдоль продольного направления трубчатого участка, поддерживаются. С учетом этого авторы настоящего изобретения исследовали поведение под действием удара конструктивного элемента с поддерживаемыми концами. Они обнаружили, что величина деформации, вызываемой ударом, может становиться значительной, когда продольный размер (или длина) трубчатого участка конструктивного элемента составляет примерно 6 или больше от размера конструктивного элемента, измеряемого в направлении приложения удара.
Например, когда удар прилагается в середине (y1 на фиг. 1А), как определяется вдоль продольного направления, конструктивного элемента 5, оба конца которого при этом поддерживаются с помощью двух опор 32, конструктивный элемент 5 деформируется и резко изгибается рано после приложения удара (см. фиг. 1В). Конструктивный элемент 5 также деформируется, когда удар прилагается в позиции (у2 на фиг. 1А) между серединой конструктивного элемента 5 в продольном направлении и одной опорой 32 (см. фиг. 1С). Величина выступания для раннего резкого изгиба, обнаруживаемая при приложении нагрузки в середине y1 конструктивного элемента 5 в продольном направлении, больше обнаруживаемой при приложении удара в позиции у2. Анализ показывает, что моментная нагрузка является наибольшей, когда удар прилагается в середине конструктивного элемента 5 в продольном направлении, оба конца которого при этом поддерживаются.
Авторами настоящего изобретения были проведены исследования в отношении уменьшения величины деформации конструктивного элемента, вызываемой ударом, путем увеличения прочности конструктивного элемента. Однако является трудным уменьшить величину выступания вследствие деформации путем увеличения прочности конструктивного элемента. Это связано с тем, что хотя увеличение прочности конструктивного элемента делает деформацию элемента под действием удара менее вероятной, но если элемент деформируется под действием удара, величина деформации остается по существу такой же. С учетом этого авторами настоящего изобретения были проведены дальнейшие исследования в отношении предотвращения резкого изгиба путем изменения распределения прочности в конструктивном элементе.
Авторы настоящего изобретения тщательно исследовали прочность материала и распределение прочности в конструктивном элементе и пришли к конфигурации, в которой каждая боковая стенка конструктивного элемента имеет участки низкой прочности с прочностью меньше, чем другие участки, причем участки низкой прочности распределены в продольном направлении. А именно, авторы настоящего изобретения пришли к конфигурации, в которой участки низкой прочности с прочностью ниже, чем участок высокой прочности, располагаются таким образом, что они зажимают между ними участок высокой прочности. Другими словами, они пришли к конфигурации, в которой участок высокой прочности располагается и зажимается между участками низкой прочности, как определяется вдоль продольного направления конструктивного элемента. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что при этой конфигурации нагрузка в результате удара, прилагаемого к участку высокой прочности, передается к участкам низкой прочности, чтобы предотвратить деформацию резкого изгиба. Затем, после дальнейших проб и ошибок, авторы настоящего изобретения обнаружили, что величина деформации, вызываемой ударом, прилагаемым к участку высокой прочности, может быть эффективным образом уменьшена путем оптимизации прочности участка высокой прочности, соотношения прочности между участками низкой прочности и участком высокой прочности, и продольного размера участка высокой прочности. На основании этих результатов авторы настоящего изобретения пришли к конструктивным элементам в соответствии с описанными ниже вариантами осуществления.
Конструкция 1
Конструктивный элемент в Конструкции 1 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения включает в себя по меньшей мере одну закрывающую пластину и корытообразный элемент. Корытообразный элемент включает в себя верхний участок, два первых ребра, расположенных на обоих краях верхнего участка, два фланца, соединенных с закрывающей пластиной, два вторых ребра, расположенных на краях двух фланцев, и две боковые стенки, каждая из которых располагается между одним из двух первых ребер и одним из двух вторых ребер. Длина трубчатого участка, образованного корытообразным элементом и закрывающей пластиной, измеряемая в направлении, в котором продолжаются первые ребра, составляет 6 или больше от наибольшего размера Н из размеров двух боковых стенок, измеряемых в направлении, перпендикулярном верхнему участку. Каждая из двух боковых стенок включает в себя участок высокой прочности и участки низкой прочности. Участки высокой прочности двух боковых стенок обращены друг к другу, и каждый участок высокой прочности продолжается на расстояние, измеряемое в направлении, в котором продолжаются первые ребра, которое составляет не меньше 2/3 от размера Н и не больше 3 от размера Н. Участок высокой прочности имеет предел текучести не меньше 500 МПа. Участки низкой прочности зажимают между ними участок высокой прочности, как определяется вдоль направления, в котором продолжаются первые ребра. Участки низкой прочности имеют предел текучести, составляющий от 60 до 85% от предела текучести участка высокой прочности.
В Конструкции 1 размер Н боковых стенок, измеряемый в направлении, перпендикулярном верхнему участку, представляет собой наибольший размер из размеров боковых стенок, определяемых как расстояние, измеряемое в направлении, перпендикулярном верхнему участку, между первым и вторым ребрами. Два фланца продолжаются от вторых ребер в направлении друг от друга. Направление, перпендикулярное верхнему участку, представляет собой направление, перпендикулярное поверхности верхнего участка, т.е. направление, перпендикулярное верхней поверхности. Конструктивный элемент в Конструкции 1 деформируется на меньшую величину под действием удара, прилагаемого к верхнему участку корытообразного элемента.
Конструкция 2
Конструктивный элемент в Конструкции 2 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения включает в себя по меньшей мере одну закрывающую пластину и корытообразный элемент. Корытообразный элемент включает в себя верхний участок, два первых ребра, расположенных на обоих краях верхнего участка, два фланца, соединенных с закрывающей пластиной, два вторых ребра, расположенных на краях двух фланцев, и две боковые стенки, каждая из которых располагается между одним из двух первых ребер и одним из двух вторых ребер. Длина трубчатого участка, образованного корытообразным элементом и закрывающей пластиной, измеряемая в направлении, в котором продолжаются первые ребра, составляет 6 или больше от наибольшего размера Н из размеров двух боковых стенок, измеряемых в направлении, перпендикулярном закрывающей пластине. Каждая из двух боковых стенок включает в себя участок высокой прочности и участки низкой прочности. Участки высокой прочности двух боковых стенок обращены друг к другу, и каждый участок высокой прочности продолжается на расстояние, измеряемое в направлении, в котором продолжаются первые ребра, которое составляет не меньше 2/3 от размера Н и не больше 3 от размера Н. Участок высокой прочности имеет предел текучести не меньше 500 МПа. Участки низкой прочности зажимают между ними участок высокой прочности, как определяется вдоль направления, в котором продолжаются первые ребра. Участки низкой прочности имеют предел текучести, составляющий от 60 до 85% от предела текучести участка высокой прочности.
В Конструкции 2 размер Н боковых стенок, измеряемый в направлении, перпендикулярном закрывающей пластине, представляет собой наибольший размер из размеров боковых стенок, определяемых как расстояние, измеряемое в направлении, перпендикулярном закрывающей пластине, между первым и вторым ребрами. Два фланца продолжаются от вторых ребер в направлении друг от друга. Направление, перпендикулярное закрывающей пластине, представляет собой направление, перпендикулярное поверхности закрывающей пластины. Конструктивный элемент в Конструкции 2 деформируется на меньшую величину под действием удара, прилагаемого к закрывающей пластине.
Конструкция 3
Конструктивный элемент в Конструкции 3 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения включает в себя по меньшей мере одну закрывающую пластину и желобчатый элемент. Желобчатый элемент включает в себя верхний участок, два первых ребра, расположенных на обоих краях верхнего участка, два соединения, соединенных с закрывающей пластиной, и две боковые стенки, каждая из которых располагается между одним из двух первых ребер и одним из двух соединений. Длина трубчатого участка, образованного желобчатым элементом и закрывающей пластиной, измеряемая в направлении, в котором продолжаются первые ребра, составляет 6 или больше от наибольшего размера Н из размеров двух боковых стенок, измеряемых в направлении, перпендикулярном верхнему участку. Каждая из двух боковых стенок включает в себя участок высокой прочности и участки низкой прочности. Участки высокой прочности двух боковых стенок обращены друг к другу, и каждый участок высокой прочности продолжается на расстояние, измеряемое в направлении, в котором продолжаются первые ребра, которое составляет не меньше 2/3 от размера Н и не больше 3 от размера Н. Участок высокой прочности имеет предел текучести не меньше 500 МПа. Участки низкой прочности зажимают между ними участок высокой прочности, как определяется вдоль направления, в котором продолжаются первые ребра. Участки низкой прочности имеют предел текучести, составляющий от 60 до 85% от предела текучести участка высокой прочности.
В Конструкции 3 размер Н боковых стенок, измеряемый в направлении, перпендикулярном верхнему участку, представляет собой наибольший размер из размеров боковых стенок, определяемых как расстояние, измеряемое в направлении, перпендикулярном верхнему участку, между первым ребром и линией соединения, определяемой как линия, соединяющая участки соединения, распределенные в направлении, в котором продолжаются первые ребра. Конструктивный элемент в Конструкции 3 отличается от конструктивного элемента в Конструкции 1 тем, что он не имеет фланца. То есть корытообразный элемент в Конструкции 1 заменен в Конструкции 3 на желобчатый элемент. Подобно конструктивному элементу в Конструкции 1, конструктивный элемент в Конструкции 3 деформируется на меньшую величину под действием удара, прилагаемого к верхнему участку желобчатого элемента.
Конструкция 4
Конструктивный элемент в Конструкции 4 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения включает в себя по меньшей мере одну закрывающую пластину и желобчатый элемент. Желобчатый элемент включает в себя один верхний участок, два первых ребра, расположенных на обоих краях верхнего участка, фланец, соединенный с закрывающей пластиной, одно второе ребро, расположенное на крае фланца, первую боковую стенку, расположенную между одним из первых ребер и вторым ребром, соединение, соединенное с закрывающей пластиной, и вторую боковую стенку, расположенную между другим первым ребром и соединением. Длина трубчатого участка, образованного желобчатым элементом и закрывающей пластиной, измеряемая в направлении, в котором продолжаются первые ребра, составляет 6 или больше от наибольшего размера Н из размеров первой и второй боковых стенок, измеряемых в направлении, перпендикулярном верхнему участку. Первая боковая стенка включает в себя участок высокой прочности и участки низкой прочности. Участок высокой прочности первой боковой стенки обращен к второй боковой стенке и продолжается на расстояние, измеряемое в направлении, в котором продолжается первое ребро трубчатого участка, которое составляет не меньше 2/3 от размера Н и не больше 3 от размера Н. Участок высокой прочности имеет предел текучести не меньше 500 МПа. Участки низкой прочности зажимают между ними участок высокой прочности, как определяется вдоль направления, в котором продолжается первое ребро. Участки низкой прочности имеют предел текучести, составляющий от 60 до 85% от предела текучести участка высокой прочности. Вторая боковая стенка включает в себя участок высокой прочности и участки низкой прочности. Участок высокой прочности второй боковой стенки обращен к первой боковой стенке и продолжается на расстояние, измеряемое в направлении, в котором продолжается первое ребро трубчатого участка, которое составляет не меньше 2/3 от размера Н и не больше 3 от размера Н. Участок высокой прочности имеет предел текучести не меньше 500 МПа. Участки низкой прочности зажимают между ними участок высокой прочности, как определяется вдоль направления, в котором продолжается первое ребро. Участки низкой прочности имеют предел текучести, составляющий от 60 до 85% от предела текучести участка высокой прочности.
В Конструкции 4 размер Н представляет собой наибольший размер из размера первой боковой стенки, определяемого как расстояние, измеряемое в направлении, перпендикулярном верхнему участку, между первым и вторым ребрами, и размера второй боковой стенки, определяемого как расстояние, измеряемое в направлении, перпендикулярном верхнему участку, между первым ребром и линией соединения, определяемой как линия, соединяющая участки соединения, распределенные в направлении, в котором продолжается первое ребро. Конструктивный элемент в Конструкции 4 является модификацией Конструкции 3. Отличие состоит в том, что в то время как Конструкция 3 не имеет фланца ни на одном из двух краев желобчатого элемента, Конструкция 4 имеет фланец на одном из краев. Подобно конструктивным элементам в Конструкции 1 и Конструкции 3, конструктивный элемент в Конструкции 4 деформируется на меньшую величину под действием удара, прилагаемого к верхнему участку желобчатого элемента.
В Конструкциях 1-4 деформация, вызываемая нагрузкой от удара, прилагаемого к участку высокой прочности, может быть рассеяна на участки низкой прочности на раннем этапе. Это предотвращает резкий изгиб конструктивного элемента под действием удара. В Конструкциях 1, 3 и 4, когда удар прилагается к верхнему участку, может быть дополнительно предотвращена деформация конструктивного элемента. В Конструкции 2, когда удар прилагается к закрывающей пластине, может быть дополнительно предотвращена деформация конструктивного элемента.
В Конструкциях 1-4 размер Н представляет собой высоту боковых стенок. В Конструкциях 1, 3 и 4 направление высоты боковых стенок определяется как направление, перпендикулярное верхнему участку. В Конструкции 2 направление высоты боковых стенок определяется как направление, перпендикулярное закрывающей пластине.
Конструкция 5
Далее будет описана Конструкция 5. Отталкиваясь от любой одной из Конструкций 1-4, размер каждого из участков низкой прочности, измеряемый в направлении, в котором продолжается первое ребро, предпочтительно составляет не меньше 3/5 от размера Н и не больше 2 от размера Н. Это будет дополнительно уменьшать величину деформации конструктивного элемента, вызываемой ударом, прилагаемым к участку высокой прочности.
Конструкция 6
Далее будет описана Конструкция 6. Отталкиваясь от любой одной из Конструкций 1-5, участок высокой прочности между участками низкой прочности предпочтительно располагается в середине трубчатого участка, как определяется вдоль направления, в котором продолжается первое ребро. Момент от удара имеет тенденцию быть большим в середине трубчатого участка, как определяется вдоль направления, в котором продолжается первое ребро. Расположение участка высокой прочности в середине вдоль направления, в котором продолжается первое ребро, и расположение участков низкой прочности таким образом, что они зажимают его между ними, как в Конструкции 5, будет эффективным образом предотвращать деформацию конструктивного элемента под действием удара.
Конструкция 7
Далее будет описана Конструкция 7. Отталкиваясь от любой одной из Конструкций 1, 3 и 4, между одним краем каждой из боковых стенок, расположенным на стороне первого ребра, и другим краем, противоположным первому ребру, край каждого из участков низкой прочности, расположенный на стороне одного края боковой стенки, может располагаться между одним краем боковой стенки и положением на 1/4 от расстояния между одним краем и другим краем боковой стенки, как определяется от одного края в направлении другого края боковой стенки.
Конструкция 8
Далее будет описана Конструкция 8. Отталкиваясь от Конструкции 7, край участка низкой прочности, расположенный на стороне другого края боковой стенки, может располагаться между другим краем боковой стенки и положением на 4/5 от расстояния между одним краем и другим краем, как определяется от одного края в направлении другого края боковой стенки. В этом случае размер участка низкой прочности, измеряемый в направлении от одного края к другому краю участка низкой прочности, составляет не меньше 1/5 от расстояния между одним краем и другим краем боковой стенки.
Конструкция 9
Далее будет описана Конструкция 9. Отталкиваясь от Конструкций 7 или 8, Конструкция 9 может включать в себя область, смежную с краем участка низкой прочности, расположенным между одним краем и другим краем боковой стенки, причем область имеет предел текучести выше, чем участок низкой прочности.
Конструкция 10
Далее будет описана Конструкция 10. Отталкиваясь от любой одной из Конструкций 1, 3 и 4, между одним краем каждой из боковых стенок, расположенным на стороне первого ребра, и другим краем, противоположным первому ребру, край участка высокой прочности, расположенный на стороне одного края между участками низкой прочности, может располагаться между одним краем боковой стенки и положением на 2/5 от расстояния между одним краем и другим краем боковой стенки, как определяется от одного края в направлении другого края боковой стенки. В этом случае край участка высокой прочности, расположенный на стороне другого края боковой стенки, располагается на другом крае боковой стенки. Предусмотрен дополнительный участок низкой прочности, имеющий предел текучести, составляющий от 60 до 8 5% от предела текучести участка высокой прочности, начинающийся на крае участка высокой прочности, расположенном на стороне одного края боковой стенки, и оканчивающийся на одном крае боковой стенки.
Конструкции 7-10 будут эффективным образом предотвращать деформацию конструктивного элемента под действием удара, прилагаемого к верхнему участку.
В Конструкциях 7-10, если боковая стенка располагается между первым ребром и вторым ребром, первое ребро образует один край боковой стенки и второе ребро образует другой край боковой стенки. Таким образом, расстояние между одним краем и другим краем боковой стенки представляет собой расстояние между первым ребром и вторым ребром. Если боковая стенка располагается между первым ребром и соединением, первое ребро образует один край, и линия соединения, определяемая как линия, соединяющая участки соединения, распределенные в направлении, в котором продолжается первое ребро, образует другой край. Таким образом, расстояние между одним краем и другим краем боковой стенки определяется как расстояние между первым ребром и линией соединения.
Конструкция 11
Далее будет описана Конструкция 11. Отталкиваясь от Конструкции 2, между одним краем боковой стенки, противоположным первому ребру, и другим краем, расположенным на стороне первого ребра, край каждого из участков низкой прочности, расположенный на стороне одного края боковой стенки, может располагаться между одним краем боковой стенки и положением на 1/4 от расстояния между одним краем и другим краем, как определяется от одного края в направлении другого края боковой стенки.
Если боковая стенка располагается между первым ребром и вторым ребром, расстояние между одним краем и другим краем боковой стенки определяется как расстояние между первым ребром и вторым ребром. Если боковая стенка располагается между первым ребром и соединением, расстояние между одним краем и другим краем боковой стенки определяется как расстояние между первым ребром и линией соединения, соединяющей участки соединения, распределенные в направлении, в котором продолжаются первые ребра.
Конструкция 12
Далее будет описана Конструкция 12. Отталкиваясь от Конструкции 11, край каждого из участков низкой прочности, расположенный на стороне другого края боковой стенки, может располагаться между другим краем боковой стенки и положением на 4/5 от расстояния между одним краем и другим краем боковой стенки, как определяется от другого края в направлении одного края боковой стенки. В этом случае размер участка низкой прочности, измеряемый в направлении от одного края к другому краю участка низкой прочности, составляет 1/5 или больше от расстояния между одним краем и другим краем боковой стенки.
Конструкция 13
Далее будет описана Конструкция 13. Отталкиваясь от Конструкции 11 или 12, Конструкция 13 может включать в себя область, смежную с краем участка низкой прочности, расположенным между одним краем и другим краем боковой стенки, причем область имеет предел текучести выше, чем участок низкой прочности.
Конструкция 14
Далее будет описана Конструкция 14. Отталкиваясь от Конструкции 2, между одним краем боковой стенки, противоположным первому ребру, и другим краем, расположенным на стороне первого ребра, край участка высокой прочности, расположенный на стороне одного края боковой стенки между участками низкой прочности, может располагаться между одним краем боковой стенки и положением на 2/5 от расстояния между одним краем и другим краем боковой стенки, как определяется от одного края в направлении другого края боковой стенки. В этом случае край участка высокой прочности, расположенный на стороне другого края боковой стенки, располагается на другом крае боковой стенки. Предусмотрен дополнительный участок низкой прочности, имеющий предел текучести, составляющий от 60 до 85% от предела текучести участка высокой прочности, начинающийся на крае участка высокой прочности, расположенном на стороне одного края боковой стенки, и оканчивающийся на одном крае боковой стенки.
Конструкции 11-14 будут эффективным образом предотвращать деформацию конструктивного элемента под действием удара, прилагаемого к закрывающем пластине.
В Конструкциях 11-14, если каждая боковая стенка располагается между первым ребром и вторым ребром, второе ребро образует один край боковой стенки и первое ребро образует другой край боковой стенки. Таким образом, расстояние между одним краем и другим краем боковой стенки представляет собой расстояние между первым ребром и вторым ребром. Если каждая боковая стенка располагается между первым ребром и соединением, линия соединения, соединяющая участки соединения, распределенные в направлении, в котором продолжаются первые ребра, образует один край, и первое ребро образует другой край. Таким образом, расстояние между одним краем и другим краем боковой стенки определяется как расстояние между первым ребром и линией соединения.
Конструкция 15
Далее будет описана Конструкция 15. Отталкиваясь от любой одной из Конструкций 1, 3, 4 и 7-10, конструктивный элемент предпочтительно изогнут таким образом, что он является выпуклым на верхнем участке. Это будет предотвращать деформацию конструктивного элемента под действием удара, прилагаемого к верхнему участку.
Конструкция 16
Далее будет описана Конструкция 16. Отталкиваясь от любой одной из Конструкций 2 и 11-14, конструктивный элемент предпочтительно изогнут таким образом, что он является выпуклым на закрывающей пластине. Это будет предотвращать деформацию конструктивного элемента под действием удара, прилагаемого к закрывающей пластине.
Конструкция 17
Далее будет описана Конструкция 17. Отталкиваясь от любой одной из Конструкций 1-16, если смотреть вдоль поперечного сечения, перпендикулярного направлению, в котором продолжается первое ребро, по меньшей мере часть воображаемого отрезка, соединяющего участки закрывающей пластины, соединенные с корытообразным элементом или желобчатым элементом, может располагаться между верхним участком и закрывающей пластиной. В Конструкции 17 закрывающая пластина включает в себя пару перекрывающихся участков, которые перекрываются с корытообразным элементом или желобчатым элементом, и промежуточный участок, расположенный между перекрывающимися участками. Промежуточный участок выступает в направлении от корытообразного элемента или желобчатого элемента относительно перекрывающихся участков.
Конструкция 18
Далее будет описана Конструкция 18. Конструктивный элемент в Конструкции 18 представляет собой один из конструктивных элементов в соответствии с Конструкциями 1-17, установленный на транспортном средстве. В этом случае верхний участок или закрывающая пластина включает в себя два соединения, отделенных друг от друга на расстояние, которое составляет 6Н или больше, как измеряется в направлении, в котором продолжается первое ребро, и соединенных с другим элементом.
Конструкция 19
Далее будет описана Конструкция 19. Отталкиваясь от Конструкции 18, участок высокой прочности предпочтительно располагается в середине между двумя соединениями. Это будет эффективным образом предотвращать деформацию конструктивного элемента под действием удара.
Варианты осуществления
На фиг. 2А представлен вид в перспективе конструкции конструктивного элемента 10 в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления. На фиг. 2В представлен вид сбоку конструктивного элемента 10 на фиг. 2А, если смотреть в продольном направлении (т.е. в у-направлении). На фиг. 2С представлен вид сбоку конструктивного элемента 10 на фиг. 2А, если смотреть в направлении, перпендикулярном продольному направлению (т.е. в х-направлении).
Конструктивный элемент 10, показанный на фиг. 2А-2С, включает в себя корытообразный элемент 1, имеющий корытообразную форму поперечного сечения, и закрывающую пластину 2, присоединенную к корытообразному элементу 1. Конструктивный элемент 10 включает в себя трубчатый участок, образованный корытообразным элементом 1 и закрывающей пластиной 2. Трубчатый участок включает в себя, в его внутренней части, пространство, ограниченное корытообразным элементом 1 и закрывающей пластиной 2. То есть трубчатый элемент имеет замкнутое поперечное сечение.
Как показано на фиг. 2А, корытообразный элемент 1 включает в себя верхний участок 13, пару боковых стенок 11 и 12, и пару фланцев 14. Пара боковых стенок 11 и 12 продолжаются от двух краев верхнего участка 13 и обращены друг к другу. Каждая из боковых стенок 11 и 12 имеет один край на стороне верхнего участка 13 и другой край, противоположный одному краю, при этом соответствующие фланцы 14 продолжаются от другого края наружу, как определяется вдоль направления, в котором распределены обращенные друг к другу боковые стенки 11 и 12. Закрывающая пластина 2 присоединена к паре фланцев 14.
Участки 123 границы (т.е. плечи) между верхним участком 13 и парой боковых стенок 11 и 12 образуют первые ребра 123. В рассматриваемом примере реализации продольное направление трубчатого участка совпадает с направлением, в котором продолжаются первые ребра 123. В качестве альтернативы, продольное направление трубчатого участка может не совпадать с направлением, в котором продолжаются первые ребра 123. Продольное направление трубчатого участка определяется центральной осью, соединяющей центры тяжести поперечных сечений трубчатого участка. Участки 124 границы (т.е. плечи) между фланцами 14 и парой боковых стенок 11 и 12 образуют вторые ребра 124, продолжающиеся в продольном направлении трубчатого участка. Направление, в котором продолжаются вторые ребра 124, может не совпадать с продольным направлением трубчатого участка. В примере реализации, показанном на фиг. 2А, продольное направление трубчатого участка выровнено с у-направлением и совпадает с продольным направлением конструктивного элемента 10. Размер конструктивного элемента 10, измеряемый в направлении, в котором продолжаются ребра, образованные участками границы между верхним участком 13 и парой боковых стенок 11 и 12 (т.е. в у-направлении), больше, чем размер элемента, измеряемый в направлении, в котором распределены пара обращенных друг к другу боковых стенок 11 и 12 (т.е. в х-направлении). Далее, размер LY трубчатого участка, образованного корытообразным элементом 1 и закрывающей пластиной 2, измеряемый в направлении, в котором продолжаются первые ребра 123, составляет 6 или больше от высоты Н боковых стенок 11 и 12, т.е. 6Н или больше (LY≥6H). Направление, в котором продолжаются первые ребра 123, может отличаться от направления, в котором продолжаются вторые ребра 124.
Каждая из боковых стенок 11 и 12 включает в себя участок 11А или 12А высокой прочности и участки 11В или 12В низкой прочности. Участки 11А и 12А высокой прочности образованы участками пары боковых стенок 11 и 12, которые обращены друг к другу. То есть участок 11А высокой прочности на одной боковой стенке 11 и участок 12А высокой прочности на другой боковой стенке 12 располагаются таким образом, что они обращены друг к другу. Подобным образом, участки 11В и 12В низкой прочности образованы участками пары боковых стенок 11 и 12, которые обращены друг к другу. То есть участки 11В низкой прочности на одной боковой стенке 11 располагаются таким образом, что они обращены к участкам 12В низкой прочности на другой боковой стенке 12.
Как показано на фиг. 2С, размер LA каждого из обращенных друг к другу участков 11А и 12А высокой прочности, измеряемый в направлении, в котором продолжаются первые ребра 123, составляет не меньше (2/3) Н и не больше 3Н (2H/3≤LA≤3H). Участки 11А и 12А высокой прочности имеют предел текучести не меньше 500 МПа (или предел прочности при растяжении не меньше 980 МПа). Для каждой боковой стенки, участки 11В или 12В низкой прочности располагаются смежно обеим сторонам участка 11А или 12А высокой прочности, как определяется вдоль направления, в котором продолжаются первые ребра 123. То есть, как определяется вдоль продольного направления трубчатого участка, участок 11А или 12А высокой прочности располагается и зажимается между участками 11В или 12В низкой прочности. Предел текучести участков 11В и 12В низкой прочности составляет от 60 до 85% (не меньше 60% и не больше 85%) от предела текучести участков 11А и 12А высокой прочности. Подобным образом, желательно, чтобы предел прочности при растяжении участков 11В и 12В низкой прочности составлял от 60 до 85% от предела прочности при растяжении участка 11А и 12А высокой прочности. Это дополнительно уменьшит величину выступания в результате удара, даже если учитывать увеличение прочности, вызываемое деформацией (деформационное упрочнение).
Пары участков 11В или 12В низкой прочности предусмотрены на каждой из боковых стенок 11 и 12. То есть одна боковая стенка 11 имеет пару участков 11В низкой прочности, зажимающих между ними участок 11А высокой прочности. Другая боковая стенка 12 имеет пару участков 12В низкой прочности, зажимающих между ними участок 12А высокой прочности.
Участки 11С и 12С боковых стенок 11 и 12, отличающиеся от участков 11А и 12А высокой прочности и участков 11В и 12В низкой прочности, т.е. участки 11С и 12С снаружи от участков 11В и 12В низкой прочности, как определяется вдоль направления, в котором продолжаются первые ребра 123, имеют предел текучести выше, чем участки 11В и 12В низкой прочности. Например, предел текучести участков 11С и 12С может быть равен пределу текучести участков 11А и 12А высокой прочности. В рассматриваемом примере реализации участки 11В и 12В низкой прочности представляют собой участки, имеющие предел текучести ниже, чем окружающие их участки.
Как показано на фиг. 2А-2С, участки 11В и 12В низкой прочности располагаются на паре боковых стенок 11 и 12, поддерживающих верхний участок 13, который может принимать ударную нагрузку, таким образом, что участки низкой прочности для каждой боковой стенки зажимают между ними соответствующий участок 11А или 12А высокой прочности, тем самым предотвращается концентрация на участке 11А или 12А высокой прочности деформации, вызываемой ударной нагрузкой, и деформация рассеивается на участки 11В или 12В низкой прочности. В этом примере реализации участки 11А и 12А высокой прочности имеют предел текучести не меньше 500 МПа (или предел прочности при растяжении не меньше 980 МПа), соотношение прочности между участками 11В и 12В низкой прочности и участками 11А и 12А высокой прочности составляет от 60 до 85%, и размер LA каждого из противостоящих участков 11А и 12А высокой прочности составляет не меньше (2/3)Н и не больше 3Н, чтобы обеспечить возможность раннего рассеивания деформации, вызываемой ударной нагрузки, прилагаемой к участку 11А или 12А высокой прочности, на участки 11В или 12В низкой прочности. Это будет предотвращать деформацию резкого изгиба конструктивного элемента 10 после удара. На фиг. 2А-2С прочность и распределение прочности на фланцах 14 не ограничивается конкретными значениями, так как прочность фланцев 14 не оказывает существенного влияния на рабочие характеристики конструктивного элемента 10.
На фиг. 3 иллюстрируется деформационное поведение конструктивного элемента 5, включающего в себя корытообразный элемент и закрывающую пластину, и имеющего равномерное распределение прочности. На фиг. 4 иллюстрируется деформационное поведение конструктивного элемента 10, который включает в себя участки 11В или 12В низкой прочности, как показано на фиг. 2А-2С. На фиг. 3 и фиг. 4 на каждом иллюстрируется деформационное поведение соответствующего конструктивного элемента, обнаруживаемое, когда индентор заставляют ударять в трубчатый участок конструктивного элемента в направлении, перпендикулярном продольному направлению элемента. На фиг. 3 и фиг. 4 на каждом иллюстрируется деформационное поведение на виде сбоку соответствующего конструктивного элемента, если смотреть в направлении, перпендикулярном направлению удара индентора и продольному направлению трубчатого элемента.
Как показано на фиг. 3, в конструктивном элементе 5, имеющем равномерное распределение прочности, удар может вызывать деформацию в точке Р начала деформации изгиба, которая распространяется в клиновидную форму, если смотреть сбоку. В результате конструктивный элемент 5 изгибается таким образом, что он резко выступает в направлении изгиба (т.е. в направлении удара). В некоторых случаях в конструктивном элементе 5 могут образоваться трещины.
Как показано на фиг. 4, в конструктивном элементе 10, включающем в себя участки 11В низкой прочности (изображенные на фиг. 4 с помощью множества точек), зажимающие между ними участок 11А высокой прочности, деформация, распространяющаяся внутрь от точки Р начала деформации изгиба на участке 11А высокой прочности, при достижении границы между участком 11А высокой прочности и участком 11В низкой прочности, имеет тенденцию распространятся в горизонтальном направлении (т.е. в продольном направлении конструктивного элемента 10), что обеспечивается относительно низкой прочностью. Таким образом, деформация расширяется в продольном направлении, и величина деформации в направлении изгиба (т.е. в направлении удара) будет небольшой.
Деформационные поведения, иллюстрируемые на фиг. 3 и фиг. 4, не ограничиваются случаями, когда индентор заставляют ударять в конструктивный элемент. Подобные деформационные поведения возможно получить, например, когда конструктивный элемент изгибается под действием осевого усилия, которое сжимает элемент в продольном направлении, или когда конструктивный элемент изгибается, когда индентор прижимается к элементу для приложения статического усилия в направлении, перпендикулярном продольному направлению, как при испытании на трехточечный изгиб. Далее, деформационное поведение, получаемое, когда индентор заставляют ударять в верхний участок конструктивного элемента, и деформационное поведение, получаемое, когда индентор заставляют ударять в закрывающую пластину, являются подобными показанным на фиг. 3 и фиг. 4.
При использовании, например, конструктивный элемент 10 может поддерживаться в двух разнесенных друг от друга местах, как определяется вдоль продольного направления. В этих случаях конструктивный элемент 10 имеет два соединения, подлежащие соединению с другим элементом. То есть конструктивный элемент 10 поддерживается другим элементом в соединениях. Соединения также могут быть названы как «поддерживаемые участки». Соединения располагаются по меньшей мере на одном из боковых стенок 11 и 12, верхнего участка 13 и закрывающей пластины 2.
Конструктивный элемент 10 прикрепляется к другому элементу через посредство соединений. Соединения конструктивного элемента 10 соединяются с другим элементом, например, с помощью крепежных средств или с помощью сварки. Могут быть предусмотрены три или больше соединений.
Два соединения могут располагаться в позициях, разнесенных друг от друга на расстояние, которое составляет не меньше 6Н, как измеряется в направлении, в котором продолжаются первые ребра 123. То есть расстояние KY между двумя соединениями может составлять не меньше 6 от высоты Н боковых стенок 11 и 12 (KY≥6H). В этих примерах реализации возникают проблемы, подобные описанным со ссылкой на фиг. 1А-1С. А именно, величина деформации, вызываемой ударом, может быть большой, если расстояние KY между двумя соединениями составляет не меньше примерно 6 от размера конструктивного элемента, измеряемого в направлении удара (т.е. высоты Н боковых стенок 11 в примере реализации на фиг. 2А) (KY≥6H).
Для решения этой проблемы между двумя соединениями предусмотрены участки 11А и 12А высокой прочности и участки 11В и 12В низкой прочности. При этой конфигурации, когда удар прилагается между двумя соединениями, величина выступания, вызываемого результирующей деформацией конструктивного элемента 10, будет небольшой.
Например, когда конструктивный элемент 10 используется в качестве конструктивного элемента для транспортного средства, конструктивный элемент 10 может быть прикреплен к транспортному средству, при этом элемент поддерживается с помощью по меньшей мере двух соединений, разнесенных друг от друга в продольном направлении трубчатого участка. Здесь, конструктивный элемент 10 может быть прикреплен к транспортному средству таким образом, что верхний участок 13 располагается по направлению наружу от транспортного средства, и закрывающая пластина располагается по направлению к внутренней части транспортного средства. В качестве альтернативы, конструктивный элемент 10 может быть прикреплен к транспортному средству таким образом, что закрывающая пластина располагается по направлению наружу от транспортного средства, и верхний участок 13 располагается по направлению к внутренней части транспортного средства. Таким образом, когда конструктивный элемент 10 принимает удар извне транспортного средства, величина выступания в результате резкого изгиба элемента в направлении внутренней части транспортного средства будет небольшой.
Независимо от наличия или отсутствия соединений, в конструктивном элементе 10, показанном на фиг. 2А-2С, размер LA каждого участка 11А или 12А высокой прочности, измеряемый в направлении, в котором продолжаются первые ребра 123, составляет не меньше (2/3) Н и не больше 3Н ((2/3) H≤LA≤3H), при этом Н представляет собой высоту боковых стенок 11 и 12. Это будет дополнительно уменьшать величину деформации, вызываемой ударом в участок 11А или 12А высокой прочности. Далее, если размер LA составляет не меньше Н и не больше (4/3)Н (H≤LA≤(4/3)Н), это будет дополнительно уменьшать величину деформации, вызываемой ударом. То есть размер LA каждого из участков 11А и 12А высокой прочности, измеряемый в направлении, в котором продолжаются первые ребра 123, должен составлять не меньше (2/3)Н, и предпочтительно не меньше Н. Далее, размер LA каждого из участков 11А и 12А высокой прочности, измеряемый в направлении, в котором продолжаются первые ребра 123, должен составлять не больше 3Н, и предпочтительно не больше (4/3)Н.
Желательно размер LB каждого из участков 11В и 12В низкой прочности, измеряемый в направлении, в котором продолжаются первые ребра 123, составляет не меньше (3/5)Н (т.е. (3/5)H≤LB). Это будет дополнительно уменьшать величину деформации, вызываемой ударом в участок 11А высокой прочности. Желательно размер LB каждого из участков 11В низкой прочности составляет не больше 2Н с точки зрения обеспечения определенной прочности конструктивного элемента 10. Более предпочтительно, желательно размер LB каждого из участков 11В низкой прочности составляет не больше Н.
Размер LA участков высокой прочности и размер LB участков низкой прочности относительно высоты Н боковых стенок не ограничиваются приведенными выше соотношениями, т.е. случаями, например, когда строго выполняются ((2/3)H≤LA≤3H), (H≤LA≤(4/3)Н) или ((3/5)H≤LB). Случаи с погрешностями, которые позволяют считать размеры удовлетворяющими приведенным выше соотношениям, также возможны. Далее, длина LY конструктивного элемента 10 относительно высоты Н боковых стенок не ограничивается случаями, когда строго выполняется приведенное выше соотношение, т.е. (6H≤LY). Конструктивный элемент с длиной, составляющей примерно 6 от высоты Н боковых стенок может считаться конструктивным элементом, имеющим приведенное выше соотношение (6H≤LY).
Далее, в примере реализации, показанном на фиг. 2А-2С, граница между участком 11В низкой прочности и участком 11А высокой прочности и граница между участком 12В низкой прочности и участком 12А высокой прочности продолжается в плоскости, перпендикулярной продольному направлению трубчатого участка. Граница между участком низкой прочности и участком высокой прочности не ограничивается такими примерами реализации. Граница между участком низкой прочности и участком высокой прочности не обязательно должна располагаться в плоскости, перпендикулярной продольному направлению трубчатого участка. Например, граница между участком низкой прочности и участком высокой прочности может быть наклонной относительно плоскости, перпендикулярной трубчатому участку, или может быть извилистой. В этих примерах реализации, граница между участком низкой прочности и участком высокой прочности считается расположенной в середине между положением на наклонной или извилистой границе, которая располагается дальше всех в участке низкой прочности, и позицией, которая располагается дальше всех в участке высокой прочности. То же применимо к границе между участком 11С, наружном относительно участка 11В или 12В низкой прочности, как определяется вдоль продольного направления трубчатого участка, и участком 11В или 12В низкой прочности.
Для решения проблем, описанных со ссылкой на фиг. 1А-1С, желательно, чтобы участки 11А и 12А высокой прочности располагались на участке конструктивного элемента 10, который может быть легко разрушен, таком как середина элемента, как определяется вдоль направления, в котором продолжаются первые ребра 123. То есть желательно, чтобы по меньшей мере часть каждого из участков 11А и 12А высокой прочности располагалась в середине конструктивного элемента 10, как определяется вдоль направления, в котором продолжаются первые ребра 123. В качестве альтернативы, если конструктивный элемент 10 присоединяется к другому элементу в двух соединениях, как было рассмотрено выше, желательно, чтобы участки 11А и 12А высокой прочности располагались в середине элемента между двумя соединениями. То есть желательно, чтобы по меньшей мере часть каждого из участков 11А и 12А высокой прочности располагалась в середине элемента между двумя соединениями. Это будет эффективным образом предотвращать резкий изгиб на участке конструктивного элемента 10, на котором момент от удара является наибольшим и который может быть легко резко изогнут (т.е. в середине элемента или в промежуточной позиции между соединениями), независимо от наличия или отсутствия соединений.
На фиг. 5А представлен вид сверху конструктивного элемента 10, показанного на фиг. 2А, если смотреть сверху (верхний участок 13, в z-направлении). На фиг. 5А боковые стенки 11 и 12, видимые, если бы можно было смотреть сквозь верхний участок 13, обозначены пунктирными линиями. Для предотвращения скручивания и резкого изгиба конструктивного элемента 10, желательно, как в показанном на фиг. 5А примере реализации, чтобы обращенные друг к другу участки 11А и 12А высокой прочности на паре боковых стенок 11 и 12 располагались таким образом, чтобы полностью перекрываться друг с другом, если смотреть в направлении, в котором распределены боковые стенки 11 и 12, обращенные друг к другу (в х-направлении). То есть весь участок ПА высокой прочности на одной боковой стенке 11 перекрывает весь участок 12А высокой прочности на другой боковой стенке 12, если смотреть в направлении, в котором распределены эти участки. Обращенные друг к другу участки 11В и 12В низкой прочности на паре боковых стенок 11 и 12 располагаются таким образом, чтобы полностью перекрываться друг с другом, если смотреть в направлении, в котором распределены эти участки (в х-направлении). То есть каждый весь участок 11В низкой прочности на одной боковой стенке 11 и соответствующий весь участок 12В низкой прочности на другой боковой стенке 12 перекрываются друг с другом, если смотреть в направлении, в котором распределены эти участки. В примере реализации, показанном на фиг. 5А, направление, в котором распределены обращенные друг к другу боковые стенки 11 и 12, является перпендикулярным продольному направлению трубчатого участка (т.е. центральной оси Y1).
На фиг. 5А распределение прочности на одной боковой стенке 11 является зеркальным отражением распределения прочности на другой боковой стенке 12. То есть участок 11А или 12А высокой прочности и участки 11В и 12В низкой прочности на каждой из пары боковых стенок 11 и 12 являются симметричными относительно воображаемой центральной плоскости Y1 для пары боковых стенок 11 и 12. Это будет дополнительно уменьшать возможность разрушения одной из боковых стенок 11 и 12 раньше другой. Воображаемая центральная плоскость Y1 для боковых стенок 11 и 12 совпадает с серединным перпендикуляром А верхнего участка 13 в поперечном сечении, перпендикулярном продольному направлению трубчатого участка (см. фиг. 2В).
Например, в примере реализации, показанном на фиг. 2А-2С и фиг. 5А, пара боковых стенок 11 и 12 имеют одинаковую высоту. Угол между боковой стенкой 11 и верхним участком 13 равен углу между боковой стенкой 12 и верхним участком 13. То есть в поперечном сечении, перпендикулярном продольному направлению трубчатого участка, форма поперечного сечения конструктивного элемента 10 является симметричной относительно серединного перпендикуляра А верхнего участка 13. Далее, распределение прочности в этом поперечном сечении конструктивного элемента 10 является симметричным относительно серединного перпендикуляра А. Это будет уменьшать смещение в напряжениях, вызываемых ударом.
На фиг. 5В иллюстрируется модификация конструктивного элемента 10, показанного на фиг. 2А, с другой конфигурацией участков 11А и 12А высокой прочности и участков 11В и 12В низкой прочности. В примере реализации, показанном на фиг. 5В, обращенные друг к другу участки 11А и 12А высокой прочности на паре боковых стенок 11 и 12 располагаются таким образом, что они частично перекрываются друг с другом, если смотреть в направлении, в котором распределены эти участки (в х-направлении). То есть по меньшей мере часть участка 11А высокой прочности на одной боковой стенке 11 может перекрываться с участком 12А высокой прочности на другой боковой стенке 12, если смотреть в направлении, в котором распределены эти обращенные друг к другу участки. Обращенные друг к другу участки 11В и 12В низкой прочности на паре боковых стенок 11 и 12 располагаются таким образом, что они частично перекрываются друг с другом, если смотреть в направлении, в котором распределены эти обращенные друг к другу участки (в х-направлении). То есть по меньшей мере часть каждого участка 11В низкой прочности на одной боковой стенке 11 может перекрываться с соответствующим участком 12В низкой прочности на другой боковой стенке 12, если смотреть в направлении, в котором распределены эти обращенные друг к другу участки. В примере реализации на фиг. 5В, верхний участок 13 может легко резко изгибаться так, чтобы продолжаться наклонно относительно воображаемой центральной плоскости Y1. Так как верхний участок 13 не может легко резко изгибаться на минимальном расстоянии, поглощенная энергия удара является высокой.
В примерах реализации, показанных на фиг. 5А и фиг. 5В, размеры LA обращенных друг к другу участков ПА и 12А высокой прочности, измеряемые в направлении, в котором продолжаются первые ребра 123, являются одинаковыми. В качестве альтернативы, размер LA участка 11А высокой прочности на одной боковой стенке 11 может отличаться от размера LA участка 12А высокой прочности на другой боковой стенке 12, как измеряется в направлении, в котором продолжаются первые ребра 123, при условии, что они удовлетворяют (2/3)H≤LA≤3H.
В примерах реализации, показанных на фиг. 5А и фиг. 5В, размеры LB обращенных друг к другу участков 11В и 12В низкой прочности, измеряемые в направлении, в котором продолжаются первые ребра 123, являются одинаковыми. В качестве альтернативы, размеры LB обращенных друг к другу участков 11В и 12В низкой прочности, измеряемые в направлении, в котором продолжаются первые ребра 123, могут быть разными. Для одной боковой стенки 11, размеры LB пары участков 11В низкой прочности, зажимающих между ними соответствующий участок 11А высокой прочности, могут быть разными. Для другой боковой стенки 12, размеры LB пары участков 12В низкой прочности, зажимающих между ними соответствующий участок 12А высокой прочности, также могут быть разными. В любом случае желательно, чтобы каждый размер LB удовлетворял (3/5)H≤LB. Это будет способствовать деформации участков низкой прочности, и, в результате, дополнительно уменьшает величину деформации, вызываемой ударом.
В конструктивном элементе 10 ребро сформировано вдоль границы между верхним участком 13 и каждой из пары боковых стенок 11 и 12. Подобным образом, ребро сформировано вдоль границы между фланцем 14 и соответствующей одной из пары боковых стенок 11 и 12. Эти ребра продолжаются в продольном направлении трубчатого участка. Ребра увеличивают прочность против удара, прилагаемого к конструктивному элементу 10. Участки 11А и 12А высокой прочности и участки 11В и 12В низкой прочности предусмотрены на боковых стенках 11 и 12, с которыми через посредство ребер соединен верхний участок 13, который может принимать удар. Это предотвращает резкий изгиб конструктивного элемента 10 после приложения удара к верхнему участку 13.
На фиг. 6А иллюстрируется модификация конструктивного элемента 10, показанного на фиг. 2А, с другим расположением участков 11В и 12В низкой прочности. В примере реализации, показанном на фиг. 6А, каждый участок 11В низкой прочности продолжается на части высоты соответствующей боковой стенки 11 в z-направлении. То есть участок 11В низкой прочности продолжается на части расстояния между краем боковой стенки 11 на стороне верхнего участка 13 и краем на стороне соответствующего фланца 14. Как определяется вдоль направления высоты боковой стенки 11, участок 11В продолжается от позиции, расположенной на расстоянии h от одного края 11а боковой стенки 11 (или верхнего участка 13), до позиции, расположенной на расстоянии hb от другого края 11b (или фланца 14). То есть край 11Ва участка 11В низкой прочности, который располагается ближе к одному краю 11а (называемый как «край одного края»), располагается на расстоянии h от одного края 11а, и край 11Bb участка 11В низкой прочности, который располагается ближе к другому краю 11b (называемый как «край другого края»), располагается на расстоянии hb от другого края 11b. Участок 11В низкой прочности не контактирует ни с одним краем 11а (или верхним участком 13), ни с другим краем 11b (или фланцем 14). Хотя это не показано, каждый участок 12В низкой прочности также продолжается на части высоты боковой стенки 12. То есть каждая из боковых стенок 11 и 12 может иметь участки 11В или 12В низкой прочности, которые продолжаются на части их высоты. Модификация, показанная на фиг. 6А, также будет уменьшать величину выступания, вызываемого деформацией конструктивного элемента 10 после удара.
В этих примерах реализации для уменьшения величины деформации желательно, чтобы расстояние h между одним краем 11а боковой стенки 11 или 12 и краем 11Ва каждого участка 11В или 12В низкой прочности, который располагается ближе к одному краю 11а, измеряемое в направлении высоты боковой стенки 11 или 12, составляло не больше (1/4)Н (h≤H/4). То есть желательно, чтобы край 11Ва участка 11В низкой прочности располагался между одним краем 11а и позицией, расположенной на расстоянии (1/4)Н от него, измеряемом в направлении высоты боковой стенки. Предпочтительно, для уменьшения величины деформации желательно, чтобы расстояние h составляло не больше (1/5)Н (h≤H/5). Предел текучести участка боковой стенки, расположенного между краем 11Ва участка 11В или 12В низкой прочности, который располагается ближе к одному краю 11а, и одним краем 11а, может быть равен пределу текучести участков 11А и 12А высокой прочности.
Для уменьшения величины деформации желательно, чтобы расстояние hb между другим краем 11b боковой стенки 11 или 12 и каждым участком 11В или 12В низкой прочности, измеряемое в направлении высоты боковой стенки 11 или 12, составляло не больше (4/5)Н (hb≤4H/5). Для дополнительного уменьшения величины деформации желательно, чтобы расстояние hb составляло не больше (1/2)Н (hb≤H/2).
Следует отметить, что независимо от того, какое допустимое значение принимают h и hb, размер hc участка 11В или 12В низкой прочности, измеряемый в направлении высоты боковой стенки 11 или 12 (в z-направлении), должен составлять не меньше (1/5)Н (H/5≤hc) для уменьшения величины деформации. Для дополнительного уменьшения величины деформации желательно, чтобы размер hc составлял не меньше (1/4)Н (H/4≤hc).
На фиг. 6В иллюстрируется модификация на основе фиг. 6А, в которой h=0.
На фиг. 6С иллюстрируется модификация на основе фиг. 6А, в которой hb=0.
Как иллюстрируется на фиг. 6А-6С, участки низкой прочности предусмотрены таким образом, что край каждого участка низкой прочности, который располагается ближе к одному краю стенки, располагается между одним из краев боковой стенки и позицией, расположенной на расстоянии (1/4)Н от него, как определяется вдоль направления высоты боковой стенки. То есть каждый участок низкой прочности продолжается по меньшей мере на часть области, начинающейся в позиции на боковой стенке, расположенной на расстоянии (1/4)Н от одного края боковой стенки, и оканчивающейся на одном крае боковой стенки. Это будет уменьшать величину деформации конструктивного элемента 10, когда удар прилагается к одному краю боковой стенки. Далее, участки низкой прочности могут быть предусмотрены таким образом, что край каждого участка низкой прочности, который располагается ближе к другому краю, располагается между другим из двух краев и позицией, расположенной на расстоянии (4/5)Н от него, как определяется вдоль направления высоты боковой стенки. Однако, чтобы свести к минимуму величину деформации, размер участка низкой прочности, измеряемый в направлении высоты боковой стенки, должен составлять по меньшей мере (1/5)Н.
В примерах реализации, показанных на фиг. 6А-6С, один из двух краев каждой боковой стенки 11 или 12, который контактирует с верхним участком 13, полагается как один край, а край, который контактирует с фланцем 14, полагается как другой край для задания расстояний h, hb и hc. В этом случае задание расстояний h, hb и hc рассмотренным выше образом уменьшает величину деформации конструктивного элемента 10, обнаруживаемую при приложении удара к верхнему участку 13. В качестве альтернативы, один из двух краев каждой боковой стенки 11 или 12, как определяется вдоль направления высоты, который контактирует с фланцем 14, может полагаться как один край, а край, который контактирует с верхним участком 13, может полагаться как другой край для задания расстояний h, hb и hc. В этом случае расстояния h, hb и hc могут быть заданы подобным образом тому, как в рассмотренном выше примере реализации. Это будет дополнительно уменьшать величину деформации конструктивного элемента 10, обнаруживаемую при приложении удара к закрывающей пластине.
На фиг. 6D иллюстрируется другая модификация конструктивного элемента 10, показанного на фиг. 2А, с другим расположением участков 11А и 12А высокой прочности. В примере реализации на фиг. 6D, для каждой боковой стенки, участок 11А высокой прочности между участками 11В низкой прочности продолжается от другого края (или фланца 14) до позиции, расположенной на расстоянии ha от другого края (или фланца 14), измеряемом в направлении высоты боковой стенки 11. Как измеряется в направлении высоты боковой стенки, предусмотрен дополнительный участок 11D низкой прочности, который продолжается от участка 11А высокой прочности до одного края боковой стенки 11 (или верхнего участка 13). Предел текучести дополнительного участка 11D низкой прочности составляет от 60 до 85% от предела текучести участка 11А высокой прочности. Таким образом, участок 11А высокой прочности, расположенный и зажатый между участками 11В низкой прочности, как определяется вдоль направления, в котором продолжаются первые ребра 123, может продолжаться на части высоты боковой стенки 11. Для уменьшения величины деформации расстояние ha может составлять, например, не меньше (3/5)Н. Для дополнительного уменьшения величины деформации желательно, чтобы расстояние ha составляло не меньше (4/5)Н. Подобным образом, хотя это не показано, участок 12А высокой прочности на боковой стенке 12 может продолжаться от другого края (или фланца 14) до позиции, расположенной на расстоянии ha от другого края, измеряемом в направлении высоты боковой стенки 12. В этом случае дополнительный участок низкой прочности продолжается от участка 12А высокой прочности до одного края боковой стенки 12 (т.е. верхнего участка 13), как измеряется в направлении высоты боковой стенки.
Таким образом край одного края каждого участка высокой прочности располагается между одним краем боковой стенки и позицией, расположенной на расстоянии (2/5)Н от него, при этом край другого края участка высокой прочности совмещен с другим краем боковой стенки. В этом случае обеспечивается дополнительный участок низкой прочности между краем одного края участка высокой прочности и одним краем боковой стенки. Это будет дополнительно уменьшать величину деформации конструктивного элемента 10, обнаруживаемую при приложении удара к одному краю.
В примере реализации, показанном на фиг. 6D, один край боковой стенки 11 контактирует с верхним участком 13, а другой край контактирует с фланцем 14. Это будет уменьшать величину деформации конструктивного элемента 10, обнаруживаемую при приложении удара к верхнему участку 13. В качестве альтернативы, один из двух краев боковой стенки 11 или 12, как определяется вдоль направления высоты, который контактирует с фланцем 14, может полагаться как один край, а край, который контактирует с верхним участком 13, может полагаться как другой край для задания расстояния ha, подобно рассмотренному выше примеру реализации. Это будет дополнительно уменьшать величину деформации конструктивного элемента 10, обнаруживаемую при приложении удара к закрывающей пластине 2.
На фиг. 7А представлен вид в поперечном разрезе модификации рассмотренного выше конструктивного элемента 10 с другой формой поперечного сечения. Конструктивный элемент 10, показанный на фиг. 7А, включает в себя пару боковых стенок 11 и 12, имеющих разную форму. Боковые стенки 11 и 12 имеют разные углы относительно фланцев 14 и разные высоты HR и HL. Таким образом позиции фланцев 14, как определяется вдоль направления высоты, отличаются друг от друга. Далее, позиция 11mid половины высоты HR одной боковой стенки 11 отличается от позиции 12mid половины высоты HL другой боковой стенки 12, как измеряется в направлении высоты. Если конструктивный элемент 10 имеет поперечное сечение, которое является несимметричным, на боковых стенках 11 и 12 высоты HR и HL и средние позиции 11mid и 12mid, определяемые вдоль направления высоты, определяются по-отдельности.
Даже в примере реализации, в котором конструктивный элемент 10 имеет несимметричное поперечное сечение, как показано на фиг. 7А, по меньшей мере некоторые части участков 11А и 12А высокой прочности на паре боковых стенок 11 и 12 располагаются таким образом, что они обращены друг к другу. Подобным образом, по меньшей мере некоторые части участков 11В и 12В низкой прочности на паре боковых стенок 11 и 12 располагаются таким образом, что они обращены друг к другу. Далее, как показано на фиг. 6A-6D, каждый из участков 11В и 12В низкой прочности или участков 11А и 12А высокой прочности может продолжаться на части высоты боковой стенки 11 или 12. Например, если каждый из участков 11В и 12В низкой прочности продолжается от позиции, расположенной на расстоянии h от одного края 11а боковой стенки 11 в направлении другого края 11b, как на фиг. 6А или фиг. 6С, расстояние h для одной боковой стенки 11 может отличаться от расстояния h для другой боковой стенки 12, так как они определяются относительно HR и HL.
В примере реализации, показанном на фиг. 7А, который включает в себя пару боковых стенок 11 и 12, одна боковая стенка 11 имеет ступеньку. В примерах реализации со ступенькой на боковой стенке 11 расстояние между одним краем боковой стенки 11, который контактирует с верхним участком 13, и другим краем, который контактирует с фланцем 14, измеряемое в направлении высоты, полагается как высота HR боковой стенки 11. То есть расстояние между самой нижней точкой боковой стенки 11 и ее самой верхней точкой, как определяется вдоль направления высоты, полагается как высота HR боковой стенки 11. То же применимо к примерам реализации с боковыми стенками 11, имеющими выемки, выступы или отверстия. В этих примерах реализации направление высоты представляет собой направление, перпендикулярное верхнему участку 13. Расстояния h, ha, hb и hc, показанные на фиг. 6A-6D, также задаются на основе расстояний, измеряемых в направлении высоты.
Другая боковая стенка 12 имеет закругленный участок (или изогнутый участок) на одном крае и рядом с ним. То есть участок боковой стенки 12 на одном крае и рядом с ним имеет закругленную изогнутую форму. Таким образом, поверхность участка границы (или углового участка) боковой стенки 12 и верхнего участка 13 является изогнутой. В этом примере реализации высота HL боковой стенки 12 и расстояние h задаются относительно края боковой стенки 12, определяемого как тот участок закругленного участка, который наиболее удален от средней позиции 12mid боковой стенки 12, как определяется вдоль направления высоты.
Хотя это не показано, поверхность по меньшей мере одного из верхнего участка 13, боковых стенок 11 и 12, фланца 14 и закрывающей пластины 2 может быть изогнутой, а не плоской. То есть по меньшей мере один из верхнего участка 13, боковых стенок 11 и 12, фланца 14 и закрывающей пластины 2 может быть изогнутым.
В описанном выше конструктивном элементе 10 размеры корытообразного элемента 1 и закрывающей пластины 2, измеряемые в продольном направлении трубчатого участка, являются одинаковыми. Далее, позиции краев корытообразного элемента 1 и закрывающей пластины 2, как определяется вдоль продольного направления, совпадают. В этом случае продольный размер трубчатого участка равен продольному размеру конструктивного элемента 10. С другой стороны, как измеряется в продольном направлении трубчатого участка, размер корытообразного элемента 1 может отличаться от размера закрывающей пластины 2. Далее, позиции краев корытообразного элемента 1 и закрывающей пластины 2, как определяется вдоль продольного направления, могут не совпадать. То есть размер конструктивного элемента 10 и размер трубчатого участка, измеряемые в продольном направлении трубчатого участка, могут отличаться друг от друга.
На фиг. 7В представлен вид в поперечном разрезе модификации закрывающей пластины 2. В примере реализации, показанном на фиг. 7В, закрывающая пластина 2 имеет такую форму, чтобы выступать в направлении от корытообразного элемента 1. Более конкретно, закрывающая пластина 2 включает в себя соединения 2а, соединенные с фланцем 14 корытообразного элемента 1, и промежуточный участок 2b между соединениями. Промежуточный участок 2b имеет такую форму, чтобы выступать в направлении от корытообразного элемента 1. В этом примере реализации закрывающая пластина 2 имеет корытообразную форму поперечного сечения. Наружная поверхность промежуточного участка 2b является в общем параллельной наружным поверхностям соединений 2а.
Когда закрывающая пластина 2 имеет такую форму, чтобы выступать в направлении от корытообразного элемента 1, возможно регулировать размер конструктивного элемента 10, измеряемый в направлении высоты. Высоты боковых стенок (Н, HL, HR), относительно которых позиционируются участки низкой прочности и участки высокой прочности, не зависят от размера закрывающей пластины 2, измеряемого в направлении высоты.
Несколько признаков, таких как несимметричная форма корытообразного элемента 1, ступенька, закругленные участки на краях боковых стенок, форма закрывающей пластины 2, были описаны со ссылкой на фиг. 7А и фиг. 7В. Помимо примеров реализации, комбинирующих все эти признаки (т.е. примеров реализации, показанных на фиг. 7А и фиг. 7В), примеры реализации конструктивного элемента 10, включающие в себя по меньшей мере один из этих признаков, также предусматриваются настоящим изобретением.
На фиг. 8 иллюстрируется направление высоты боковых стенок 11 и 12 в примере реализации с наклонным верхним участком 13. На фиг. 8 показано направление высоты конструктивного элемента 10, для которого ожидается, что удар принимает верхний участок 13. В конструктивном элементе 10, показанном на фиг. 8, верхний участок 13 корытообразного элемента 1 не параллелен фланцам 14. Далее, размеры одной боковой стенки 11 и другой боковой стенки 12, измеряемые в z-направлении, отличаются друг от друга. Если ожидается, что удар принимает верхний участок 13, направление высоты боковых стенок 11 и 12 является перпендикулярным верхнему участку 13. Высоты HL и HR боковых стенок 11 и 12 определяются относительно направления высоты боковых стенок 11 и 12. Если ожидается, что удар принимает закрывающая пластина 2, направление высоты боковых стенок 11 и 12 определяется как направление, перпендикулярное закрывающей пластине.
На фиг. 9А-9С представлены виды в поперечном разрезе, иллюстрирующие модификации конструктивного элемента в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления. На фиг. 9А-9С иллюстрируются формы поперечных сечений, взятых вдоль плоскостей, перпендикулярных продольному направлению конструктивного элемента. Примеры реализации, показанные на фиг. 9А и фиг. 9В, являются примерами описанной выше Конструкции 4. Пример реализации, показанный на фиг. 9С, является примером описанной выше Конструкции 3. Фиг. 9D представляет собой вид сверху конструктивного элемента, показанного на фиг. 9В, если смотреть в z-направлении.
В каждой из модификаций, показанных на фиг. 9А-9С, корытообразный элемент, включающий в себя два фланца, заменен на желобчатый элемент, не имеющий фланцев, или желобчатый элемент, включающий в себя один фланец. В конструктивном элементе 10, показанном на фиг. 2А-2С, первое и второе ребра 123 и 124 на обоих краях каждой боковой стенки 11 участвуют в сопротивлении деформации, вызываемой нагрузкой в направлении, перпендикулярном верхнему участку 13 (т.е. в предусмотрении жесткости при изгибе). С другой стороны, в модификациях, показанных на фиг. 9А-9С, первое ребро и соединение на обоих краях по меньшей мере одной из двух боковых стенок участвуют в предусмотрении жесткости при изгибе.
Каждый из конструктивных элементов 10g, 10h и 10i, показанных на фиг. 9А-9С, включает в себя желобчатый элемент 31, имеющий форму желоба, и закрывающую пластину 2, присоединенную к желобчатому элементу 31. Желобчатый элемент 31, показанный на каждом из фиг. 9А-9С, включает в себя верхний участок 13, две боковые стенки 11 и 12, продолжающиеся от двух краев верхнего участка 13, и два соединения 3r и 3h, которые соединяют желобчатый элемент 31 с закрывающей пластиной 2. Две боковые стенки 11 и 12 обращены друг к другу. Каждое из двух соединений 3r и 3h располагается в месте, в котором часть желобчатого элемента 31 перекрывается с закрывающей пластиной 2. Соединения 3r и 3h могут представлять собой, например, сварные швы, полученные с помощью точечной сварки или лазерной сварки. Если каждое соединение образовано прерывистыми участками соединения, распределенными в направлении, в котором продолжаются первые ребра 123 желобчатого элемента 31, соединение рассматривается расположенным таким образом, чтобы соединить прерывистые участки соединения. То есть соединение рассматривается расположенным на линии, соединяющей участки соединения, которые распределены прерывистым образом. Боковые стенки располагаются между соединениями и первыми ребрами. Первые ребра 123 располагаются между верхним участком 13 и двумя боковыми стенками 11 и 12. Например, в примере реализации, показанном на фиг. 9D, множество участков 3h соединения распределены в у-направлении (т.е. в направлении, в котором продолжаются первые ребра 123). Линия соединения определяется воображаемой линией 300, продолжающейся в у-направлении (т.е. в направлении, в котором продолжаются первые ребра 123), которая соединяет участки соединения.
В желобчатом элементе 31, показанном на каждом из фиг. 9А и фиг. 9В, две боковые стенки 11 и 12 включают в себя первую боковую стенку 11 и вторую боковую стенку 12. Один край первой боковой стенки 11 располагается на стороне верхнего участка 13, а другой край является противоположным одному краю и изогнут. Фланец 14 продолжается от этого участка изгиба. Фланец 14 располагается поверх закрывающей пластины 2. Фланец 14 имеет контактную поверхность, которая контактирует с закрывающей пластиной 2. Фланец 14 и закрывающая пластина 2 соединены друг с другом в соединении 3r.
Первая боковая стенка 11 располагается между одним из двух первых ребер 123 и фланцем 14. Второе ребро 124 располагается между фланцем 14 и первой боковой стенкой 11. Второе ребро 124 представляет собой край фланца 14. В рассматриваемом примере реализации второе ребро 124 продолжается в том же направлении, что и первые ребра 123, т.е. в продольном направлении желобчатого элемента 31 (т.е. в у-направлении).
Высота HR первой боковой стенки 11 определяется как высота соответствующего первого ребра 123, измеряемая в направлении, перпендикулярном верхнему участку 13, т.е. расстояние между первым и вторым ребрами 123 и 124, измеряемое в направлении, перпендикулярном верхнему участку 13.
Вторая боковая стенка 12 располагается между другим из двух первых ребер 123 и соединением 3h. Вторая боковая стенка 12 не имеет изгиба. Участок второй боковой стенки 12, смежный с соединением 3h, перекрывается с закрывающей пластиной 2. Участок второй боковой стенки 12, смежный с соединением 3h, включает в себя контактную поверхность 1dh для контакта с закрывающей пластиной 2. Вторая боковая стенка 12 продолжается в том же направлении, что и контактная поверхность 1dh.
Высота HL второй боковой стенки 12 представляет собой расстояние между соответствующим первым ребром 123 и соединением 3h, измеряемое в направлении, перпендикулярном верхнему участку 13.
В желобчатом элементе 31, показанном на фиг. 9С, две боковые стенки 11 и 12 располагаются между двумя соответствующими первыми ребрами 123 и двумя соответствующими соединениями 3r и 3h. Высота HR одной из двух боковых стенок, боковой стенки 11, определяется как расстояние между соответствующим первым ребром 123 и соединением 3r, измеряемое в направлении, перпендикулярном верхнему участку 13. Высота HL другой из боковых стенок, боковой стенки 12, определяется как расстояние между соответствующим первым ребром 123 и соединением 3h, измеряемое в направлении, перпендикулярном верхнему участку 13.
В желобчатом элементе 31, показанном на каждом из фиг. 9А-9С, первая боковая стенка 11 включает в себя участок 11А высокой прочности, расположенный таким образом, что он обращен к второй боковой стенке 12, и продолжающийся на расстояние, измеряемое в направлении, в котором продолжаются первые ребра 123 (в у-направлении), которое составляет не меньше 2/3 от высоты HR и не больше 3 от высоты HR. Участки 11В низкой прочности располагаются таким образом, что они зажимают между ними участок 11А высокой прочности, как определяется вдоль направления, в котором продолжаются первые ребра (у-направления). Вторая боковая стенка 12 включает в себя участок 12А высокой прочности, расположенный таким образом, что он обращен к первой боковой стенке 11, и продолжающийся на расстояние, измеряемое в направлении, в котором продолжаются первые ребра 123 (в у-направлении), которое составляет не меньше 2/3 от высоты HL и не больше 3 от высоты HL. Участки 12В низкой прочности располагаются таким образом, что они зажимают между ними участок 12А высокой прочности, как определяется вдоль направления, в котором продолжаются первые ребра 123 (см., например, фиг. 9D). Предел текучести участков 11В и 12В низкой прочности составляет от 60 до 85% от предела текучести участков 11А и 12А высокой прочности. Участки высокой прочности и участки низкой прочности желобчатого элемента 31 могут быть выполнены подобно участкам высокой прочности и участкам низкой прочности конструктивного элемента 10, показанного на одном из фиг. 2А-2С и фиг. 5А-8.
В примере реализации, показанном на фиг. 9А, первая и вторая боковые стенки 11 и 12 являются параллельными друг другу. С другой стороны, в примере реализации, показанном на фиг. 9В, первая и вторая боковые стенки 11 и 12 не параллельны друг другу. В примере реализации, показанном на фиг. 9В, первая и вторая боковые стенки 11 и 12 продолжаются таким образом, что расстояние между ними увеличивается по мере удаления от верхнего участка 13. В этом примере реализации первая боковая стенка 11 продолжается в направлении, перпендикулярном верхнему участку 13. Вторая боковая стенка 12 продолжается в направлении под углом относительно оси, перпендикулярной верхнему участку 13. Фланец 14 продолжается наружу от другого края первой боковой стенки 11, который располагается на стороне закрывающей пластины 2. Конструктивный элемент, имеющий поперечное сечение, показанное на фиг. 9А, может использоваться, например, в передней стойке кузова.
В каждом из примеров реализации, показанных на фиг. 9А и фиг. 9В, закрывающая пластина 2 включает в себя участок изгиба, в котором она изгибается наружу от ее поверхности. Ребро 2abh предусмотрено на участке изгиба закрывающей пластины 2, и направление, в котором продолжается это ребро (т.е. у-направление), совпадает с направлением, в котором продолжается граница между участком 1dh контактной поверхности боковой стенки 12, контактирующим с закрывающей пластиной 2, и участком поверхности стенки, не контактирующим с закрывающей пластиной 2. Направление, в котором продолжается ребро 2abh на участке изгиба закрывающей пластины 2, может совпадать с направлением, в котором продолжаются первые ребра 123.
В примере реализации, показанном на фиг. 9С, ни одна из двух боковых стенок 11 и 12 не имеет изгиба. То есть участок 1dr контактной поверхности боковой стенки 11, контактирующий с закрывающей пластиной 2, продолжается в том же направлении, что и боковая стенка 11. Участок 1dh контактной поверхности боковой стенки 12, контактирующий с закрывающей пластиной 2, продолжается в том же направлении, что и боковая стенка 12.
Закрывающая пластина 2 включает в себя два контактных участка 2br и 2bh, которые перекрываются с желобчатым элементом 31 и контактируют с ним, и промежуточный участок 2а, расположенный между двумя контактными участками 2br и 2bh. Участки закрывающей пластины, расположенные между промежуточным участком 2а и двумя контактными участками 2br и 2bh, представляют собой участки изгиба. Ребра 2abr и 2abh между промежуточным участком 2а и двумя контактными участками 2br и 2bh, продолжаются в том же направлении, что и границы между участками 1dr и 1dh контактной поверхности боковых стенок 11 и 12, которые контактируют с закрывающей пластиной 2, и участками поверхности боковых стенок 11 и 12, которые не контактируют с закрывающей пластиной 2.
Конструктивные элементы 10g, 10h и 10i, показанные на фиг. 9А-9С, обеспечивают такие же эффекты, что и конструктивный элемент 10, показанный на фиг. 2А-2С. Соединения 3r и 3h не ограничиваются сварными швами. Например, соединение может представлять собой крепежное средство, такой как винт, адгезив или припой. Далее, в иллюстрируемых выше примерах реализации высоты HR и HL боковых стенок 11 и 12 измеряются в направлении, перпендикулярном верхнему участку 13. В этих примерах реализации дополнительно предотвращается деформация конструктивного элемента, когда удар принимает верхний участок 13. Подобно конструктивному элементу 10, показанному на фиг. 2А-2С, конструктивные элементы 10g и 10h, показанные на фиг. 9А и фиг. 9В, не ограничиваются конкретной прочностью и конкретным распределением прочности на фланце 14. Далее, в каждом из конструктивных элементов 10g, 10h и 10i, показанных на фиг. 9А-9С, участки желобчатого элемента 31, которые располагаются ближе к краям, чем соединение 3h, не ограничиваются конкретной прочностью и распределением прочности. Эти участки являются эквивалентами фланцу 14, и прочность и распределение прочности этих участков не оказывают существенного влияния на рабочие характеристики конструктивных элементов 10g, 10h и 10i.
В примере реализации, показанном на фиг. 2А-2С, конструктивный элемент 10 продолжается прямолинейно в продольном направлении. В качестве альтернативы, конструктивный элемент 10 может быть изогнутым. Например, конструктивный элемент 10 может быть изогнутым таким образом, что он является выпуклым на верхнем участке 13 или закрывающей пластине 2. То есть конструктивный элемент 10 может быть изогнутым таким образом, что наружная поверхность верхнего участка 13 или закрывающей пластины 2 является выпуклой.
На фиг. 10A-10D представлены виды сбоку примеров реализации конструктивного элемента 10, который является изогнутым вдоль продольного направления. В примерах реализации, показанных на фиг. 10A-10D, конструктивный элемент 10 изогнут таким образом, что он является выпуклым на верхнем участке 13. На фиг. 10А конструктивный элемент 10 является изогнутым с постоянной кривизной по всей его длине. На фиг. 10В и фиг. 1°С кривизна изменяется в зависимости от позиции, как определяется вдоль продольного направления трубчатого участка конструктивного элемента 10. На фиг. 10D часть конструктивного элемента 10 в продольном направлении является изогнутой. В примерах реализации, показанных на фиг. 10А и фиг. 10D, конструктивный элемент 10 изогнут таким образом, что его левая и правая части являются симметричными, если смотреть в направлении, перпендикулярном боковым стенкам 11 и 12 (в х-направлении). На фиг. 10В, 1°С и 10D, конструктивный элемент 10 включает в себя участок, который является изогнутым (т.е. изогнутый участок), и участок, продолжающийся вдоль прямой линии (т.е. прямой участок). В примере реализации, показанном на фиг. 10С, изогнутые участки располагаются на обоих концах прямого участка, как определяется вдоль продольного направления. То есть прямой участок располагается между изогнутыми участками. В примере реализации, показанном на фиг. 10D, прямые участки располагаются на обоих концах изогнутого участка, как определяется вдоль продольного направления.
Изогнутая форма конструктивного элемента 10, как было рассмотрено выше, улучшает ударную прочность при ударе в направлении, противоположном направлению выпуклости кривой. Например, конструктивный элемент, включающий в себя изогнутый конструктивный элемент 10, при этом его оба конца поддерживаются, имеет высокую ударную прочность при ударе в направлении, противоположном направлению выпуклости кривой.
В каждом из примеров реализации, показанных на фиг. 10А и фиг. 10D, пара участков 11В низкой прочности на боковой стенке 11 и участок 11А высокой прочности между ними располагаются на изогнутом участке конструктивного элемента 10. В каждом из примеров реализации, показанных на фиг. 10В и фиг. 11С, пара участков 11В низкой прочности на боковой стенке 11 и участок 11А высокой прочности между ними располагаются на прямом участке конструктивного элемента 10. Если участки 11В низкой прочности и участок 11А высокой прочности должны располагаться на прямом участке, желательно, чтобы участок 11А высокой прочности располагался в середине прямого участка. То есть участок 11А высокой прочности располагается на участке, на котором принимаемый удар вызывает большой момент, тем самым обеспечивая высокую ударную прочность.
Применение в транспортных средствах
Как было рассмотрено выше, если конструктивный элемент 10 используется в качестве конструктивного элемента для транспортного средства, конструктивный элемент 10 может поддерживаться с помощью двух соединений, разнесенных друг от друга в продольном направлении трубчатого участка, и, при соблюдении этого условия, может быть прикреплен к транспортному средству. Конструктивный элемент 10 может использоваться, например, в качестве конструктивного элемента в кузове транспортного средства, бампере или двери транспортного средства. Таким образом кузов транспортного средства, бампер или дверь транспортного средства, включающие в себя конструктивный элемент 10, предусматриваются настоящим изобретением.
В одной боковой стенке 11 конструктивного элемента 10, поддерживаемого в двух соединениях, пара участков 11В низкой прочности, разнесенных друг от друга в продольном направлении, и участок 11А высокой прочности между ними могут располагаться между двумя соединениями. Подобным образом, участок 12А высокой прочности и участки 12В низкой прочности предусмотрены на другой боковой стенки 12, обращенной к боковой стенке 11. Это предотвращает резкий изгиба участков конструктивного элемента 10, на которых создается большой момент при приложении удара. Это будет обеспечивать конструктивный элемент с высокой ударной прочностью.
В частности, момент имеет тенденцию быть большим, когда удар прилагается к центральным участкам элемента. С учетом этого, желательно, чтобы участки 11А и 12А высокой прочности располагались в позиции, которая является равноудаленной от двух соединений (т.е. в середине между двумя соединениями). Далее, желательно, чтобы конструктивный элемент 10 включал в себя участки 11А и 12А высокой прочности, расположенные в середине вдоль направления, в котором продолжаются первые ребра 123, при этом его оба конца поддерживаются. Конфигурации, в которых оба конца поддерживаются, включают в себя примеры реализации, в которых оба конца конструктивного элемента 10 поддерживаются, и примеры реализации, в которых поддерживаются участки конструктивного элемента 10, расположенные вблизи обоих концов.
Если конструктивный элемент 10 установлен на транспортном средстве, конструктивный элемент 10 обычно располагается таким образом, что продольный профиль трубчатого участка конструктивного элемента 10 продолжается вдоль наружного контура транспортного средства. То есть конструктивный элемент 10 обычно устанавливается на транспортном средстве таким образом, что удар в результате столкновения транспортного средства прилагается в направлении, перпендикулярном продольному направлению конструктивного элемента 10. Далее, конструктивный элемент 10 может быть установлен на транспортном средстве таким образом, что верхний участок 13 располагается по направлению наружу от транспортного средства, и закрывающая пластина 2 располагается по направлению к внутренней части транспортного средства. В этих случаях участки 11А высокой прочности располагаются между двумя соединениями, т.е. в середине конструктивного элемента 10, и участки 11В низкой прочности располагаются таким образом, что они зажимают их между ними. Таким образом, когда конструктивный элемент 10 принимает удар извне транспортного средства, конструктивный элемент 10 выступает внутрь транспортного средства на меньшую величину. И наоборот, закрывающая пластина 2 может располагаться по направлению наружу от транспортного средства. В этих случаях также участки 11А высокой прочности располагаются между двумя соединениями, т.е. в середине конструктивного элемента 10, и участки 11В низкой прочности располагаются таким образом, что они зажимают их между ними. В примерах реализации, в которых закрывающая пластина 2 располагается по направлению наружу от транспортного средства, когда конструктивный элемент 10 принимает удар извне транспортного средства, конструктивный элемент 10 также выступает внутрь транспортного средства на меньшую величину.
Конструктивный элемент 10 может являться изогнутым, как было рассмотрено выше. В этих случаях конструктивный элемент 10 может быть установлен на транспортном средстве таким образом, что его выпуклость направлена наружу от транспортного средства. Тем самым, когда конструктивный элемент 10 принимает удар извне транспортного средства, резкий изгиб элемента будет менее вероятным.
Конструктивный элемент 10 может использоваться в качестве конструктивного элемента, образующего часть кузова транспортного средства, бампера или двери транспортного средства. Например, конструктивный элемент 10 может использоваться в качестве элемента, образующего часть кузова транспортного средства, такого как передняя стойка, средняя стойка, боковая часть нижнего обвязочного бруса, продольный брус крыши, элемент пола и передний лонжерон. В качестве альтернативы, конструктивный элемент 10 может использоваться в качестве элемента, подлежащего установке на кузов транспортного средства, такого как усилитель двери или бампер, для защиты устройств или пассажиров в транспортном средстве от внешнего удара.
На фиг. 11 иллюстрируется пример конструктивного элемента, установленного на транспортном средстве, которое использует монококовую конструкцию. В примере реализации, показанном на фиг. 11, передняя стойка 15, средняя стойка 16, боковая часть 17 нижнего обвязочного бруса, продольный брус 18 крыши, балка 19 бампера, передний лонжерон 20, усилитель 21 двери, элемент 22 пола и задний лонжерон 23 используются в качестве конструктивных элементов транспортного средства. По меньшей мере один из этих конструктивных элементов транспортного средства может быть образован рассмотренным выше конструктивным элементом 10.
Если конструктивный элемент 10 применяется в балке 19 бампера, конструктивный элемент 10 выполнен таким образом, что его оба конца поддерживаются передним лонжероном 20. В этой конструкции момент от нагрузки является максимальным, когда удар прилагается к середине балки 19 бампера. Участки 11А и 12А высокой прочности располагаются в середине балки 19 бампера, как определяется вдоль ее продольного направления, и участки 11В и 12В располагаются таким образом, что они зажимают их между ними. Это будет предотвращать резкий изгиб балки 19 бампера под действием удара в середину бампера.
Если конструктивный элемент 10 применяется в усилителе 21 двери, кронштейны могут быть предусмотрены на обоих концах конструктивного элемента 10. Конструктивный элемент 10 может быть установлен на раме двери с использованием кронштейнов на обоих концах. В этих случаях, также, резкий изгиб участков, на которых создается наибольший момент при приеме удара, будет предотвращаться, если участки 11А и 12А высокой прочности располагаются в середине конструктивного элемента 10, как определяется вдоль продольного направления, т.е. участки 11А и 12А высокой прочности располагаются в середине конструктивного элемента 10, образующего усилитель 21 двери, т.е. между концами элемента, выполняющими функцию соединительных участков.
Эти эффекты будут сильными, когда конструктивный элемент 10, образующий конструктивный элемент транспортного средства, изготовлен из высокопрочной стали с пределом прочности при растяжении (т.е. пределом прочности при растяжении участков, отличных от участков 11В и 12В низкой прочности) не меньше 780 МПа (или пределом текучести не меньше 400 МПа). Эффекты будут еще более сильными, когда участки конструктивного элемента 10, отличные от участков 11В и 12В низкой прочности, имеют прочность, выраженную пределом прочности при растяжении не меньше 980 МПа (или пределом текучести не меньше 500 МПа). Материал конструктивного элемента 10 не ограничивается сталью. Например, конструктивный элемент 10 может быть изготовлен из алюминия или других металлов.
Транспортные средства, в которых может использоваться конструктивный элемент 10, не ограничиваются четырехколесными транспортными средствами, подобными автомобилю, показанному на фиг. 11. Например, конструктивный элемент 10 может использоваться в качестве конструктивного элемента для двухколесного транспортного средства. Конструктивный элемент 10 может использоваться не только в транспортных средствах, использующих монококовую конструкцию, но также в транспортных средства, использующих рамную конструкцию. Применения конструктивного элемента, образованного конструктивным элементом 10, не ограничиваются транспортными средствами. Например, конструктивный элемент 10 может использоваться в качестве конструктивного элемента в ударопрочном контейнере, здании, летательном аппарате или т.п.
Способы использования конструктивного элемента 10 не ограничиваются примерами реализации, в которых оба конца конструктивного элемента 10 соединены с другим элементом. Соединение с другим элементом может быть выполнено в произвольных двух позициях на конструктивном элементе 10, которые разнесены друг от друга на расстояние 6Н или больше в направлении, в котором продолжаются первые ребра 123. То есть два соединения могут располагаться в произвольных позициях на конструктивном элементе 10, которые не ограничиваются двумя концами элемента.
Процесс изготовления
Конструктивный элемент 10 может быть полностью образован из одного и того же материала. Конструктивный элемент 10 может быть образован, например, из стальной пластины. Процесс изготовления конструктивного элемента 10 включает в себя следующие этапы: изготовление корытообразного элемента 1, имеющего участки 11В и 12В низкой прочности и участки 11А и 12А высокой прочности; изготовление закрывающей пластины 2; и соединение корытообразного элемента 1 с закрывающей пластиной 2. Этап изготовления корытообразного элемента включает в себя обеспечение различия в прочности в материале для формирования участков низкой прочности. Далее, процесс изготовления может также включать в себя этап изгибания корытообразного элемента 1 и закрывающей пластины 2. Если корытообразный элемент 1 и закрывающая пластина 2 должны быть выполнены изогнутыми, могут использоваться, например, способы гибки, такие как гибка на прессе, гибка с растяжением, гибка со сжатием, роликовая гибка, гибка с эксцентриком или метод, известный как «MOS bending».
Процесс изготовления конструктивного элемента 10 включает в себя этап формирования участков низкой прочности в материале. Способ формирования участков низкой прочности не ограничивается каким-либо конкретным. Например, стальная пластина может быть подвергнута формованию путем роликового профилирования, чтобы сформировать корытообразную форму поперечного сечения, и затем материал может быть подвергнут локальному нагреву и быстрому охлаждению (т.е. закалке), используя, например, нагрев с помощью лазера или высокочастотный нагрев, чтобы получить корытообразный элемент 1, включающий в себя упрочненные участки. В этих случаях участки, которые не были подвергнуты закалке, обеспечивают участки низкой прочности, имеющие относительно низкую прочность. В качестве альтернативы, может быть выполнена термическая обработка для упрочнения всего корытообразного элемента 1, который затем подвергается локальному отжигу для формирования участков низкой прочности.
В качестве альтернативы, конструктивный элемент 10 может быть изготовлен путем горячего прессования (или горячей штамповки). Во время горячего прессования участки одного и того же материала могут быть подвергнуты разным условиям нагрева или охлаждения, для получения участков низкой прочности в материале. Например, стальная пластина может быть нагрета до или выше температуры, при которой сталь становится однофазной областью аустенита (температура Ас3), и может быть подвергнута охлаждению с одновременным формованием в штампе. Во время этого могут использоваться разные скорости охлаждения таким образом, что быстро охлаждаемые участки в общем получают твердую мартенситную структуру, а медленно охлаждаемые участки получают мягкую многофазную микроструктуру с ферритом и перлитом или бейнитную микроструктуру. Таким образом, медленно охлаждаемые участки обеспечивают участки низкой прочности. Кроме того, весь элемент может быть подвергнут горячему прессованию для формирования участков высокой прочности с мартенситной структурой, и участки могут быть затем подвергнуты отпуску для формирования участков низкой прочности.
Конструктивный элемент 10 может быть изготовлен с использованием других способов. Например, способ изготовления с использованием заготовки типа «tailored blank» или другие известные способы могут применяться для получения конструктивного элемента 10 с участками низкой прочности.
В рассмотренном выше конструктивном элементе 10 распределение предела текучести на участках 11А и 12А высокой прочности может не быть равномерным. В постоянной области изменение предела текучести обычно находится в диапазоне ±10%. Для целей настоящего изобретения 90% от максимального предела Smax текучести участков 11А и 12А высокой прочности определяет предел SA текучести (или базовую прочность) участка 11А или 12А высокой прочности (SA=0,9Smax). Область, имеющая предел текучести больше 0,85SA и меньше 0,9SA (т.е. от 85% до 90% от SA) (переходная область) считается частью участка 11А или 12А высокой прочности. Предел текучести участков 11А и 12А высокой прочности составляет больше 0,85SA (т.е. больше 85% от SA). То есть область, имеющая предел текучести больше 0,85SA, представляет собой участок 11А или 12А высокой прочности.
На фиг. 12 иллюстрируется пример распределения предела текучести на участке элемента, включающем в себя границу между участками 11В или 12В низкой прочности и участком 11А или 12В высокой прочности. На фиг. 12 по вертикальной оси указывается предел текучести, а по горизонтальной оси отображается позиция в у-направлении. В примере на фиг. 12, 90% от максимального предела Smax текучести (0,9Smax) на участке высокой прочности определяет предел SA текучести участка высокой прочности. На участке высокой прочности область, имеющую предел текучести не меньше 0,9SA, называют как «постоянная область». Далее, область, имеющую предел текучести больше 0,85SA и меньше 0,9SA, называют как «переходная область», которая простирается между участком низкой прочности и постоянной областью участка высокой прочности. Переходная область считается частью участка высокой прочности, и позиция, имеющая предел текучести 0,85SA, представляет собой границу между участком низкой прочности и участком высокой прочности. То есть область, имеющая предел текучести больше 0,85SA образует участок высокой прочности, а область, имеющая предел текучести не больше 0,85SA, образует участок низкой прочности.
Предел текучести участка низкой прочности составляет не меньше 0,6SA и не больше 0,85SA (от 60 до 85% от SA). Даже если конструктивный элемент 10 включает в себя некоторые участки, окруженные участком низкой прочности и имеющие прочность не больше 0,6SA, они считаются частью участка 11В или 12В низкой прочности, если они являются достаточно небольшими для того, чтобы их влияние на деформационное поведение конструктивного элемента 10 было незначительным.
ПРИМЕРЫ
Рассматриваемые примеры используют моделирование для анализа деформации каждого из конструктивных элементов, имеющих корытообразный элемент и закрывающую пластину, возникающей, когда индентор заставляют ударять в конструктивный элемент. На фиг. 13А иллюстрируется конфигурация аналитической модели в моделированиях. В рассматриваемых моделированиях конструктивный элемент 100 был размещен на двух стойках 3 таким образом, чтобы простираться поверх и между ними, и, при соблюдения этого условия, индентор (ударник) 4 заставляли ударять в середину конструктивного элемента 100, как определяется вдоль его продольного направления, и анализировалось деформационное поведение.
На фиг. 13В иллюстрируется конструктивный элемент 100, показанный на фиг. 13А, если смотреть в у-направлении. Конструктивный элемент 13А включает в себя корытообразный элемент 101 и закрывающую пластину 102. Корытообразный элемент 101 включает в себя верхний участок 113, пару боковых стенок 111 и 112, продолжающихся от обоих краев верхнего участка 113 и обращенных друг у другу, и фланцы 114, продолжающихся от краев боковых стенок 111 и 112, противоположных краям, расположенным на стороне верхнего участка 113, наружу, как определяется в направлении, в котором распределены боковые стенки. Закрывающая пластина 102 присоединена к фланцу 114. С использованием моделей, показанных на фиг. 13А и фиг. 13В, были проведены моделирования, в которых индентор 4 перемещали в z-направлении и заставляли ударять в верхний участок 113, и моделирования, в которых индентор 4 перемещали в z-направлении и заставляли ударять в закрывающую пластину 102.
Масса индентора 4 составляла 350 кг, ширина WI индентора 4, измеряемая в у-направлении, составляла 160 мм, радиус R кривизны ударной поверхности 4s индентора 4 составлял 150 мм, и начальная скорость индентора 4 составляла 4 м/с. Коэффициент трения составлял 0,1. Как измеряется в поперечном сечении конструктивного элемента 100, ширина W2 верхнего участка составляла 50 мм, и высота каждой из боковых стенок 111 и 112 составляла 50 мм. Толщина t пластины конструктивного элемента 100 составляла 1,4 мм, размер R конструктивного элемента 100 составлял 5 мм, и длина LY конструктивного элемента 100, измеряемая в направлении, в котором продолжаются первые ребра (в у-направлении), образованные границами между боковыми стенками 111 и верхним участком 113, составляла 1000 мм. Расстояние LS между стойками 3 составляло 400 мм.
Участок 10А высокой прочности был предусмотрен на каждой из боковых стенок 111 и 112, и участки 10В низкой прочности были предусмотрены таким образом, что они зажимают между ними участок 10А высокой прочности, как определяется вдоль у-направления. Участок 10А высокой прочности располагался в середине конструктивного элемента 100, как определяется вдоль его продольного направления. Индентор 4 заставляли ударять в верхний участок 113. Длина LY конструктивного элемента 100, измеряемая в его у-направлении, составляла 6 или больше от высоты Н боковых стенок 111 и 112 (LY≥6H).
На фиг. 13С иллюстрируется конфигурация другой аналитической модели в моделированиях. В примере на фиг. 13С, оба конца конструктивного элемента 100 были присоединены к двум стойкам 3. Результаты моделирования аналитической модели на фиг. 13С были подобны результатам моделирования аналитической модели на фиг. 13А. Дополнительно к моделированиям, в которых индентор 4 заставляли ударять в верхний участок 113, были проведены моделирования, в которых индентор 4 заставляли ударять в закрывающую пластину 102.
Были проведены моделирования на воздействие удара при пределе текучести участков 10В низкой прочности, составляющем 100 кгс/мм2 (980,7 МПа), и пределе текучести участков 10А высокой прочности, составляющем 120 кгс/мм2 (1176,8 МПа) (соотношение прочности между участками 10В низкой прочности и участками 10А высокой прочности составляло 0,83), с разными размерами LA участков 10А высокой прочности и разными размерами LB участков 10В низкой прочности.
В представленной ниже Таблице 1 приведены характеристики деформационных поведений, полученные из результатов моделирований, когда рассмотренное выше соотношение прочности составляло 0,83 (предел прочности участков 10В низкой прочности составлял YP 100 кгс/мм2 (980,7 МПа), и предел прочности участков 10А высокой прочности составлял YP 120 кгс/мм2 (117 6,8 МПа)), с разными размерами LA участков 10А высокой прочности и разными толщинами t пластины конструктивного элемента 100. В Таблице 1 «Превосходное» в столбце «Деформационное поведение» означает очень хорошее поведение, «Хорошее» означает хорошее поведение, и «Плохое» означает неудовлетворительное поведение. Эти оценки деформационных поведений были сделаны на основании величины внедрения индентора. «Плохое» означает, что элемент разрушается рано во время деформации. То же применимо к «Превосходное», «Хорошее» и «Плохое» в представленной ниже Таблице 5. Величина внедрения индентора также может называться как «ход ударника» или «смещение индентора». В Таблице 1 приведены результаты анализа, полученные, когда индентор 4 заставляли ударять в верхний участок 113. Результаты анализа, полученные, когда индентор 4 заставляли ударять в закрывающую пластину 102, были в общем такими же, как в Таблице 1.
На фиг. 14 иллюстрируются результаты моделировании в отношении того, как конструктивный элемент 100 деформируется, когда величина внедрения индентора 4 составляла 40 мм. На фиг. 14 показано, как конструктивный элемент 100 деформируется для каждого из Случаев 1-3, 5 и 7-9, приведенных в Таблице 1. Результаты, показанные на фиг. 14, демонстрируют, что участок, деформируемый под действием удара, для каждого из Случаев 2, 3, 5 и 7, т.е. 2H/3≤LA≤3H, был шире, чем такой участок для каждого из других случаев, т.е. Случаев 1, 8 и 9. То есть в Случаях 1, 8 и 9 происходила деформация, называемая «резкий изгиб», при которой участок изгиба резко выступает. В Случаях 2, 3, 5 и 7 происходила деформация, называемая «поперечное смятие», при которой верхний участок, принимающий удар, и участки боковых стенок сминаются под действием удара.
На фиг. 15А представлен график, иллюстрирующий результаты моделирований в отношении хода ударника при резком изгибе для Случаев 1-12 в Таблице 1. На фиг. 15А показаны результаты моделирований, полученные, когда индентор 4 заставляли ударять в верхний участок 113. На фиг. 15В показаны результаты моделирований, полученные, когда индентор 4 заставляли ударять в закрывающую пластину 102. Размер LA и толщина t для каждого из Случаев 1-12 на фиг. 15В были такими же, как размер LA и толщина t для из Случаев 1-12 в Таблице 1.
В результатах, показанных на фиг. 15А и фиг. 15В, ход ударника при резком изгибе для Случаев 2-7 и 10-12 был больше, чем для Случая 1 (т.е. когда не были предусмотрены участки 10В низкой прочности). Это демонстрирует, что возникновение резкого изгиба менее вероятно для Случаев 2-7 и 10-12, чем для случая, когда не предусмотрены участки 10В низкой прочности. Далее, ход ударника при резком изгибе больше для Случаев 3-7, т.е. когда H≤LA≤3H, чем для других случаев. Это демонстрирует, что возникновение резкого изгиба особенно маловероятно для Случаев 3-7. Далее, для Случаев 3-4, т.е. когда H≤LA≤4H/3, ход ударника был заметно большим, что дополнительно предотвращает резкий изгиб.
Ходы ударника, обнаруживаемые, когда удар прилагается к закрывающей пластине 102 (фиг. 15В), больше, чем ходы ударника, обнаруживаемые, когда удар прилагается к верхнему участку 113 (фиг. 15А). Для случаев на фиг. 15В, фланец 114 был предусмотрен на внутренней стороне изгиба (стороне, на которой начинается резкий изгиб) конструктивного элемента 100, что уменьшает снижение жесткости конструктивного элемента 100 из-за его деформации изгиба по сравнению со случаями на фиг. 15А, тем самым делая резкий изгиб менее вероятным.
Были проведены моделирования на воздействие удара с разными соотношениями между прочностью участков 10В низкой прочности и прочностью других участков, включая участки 10А высокой прочности. На фиг. 16 представлен график, иллюстрирующий величину деформации вследствие деформации изгиба, обнаруживаемую при приложении ударных нагрузок с разными соотношениями прочности между участками 10В низкой прочности и другими участками, включая участки 10А высокой прочности. На фиг. 16 по вертикальной оси указывается величина внедрения в конструктивный элемент 10 (или величина выступания конструктивного элемента 10), измеряемая в направлении удара (в z-направлении). По горизонтальной оси указывается соотношение между прочностью участков 10В низкой прочности и прочностью участков 10А высокой прочности, где (соотношение прочности)=((прочность участков низкой прочности)/(прочность участков высокой прочности)). На графике на фиг. 16 ромбы указывают результаты, полученные, когда предел текучести участков высокой прочности составлял YS 12 0 кгс/мм2 (1176,8 МПа), и квадраты указывают результаты, полученные, когда предел текучести участков высокой прочности составлял 145 кгс/мм2 (1422 МПа).
На интервале соотношения прочности от 0,6 до 0,85, величина внедрения уменьшается с увеличением соотношения прочности (стрелка Y1). На этом интервале характер деформации конструктивного элемента 10 представляет собой поперечное смятие. В пределах этого интервала, когда прочность участков 10В низкой прочности была низкой (соотношение прочности составляло не больше 0,6), деформация представляла собой поперечное смятие, но с большой величиной внедрения, по существу равной величине внедрения для соотношений прочности 0,85 и выше. Когда соотношение прочности превышало 0,85, величина внедрения быстро возрастала (стрелка Y2). Далее, когда соотношение прочности увеличивалось в интервале от 0,85 и выше, величина внедрения увеличивалась с увеличением соотношения прочности (стрелка Y3). Предположительно так происходит потому, что при граничном соотношении прочности 0,85 характер деформации изменяется с поперечного смятия на резкий изгиб. Таким образом, когда прочность участков 10В низкой прочности была слишком большой (т.е. соотношение прочности было высоким), элемент деформировался с резким изгибом, что приводило к большим величинам внедрения. Результаты на фиг. 16 подтверждают, что для уменьшения величины внедрения вследствие резкого изгиба, вызываемого ударом, соотношение прочности предпочтительно составляет от 60 до 85%, и более предпочтительно от 70 до 85%.
В представленной ниже Таблице 2 приведены характеристики деформационного поведения, полученные из результатов моделирований, когда каждый участок 10В низкой прочности продолжается на части соответствующей стенки, как определяется вдоль направления высоты боковой стенки, как показано на фиг. 6А. В этих моделированиях размер LA участков 10А высокой прочности, измеряемый в направлении, в котором продолжаются первые ребра, был равен высоте Н боковых стенок (LA=H), размер LB участков 10В низкой прочности, измеряемый в направлении, в котором продолжаются первые ребра, составлял (3/5)Н, и расстояние hb между соответствующим фланцем и участком 10В низкой прочности, измеряемый в направлении высоты боковой стенки, составлял Н/5. Расстояние h между верхним участком и участком 10В низкой прочности, измеряемое в направлении высоты боковых стенок, изменялось пошагово, и индентор 4 заставляли ударять в верхний участок 113 для каждого шага высоты h. Результаты, приведенные в Таблице 2, демонстрируют, что очень хорошее деформационное поведение было получено, когда расстояние h между верхним участком и участками 10В низкой прочности, измеряемое в направлении высоты боковых стенок, составляло 0 и Н/5, и хорошее деформационное поведение было получено, когда расстояние h составляло Н/4.
В представленной ниже таблице 3 приведены характеристики деформационного поведения, полученные из результатов моделирований, когда каждый участок 10А высокой прочности продолжается от соответствующего фланца до позиции, расположенной на расстоянии ha от фланца, измеряемом в направлении высоты боковой стенки, и был предусмотрен участок низкой прочности между каждым участком 10А высокой прочности и верхним участком. В этих моделированиях размер LA участков 10А высокой прочности, измеряемый в направлении, в котором продолжаются первые ребра, был равен высоте Н боковой стенки (LA=H), и размер LB участков 10В низкой прочности, измеряемый в направлении, в котором продолжаются первые ребра, составлял (3/5)Н. Размер ha участков 10А высокой прочности, измеряемый в направлении высоты боковой стенки, изменяли пошагово, и индентор 4 заставляли ударять в верхний участок 113 для каждого шага размер ha. Результаты, приведенные в Таблице 3, демонстрируют, что очень хорошее деформационное поведение было получено, когда расстояние ha составляло 4Н/5 или больше, и хорошее деформационное поведение было получено, когда расстояние ha составляло 3Н/5.
В представленной ниже Таблице 4 приведены характеристики деформационного поведения, полученные из результатов моделирований, когда каждый участок 10В низкой прочности продолжается на части соответствующей боковой стенки, как определяется вдоль направления высоты боковой стенки, как показано на фиг. 6В. Участки 10В низкой прочности были предусмотрены в контакте с верхним участком. В этих моделированиях размер LA участков 10А высокой прочности, измеряемый в направлении, в котором продолжаются первые ребра, был равен высоте Н боковой стенки (LA=H), и размер LB участков 10В низкой прочности, измеряемый в направлении, в котором продолжаются первые ребра, составлял (3/5)Н. Расстояние hb между фланцами и участками 10В низкой прочности изменяли пошагово, и индентор 4 заставляли ударять в верхний участок 113 для каждого шага расстояния hb. Результаты, приведенные в Таблице 4, демонстрируют, что очень хорошее деформационное поведение было получено, когда расстояние hb между фланцами и участками 10В низкой прочности, измеряемое в направлении высоты боковых стенок, составляло Н/7, Н/5 или Н/2, и хорошее деформационное поведение было получено, когда расстояние hb составляло 4Н/5.
В представленной ниже Таблице 5 приведены результаты анализа деформационного поведения конструктивного элемента в моделированиях, использующих модель, показанную на фиг. 13С, обнаруживаемого, когда изменяли размер LB участков 10В низкой прочности, измеряемый в направлении, в котором продолжаются первые ребра.
График, представленный на фиг. 17, иллюстрирует предельную величину внедрения ударника для каждого из Случаев 13-16 в Таблице 5. График, представленный на фиг. 17, демонстрирует, что для Случаев 14-16, т.е. когда размер LB участков низкой прочности, измеряемый в направлении, в котором продолжаются первые ребра, составлял (3/5)Н, Н или 2Н, величина внедрения ударника была меньше, чем когда LB составлял (2/5)Н. Это демонстрирует, что величина выступания уменьшается, если LB≥(3/5)H. Это также показывает, что если (3/5)H≤LB≤2H, то величина внедрения ударника была меньше и величина выступания была меньше, чем при LB=(2/5H).
Хотя здесь был описан вариант осуществления настоящего изобретения, представленный выше вариант осуществления является только примером для реализации настоящего изобретения. Соответственно, настоящее изобретение не ограничивается описанным выше вариантом осуществления, и этот вариант осуществления может быть модифицирован соответствующим образом, не отходя от сущности настоящего изобретения.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1: корытообразный элемент
2: закрывающая пластина
11, 12: боковые стенки
13: верхний участок
14: фланцы
11А, 12А: участки высокой прочности
11В, 12В: участки низкой прочности
Реферат
Группа изобретений относится к области транспортного машиностроения. Варианты конструктивного элемента для транспортного средства содержит закрывающую пластину и корытообразный элемент. Корытообразный элемент содержит верхний участок, два первых ребра, расположенных на обоих краях верхнего участка, два фланца, соединенных с закрывающей пластиной, два вторых ребра, расположенных на краях двух фланцев, и две боковые стенки, располагающиеся между первым ребром и вторым ребром. Боковые стенки включают в себя участок высокой прочности и участки низкой прочности. Участки высокой прочности двух боковых стенок обращены друг к другу и имеют предел текучести не меньше 500 МПа. Участки низкой прочности имеют предел текучести, составляющий от 60 до 85% от предела текучести участка высокой прочности. Конструктивный элемент для транспортного средства содержит упомянутый конструктивный элемент, установленный на транспортном средстве. Достигается уменьшение деформации конструктивного участка в результате удара. 5 н. и 14 з.п. ф-лы, 35 ил., 5 табл.
Формула
Документы, цитированные в отчёте о поиске
Усовершенствованный усиленный пустотелый профиль
Структура рамного элемента транспортного средства с отличными характеристиками устойчивости к удару
