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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein stoßabsorbierendes Element. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein stoßabsorbierendes Element, das als ein Strukturelement bei Kraftfahrzeugen verwendet wird, und das ein großes Energieabsorptionsvolumen aufweist.
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Zugehöriges Fachgebiet
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Üblicherweise werden zusätzlich zu Aluminium faserverstärkte Materialien als leichtgewichtige strukturelle Materialien verwendet. Von diesen Kompositmaterialien werden diejenigen, die ein Material mit Fasern verstärken, faserverstärkte Materialien genannt, von denen faserverstärkter Gummi (FRR, ”fiber-reinforced rubber”), faserverstärktes Metall (FRM, ”fiber-reinforced metal” ), faserverstärkte Keramik (FRC, ”fiber-reinforced ceramic”) und faserverstärkter Kunststoff (FRP, ”fiber-reinforced plastic”) bekannt sind. Insbesondere ist FRP ein Material, das Kunststoff als eine Matrix (ein Substrat) verwendet, und es ist im Allgemeinen bekannt, Glas- oder Kohlenstofffasern und dergleichen als Verstärkungsmaterial zu verwenden.
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Faserverstärkter Kunststoff, der Kohlenstofffasern als Verstärkungsmaterial verwendet, wird als Kohlenstofffaser-verstärkter Kunststoff (CFRP, ”carbon fiber-reinforced plastic”) bezeichnet und wird im Kern von hochentwickelten Kompositmaterialien angeordnet. Es ist als ein strukturelles Material bekannt, des im Gebiet der Luftfahrt und Raumfahrt als ein leichtgewichtiges, hochfestes und Hochmodul-Material unverzichtbar ist. Unidirektionale Materialien (UD-Material) und Überkreuz-Materialien, die gemäß der Ausrichtung der Kohlenstofffasern eine unterschiedliche Struktur und unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, werden als CFRP-Materialien bezeichnet. UD-Materialien weisen eine Material-Konfiguration auf, wobei Kohlenstofffasern in einer Richtung dünn ausgebreitet werden, und durch Epoxidharz oder dergleichen gegossen werden. Andererseits weisen Überkreuz-Materialien eine Material-Konfiguration auf, wobei Kohlenstofffasern in einen Gewebezustand gewebt werden, und durch Epoxidharz oder dergleichen gegossen werden. Diese CFPR weisen hitzeresistente und korrosionsresistente Eigenschaften auf, während sie gleichzeitig leichtgewichtig sind, und ungefähr 25% des Gewichts von Eisen besitzen.
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Andererseits wird als ein Beispiel von Strukturelementen in Fahrzeugen, wie beispielsweise Kraftfahrzeugen, eine besonders gute Stoßenergie-Absorption bei Trägermaterialien erwartet, die in den Seitenteilen von Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise als die Frontsäule, Mittelsäule und hintere Säule, oder als Insassen-Schutzmaßnahmen verwendet werden. Zusätzlich werden bezüglich der Materialien für diese Säulen leichtgewichtige Materialien für eine Verbesserung der Kilometerleistung bevorzugt, und es sind Aluminium-Materialien oder Aluminium-basierte Legierungsmaterialien bekannt. Es ist ein stoßabsorbierendes Material gewünscht, das leichtgewichtiger ist und ein höheres Energieabsorptionsvolumen als diese Materialien aufweist.
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Beispielsweise wird der Rahmen, der als ein strukturelles Material des Seitenteils in Kraftfahrzeugen angeordnet ist, durch Extrusionsformen oder Druckformen eines einzelnen Materials und durch Formen der Querschnitte als geschlossene Querschnitte und große Querschnitte gebildet, wodurch die Festigkeit und Steifigkeit erhöht wird, und das Energieabsorptionsvolumen zum Zeitpunkt des Aufpralls verbessert wird. Im Allgemeinen wird bei einem Verformungsmodus zum Zeitpunkt eines Seitenflächenaufpralls, wenn die Mittelsäule als Beispiel verwendet wird, diese einer Dreipunkt-Biegung unterzogen, die mit dem oberen Dachrahmen und dem unteren Außenlangträger als Angriffspunkte wirkt. Daher ist ein strukturelles Material des Seitenteils erwünscht, das einen hohen Widerstand gegen die Last einer Dreipunkt-Biegung aufweist, und das eine kleine Krümmung aufgrund einer Biegung aufweist.
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Wenn ferner ein Aluminium-Material oder ein Aluminium-basiertes Legierungsmaterial (im Folgenden einfach als Aluminium bezeichnet) als das stoßabsorbierende Element für Säulen verwendet wird, wird eine hohle Struktur angewendet, um ein großes, polares Trägheitsmoment der Fläche mit demselben Gewicht zu erreichen. Betreffend der Verformung, wenn Trägermaterial, wie beispielsweise Aluminium verwendet wird, verschlechtert sich die Last-Festigkeit typischerweise sofort, nachdem die angewandte Last ihre maximale Stärke erreicht. Dies zeigt an, dass, wenn die angewandte Last die Fließgrenze überschreitet, der Betrag der Verformung der Kraftfahrzeug-Karosserie, sobald die Fließgrenze überschritten ist, groß ist, da das stoßabsorbierende Element mit einer kleinen Last einfach verformt werden kann. Mit anderen Worten verringert sich demzufolge das durch das Produkt aus Last und Verlagerung berechnete Energie-Absorptionsvolumen, weil die erträgliche Last sich verringert, sobald die Fließgrenze überschritten ist, und eine große Kraftfahrzeug-Karosserie wird durch eine kleine Last verformt. Demgemäß ist es eine bei stoßabsorbierenden Elementen für Säulen gewünschte Eigenschaft, die Last-Festigkeit kontinuierlich beizubehalten, bis eine bestimmte Verlagerung erreicht ist, selbst wenn eine Last in der Nähe der Fließgrenze kontinuierlich aufgewandt wird, nachdem die Last ihre maximale Stärke erreicht hat und die Fließgrenze überschritten hat.
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Mit Bezug auf das Voranstehende wird in der
JP 06-101732 A ein Element vorgeschlagen, bei dem FPR-Material an der expandierten Flächenseite von hohlem Aluminium-Material angebracht und damit integriert ist. Dies ist eine Technologie, welche bezweckt, eine große Energieabsorption und eine kleine Verformung zu erreichen, indem ein Stoß mittels der komprimierten Fläche absorbiert wird, und der Verformungsbetrag der Fläche an der expandierten Fläche verringert wird, indem auf der komprimierten Fläche ein Kunststoff-Element, das leicht verformt wird, und ein hochfestes, leichtgewichtiges Element auf der expandierten Fläche verwendet wird.
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Überblick über die Erfindung
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In dem stoßabsorbierenden Element der
JP 06-101732 A wird allerdings, da die Last und die Verformung an einem Punkt des stoßabsorbierenden Elements konzentriert werden, an dem die Last angewandt wird, das Absorptionsenergie-Volumen des stoßabsorbierenden Elements stark durch die Festigkeit des Flächenelements der komprimierten Fläche beeinflusst, und sein Energieabsorptionsvolumen wird gesättigt. Ferner kann bei dem stoßabsorbierenden Element der
JP 06-101732 A , bei einer derartigen Struktur, obwohl Aluminium und FRP durch Bolzen verbunden sind, an dem mit Bolzen verbundenen Teil aufgrund der Last eine Spannungskonzentration erzeugt werden, und das verbundene Teil kann brechen, bevor die dieser Erfindung eigenen Vorteile erreicht werden. Selbst wenn ein Klebemittel anstelle der Bolzen verwendet wird, ist die obere Grenze der Festigkeit des gesamten Trägermaterials durch die Stärke des Klebemittels bestimmt.
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Daher ist es erwünscht, eine die Verformung begleitende Spannungskonzentration zu verhindern, indem die Konzentration von Last und Verformung an einem Punkt eines stoßabsorbierenden Elements verhindert wird, wenn eine Aufprall-Last angewandt wird, und die Absorptionsenergierate des gesamten stoßabsorbierenden Elements zu verbessern.
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Die
DE 699 10 426 T2 zeigt ein langgestrecktes stoßabsorbierendes Element, das aus aufeinander gelegten UD-Schichten hergestellt ist, um Energie in dessen Längsrichtung zu absorbieren. Die UD-Schichten erstrecken sich 0 Grad, 90 Grad oder 45 Grad in Bezug auf die Längsrichtung (
4 und
5), oder durchgehend über die Gesamtlänge oder eine Teillänge des Elements (
4 bis
6). Dort sind die UD-Schichten in der Dickenrichtung der Platten abwechselnd gestapelt (
4 und
5).
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In der
DE 197 43 802 A1 ist in
1 ein langgestrecktes Metallelement gezeigt, mit einer kurzen duktilen Zone
2 mit höherer Festigkeit als in den benachbarten Zonen
33' des langgestreckten Elements
1, wie z. B. in
1 gezeigt.
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Die
DE 695 29 453 T2 zeigt eine mehrschichtige Platte aus faserverstärktem Kunststoff, mit kreuzenden Faserrichtungen (
10).
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Die
DE 43 17 738 A1 zeigt einen aus faserverstärktem Verbundmaterial hergestellten Energieabsorber. In der Hauptfigur sind ein dünner Abschnitt
2 und ein dickerer Abschnitt
3 gezeigt, und die Fasern sind in der Umfangs-richtung gewickelt, oder in einer anderen Ausführung von
11 schräg zur Längsachse gewickelt. Die Aufprallrichtung ist parallel zur Längsrichtung des Aufprallabsorbtionselements.
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Die
DE 44 07 731 A1 zeigt eine aus faserverstärktem Verbundmaterial hergestellte Fahrzeugtür-Innenrahmenkonstruktion, mit eingebauter Strebe. In den
9 und
10 sind die Faserrichtungen in benachbarten Elementen gleich.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein stoßabsorbierendes Element bereitzustellen, das eine verbesserte Stoßabsorptionsrate verglichen mit der eines herkömmlichen stoßabsorbierenden Elements aufweist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein stoßabsorbierendes Element gemäß Anspruch 1 und dessen Verwendung gemäß Anspruch 4 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 3 angegeben.
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Das stoßabsorbierende Element hat plattenförmige Teilmaterialien aus zwei oder mehr Arten, gekennzeichnet durch Zuglasteigenschaften, Zug-Verlagerungseigenschaften, Kompressionslasteigenschaften, Kompressions-Verlagerungseigenschaften oder eine Kombination derselben. Die plattenförmigen Teilmaterialien sind in der Längsrichtung abwechselnd angeordnet, um ein plattenförmiges Längselement zu bilden, das für alle Schichten oder einen Teil der Schichten bei dem Flächenmaterial des stoßabsorbierenden Elements verwendet wird, die Energieabsorptions-Fähigkeit bei einem Aufprall verbessern kann, und daher die vorliegende Erfindung fertiggestellt. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein stoßabsorbierendes Element, wie beispielsweise das unten beschriebene, bereit.
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Bei dem stoßabsorbierenden Element ist das plattenförmige Teilmaterial aus faserverstärktem Material gebildet.
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Bei dem stoßabsorbierenden Element ist ferner das faserverstärkte Material ein plattenförmiges UD-Material sein, bei dem die Faserrichtungen ungefähr in eine Richtung ausgerichtet.
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Bei dem stoßabsorbierenden Element sind weiterhin die plattenförmigen UD-Materialien, die eine Faserrichtung des plattenförmigen UD-Materials von 0 Grad in der Längsrichtung aufweisen, geschichtet, wobei die Faserrichtung eines anderen plattenförmigen UD-Materials, das damit geschichtet wird, 90 Grad in der Längsrichtung beträgt; und die Faserrichtung des aus plattenförmigem UD-Material gebildeten plattenförmigen Teilmaterials 45 Grad in der Längsrichtung beträgt, so geschichtet, dass die Faserrichtung des weiteren, damit geschichteten, plattenförmigen UD-Materials –45 Grad in der Längsrichtung beträgt; wobei diese so angeordnet sein können, dass sie in der Längsrichtung des plattenförmigen Längselements abwechselnd platziert sind, und wobei dies bei allen der Schichten oder einem Teil der Schichten in dem Flächenelement umgesetzt ist.
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Bei dem stoßabsorbierendes Element kann sich weiterhin die Dicke des Seitenelements des stoßabsorbierenden Elements sich mit der Art der plattenförmigen Teilmaterialien ändern.
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Ferner kann ein Kraftfahrzeug vorgesehen sein, bei dem das stoßabsorbierende Element als Strukturelement umgesetzt ist.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf das stoßabsorbierende Element ein plattenförmiges Längselement gebildet, indem zwei oder mehr Arten von plattenförmigen Teilmaterialien in der Längsrichtung abwechselnd angeordnet sind, die durch eines oder mehrere Kennzeichen aus einer Gruppe umfassend maximale Zuglasteigenschaften, maximale Zug-Verlagerungseigenschaften, maximale Kompressionslasteigenschaften und maximale Kompressions-Verlagerungseigenschaften gekennzeichnet sind, und dieses plattenförmige Längselement ist in allen der Schichten oder einem Teil der Schichten im Flächenelement verwendet. Wenn daher eine Last aufgrund eines Aufpralls an dieses stoßabsorbierende Element angelegt wird, wird, im Gegensatz zu Fällen, bei denen das Flächenelement aus einem einzigen Element gebildet ist, die Richtung der Last und die Spannung erheblich durch zwei oder mehr Arten von plattenförmigen Längselementen verteilt, und die Konzentration von Last und Verformung wird verhindert, wodurch die Aufprallenergie mit einer Energie ersetzt wird, die einen breiten Bereich des stoßabsorbierenden Elements zerstört. Demzufolge kann ein stoßabsorbierendes Element mit einem vergrößerten spezifischen Energieabsorptionsvolumen, verglichen mit herkömmlichen stoßabsorbierenden Elementen, bereitgestellt werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wenn eine Last aufgrund eines Aufpralls an das stoßabsorbierende Element angelegt wird, die Richtung der Last und die Spannung erheblich durch zwei oder mehr Arten von plattenförmigen Längselementen verteilt, und die Konzentration von Last und Verformung wird verhindert, wodurch die Aufprallenergie mit einer Energie ersetzt wird, die einen breiten Bereich des stoßabsorbierenden Elements zerstört. Demzufolge kann ein stoßabsorbierendes Element mit einer erhöhten Aufprallenergieabsorptionsrate, verglichen mit herkömmlichen stoßabsorbierenden Elementen, bereitgestellt werden.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1A ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem das stoßabsorbierende Element gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem Strukturelement eines Kraftfahrzeugs angewandt wird.
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1B ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem das stoßabsorbierende Element gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem Strukturelement eines Kraftfahrzeugs angewandt wird.
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1C ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem das stoßabsorbierende Element gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem Strukturelement eines Kraftfahrzeugs angewandt wird.
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1D ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem das stoßabsorbierende Element gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem Strukturelement eines Kraftfahrzeugs angewandt wird.
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2 ist ein schematisches Diagramm, das ein Biegemoment zeigt, wenn in dem stoßabsorbierenden Element eine vertikale Spannung erzeugt wird.
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3A ist ein schematisches Diagramm, das das Plastizitäts-Biegemoment im Vergleich von Aluminium mit dem CFRP-Material zeigt.
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3B ist ein schematisches Diagramm, das das Plastizitäts-Biegemoment im Vergleich von Aluminium mit dem CFRP-Material zeigt.
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3C ist ein schematisches Diagramm, das das Plastizitäts-Biegemoment im Vergleich von Aluminium mit dem CFRP-Material zeigt.
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4 ist ein Graph, der das spezifische Energieabsorptionsvolumen von drei unterschiedlichen stoßabsorbierenden Elementen zeigt.
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5A ist ein schematisches Diagramm, das einen Bereich von Last und Verformung zeigt, wenn eine Last an das stoßabsorbierende Element angelegt wird.
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5B ist ein schematisches Diagramm, das einen Bereich von Last und Verformung zeigt, wenn eine Last an das stoßabsorbierende Element angelegt wird.
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6A ist ein Diagramm, das eine Bildung eines stoßabsorbierenden Elements durch Flächenelemente zeigt, die unterschiedliche Last-Verlagerungseigenschaften aufweisen.
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6B ist ein Diagramm, das eine Bildung eines stoßabsorbierenden Elements durch Flächenelemente zeigt, die unterschiedliche Last-Verlagerungseigenschaften aufweisen.
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6C ist ein Diagramm, das eine Bildung eines stoßabsorbierenden Elements durch Flächenelemente zeigt, die unterschiedliche Last-Verlagerungseigenschaften aufweisen.
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7 ist ein Graph, der Spannungs-Verformungs-Eigenschaften von UD-Material [0/90/0/90]5 und UD-Material [45/-45/45/-45]5 zeigt.
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8 ist ein Diagramm, das eine Größe, eine Position, und einen Bereich eines stoßabsorbierenden Elements gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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9 ist ein Graph, der Last-Verlagerungseigenschaften eines stoßabsorbierenden Elements gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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10 ist ein Graph, der eine Energieabsorptions-Rate des stoßabsorbierenden Elements gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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11A ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform eines stoßabsorbierenden Elements zeigt, die sich von der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet.
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11B ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform eines stoßabsorbierenden Elements zeigt, die sich von der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet.
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11C ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform eines stoßabsorbierenden Elements zeigt, die sich von der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet.
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11D ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform eines stoßabsorbierenden Elements zeigt, die sich von der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Ein Beispiel der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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1A, B, C und D zeigen ein Beispiel, bei dem das stoßabsorbierende Element 101 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei der Mittelsäule 10 eines Kraftfahrzeugs 50 angewandt wird. Wie in 1B, C und D gezeigt, ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, z. B. stoßabsorbierende Elemente 101 und 102 bereitzustellen, die eine ausreichende Energieabsorption für einen Aufprall aufgrund eines Seitenaufpralls auf die Seitenfläche eines Kraftfahrzeugs erzielen. Als weitere Anwendungsbeispiele kann die vorliegende Erfindung beispielsweise bei den Vordersäulen und hinteren Säulen von Kraftfahrzeugen verwendet werden, als Strukturelement von Fahrzeugen, wie beispielsweise Motorrädern, Fahrrädern, Flugzeugen, Zügen und dergleichen, oder als Strukturelemente in der Architektur oder dergleichen.
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Die stoßabsorbierenden Elements 101 und 102 weisen eine Längsrichtung und eine Querrichtung auf, und absorbieren einen Aufprall, indem sie einer Biegeverformung ungefähr senkrecht zur Längsrichtung unterliegen. Die stoßabsorbierenden Elements 101 und 102 umfassen Flächenelemente, und ein derartiges Flächenelement weist eine hohle Form auf, das eine geschlossene Form bildet und flache Oberflächen oder gekrümmte Oberflächen bildet. Das Flächenelement ist durch Aufeinanderschichten von plattenförmigen Elementen gebildet, welche Elemente in Form einer dünnen Platte sind. Das plattenförmige Element ist aus faserverstärktem Gummi (FRR), faserverstärktem Metall (FRM), faserverstärkter Keramik (FRC), faserverstärktem Kunststoff (FRP), Eisen, Aluminium, Harz und dergleichen gebildet. Zwei oder mehr Materialtypen mit unterschiedlichen Eigenschaften sind innerhalb dieser plattenförmigen Elemente abwechselnd in der Längsrichtung des stoßabsorbierenden Elements angeordnet und bilden plattenförmige Längselemente. Das Flächenelement des stoßabsorbierenden Elements kann gebildet werden, indem nur dieses plattenförmige Längselement geschichtet wird, oder das Flächenelement kann gebildet werden, indem dieses plattenförmige Längselement und das plattenförmige Element geschichtet werden.
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Mit anderen Worten ist das plattenförmige Längselement durch das abwechselnde Anordnen von plattenförmigem Teilmaterial gebildet, und das Flächenelement des stoßabsorbierenden Elements ist durch Schichten des plattenförmigen Längselements mit den voranstehenden anderen Plattenelementen gebildet. Zusätzlich kann, wie in 8B gezeigt, bezogen auf das hohle, lange Material, welches das Basismaterial bildet, das Flächenelement des hohlen, langen Materials das plattenförmige Längselement sein, das gebildet ist, indem zwei verschiedene Arten von plattenförmigem Teilmaterial (plattenförmiges Teilmaterial 20 und plattenförmiges Teilmaterial 21) abwechselnd angeordnet werden.
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Die in 1C gezeigte komprimierte Fläche ist eine Fläche, die eine Last aufgrund eines Aufpralls direkt aufnimmt, und ist die Fläche, die fast parallel zur Seitenfläche eines Kraftfahrzeugs verläuft. Zusätzlich kann diese weiterhin eine Fläche sein, die hauptsächlich eine Kompressionsspannung aufnimmt. Die expandierte Fläche ist eine Fläche, die der komprimierten Fläche zugewandt ist, und ist die Fläche, die die Last aufgrund eines Aufpralls indirekt aufnimmt. Zusätzlich kann diese auch eine Fläche sein, die von der Last aufgrund des Aufpralls hauptsächlich eine Zugspannung aufnimmt. Ferner ist die Seitenfläche des stoßabsorbierenden Elements eine Fläche, die ungefähr senkrecht zur komprimierten Fläche ist, und ist eine Fläche, die die Last aufgrund eines Aufpralls indirekt aufnimmt. Zusätzlich ist die Seitenfläche eine Fläche, die hauptsächlich eine Scherspannung oder Kompressionskraft oder beides aufgrund der Last während eines Aufpralls aufnimmt, und kann weiterhin eine Fläche sein, die senkrecht zur Seitenfläche eines Kraftfahrzeugs verläuft.
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Wenn beispielsweise faserverstärkte Materialien bei den stoßabsorbierenden Elementen 101 und 102 verwendet werden, können Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern und Basaltfasern als verstärkende Fasern, und Epoxidharz, Polypropylen, ungesättigtes Polyester, Vinylester und Aluminium können als Basismaterialien für diese Fasern verwendet werden. Betreffend der Verbindung dieser Basismaterialien und verstärkenden Fasern, kann ein geschichtetes, plattenförmiges UD-Material gebildet sein, bei dem die Faserrichtung in einer Richtung ausgerichtet ist, oder es kann ein Überkreuz-Material sein, bei dem die Fasern verwebt sind.
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Die Materialform des faserverstärkten Materials ist UD-Material. Ein plattenförmiges UD-Material ist ein plattenförmiges faserverstärktes Material, bei dem die verstärkenden Fasern im Wesentlichen in einer Richtung ausgerichtet und gehärtet sind. Unidirektionales UD-Material ist gebildet, indem dieses Platten-UD-Material mit der gleichen Faserrichtung ausgerichtet und geschichtet wird. Da die Zugfestigkeit in der Faserrichtung hoch ist, ist unidirektionales UD-Material ein faserverstärktes Material, das eine Anisotropie aufweist. Bei dem stoßabsorbierenden Element 101 als einem Beispiel wird unidirektionales Material für die expandierte Fläche und die komprimierte Fläche verwendet. Zusätzlich kann, im Gegensatz zu unidirektionalem UD-Material, die Faserrichtung sich bei jeder Schicht unterscheiden. Z. B. ist jedes Flächenelement des stoßabsorbierenden Elements 101 und 102 aufgebaut, indem das nächste aufzuschichtende plattenförmige UD-Material derart geschichtet wird, dass die Faserrichtung in einem festen Winkel gegenüber der Faserrichtung eines plattenförmigen UD-Materials verläuft.
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Überkreuz-Material ist eine Materialform eines faserverstärkten Materials. Es ist ein plattenförmiges faserverstärktes Material, das in einem Gewebe-Zustand ausgerichtet ist, indem die Fasern als die Struktur der verstärkenden Fasern des faserverstärkten Materials verwoben werden oder Ist ein faserverstärktes Material, wobei dieses plattenförmige faserverstärkte Material geschichtet ist. Mit anderen Worten ist ein Überkreuz-Material ein faserverstärktes Material, bei dem eine flache Fläche dadurch gebildet ist, dass ein Strang oder mehrere Stränge von verstärkenden Fasern verwebt ist/sind, und diese flache Fläche wird unter Verwendung von Harzsubstrat oder dergleichen gehärtet. Als Webverfahren zum Bilden eines Gewebe-Zustands kann Flachweben oder Köperweben verwendet werden. Im Gegensatz zu unidirektionalem UD-Material ist Überkreuz-Material im Allgemeinen ein faserverstärktes Material, das eine isotrope Festigkeit aufweist.
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Faserverstärkter Kunststoff und faserverstärktes Metall können als plattenförmiges Teilmaterial verwendet werden, das das plattenförmige Längselement bildet, und die Materialform kann eine sein, die UD-Material und Überkreuz-Material einbindet, oder es können auch faserverstärkter Kunststoff und faserverstärktes Metall verwendet werden, welche andere Materialformen aufweisen, und es kann Eisen, Aluminium, Harz und dergleichen verwendet werden.
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Wenn das faserverstärkte Material bei einem Flächenelement verwendet wird, sind die Lasteigenschaften dieses Materials abhängig von der Faserrichtung des faserverstärkten Materials unterschiedlich. Eine Faserrichtung ist die Richtung der Fasern, die dadurch bestimmt ist, dass die Fasern beim Bilden des faserverstärkten Materials durch zusammenfügen von Fasern in einer Richtung ausgerichtet werden. Zusätzlich ist ein Winkel von einer Faserrichtung für die Fläche des stoßabsorbierenden Elements bestimmt, und dieser wird als Faser-Ausrichtungswinkel (Ausrichtungswinkel) bezeichnet. Der Faser-Ausrichtungswinkel ist ein Winkel, der durch die Mittelachse, welche sich in der Längsrichtung des stoßabsorbierenden Elements erstreckt und durch die Mitte des stoßabsorbierenden Elements verläuft, und die Faserrichtung bestimmt ist. Z. B. ist plattenförmiges UD-Material mit einem Ausrichtungswinkel von 30 Grad in der Längsrichtung plattenförmiges UD-Material (30 Grad).
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Bei dem stoßabsorbierenden Element 101 und 102 als einem Beispiel ist das plattenförmige Längselement gebildet, indem abwechselnd plattenförmiges Teilmaterial, das plattenförmiges UD-Material (0 Grad) und plattenförmiges UD-Material (90 Grad) umfasst, als eine Schicht geschichtet werden, und plattenförmiges UD-Material (45 Grad) und plattenförmiges UD-Material (–45 Grad) als eine Schicht geschichtet werden. Obwohl ein stoßabsorbierendes Element in Form eines viereckigen Prismas oder eines Zylinders in dem Diagramm als ein Beispiel, wie im Folgenden beschrieben, gezeigt ist, kann das stoßabsorbierende Element eine geeignete Form für ein Strukturelement aufweisen (siehe 11A–D).
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Zusätzlich müssen alle die Schichten, welche das Flächenelement des stoßabsorbierenden Elements bilden, keine plattenförmigen Längselemente sein, und das plattenförmige Längselement kann in nur einem Teil der Schichten umgesetzt sein. Z. B. kann das stoßabsorbierende Element gebildet sein, indem ein Element umgesetzt ist, welches UD-Material oder Überkreuz-Material als das Flächenelement verwendet, das der Rahmen des stoßabsorbierenden Elements sein kann, und indem zwei oder mehr Arten von partiellen stoßabsorbierenden Elementen so angeordnet sind, dass sie in der Längsrichtung dieses Rahmens kreuzen.
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Obwohl ferner zwei Arten von plattenförmigen Teilmaterialien bei dem stoßabsorbierenden Element 101 und 102 verwendet worden sind, können zwei oder mehr Arten von plattenförmigen Teilmaterialien als plattenförmige Längselemente umgesetzt werden (siehe 11B).
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Es wird hier erläutert, dass ein stoßabsorbierendes Element aus faserverstärkten Materialien bessere Lasteigenschaften aufweist als das herkömmliche Aluminium. Ein Element, das eine Stoßabsorption durch Verformung realisiert, indem es sich senkrecht zur Längsrichtung des stoßabsorbierenden Elements verbiegt, wird im Hinblick auf das Biegemoment betrachtet.
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Im Allgemeinen wird im Bezug auf Biegen bei Trägern, wenn in dem stoßabsorbierenden Element 100 eine vertikale Spannung erzeugt wird, wie in 2 gezeigt, und wenn der Abstand von der Mittelachse des stoßabsorbierenden Elements 100 ein Abstand y ist, eine Mikro-Fläche dA, und die Festigkeit des stoßabsorbierenden Elements σ, wird ein Moment von yσdA erzeugt. Daher ist das Biegemoment, das auf den Querschnitt des Mittelteils des Trägers wirkt, in Gleichung (1) ausgedrückt. M = ∫AyσdA (Gleichung 1)
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Hierbei kann die Festigkeit σ durch die Struktur und den Ausrichtungswinkel des faserverstärkten Materials eingestellt werden, und kann größer als die von Aluminium festgesetzt werden. Z. B. beträgt die Festigkeit von unidirektionalem UD-Material (Ausrichtungswinkel von 0 Grad) (durch Toray Industries, Inc. hergestellte Kohlenstofffaser T700S, unter Einsatz von Epoxidharz als Substrat) 2600 MPa und die Festigkeit von Überkreuz-Material beträgt 798 MPa. Demgegenüber ist die Festigkeit von Aluminium (5000System) klein, 270 MPa (Elastizitätsmodul 71 GPa, Zerstörungsdehnung 14% und Poisson-Verhältnis 0,3). Wenn daher bei Aluminium und bei faserverstärktem Material (FRP-Material) der Abstand y von der Mittelachse gleich ist, vergrößert sich das Biegemoment, welches ausgehalten werden kann, da die Festigkeit des faserverstärkten Materials (FRP-Materials) größer ist, und ermöglicht es, dass das faserverstärkte Material eine verbesserte Lasteigenschaft aufweist.
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Ferner wird hier erläutert, dass faserverstärktes Material eine hohe Energieabsorptionsfähigkeit aufweist, da der Querschnitt des stoßabsorbierenden Elements sich nicht ändert, selbst wenn eine Last hinzugefügt wird. Wenn angenommen wird, dass das stoßabsorbierende Element einen Körper mit perfekter Plastizität aufweist, wird das Plastizitäts-Biegemoment des Trägers durch Gleichung (2) ausgedrückt (siehe 3A bis 3C). Mp = σyA(y1 + y2)/2 (Gleichung 2)
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Hierbei ist σy die Fließpunktspannung, y1 ist der Abstand von der neutralen Achse bis zur komprimierten Fläche, y2 ist der Abstand von der neutralen Achse zur expandierten Fläche und A ist die Querschnittsfläche des Mittelteils des stoßabsorbierenden Elements. Jede entsprechende Variable ist in 3A aufgeführt.
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3B ist ein schematisches Diagramm, das die Form von Aluminium zeigt, das durch Aufbringen einer in der Nähe des Fließpunktes gelegenen Last verformt worden ist, wenn Aluminium als das stoßabsorbierende Element verwendet wird. Wie in dem Diagramm gezeigt ist, wird im Fall von Aluminium der Wert der Querschnittsfläche A des Mittelteils von Aluminium 7 kleiner mit der Verformung aufgrund der Last. Damit werden die Abstände y1 und y2 von der neutralen Achse zur komprimierten Fläche und zur expandierten Fläche ebenfalls kleiner. Demzufolge verringert sich das Plastizitäts-Biegemoment Mp ebenfalls, und daher muss der Wert der Last ebenfalls verringert werden, nachdem eine in der Nähe des Fließpunktes gelegene Last aufgebracht wurde.
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3C ist ein schematisches Diagramm, das die Form des faserverstärkten Materials (FRP-Materials) zeigt, das durch Aufbringen einer bis in die Nähe des Fließpunkts reichenden Last verformt worden ist, wenn faserverstärktes Material als das stoßabsorbierende Element 100 verwendet wird. Im Falle des faserverstärkten Materials sind die voranstehende Querschnittsfläche A und die Abstände y1 und y2 stabil, wie im Diagramm gezeigt, wenn die Last aufgebracht wird. Dies liegt daran, dass ein Eindellen durch die Last, wie beispielsweise bei Aluminium, nicht auftritt, da die Plastizitätsverformung des faserverstärkten Materials progressiv ist. Daher verringert sich der Wert des Plastizität-Biegemoments Mp aus Gleichung (2) nicht, und der Betrag der Last verringert sich nicht unmittelbar, selbst wenn eine Last bis zur Nähe des Fließpunkts aufgebracht wird. Demzufolge kann erwartet werden, dass das faserverstärkte Material eine hohe Energieabsorptions-Fähigkeit anzeigt.
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4 ist ein Graph, der das spezifische Energieabsorptionsvolumen (Energieabsorptionsvolumen pro Gewichtseinheit) vergleicht. Das faserverstärkte Material verwendet hier die von Toray Industries, Inc. hergestellte Kohlenstofffaser T700S als verstärkende Faser und setzt Epoxidharz als Substrat ein. Das Elastizitätsmodul von unidirektionalem UD-Material (Ausrichtungswinkel von 0 Grad) beträgt 140 GPa, die Zerstörungsdehnung 1,9%, das Poisson-Verhältnis 0,32 und die Festigkeit 2600 MPa. Das Elastizitätsmodul des Überkreuz-Materials beträgt 89 GPa, die Zerstörungsdehnung 0,9%, das Poisson-Verhältnis 0,07 und die Festigkeit 798 MPa.
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Bei einem Experiment beträgt die relative Dichte von stoßabsorbierendem Material aus Aluminium 7,6 g/cm3 und die relative Dichte von CFRP-Material beträgt 1,6 g/cm3. Der Balken 402 zeigt das Ergebnis, wenn Überkreuz-Material nur bei der ausgedehnten Fläche umgesetzt wird, und das unidirektionale UD-Material (0 Grad) bei allen anderen Flächen. Der Balken 401 zeigt das Ergebnis, wenn unidirektionales UD-Material (0 Grad) bei allen Flächen umgesetzt wird. Der Balken 403 zeigt das Ergebnis, wenn das oben erwähnte Aluminium bei dem stoßabsorbierenden Element umgesetzt wird. Das spezifische Energieabsorptionsvolumen des stoßabsorbierenden Elements 101, das aus unidirektionalem UD-Material (0 Grad) gebildet ist, ist mehr als 1200 J/kg, verglichen mit dem spezifischen Energieabsorptionsvolumen des stoßabsorbierenden Elements, das aus Aluminium gebildet ist, von etwa 400 J/kg. Es kann angenommen werden, dass CFRP-Material eine höhere Energieabsorption erreicht, da es ein größeres Biegemoment als Aluminium aufweist, und da keine Verringerung der Querschnittsfläche des komprimierten Teils aufgrund der Last auftritt.
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Ein schematisches Diagramm davon, wenn Last auf ein stoßabsorbierendes Element eines Kraftfahrzeugs aufgebracht wird, welches eine Biegeverformung aufnimmt, ist in 5A und 5B gezeigt. Im Allgemeinen nimmt das Säulenmaterial eine Dreipunkt-Biegung auf, mit dem oberen Dachrahmen und dem unteren Seitenträger als den Angriffspunkten. Bei dem stoßabsorbierenden Element in 5A sind die Last und die Verformung nur auf den mittleren Teil des stoßabsorbierenden Elements konzentriert, an dem die Last direkt aufgebracht wird, während einer Last aufgrund eines Aufpralls, wie durch den gestrichelten Kreis in der Mitte gezeigt. Das liegt daran, dass die Last auf dem Teil konzentriert ist, auf den Last aufgebracht wird, da das stoßabsorbierende Element in der Längsrichtung aus gleichen Flächenelementen gebildet ist.
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Dann kann, wie in 5B gezeigt, für eine bestimmte Last, die Konzentration von Last und Verformung verhindert werden, indem diese Last in einem breiten Bereich des stoßabsorbierenden Elements aufgenommen wird, und es wird angenommen, dass die Absorptionsenergieeffizienz verbessert werden kann. Um eine Last in einem breiten Bereich des stoßabsorbierenden Elements auf diese Art aufzunehmen, wird eine Dispersion der Last und eine Dispersion der Verformung benötigt. Durch entsprechendes Anordnen von Elementen mit unterschiedlichen maximalen Lasteigenschaften, maximalen Zug-Verlagerungseigenschaften, maximalen Kompressionslasteigenschaften und maximalen Kompressions-Verlagerungseigenschaften in der Längsrichtung des stoßabsorbierenden Elements, können die Last und die Verformung erheblich verteilt werde, das einzelne Lastvolumen und der Verformungsbetrag werden klein, und es wird angenommen, dass die Last in einem breiten Bereich des stoßabsorbierenden Elements aufgenommen werden kann.
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Die maximale Zuglasteigenschaft ist eine Eigenschaft des Elements, die durch den Betrag der Verformung (Grad der Zugdehnung) und die Größe der Last (maximale Last) des Fließpunktes gekennzeichnet ist, die zum Brechen dieses Elements führen, wenn eine Zuglast auf das Element aufgebracht wird.
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Die maximale Kompressionslasteigenschaft ist eine Eigenschaft des Elements, die durch den Betrag der Verformung (Grad der Kompressionsbelastung) und die Größe der Last (maximale Last) des Fließpunkts gekennzeichnet ist, die zum Brechen dieses Elements führen, wenn eine Kompressionslast auf das Element aufgebracht wird.
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Die maximale Zug-Verlagerungseigenschaft ist eine Eigenschaft des Elements, die durch den Betrag der Verformung (Grad der Zugdehnung) und die Größe der Last (maximale Last) des Fließpunktes gekennzeichnet ist, die zum Brechen dieses Elements führen, wenn eine Zuglast auf das Element aufgebracht wird. Im Gegensatz zu maximalen Zuglasteigenschaften, wird diese Eigenschaft des Elements entsprechend dem Betrag der Verlagerung für eine bestimmte Last bestimmt.
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Die maximale Kompressions-Verlagerungseigenschaft ist eine Eigenschaft des Elements, die durch den Betrag der Verformung (Grad der Kompressionsbelastung) und die Größe der Last (maximale Last) des Fließpunkts gekennzeichnet ist, die zum Brechen dieses Elements führen, wenn eine Kompressionslast auf das Element aufgebracht wird. Im Gegensatz zu maximalen Kompressionslasteigenschaften, wird diese Eigenschaft des Elements entsprechend dem Betrag der Verlagerung für eine bestimmte Last bestimmt.
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Ein Graph, der die Last-Verlagerungskurve der Flächenelemente A, B, C und D zeigt, ist in 6A und 6B gezeigt. Da dieser Graph nur ein Beispiel zeigt, kann die Last der Last-Verlagerungskurve eine Zuglast oder eine Kompressionslast sein. Hierbei sind (X1, Y1) und (X2, Y2) von 6A Punkte, die die maximale Last und die maximale Verlagerung (Fließpunkt) des plattenförmigen Elements A anzeigen, und das Element wird einen Kompressions-Knick erhalten, wenn eine Last aufgebracht wird, die diese überschreitet. (X3, Y3) und (X4, Y4) in 6B zeigen auf ähnliche Art und Weise Fließpunkte an. Gemäß 6A weist das plattenförmige Element A eine größere maximale Last auf, wenn das plattenförmige Element A mit dem plattenförmigen Element B bei fester Verlagerung verglichen wird.
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Wenn andererseits die maximale Verlagerung bei einer festen Last verglichen wird, weist das plattenförmige Element D eine größere maximale Verlagerung als das plattenförmige Element C auf, wie in 6B gezeigt. Aus derartigen Eigenschaften des plattenförmigen Elements, ist das plattenförmige Element A besser geeignet als das plattenförmige Element B zur Verwendung als ein Element, das eine Last aushalten kann, und das plattenförmige Element D ist besser geeignet als das plattenförmige Element C zur Verwendung als ein plattenförmiges Element, das eine grolle Verlagerung (Dehnung) für eine Last aufweist,.
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Wenn plattenförmige Elemente, welche unterschiedliche Eigenschaften bei den maximalen Zuglasteigenschaften, den maximalen Zug-Verlagerungseigenschaften, den maximalen Kompressionslasteigenschaften und den maximalen Kompressions-Verlagerungseigenschaften aufweisen, auf diese Art als plattenförmige Teilmaterialien aufgeteilt und als Flächenelemente des stoßabsorbierenden Elements als plattenförmige Längselemente umgesetzt sind, die dadurch gebildet sind, dass die plattenförmigen Teilmaterialien abwechselnd angeordnet werden, wird die Last erheblich verteilt, die Richtung der Belastung wird komplizierter, und daher wird angenommen, dass die Konzentration einer Verformung verhindert werden kann. Insbesondere ist ein plattenförmiges Längselement dadurch gebildet, dass abwechselnd zwei oder mehr Arten von plattenförmigen Teilelementen mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie oben beschrieben, in der Längsrichtung angeordnet werden, und dieses plattenförmige Längselement wird für Flächenelemente des stoßabsorbierenden Elements verwendet (6C).
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Die Spannungs-Dehnungskurve für Zug bei UD-Material [0/90/0/90/0]5 und UD-Material [45/-45/45/-45]5 (Abmessungen: Breite 25 mm, Länge 200 mm, Dicke 1 mm) ist in 8A gezeigt. Hierbei zeigt UD-Material [0/90/0/90/0]5 ein plattenförmiges Teilmaterial an, bei dem fünf Sets von zweilagigem plattenförmigen UD-Material (0 Grad) und zweilagigem plattenförmigen UD-Material (90 Grad) geschichtet sind. Mit anderen Worten ist es ein plattenförmiges Teilmaterial, bei dem eine Gesamtzahl von 10 Schichten von plattenförmigem UD-Material in der folgenden Reihenfolge geschichtet sind: (0 Grad, 90 Grad, 0 Grad, 90 Grad, 0 Grad, 0 Grad, 90 Grad, 0 Grad, 90 Grad, 0 Grad). Ähnlich ist UD-Material [45/-45/45/-45]5 ein plattenförmiges Teilmaterial, bei dem fünf Sets Von jeweils zwei Schichten von plattenförmigem UD-Material (45 Grad) und plattenförmigem UD-Material (–45 Grad) abwechselnd geschichtet sind.
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Gemäß der in 7 gezeigten Spannungs-Dehnungskurve (Zugspannung), wird angenommen, obwohl UD-Material [0/90/0/90/0]5 gegen eine Spannung fest ist (eine große Spannung mit wenig Verformung aushält), es die Eigenschaft hat, fest und zerbrechlich zu sein, da es bei einer bestimmten Dehnung bricht. Obwohl im Gegensatz dazu das UD-Material [45/-45/45/-45]5 weich gegen eine Spannung ist (große Verformung bei kleiner Spannung), wird angenommen, dass es die Eigenschaft hat, weich und dehnbar zu sein, da das Element an sich bricht, nachdem es lange gedehnt ist. Da jedes plattenförmige Element in dem Endteil jeder Kurve zerstört wird, wie durch das Diagramm klargestellt, weist das plattenförmige UD-Material einen Unterschied von etwa dem Zehnfachen im Hinblick auf die maximale Zuglast und einen Unterschied von etwa dem Fünfzigfachen im Hinblick auf die maximale Zug-Verlagerung auf.
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Ein stoßabsorbierendes Element, bei dem CFRP eingesetzt wird, wird als das plattenförmige Element des stoßabsorbierenden Elements umgesetzt. UD-Material [0/90/0/90/0]5 und UD-Material [45/-45/45/-45]5 werden nur im A-Teil angeordnet, bei dem die Last konzentriert wird, wie in 8(a) gezeigt. Hierbei ist der Querschnitt des verwendeten stoßabsorbierenden Elements 50·50 mm und 600 mm in der Längsrichtung. Ferner werden als verstärkende Fasern von Toho-Tenex K. K. hergestellte Kohlenstofffasern HTA eingesetzt, und CRF, das mit Epoxidharz (#112) als dem Substrat gebildet ist, wird verwendet.
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Wenn das plattenförmige Längselement des stoßabsorbierenden Elements gebildet wird, wie in 8(b) gezeigt, kann das plattenförmige Längselement ein Flächenmaterial eines hohlen, langen Materials sein, das gebildet ist, indem abwechselnd zwei unterschiedliche Arten von plattenförmigen Teilmaterialien (plattenförmiges Teilmaterial 20 und plattenförmiges Teilmaterial 21) angeordnet werden.
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In 9 sind die Ergebnisse der Last-Verlagerungseigenschaften gezeigt, wenn eine Dreipunkt-Biegung bei dem stoßabsorbierenden Element durchgeführt wird. Dieses stoßabsorbierende Element erreicht seine maximale Last bei einer Verlagerung von etwa 15 mm und einer Last von 16 kN, aber kann danach eine Last von etwa 11 kN beibehalten, und wieder eine maximale Last von etwa 12,5 kN bei einer Verlagerung von etwas weniger als 30 mm. Dies liegt daran, dass, nachdem eine große Last von dem UD-Material [0/90/0/90/0]5 aufgenommen ist, eine zweite maximale Last aufgrund des UD-Materials [45/-45/45/-45]5 gehalten werden kann, wodurch die Last und das Biegemoment in den umgebenden Bereich verteilt werden und eine Konzentration der Verformung vermieden wird. Zusätzlich wird, nachdem die maximale Last des UD-Materials [0/90/0/90/0]5 überschritten ist, angenommen, dass eine maximale Last erreicht ist, wenn die weiter aufgebrachte Last mit einer Kraft ersetzt wird, die das gesamte im Last-Teil angeordnete UD-Material [45/-45/45/-45]5 dehnt.
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Ein Graph, der die spezifische Energieabsorptionsrate bei einer Biegeverformung von 50 mm zeigt, ist in 10 gezeigt. Zum Vergleich mit der vorliegenden Ausführungsform ist ein stoßabsorbierendes Element gezeigt, bei dem die gesamte Fläche denselben Typ von Trägermaterial (Kohlenstoffstahl, 780 MPa-hochfester Stahl) und UD-Material (0 Grad) verwendet. Da bei der vorliegenden Ausführungsform ein zweiter Anstieg einer Last erzeugt wird, wie oben beschrieben, ist es ersichtlich, dass die Absorptionsenergierate einer Last, die bei einer Verlagerung integriert wird, verglichen mit anderen stoßabsorbierenden Elementen groß ist.
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Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform das Flächenelement durch Schichten eines plattenförmigen Längs-Teilmaterials gebildet ist, das z. B. durch abwechselndes Anordnen von UD-Material [0/90/0/90/0]5 und UD-Material [45/-45/45/-45]5 gebildet ist, kann das stoßabsorbierende Element dadurch gebildet sein, dass abwechselnd UD-Material [0/90/0/90/0]5 und UD-Material [45/-45/45/-45]5 über die ganze Fläche angeordnet ist, für ein hohles, langes, rechteckiges Material, das das Flächenelement von UD-Material [0/90/0/90/0]5 über die gesamte Fläche einsetzt. Mit anderen Worten müssen nicht alle Schichten des Flächenelements des stoßabsorbierenden Elements plattenförmige Längselemente umfassen, und das plattenförmige Längselement braucht nur in einer oder mehreren Schichten umgesetzt zu werden, von den Schichten, in denen das plattenförmige Längselement geschichtet ist.
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Ferner werden bei der vorliegenden Erfindung UD-Material [0/90/0/90/0]5 und UD-Material [45/-45/45/-45]5 verwendet, welche unterschiedliche Zugbelastungs-Dehnungseigenschaften aufweisen. Die Ausführung dieser beiden Arten von Flächenelementen ist allerdings optional, und es können beispielsweise zwei oder mehr Arten von Flächenelementen aus Flächenelementen mit unterschiedlichen Eigenschaften kombiniert werden, wie beispielsweise maximalen Zugbelastungseigenschaften, maximalen Zug-Verlagerungseigenschaften, maximalen Kompressionslasteigenschaften und maximalen Kompressions-Verlagerungseigenschaften.
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Zusätzlich ist, wie in 11A–D gezeigt, das stoßabsorbierende Element nicht auf einen rechteckigen Körper begrenzt, und kann z. B. ein dreieckiger Körper sein (11A), ein viereckiger Körper (11B und D) oder ein zwölfseitiger Körper (11C), und kann ebenfalls eine Kombination von komplizierten dreidimensionalen Formen sein. Das für jede Fläche eingesetzte Plattenelement ist nicht auf faserverstärkten Kunststoff begrenzt, sondern kann faserverstärktes Metall, Eisen, Aluminium, Harz und dergleichen sein. Die Strukturen der faserverstärkten Materialien und der Faser-Ausrichtungswinkel sind nur Beispiele und verschiedene andere Kombinationen als diese können ebenfalls umgesetzt werden.
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Hierbei ist in 11B ein plattenförmiges Längsmaterial gezeigt, das drei Arten von Platten-Teilmaterialien verwendet. Auf diese Art können auch zwei oder mehr plattenförmige Teilmaterialien umgesetzt werden.
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In 11D sind Fälle gezeigt, bei denen sich die Dicke des Flächenelements des stoßabsorbierenden Elements mit der Art des plattenförmigen Teilmaterials ändert. Indem die Anzahl der geschichteten Platten entsprechend der Art des plattenförmigen Teilmaterials geändert wird, kann die Dicke des Flächenelements eingestellt werden. Auf diese Art kann durch die Änderung der geschichteten Schichten angenommen werden, dass die Last und die Dehnung zum Zeitpunkt der Aufprall-Last noch besser verbreitet werden. Mit anderen Worten können, obwohl das stoßabsorbierende Element durch die maximalen Zuglasteigenschaften, die maximalen Zug-Verlagerungseigenschaften, die maximalen Kompressionslasteigenschaften und die maximalen Kompressions-Verlagerungseigenschaften gekennzeichnet ist, zusätzlich zu diesen, Einstellungen durch das Ausmaß vorgenommen werden, mit dem diese Eigenschaften geschichtet werden.
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Als ein Beispiel eines stoßabsorbierenden Elements kann, unabhängig davon, welche dreidimensionale Form das stoßabsorbierende Element hat, wenn es als ein Strukturelement eines Kraftfahrzeugs verwendet wird, und wenn es beispielsweise als Säulenmaterial verwendet wird, dei Richtung von dem Dach des Kraftfahrzeugs zum Fahrwerk die Längsrichtung des stoßabsorbierenden Elements sein.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strukturelement zum Absorbieren eines Aufpralls, und betrifft ein stoßabsorbierendes Element, das ein größeres spezifisches Energieabsorptionsvolumen und ein leichteres Gewicht als das herkömmliche stoßabsorbierende Element realisiert. Durch Verwendung dieses Elements bei, beispielsweise, der Säule eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen, kann ein Kraftfahrzeug bereitgestellt werden, das ein leichteres Gewicht und verbesserte Sicherheit verglichen mit dem herkömmlichen erzielt.
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Ein als ein Strukturelement verwendetes stoßabsorbierendes Element (100, 101, 102) wird bereitgestellt, welches verglichen mit dem herkömmlichen stoßabsorbierenden Element ein größeres Energieabsorptionsvolumen erzielt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit Bezug auf das stoßabsorbierende Element (100, 101, 102) ein plattenförmiges Längselement gebildet, indem zwei oder mehr Arten von plattenförmigen Teilmaterialien abwechselnd in der Längsrichtung angeordnet werden, und dieses plattenförmige Längselement wird in allen der Schichten oder in einem Teil der Schichten des Flächenelements des stoßabsorbierenden Elements (100, 101, 102) verwendet. Wenn daher eine Last aufgrund eines Aufpralls an dieses stoßabsorbierende Element (100, 101, 102) angelegt wird, wird, anders als in Fällen, bei denen das Flächenelement aus einem einzelnen Element gebildet ist, die Richtung der Last und Dehnung erheblich durch zwei oder mehr Arten von plattenförmigen Längselementen verteilt, und die Konzentration von Last und Verformung wird verhindert, wodurch die Aufprallenergie durch Energie ersetzt wird, die einen breiten Bereich des stoßabsorbierenden Elements zerstört.