충격 흡수 부재(SHOCK ABSORBING MEMBER)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2017년09월18일
(11) 등록번호 10-1779568
(24) 등록일자 2017년09월12일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
F16F 7/12 (2006.01) B62D 21/15 (2006.01)
B62D 25/20 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2013-7035037
(22) 출원일자(국제) 2012년08월07일
심사청구일자 2013년12월30일
(85) 번역문제출일자 2013년12월30일
(65) 공개번호 10-2014-0013103
(43) 공개일자 2014년02월04일
(86) 국제출원번호 PCT/JP2012/070092
(87) 국제공개번호 WO 2013/021996
국제공개일자 2013년02월14일
(30) 우선권주장
JP-P-2011-174201 2011년08월09일 일본(JP)
(56) 선행기술조사문헌
JP61287871 A*
JP2008241036 A
JP2010126067 A*
JP07145842 A*
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
일본 도꾜도 지요다꾸 마루노우찌 2쪼메 6방 1고
(72) 발명자
히로세 사토시
일본 1008071 도쿄 치요다쿠 마루노우치 2쵸메
6-1 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤 나이
(74) 대리인
박장원
전체 청구항 수 : 총 6 항 심사관 : 원유철
(54) 발명의 명칭 충격 흡수 부재
(57) 요 약
축선(O)과 상기 축선(O)에 대하여 평행하게 뻗은 복수의 직사각형의 벽부(1a, 1b, 1c, 1d) 와 축선(O)에 대하여
수직인 다각형 단면을 가지고, 외부로부터 가하여지는 충격 에너지를 축선(O) 방향에 좌굴 변형하면서 흡수하는
축선(O) 방향으로 뻗은 중공 주상의 충격 흡수 부재(1)가, 복수의 벽부 중 적어도 2조의 인접하는 벽부에 의하여
형성되는 적어도 2개의 모서리부(1e, 1f, 1g, 1h)로부터 돌출하는 적어도 2개의 플랜지부(2a, 2b, 2c, 2d)를 구
비하고, 이 적어도 2개의 플랜지부는 그 상기 모서리부로부터 돌출하는 방향이 둘레 방향에 있어서 동일한 방향
을 향하도록 배치되어 있다.
대 표 도 - 도5a
등록특허 10-1779568
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명 세 서
청구범위
청구항 1
축선(O)과, 상기 축선(O)에 대하여 평행하게 뻗은 복수의 직사각형의 벽부(1a, 1b, 1c, 1d)와, 상기 축선(O)에
대하여 수직인 다각형 단면을 가지고, 외부로부터 가하여지는 충격 에너지를 상기 축선 방향으로 좌굴 변형하면
서 흡수하는, 상기 축선 방향으로 뻗은 중공 주상의 충격 흡수 부재(1)에 있어서,
상기 복수의 벽부(1a, 1b, 1c, 1d) 중에서 적어도 2조의 인접하는 벽부에 의하여 형성되는 적어도 2개의 모서리
부(1e, 1f, 1g, 1h)로부터 돌출하는 상기 축선(O)에 대하여 회전 대칭으로 설치된 적어도 2개의 플랜지부(2a,
2b, 2c, 2d)를 구비하고,
이 적어도 2개의 플랜지부(2a, 2b, 2c, 2d)는, 상기 충격 흡수 부재가 상기 축선 방향으로 좌굴 변형할 때에 각
모서리부의 능선이 둘레 방향에 대해 동일한 방향으로 무너지면서 좌굴하기 시작하도록, 그 상기 모서리부(1e,
1f, 1g, 1h)로부터 돌출하는 방향이 둘레 방향에 있어서 동일한 방향을 향하도록 배치되어 있는 충격 흡수
부재.
청구항 2
제1항에 있어서, 상기 적어도 1개의 벽부에 비드부가 형성되어 있고, 이 비드부는 상기 충격 흡수 부재의 외표
면으로부터 오목하게 들어간 딤플 또는 외표면으로부터 돌출한 팽윤부이고, 상기 딤플은 둘레 방향에 있어서 상
기 플랜지부가 돌출하는 방향과는 역방향에 위치하는 모서리부측에 치우치게 하여 배치되며, 상기 팽윤부는 둘
레 방향에 있어서 상기 플랜지부가 돌출하는 방향에 위치하는 모서리부측에 치우치게 하여 배치되어 있는 충격
흡수 부재.
청구항 3
제2항에 있어서,　상기 비드부는 상기 플랜지부가 돌출하는 방향과는 역방향에 위치하는 모서리부의 근방에 배
치되어 있는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 부재.
청구항 4
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 비드부는 상기 축선 방향과 직교하는 방향으로 뻗은 홈 형태로 형성된 딤플인
충격 흡수 부재.
청구항 5
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 비드부는 상기 좌굴의 개시단측으로부터 축선 방향으로 나란히 배치되어 있는
충격 흡수 부재.
청구항 6
다각형상의 단면을 가지고, 외부로부터 가하여지는 충격 에너지를 축선 방향으로 좌굴 변형하면서 흡수하는 중
공 주상의 충격 흡수 부재(1)로서, 상기 충격 흡수 부재의 벽부(1a, 1b, 1c, 1d) 및/또는 모서리부(1e, 1f, 1g,
1h)에 상기 축선 방향으로 좌굴 변형하는 때에 각 모서리부의 능선이 둘레 방향에 있어서 동일한 방향으로 무너
지면서 좌굴하기 시작하도록, 그 방향을 결정하기 위한 좌굴 유발부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 충격
흡수 부재.
발명의 설명
기 술 분 야
본 발명은 외부로부터 가하여지는 충격 에너지를 좌굴 변형하면서 흡수하는 충격 흡수 부재에 관한 것이다. [0001]
등록특허 10-1779568
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배 경 기 술
최근, 자동차 등의 분야에서는 연비나 운동 성능의 향상을 꾀하는 한편으로, 한층 더 충돌 안전성의 향상이 요[0002]
구되고 있다. 자동차의 차체는 경량화와 고강성화를 양립시키기 위하여, 모노코크 바디라고 불리는 프레임과 바
디를 일체화한 차체 구조가 일반적으로 채용되고 있다. 또한, 자동차의 차체에는 충돌시에 운전자 및 동승자의
생존 공간을 확보하기 위하여, 예를 들면 엔진 룸이나 트렁크 룸 등의 객실 이외의 공간을 우선적으로 찌그러뜨
리면서, 객실에 가하여지는 충격을 가능한 한 완화하여, 객실의 변형을 최소한에 그치게 하는, 이른바 충격 흡
수 구조가 널리 채용되고 있다.
따라서, 충돌 안전성이 우수한 차체 구조로 하려면, 충돌시의 충격 에너지를 어떻게 유효하게 흡수시킬 지가 중[0003]
요한 과제가 된다. 이 때문에, 충돌시의 충격 에너지를 효율 좋게 흡수시키기 위한 충격 흡수 부재의 개발이 적
극적으로 진행되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 내지 16을 참조).
일반적으로, 충격 흡수 부재에는 강판을 프레스 성형한 것을 용접 등으로 접합하고, 중공 주상으로 성형한 박육[0004]
구조체(중공 주상 부재)가 사용된다. 또한, 충격 흡수 부재는 전술한 경량화와 고강성화를 양립시키기 위하여,
예를 들면 사각형이나 육각형 등의 다각형상의 단면을 가진 중공 부재로 구성한다. 이와 같은 충격 흡수 부재는
예를 들면, 차체의 프런트 사이드 멤버 등에 사용되고 있는데, 충돌시에 그 일단측으로부터 충격 하중을 받았을
때에, 축선 방향으로 좌굴 변형(축 압궤)함으로써 충격 에너지를 흡수한다. 따라서, 충격 흡수 성능을
높이려면, 이와 같은 좌굴 변형을 효율 좋게 일어나게 하는 것과, 그 좌굴 하중을 높이는 것의 2가지가 중요하
게 된다.
종래, 이와 같은 과제에 대한 재료면에서의 대책으로서, 충격 흡수 부재판을 제조하기 위하여, 비교적 두꺼운[0005]
강판이나, 비교적 강도가 높은 고강도 강판을 사용하거나 하여, 좌굴 하중을 높이는 것이 행해지고 있다. 또한,
구조면에서의 대책으로서는, 비드라 불리는 좌굴 변형의 단서를 제공하는 오목부(비드부)를 형성하여, 효율 좋
게 좌굴 변형을 일으키게 하는 것이 행해지고 있다. 또한, 중공의 충격 흡수 부재의 단면을 다각형상으로 함으
로써, 좌굴 하중을 높이는 것이 행해지고 있다.
그러나, 전술한 충격 흡수 부재의 판 두께를 두껍게 하는 것은 부재의 중량 증가로 이어지기 때문에, 이 충격[0006]
흡수 부재를 채용하는 차체의 중량 증가를 초래하고, 그 결과, 자동차의 연비나 주행 성능을 악화시키게 된다.
또한, 고강도 강판은 그 강도에 반비례하여 연신율이 저하하는 것이 일반적이다. 이 때문에, 성형성도
악화되어, 현재로서는 충격 흡수 부재용 강판의 고강도화에는 자연히 한계가 있다.
그런데, 단지 충격 흡수 부재의 좌굴 하중을 증가시키는 것은 좌굴을 일으키게 하는 최저 충격 하중의 증대로[0007]
이어진다. 이 경우, 충격 흡수 부재에 가하여지는 충격 하중이 충격 흡수 부재의 변형에 의하여 흡수되지 않고,
그대로 객실 등의 다른 구조 부분으로 전달된다. 또한, 본래는 변형되어서는 안될 부분에 좌굴 변형이 생기거나
객실의 변형에 의하여 운전자 및 동승자의 생존 공간을 확보하는 것이 곤란해지거나, 큰 가속도 변화가 운전자
및 동승자에 가하여지거나 함으로써, 운전자 및 동승자에 대한 상해의 위험성이 높아지게 된다.
이 때문에, 충격 흡수 부재에서는, 예를 들면 좌굴의 개시단에서부터 단면 형상을 매우 일정하게 유지하면서,[0008]
좌굴에 의한 변형량을 확보하기 위하여, 충격 흡수 부재를 직선화하는 설계가 이루어지고 있다. 또한, 충격 흡
수 부재에 가하여지는 초기 충격 하중을 저하하기 위하여, 전술한 비드의 배치에 의하여 충돌시에 사복상의 좌
굴 변형을 안정적으로 발생시키는 것이 행해지고 있다.
그러나, 전술한 비드의 배치에 대하여는, 그것을 구하는 확고한 이론은 없고, 충격 흡수 부재에 대한 좌굴 시험[0009]
이나 컴퓨터 시뮬레이션 등을 다수 반복함으로써 구하고 있는 현실이다. 이 때문에, 각종 차량마다 상기 실험이
나 시뮬레이션을 반복할 필요가 있어서, 설계 효율이 나쁠 뿐만 아니라, 실제의 충돌시에 예상되는 여러 가지
하중 조건이나 좌굴 모드에 대응할 수 없기 때문에, 그러한 수법을 이용하여 비드의 배치를 최적화하는 것은 매
우 곤란하다.
선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 0001) 특허 문헌 1: 일본 공개 특허 공보 2009-286221호 [0010]
(특허문헌 0002) 특허 문헌 2: 일본 공개 특허 공보 2009-285668호
등록특허 10-1779568
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(특허문헌 0003) 특허 문헌 3: 일본 공개 특허 공보 2009-168115호
(특허문헌 0004) 특허 문헌 4: 일본 공개 특허 공보 2009-154587호
(특허문헌 0005) 특허 문헌 5: 일본 공개 특허 공보 2009-113596호
(특허문헌 0006) 특허 문헌 6: 일본 공개 특허 공보 2008-018792호
(특허문헌 0007) 특허 문헌 7: 일본 공개 특허 공보 2007-030725호
(특허문헌 0008) 특허 문헌 8: 일본 공개 특허 공보 2006-207726호
(특허문헌 0009) 특허 문헌 9: 일본 공개 특허 공보 2006-207724호
(특허문헌 0010) 특허 문헌 10: 일본 공개 특허 공보 2005-225394호
(특허문헌 0011) 특허 문헌 11: 일본 공개 특허 공보 2005-153567호
(특허문헌 0012) 특허 문헌 12: 일본 공개 특허 공보 2005-001462호
(특허문헌 0013) 특허 문헌 13: 일본 공개 특허 공보 평 10-138950호
(특허문헌 0014) 특허 문헌 14: 일본 공개 특허 공보 평 09-277954호
(특허문헌 0015) 특허 문헌 15: 일본 공개 특허 공보 평 09-277953호
(특허문헌 0016) 특허 문헌 16: 일본 공개 특허 공보 평 2011-56997호
발명의 내용
해결하려는 과제
그런데, 전술한 충격 흡수 부재를 사복상으로 좌굴 변형시키는 좌굴 모드(Compact-mode) 중에는 「요철 혼합 모[0011]
드」라고 불리는 것과, 「요철 독립 모드」라고 불리는 것이 있다. 이 중, 요철 혼합 모드는 충격 하중을 가함
으로써 사복상으로 좌굴 변형한 중공 주상의 충격 흡수 부재의 임의의 횡단면에 있어서, 사복상의 골부(오목
부)와 산부(볼록부)가 혼재하는 변형 모드이다. 한편, 요철 독립 모드는 마찬가지로 임의의 횡단면에 있어서,
오목부 또는 볼록부만이 존재하는 변형 모드이다. 이 경우, 요철 독립 모드는 요철 혼합 모드보다 부재 전체에
대한 변형 부분의 비율이 커지기 때문에, 그 변형량(찌그러짐 량)에 대한 충격 에너지의 흡수량이 많아서, 우수
한 충격 흡수 성능을 발휘하는 것이 가능해진다.
그러나, 종래의 충격 흡수 부재에서는 축선 방향으로 사복상으로 좌굴 변형 시키면서, 그 충격 에너지의 흡수량[0012]
을 높이는 것에 대하여 여러 가지 연구가 이루어지고 있으나, 전술한 요철 독립 모드를 의도적으로 유발시키는
것에 대하여는 전혀 고려되고 있지 않았다. 즉, 종래의 충격 흡수 부재에 의한 좌굴 모드는 요철 혼합 모드가
주(主)이고, 요철 독립 모드를 발생시키는 메커니즘까지는 해명되어 있지 않았다.
이에, 본 발명은 이와 같은 종래의 사정을 감안하여 제안된 것으로, 충격 흡수 특성이 우수한 충격 흡수 부재,[0013]
특히, 요철 독립 모드를 의도적으로 유발시키는 것을 가능하게 한 충격 흡수 부재를 제공하는 것을 목적으로 한
다.
과제의 해결 수단
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의하면, 축선과, 상기 축선에 있어서 평행하게 뻗은 복수의 직사각[0014]
형의 벽부와, 상기 축선에 대하여 수직인 다각형 단면을 가지고, 외부로부터 가하여지는 충격 에너지를 상기 축
선 방향으로 좌굴 변형하면서 흡수하는, 상기 축선 방향으로 뻗은 중공 주상의 충격 흡수 부재에 있어서, 상기
복수의 벽부 중 적어도 2조의 인접하는 벽부에 의하여 형성되는 적어도 2개의 모서리부로부터 돌출하는 상기 축
선에 대하여 회전 대칭으로 설치된 적어도 2개의 플랜지부를 구비하고, 이 적어도 2개의 플랜지부는 상기 충격
흡수 부재가 상기 축선 방향으로 좌굴 변형할 때에 각 모서리부의 능선이 둘레 방향에 대해 동일한 방향으로 무
너지면서 좌굴하기 시작하도록, 그 상기 모서리부로부터 돌출하는 방향이 둘레 방향에 있어서 동일한 방향을 향
하도록 배치되어 있는 충격 흡수 부재가 제공된다.
등록특허 10-1779568
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상기 충격 흡수 부재는 적어도 1개의 벽부에 비드부를 형성할 수 있다. 비드부는 이 충격 흡수 부재의 외표면으[0015]
로부터 오목하게 들어간 딤플 또는 외표면으로부터 돌출한 팽윤부로 할 수 있다. 딤플은 둘레 방향에 있어서 플
랜지부가 돌출하는 방향과는 역방향에 위치하는 모서리부측에 치우치게 하여 배치되고, 팽윤부는 둘레 방향에
있어서 플랜지부가 돌출하는 방향에 위치하는 모서리부측에 치우치게 하여 배치되는 것이 좋다.
또한, 상기 벽부 및/또는 모서리부에, 축선 방향으로 좌굴 변형하는 경우에 각 모서리부의 능선이 둘레 방향에[0016]
있어서 동일한 방향으로 무너지면서 좌굴하기 시작하도록, 그 방향을 결정하기 위한 좌굴 유발부를 형성함으로
써, 상기 요철 독립 모드를 의도적으로 유발시킬 수 있다.
발명의 효과
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 충격 흡수 특성이 우수한 충격 흡수 부재를 제공하는 것이 가능하고, 특히, 상[0017]
기 요철 독립 모드를 의도적으로 유발시킴으로써, 축선 방향으로 효율 좋게 좌굴 변형을 일으키게 할 수
있으며, 그 결과 외부로부터 가하여지는 충격 에너지의 흡수량을 높이고, 우수한 충격 흡수 성능을 발휘하는 것
이 가능해진다.
도면의 간단한 설명
도 1a는 정방형의 단면을 가진 중공 주상 부재에, 그 일단측으로부터 축선 방향으로 충격 하중을 가하였을[0018]
때에, 중공 주상 부재에 생기는 변형을 FEM 수치 해석에 의하여 구한 사시도로서, 국소적인 좌굴에 의하여 절곡
된 상태를 도시하는 도면이다.
도 1b는 도 1a와 같은 중공 주상 부재에 생기는 변형을 FEM 수치 해석에 의하여 구한 사시도로서, 축선 방향으
로 불규칙하게 좌굴 변형한 비컴팩트 모드를 도시하고 있다.
도 1c는 도 1a와 같은 중공 주상 부재에 생기는 변형을 FEM 수치 해석에 의하여 구한 사시도로서, 축선 방향으
로 사복상으로 좌굴 변형하는 컴팩트 모드 중에서 요철 혼합 모드를 도시하는 도면이다.
도 1d는 도 1a와 같은 중공 주상 부재에 생기는 변형을 FEM 수치 해석에 의하여 구한 사시도로서, 축선 방향으
로 사복상으로 좌굴 변형하는 컴팩트 모드 중 에서 요철 독립 모드를 도시하는 도면이다.
도 2a는 요철 혼합 모드에 있어서의 중공 주상 부재의 축선에 대하여 수직의 임의의 횡단면을 예시하는 모식도
이다.
도 2b는 요철 혼합 모드에 있어서의 중공 주상 부재의 축선에 대하여 수직인 도 2a와는 상이한 다른 횡단면을
예시하는 모식도이다.
도 3a는 요철 독립 모드에 있어서의 중공 주상 부재의 축선에 대하여 수직인 임의의 횡단면을 나타내는 모식도
이다.
도 3b는 요철 독립 모드에 있어서의 중공 주상 부재의 축선에 대하여 수직인 도 3a와는 상이한 다른 횡단면을
예시하는 모식도이다.
도 4a는 플랜지부가 돌출하는 방향을 설명하기 위한 단면 모식도로서, 플랜지부가 한쪽의 벽부를 따라서 연장된
구성을 나타내는 도면이다.
도 4b는 플랜지부가 돌출하는 방향을 설명하기 위한 단면 모식도로서, 플랜지부가 한쪽 및 다른 한쪽의 벽을 각
각 다른 각도로 절곡함으로써 형성되어 있는 구성을 나타내는 도면이다.
도 5a는 본 발명에 의한 충격 흡수 부재의 하나의 실시의 형태에 있어서의 좌굴 변형을 설명하기 위한 단면 모
식도이다.
도 5b는 본 발명에 의한 충격 흡수 부재의 다른 실시의 형태에 있어서의 좌굴 변형을 설명하기 위한 단면 모식
도이다.
도 5c는 본 발명에 의한 충격 흡수 부재의 또 다른 실시의 형태에 있어서의 좌굴 변형을 설명하기 위한 단면 모
식도이다.
도 6a는 본 발명에 의한 충격 흡수 부재의 또 다른 실시의 형태에 있어서의 좌굴 변형을 설명하기 위한 단면 모
식도이다.
등록특허 10-1779568
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도 6b는 본 발명에 의한 충격 흡수 부재의 또 다른 실시의 형태에 있어서의 좌굴 변형을 설명하기 위한 단면 모
식도이다.
도 7a는 본 발명에 의한 충격 흡수 부재의 또 다른 실시의 형태를 나타내는 사시도이다.
도 7b는 본 발명에 의한 충격 흡수 부재의 또 다른 실시의 형태를 나타내는 사시도이다.
도 7c는 본 발명에 의한 충격 흡수 부재의 또 다른 실시의 형태를 나타내는 사시도이다.
도 8a는 본 발명에 의한 충격 흡수 부재의 또 다른 실시의 형태를 나타내는 사시도이다.
도 8b는 본 발명에 의한 충격 흡수 부재의 또 다른 실시의 형태를 나타내는 사시도이다.
도 9a는 비교예 1의 각 충격 흡수 부재에 대하여 충격 하중을 가하기 전의 상태를 나타내는 사시도이다.
도 9b는 실시예 1의 각 충격 흡수 부재에 대하여 충격 하중을 가하기 전의 상태를 나타내는 사시도이다.
도 9c는 실시예 2의 각 충격 흡수 부재에 대하여 충격 하중을 가하기 전의 상태를 나타내는 사시도이다.
도 9d는 실시예 3의 각 충격 흡수 부재에 대하여 충격 하중을 가하기 전의 상태를 나타내는 사시도이다.
도 9e는 실시예 4의 각 충격 흡수 부재에 대하여 충격 하중을 가하기 전의 상태를 나타내는 사시도이다.
도 10은 비교예 1의 충격 흡수 부재에 충격 하중을 가하였을 때의 변형 상태를 FEM 수치 해석에 의하여 구한 사
시도이다.
도 11은 실시예 1의 충격 흡수 부재에 충격 하중을 가하였을 때의 변형 상태를 FEM 수치 해석에 의하여 구한 사
시도이다.
도 12는 실시예 2의 충격 흡수 부재에 충격 하중을 가하였을 때의 변형 상태를 FEM 수치 해석에 의하여 구한 사
시도이다.
도 13은 실시예 3의 충격 흡수 부재에 충격 하중을 가하였을 때의 변형 상태를 FEM 수치 해석에 의하여 구한 사
시도이다.
도 14는 실시예 4의 충격 흡수 부재에 충격 하중을 가하였을 때의 변형 상태를 FEM 수치 해석에 의하여 구한 사
시도이다.
도 15a는 실시예 1과 비교예 1의 충격 흡수 부재에 충격 하중을 가하였을 때의 충격 흡수 부재로부터의 반력과
변형량(찌그러짐 량)과의 관계를 측정한 그래프이다.
도 15b는 실시예 2와 비교예 1의 충격 흡수 부재에 충격 하중을 가하였을 때의 충격 흡수 부재로부터의 반력과
변형량(찌그러짐 량)과의 관계를 측정한 그래프이다.
도 15c는 실시예 3과 비교예 1의 충격 흡수 부재에 충격 하중을 가하였을 때의 충격 흡수 부재로부터의 반력과
변형량(찌그러짐 량)과의 관계를 측정한 그래프이다.
도 15d는 실시예 4와 비교예 1의 충격 흡수 부재에 충격 하중을 가하였을 때의 충격 흡수 부재로부터의 반력과
변형량(찌그러짐 량)과의 관계를 측정한 그래프이다.
도 16a는 실시예 1과 비교예 1의 충격 흡수 부재에 충격 하중을 가하였을 때의 변형량(찌그러짐 량)과 흡수한
에너지량과의 관계를 측정한 그래프이다.
도 16b는 실시예 2와 비교예 1의 충격 흡수 부재에 충격 하중을 가하였을 때의 변형량(찌그러짐 량)과 흡수한
에너지량과의 관계를 측정한 그래프이다.
도 16c는 실시예 3과 비교예 1의 충격 흡수 부재에 충격 하중을 가하였을 때의 변형량(찌그러짐 량)과 흡수한
에너지량과의 관계를 측정한 그래프이다.
도 16d는 실시예 4와 비교예 1의 충격 흡수 부재에 충격 하중을 가하였을 때의 변형량(찌그러짐 량)과 흡수한
에너지량과의 관계를 측정한 그래프이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
등록특허 10-1779568
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이하, 본 발명을 적용한 충격 흡수 부재에 대하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. [0019]
본 발명에 의한 충격 흡수 부재는 축선과 상기 축선에 대하여 평행하게 뻗은 복수의 직사각형의 벽부와, 상기[0020]
축선에 대하여 수직인 다각형 단면을 가지고, 외부로부터 가하여지는 충격 에너지를 상기 축선 방향으로 좌굴
변형하면서 흡수하는 상기 축선 방향으로 뻗은 중공 주상의 충격 흡수 부재이다. 상기 복수의 벽부 중에서 적어
도 2조의 인접하는 벽부에 의하여 형성되는 적어도 2개의 모서리부로부터 적어도 2개의 플랜지부가 돌출되어 있
고, 이 적어도 2개의 플랜지부는 그 상기 모서리부로부터 돌출하는 방향이 둘레 방향에 있어서 동일한 방향을
향하도록 배치되어 있다.
또한, 이 충격 흡수 부재는 적어도 1개의 벽부에 비드부를 형성할 수 있다. 비드부는 이 충격 흡수 부재의 외표[0021]
면으로부터 오목하게 들어간 딤플 또는 외표면으로부터 돌출한 팽윤부로 할 수 있다. 딤플은 둘레 방향에 있어
서 플랜지부가 돌출하는 방향과는 역방향에 위치하는 모서리부측에 치우치게 배치되고, 팽윤부는 둘레 방향에
있어서 플랜지부가 돌출하는 방향에 위치하는 모서리부측에 치우치게 배치되는 것이 좋다.
이하, 본 발명을 적용한 충격 흡수 부재에 대하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. [0022]
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 정방형의 단면을 가진 직선상의 중공 주상 부재에 대하여, 그 일단측으로부터 축[0023]
선 방향으로 충격 하중을 가하였을 때에, 이 중공 주상 부재에 생기는 각종 변형 모드가 도시되어 있다. 도 1a
내지 도 1d에 도시하는 변형 모드는 이 중공 주상 부재들에 충격 하중을 가하였을 때의 변형 상태를 FEM(Finite
Element Method) 수치 해석(컴퓨터 시뮬레이션)에 의하여 구한 것이다.
도 1a는 국소적인 좌굴에 의하여 절곡된 상태를 나타내고 있다. 한편, 도 1b는 축선 방향으로 불규칙하게 좌굴[0024]
변형한 비컴팩트 모드를 나타내고 있다. 도 1c, 1d는 축선 방향으로 사복상으로 좌굴 변형하는 모드, 즉, 축선
방향에 있어서 산부와 골부를 교호적으로 반복하면서 압궤하는 컴팩트 모드를 나타내고 있다. 특히, 도 1c는 컴
팩트 모드 중 요철 혼합 모드를 나타내고 있다. 이 요철 혼합 모드는 도 2a, 2b에 모식적으로 예시하는 중공 주
상 부재의 임의의 횡단면에 있어서, 사복상의 골부(오목부)와 산부(볼록부)가 혼재되어 나타나는 모드이다. 이
에 대하여, 도 1d는 컴팩트 모드 중에서 요철 독립 모드를 나타내고 있다. 이 요철 독립 모드는 도 3a, 3b에 모
식적으로 나타내는 중공 주상 부재의 임의의 횡단면에 있어서, 사복상의 골부(오목부) 또는 산부(볼록부)만이
나타나는 모드이다. 「요철 독립 모드」 및 「요철 혼합 모드」라는 용어는 「확장 모드(extension mode)」 및
「비확장 모드(inextension mode)」라고 불리는 경우도 있다.
이 경우, 도 1a에 도시하는 변형 모드로부터 도 1d에 도시하는 변형 모드를 향하여 감에 따라서, 부재 전체에[0025]
대한 변형 부분의 비율이 커진다. 따라서, 부재의 변형량(찌그러짐 량)에 대한 충격 에너지의 흡수량이 가장 높
은 것은 도 1d에 도시하는 요철 독립 모드이다. 즉, 이 요철 독립 모드는 축선 방향으로 가장 효율 좋게 좌굴
변형을 일으키게 할 수 있기 때문에, 매우 우수한 충격 흡수 성능을 나타내게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명을 적용한 충격 흡수 부재에서는 적어도 2개의 모서리부에 플랜지부가 설치되어[0026]
있고, 이 플랜지부는 모서리부로부터 돌출되는 방향이 둘레 방향에 있어서 동일한 방향을 향하도록 배치되어 있
다. 이에 의하여, 상기 요철 독립 모드를 의도적으로 유발시키는 것이 가능하다.
이 때, 플랜지부가 돌출하는 방향이란, 예를 들면 도 4a에 모식적으로 나타내는 플랜지부(100A)와 같이, 이 플[0027]
랜지부(100A)를 구성하는 한쪽의 벽부(101)와 당해 플랜지부(100A)가 이루는 각 α와, 다른 한쪽의 벽부(102)와
당해 플랜지부(100A)가 이루는 각 β 중에서, 그 열림 각이 작아지는 측의 벽부(본 도면에서는 β＜α에 의하여
다른 한쪽의 벽부(102))가 위치하는 방향을 말하고, 이 방향(향하는 방향)을 충격 흡수 부재의 둘레 방향에 있
어서의 플랜지부(100A)가 돌출하는 방향으로 하고 있다.
또한, 도 4a에서는 이 플랜지부(100A)가 한쪽 벽부(101)를 따라서 연장된 구성(β＜α=180°)으로 되어 있으나,[0028]
플랜지부는 이와 같은 구성에 반드시 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 도 4b에 모식적으로 나타내는 플랜지부
(100B)와 같이, 한쪽 벽부(101) 및 다른 한쪽의 벽부(102)를 각각 다른 각도로 절곡하여 플랜지부(100B)를 구성
(β＜α＜180°) 하는 것도 가능하고, 경우에 따라서는 β＜180°＜α가 되는 플랜지부(도시하지 않음)를 구성
하는 것도 가능하다.
예를 들면, 도 5a에 나타내는 정방형의 단면을 가진 중공 부재로 이루어지는 충격 흡수 부재(1A)는 중심 축선[0029]
(O)과, 이 중심 축선(O)의 주위에 배치된 4개의 벽부(1a, 1b, 1c, 1d)를 가지고 있고, 이 4개의 벽부(1a, 1b,
1c, 1d)의 각각의 사이를 접합함으로써, 4개의 모서리부(1e, 1f, 1g, 1h)로부터 플랜지부(2a, 2b, 2c, 2d)가
형성된다. 각 플랜지부(2a, 2b, 2c, 2d)는 그 모서리부(1e, 1f, 1g, 1h)로부터 돌출하는 방향 X가, 축선(O)을
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중심으로 한 둘레 방향에 있어서 동일한 방향 Y를 향하도록 배치되어 있다.
이 경우, 충격 흡수 부재(1)의 일단측으로부터 축선 방향으로 충격 하중을 가함으로써, 각 모서리부(1e, 1f,[0030]
1g, 1h)의 능선이 축선(O)을 중심으로 한 둘레 방향에 있어서 동일한 방향 Y, 즉, 각 플랜지부(2a, 2b, 2c, 2
d)에 대한 열림 각이 작아지는 측의 벽부(1a, 1b, 1c, 1d)가 위치하는 방향 X로 무너지면서 좌굴하기 시작한다.
이에 의하여, 상기 요철 독립 모드를 의도적으로 유발시킬 수 있다.
또한, 도 5b에 나타내는 정방형의 단면을 가진 충격 흡수 부재(1B)와 같이, 벽부(1a, 1d)로 이루어지는 패널과,[0031]
벽부(1b, 1c)로 이루어지는 패널을 벽부(1a, 1b)의 사이와 벽부(1c, 1d)의 사이에서 접합함으로써, 2개의 모서
리부(1e, 1g)로부터 플랜지부(2)가 돌출되어 형성되었을 경우, 각 플랜지부(2)는 그 모서리부(1e, 1g)로부터 돌
출하는 방향 X가 축선(O)을 중심으로 한 둘레 방향에 있어서 동일한 방향 Y를 향하도록 배치한다.
또한, 이 충격 흡수 부재(1B)에 있어서, 플랜지부(2)가 설치된 모서리부(1e, 1g)와는 다른 모서리부(1f, 1h)를[0032]
사이에 두고 인접하는 한쪽의 벽부(1a, 1c)에, 외표면으로부터 오목하게 들어간 딤플(3)을 형성하였을 경우, 각
딤플(3)은 당해 벽부(1a, 1c)의 중앙부에 대하여, 축선(O)을 중심으로 한 둘레 방향에 있어서 플랜지부(2)가 돌
출하는 방향 X와는 역방향에 위치하는 모서리부(1f, 1h)측에 치우쳐서 배치된다.
이 경우, 충격 흡수 부재(1B)의 일단측으로부터 축선 방향으로 충격 하중을 가함으로써, 모서리부(1e, 1g)의 능[0033]
선이 축선(O)을 중심으로 한 둘레 방향에 있어서 동일한 방향 Y, 즉, 각 플랜지부(2)에 대한 열림 각이 작아지
는 측의 벽부(1b, 1d)가 위치하는 방향 X로 무너지면서 좌굴하기 시작한다. 또한, 모서리부(1f, 1h)의 능선이
축선(O)을 중심으로 한 둘레 방향에 있어서 동일한 방향 Y, 즉, 딤플(3)을 형성한 측(X 방향)으로 무너지면서
좌굴하기 시작한다. 이에 의하여, 상기 요철 독립 모드를 의도적으로 유발시킬 수 있다.
또한, 도 5c에 도시하는 정방형의 단면을 가진 충격 흡수 부재(1C)와 같이, 벽부(1a′, 1d′)로 이루어지는 패[0034]
널과, 벽부(1b′, 1c′)로 이루어지는 패널을 벽부(1a′, 1b′)의 사이와 벽부(1c′, 1d′)의 사이에서 접합함
으로써, 2개의 모서리부(1e′, 1g′)로부터 플랜지부(2′)가 돌출하여 형성하였을 경우, 각 플랜지부(2′)는 모
서리부(1e′, 1g′)로부터 돌출하는 방향 X′가 축선(O)을 중심으로 한 둘레 방향에 있어서 동일한 방향 Y′를
향하도록 배치한다.
또한, 이 충격 흡수 부재(1C)에 있어서, 플랜지부(2′)가 설치된 모서리부(1e′, 1g′)와는 다른[0035]
모서리부(1f′, 1h′)를 사이에 두고 인접하는 한쌍의 벽부(1a′, 1c′)에 그 외표면으로부터 돌출된 팽윤부(3
′)를 형성하였을 경우, 각 팽윤부(3′)는 당해 벽부(1a′, 1c′)의 중앙부에 대하여, 축선(O)을 중심으로 한
둘레 방향에 있어서 플랜지부(2′)가 돌출하는 방향 X′에 위치하는 모서리부(1f′, 1h′)측에 치우쳐서 배치한
다.
이 경우, 충격 흡수 부재(1C)의 일단측으로부터 축선 방향으로 충격 하중을 가함으로써, 모서리부(1e′, 1g′)[0036]
의 능선이 축선(O)을 중심으로 한 둘레 방향에 있어서 동일한 방향 Y′, 즉, 각 플랜지부(2′)에 대한 열림 각
이 작아지는 측의 벽부(1a′, 1c′)가 위치하는 방향 X′로 무너지면서 좌굴하기 시작한다. 또한, 모서리부(1f
′, 1h′)의 능선이 축선(O)을 중심으로 한 둘레 방향에 있어서 동일한 방향 Y, 즉, 팽윤부(3′)를 형성한 측과
는 반대측(X′방향)으로 무너지면서 좌굴하기 시작한다. 이에 의하여, 상기 요철 독립 모드를 의도적으로 유발
시킬 수 있다.
본 발명을 적용한 다른 충격 흡수 부재에서는, 전술한 바와 같이 하나의 모서리부에 플랜지부를 형성하는 동시[0037]
에, 적어도 1개의 벽부에 충격 흡수 부재의 외표면으로부터 오목하게 들어간 딤플 또는 외표면으로부터 돌출한
팽윤부를 형성한다. 딤플을 형성하는 경우, 이 딤플은 축선(O)을 중심으로 한 둘레 방향에 있어서 플랜지부가
돌출하는 방향과는 역방향에 위치하는 모서리부측에 치우쳐서 배치한다. 팽윤부를 형성하는 경우, 이 팽윤부는
축선(O)을 중심으로 한 둘레 방향에 있어서 플랜지부가 돌출하는 방향에 위치하는 모서리부측으로 치우쳐서 배
치한다. 이에 의하여, 상기 요철 독립 모드를 의도적으로 유발시키는 것이 가능하다.
예를 들면 도 6a에 도시하는 정방형의 단면을 가진 충격 흡수 부재(1D)와 같이, 벽부(1a, 1d, 1c, 1b)로 이루어[0038]
지는 패널을 벽부(1a, 1b)의 사이에서 접합함으로써, 1개의 모서리부(1e)로부터 플랜지부(2)가 돌출하여 설치되
었을 경우, 이 플랜지부(2)가 설치된 모서리부(1e)와는 다른 모서리부(1f, 1g, 1h)를 사이에 두고, 인접하는 한
쪽의 벽부(1a, 1c, 1d)에, 충격 흡수 부재(1D)의 외표면으로부터 오목하게 들어간 딤플(3)을 형성하고, 또한,
각 딤플(3)을, 당해 벽부(1a, 1c, 1d)의 중앙부에 대하여, 축선(O)을 중심으로 한 둘레 방향에 있어서 플랜지부
(2)가 돌출하는 방향 X와는 역방향에 위치하는 모서리부(1f, 1h, 1g)측에 치우쳐서 배치한다.
이 경우, 충격 흡수 부재(1D)의 일단측으로부터 축선 방향으로 충격 하중을 가함으로써, 모서리부(1e)의 능선이[0039]
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축선(O)을 중심으로 한 둘레 방향에 있어서 동일한 방향 Y, 즉, 각 플랜지부(2)에 대한 열림 각이 작아지는 측
의 벽부(1b)가 위치하는 방향 X를 향하여 무너지면서 좌굴하기 시작한다. 또한, 그 이외의 모서리부(1f, 1g,
1h)의 능선이 축선(O)을 중심으로 한 둘레 방향에 있어서 동일한 방향 Y, 즉, 딤플(3)을 형성한 측(X 방향)으로
무너지면서 좌굴하기 시작한다. 이에 의하여, 상기 요철 독립 모드를 의도적으로 유발시킬 수 있다. ′
또한, 도 6b에 도시하는 정방형의 단면을 가진 충격 흡수 부재(1E)와 같이, 벽부(1a′, 1d′, 1c′, 1b′)로 이[0040]
루어지는 패널을 벽부(1a′, 1b′)의 사이에서 접합함으로써, 1개의 모서리부(1e)로부터 플랜지부(2′)가 돌출
하여 설치되었을 경우, 이 플랜지부(27)가 설치된 모서리부(1e′)와는 다른 모서리부(1f′, 1g′, 1h′)를 사이
에 두고 인접하는 한쪽의 벽부(1a′, 1c′, 1d′)에, 충격 흡수 부재(1E)의 외표면으로부터 돌출한 팽윤부(3
′)를 형성하고, 또한 각 팽윤부(3′)를, 당해 벽부(1a′, 1c′, 1d′)의 중앙부에 대하여, 축선(O)을 중심으로
한 둘레 방향에 있어서 플랜지부(2)가 돌출하는 방향 X′에 위치하는 모서리부(1f′, 1h′, 1g′)측에 치우쳐서
배치한다.
이 경우, 충격 흡수 부재(1E)의 일단측으로부터 축선 방향으로 충격 하중을 가함으로써, 모서리부(1e′)의 능선[0041]
이 축선(O)을 중심으로 한 둘레 방향에 있어서 동일한 방향 Y′, 즉, 각 플랜지부(2′)에 대한 열림 각이 작아
지는 측의 벽부(1a′)가 위치하는 방향 X로 무너지면서 좌굴하기 시작한다. 또한, 그 이외의 모서리부(1f′, 1g
′, 1h′)의 능선이 축선(O)을 중심으로 한 둘레 방향에 있어서 동일한 방향 Y′, 즉, 팽윤부(3′)를 형성한 측
과는 반대측(X′ 방향)으로 무너지면서 좌굴하기 시작한다. 이에 의하여, 상기 요철 독립 모드를 의도적으로 유
발시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 플랜지부 및 비드부는 상기 요철 독립 모드를 의도적으로 유발시키는 좌굴 유발부로서[0042]
충격 흡수 부재가 축선 방향으로 좌굴 변형할 때에, 각 모서리부의 능선이 축선(O)을 중심으로 한 둘레 방향에
있어서 동일한 방향으로 무너지면서 좌굴하기 시작하도록, 그 방향을 결정하는 기능을 가진다. 또한, 본 발명의
비드부는 상기 종래의 비드부와 같이 좌굴 변형의 단서를 제공하는 기능과 달리, 직접적으로 좌굴 변형의 단서
는 되지 않고, 오히려 모서리부의 능선이 무너진 후(좌굴 후)에, 요철 독립 모드로 신속하게 이행시키는 기능을
가진다.
따라서, 본 발명을 적용한 충격 흡수 부재에서는 상기 요철 독립 모드를 의도적으로 유발시킴으로써, 축선 방향[0043]
으로 효율 좋게 좌굴 변형을 일으키게 할 수 있고, 그 결과, 외부로부터 가하여지는 충격 에너지의 흡수량을 높
이고, 우수한 충격 흡수 성능을 발휘하는 것이 가능하게 된다.
또한, 자동차 등의 차체에 있어서, 이와 같은 충격 흡수 부재를 채용하였을 경우에는 차체의 경량화와 고강성화[0044]
를 양립시키면서, 연비 및 운동 성능의 향상을 도모하면서, 충돌 안전성이 우수한 차체 구조로 하는 것이 가능
하다.
본 실시 형태에서는, 도 5a 내지 도 5c 및 도 6a, 6b에 도시하는 충격 흡수 부재(1A 내지 1E)를 예시하였지만,[0045]
본 발명을 적용한 충격 흡수 부재에 대하여는 이와 같은 형태에 한정하지 않고, 여러 가지 형태를 취하는 것이
가능하다. 즉, 본 발명은 다각형상의 단면을 가지고, 외부로부터 가하여지는 충격 에너지를 축선 방향으로 좌굴
변형(축 압궤)하면서 흡수하는 중공 주상의 충격 흡수 부재에 대하여 폭넓게 적용하는 것이 가능하다.
구체적으로, 충격 흡수 부재로서는, 예를 들면 강판을 프레스 성형한 것을 용접 등으로 접합함으로써 플랜지부[0046]
가 형성된 중공 주상의 박육 구조체(중공 주상 부재)로 이루어지는 것을 들 수 있다. 비드부는 이 중공 주상 부
재를 접합하기 전후에 프레스 가공 등에 의하여 설치할 수 있다.
또한, 충격 흡수 부재의 재질에 대하여는, 전술한 강판으로 이루어지는 것에 한정하지 않고, 예를 들면, 철, 알[0047]
루미늄, 구리, 또는 그러한 합금 등의 금속 재료나, FRP 등의 수지 재료 등, 외부로부터 가하여지는 충격 에너
지를 축선 방향으로 좌굴 변형(축 압궤) 하면서 흡수 가능한 것이면 좋다. 또한, 용접 등에 의하여 접합한 것에
한정하지 않고, 압출 성형 등에 의하여 중공 주상으로 성형한 것이어도 좋다. 이 경우, 비드부는 성형 후에 프
레스 가공 등에 의하여 설치할 수 있다.
또한, 충격 흡수 부재는 경량화와 고강성화를 양립시키기 위하여, 예를 들면 사각형이나 육각형 등 사각형 내지[0048]
팔각형의 단면을 가지는 것이 좋다. 이 경우, 예를 들면 도 7a 내지 도 7c에 나타내는 육각 형상의 단면을 가지
는 충격 흡수 부재에 대하여도, 플랜지부(2)의 돌출하는 방향이 축선(O)을 중심으로 한 둘레 방향에 있어서 동
일한 방향을 향하도록 당해 플랜지부(2)를 배치함으로써, 상기 요철 독립 모드를 의도적으로 유발시키는 것이
가능하다.
또한, 도 8a, 8b에 도시하는 바와 같이, 딤플(3)은 충격 흡수 부재의 좌굴의 개시단측으로부터 축선 방향으로[0049]
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배열하여 배치할 수 있다. 이 경우, 딤플(3)은 벽부의 한 변의 길이 피치로 배치하는 것이 좋다. 또한, 가장 개
시단측에 위치하는 딤플(3)은 이 개시단으로부터 벽부의 한 변의 길이의 1/2 이상 떨어진 위치에 배치하는 것이
좋다. 이에 의하여, 사복상의 좌굴 변형을 안정적으로 생기게 할 수 있다.
또한, 비드부의 형상에 대하여는, 상기 본 발명의 비드부의 기능을 발휘하는 것이면, 전술한 구면(球面)의 일부[0050]
를 가진 형상의 딤플이나 팽윤부에 한정되지 않고, 예를 들면 V자 형상이나 U자 형상 등의 단면 형상을 가지고
있어도 좋다. 도 8a, 8b에 도시하는 딤플(3)은 충격 흡수 부재(1)의 축선 방향과 직교하는 방향(횡단면 방향)으
로 뻗은 홈 형태의 오목부로 이루어진다. 이 경우, 상기 본 발명의 비드부로서의 기능을 더욱 높일 수 있다. 홈
형태의 딤플(3)의 충격 흡수 부재(1)의 축선(O)에 수직인 방향의 길이(L1)는, 좋기로는 1/10W≤L1≤3/4W (W：벽
부의 폭이며 충격 흡수 부재(1)의 능선 사이의 거리)로 한다. 홈 형태의 딤플(3)의 충격 흡수 부재(1)의 축선
(O)의 방향의 길이(L2)는 좋기로는 1/20L1≤L2≤L1로 한다. 또한, 딤플(3)과 능선과의 사이의 거리(L3)는 좋기로
는 T≤L3≤1/5T (T：판 두께)로 한다.
본 발명에 의하면, 충격 흡수 부재의 적어도 1개의 벽부에 있어서 한쪽 모서리부에 치우쳐서 비드부를 배치함으[0051]
로써, 상기 요철 독립 모드를 의도적으로 유발시키는 것이 가능하다. 즉, 본 발명에서는 적어도 1개의 벽부에
치우쳐서 형성된 비드부를 기점으로 하고, 이 비드부가 치우친 측에 있는 모서리부의 능선이 무너지는 방향이
정해지기 때문에, 그 밖의 모서리부의 능선에 대하여도, 그 기점이 된 모서리부의 능선과 동일한 방향으로 무너
지는 것을 유발할 수 있다.
그러나, 이와 같은 모서리부의 동일한 방향으로의 무너짐을 안정화시키려면 2개의 벽부에 비드부를 모서리부측[0052]
에 치우쳐서 배치하는 것이 더 좋고, 또한, 모든 벽부에 비드부를 모서리부측에 치우쳐서 배치하는 것이 가장
좋다. 즉, 비드부를 부여한 부분은 좌굴 변형 후에 충격 흡수 부재의 단면 내에서 사복상의 골부(오목부)가 된
다. 이 때문에, 모든 벽부에 비드부를 배치한 경우에는, 그 횡단면에 있어서 비드부가 부여되어 있지 않은 모서
리부가 좌굴 변형 후에 사복상의 산부(볼록부)가 되는 것을 미리 방지하는 것이 가능하다. 또한, 복수의 벽부에
비드부를 모서리부측에 치우쳐서 배치하는 경우에는, 다각형상의 단면의 대각을 이루는 벽부로부터 순서대로 배
치해 나가는 것이, 비드부의 배치의 밸런스를 생각해서 좋다.
또한, 본 발명에 있어서, 비드부를 모서리부측에 치우쳐서 배치한다는 것은 비드부가 벽부의 중앙부에 걸리지[0053]
않을(중앙부를 변형시키지 않을) 정도로 모서리부측으로 어긋나게 하여 배치하는 것을 말한다. 또한, 비드부는
둘레 방향에 있어서 동일한 방향에 위치하는 모서리부의 근방에 배치하는 것이 좋다. 이 때, 모서리부의 근방이
란, 모서리부의 능선에 걸리지 않을(모서리부를 변형시키지 않을) 정도로 모서리부에 접근시킨 위치를 말하고,
비드부의 중심을 벽부의 폭에 대하여 1/4 이하 정도 모서리부 측에 접근한 위치를 말한다. 본 발명에서는 비드
부를 모서리부의 근방에 배치함으로써, 상기 모서리부의 능선이 무너지는 것을 안정적으로 실시하게 할 수
있다.
한편, 모서리부에 비드부가 형성되면, 좌굴은 안정되지만, 모서리부가 지탱하는 하중이 저하되기 때문에, 그 결[0054]
과로서 좌굴 변형에 의한 에너지 흡수량이 저하하게 된다. 다만, 플랜지부가 있는 모서리부는 이 모서리부를 사
이에 두고 인접하는 벽부의 접합 부분이기 때문에, 변형 저항이 높고, 하중의 저하가 적다. 따라서, 좌굴 안정
성을 추구하는 경우에는 플랜지부나, 이 플랜지부가 설치된 모서리부에 비드부를 형성하는 것도 가능하고,
또한, 플랜지부와 벽부와의 사이에 비드부를 가늘고 길게 형성하여도 좋다.
또한, 본 발명에서는 비드부를 치우치는 방향을 충격 흡수 부재에 가하는 비틀림 방향의 하중의 방향과 일치시[0055]
킴으로써, 이 비틀림 하중에 대하여도 유효하게 충격 흡수 성능을 발휘시킬 수 있다.
실시예[0056]
이하, 실시예에 의하여 본 발명의 효과를 더 분명하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것[0057]
이 아니며, 그 요지를 변경하지 않는 범위에서 적절하게 변경하여 실시할 수 있다.
본 실시예에서는, 먼저 실시예 1 내지 4 및 비교예 1의 충격 흡수 부재에 대하여, 그 일단측으로부터 축선 방향[0058]
으로 충격 하중을 가하였을 때의 변형 상태를 FEM 수치 해석(컴퓨터 시뮬레이션)에 의하여 구하였다. 또한, 이
FEM 수치 해석에 의한 해석 조건은 판 두께 1.4 mm, 한 변이 50 mm, 길이가 300 mm인 사각형의 단면을 가진 직
선상의 중공 주상 부재를 모델로 하였다. 이 모델의 재료 정수는 아래 표 1과 같다.
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표 1
[0059]
또한, 이 중공 주상 부재의 일단(상단) 측에 1000 ㎏의 강체 벽을 4.44m/s로 낙하시켰을 때의 변형 상태를 구하[0060]
였다. 또한, 이 FEM 수치 해석에서 사용하는 구성 방정식은 아래에 나타내는 Swift＋Cowper-Symonds의 식이다.
또한, 해석 시간은 50 ms로 하였다.
수학식 1
[0061]
(비교예 1) [0062]
비교예 1은 도 9a에 도시하는 바와 같이, 이른바 모자(hat) 형태의 중공 주상 부재이며, 2개의 플랜지부가 둘레[0063]
방향에 있어서 다른 방향을 향하도록 배치된 경우이다. 또한, 이 모자 형태의 중공 주상 부재의 치수는, 도 9a
에 도시하는 바와 같다. 이 경우, 도 10에 도시하는 바와 같이, 좌굴 변형의 초기 단계로부터 요철 혼합 모드에
서 좌굴 변형이 진행되는 것을 알 수 있다.
(실시예 1) [0064]
실시예 1은, 도 9b에 도시하는 바와 같이, 상기 중공 주상 부재의 대각을 이루는 2개의 모서리부에 플랜지부(돌[0065]
출량 20 mm)가 형성되고, 이 2개의 플랜지부가 둘레 방향에 있어서 동일한 방향을 향하도록 배치한 경우이다.
이 경우, 도 11에 도시하는 바와 같이, 좌굴 변형의 초기 단계에서부터 요철 독립 모드로 좌굴 변형이 진행되는
것을 알 수 있다.
(실시예 2) [0066]
실시예 2는, 도 9c에 도시하는 바와 같이, 상기 실시예 1의 구성에, 추가로 플랜지부가 형성된 모서리부와는 다[0067]
른 2개의 모서리부를 사이에 두고 인접하는 벽부의 한쪽에, 충격 흡수 부재의 외표면으로부터 오목하게 들어간
딤플을 형성하고, 또한 이 딤플을, 당해 벽부의 중앙부에 대하여, 둘레 방향에 있어서 플랜지부가 돌출하는 방
향과는 역방향에 위치하는 모서리부측에 치우쳐서 배치한 경우이다. 이 경우, 도 12에 도시하는 바와 같이, 좌
굴 변형의 초기 단계로부터 요철 독립 모드로 좌굴 변형이 진행되는 것을 알 수 있다.
(실시예 3) [0068]
실시예 3은, 도 9d에 도시하는 바와 같이, 상기 실시예 2의 구성에, 추가로 플랜지부가 형성된 2개의 모서리부[0069]
를 사이에 두고 인접하는 벽부의 한쪽에, 충격 흡수 부재의 외표면으로부터 오목하게 들어간 딤플을 형성하고,
또한 이 딤플을 당해 벽부의 중앙부에 대하여, 둘레 방향에 있어서 플랜지부가 돌출하는 방향과는 역방향에 위
치하는 모서리부측에 치우쳐서 배치한 경우이다. 이 경우, 도 13에 도시하는 바와 같이, 좌굴 변형의 초기 단계
로부터 요철 독립 모드로 좌굴 변형이 진행되는 것을 알 수 있다.
(실시예 4) [0070]
실시예 4는 도 9e에 도시하는 바와 같이, 실시예 2의 충격 흡수 부재에 있어서, 추가로 플랜지부에 딤플을 형성[0071]
한 예이다. 이 경우, 도 14에 도시하는 바와 같이, 좌굴 변형의 초기 단계로부터 요철 독립 모드로 좌굴 변형이
진행되는 것을 알 수 있다.
다음으로, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1의 충격 흡수 부재에 대하여, 그 일단측으로부터 축선 방향으로 충격 하[0072]
중을 가하였을 때에, 충격 흡수 부재로부터의 반력(충격 에너지에 대한 부재의 저항력)과 변형량(찌그러짐 량)
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과의 관계를 측정한 결과를 도 15a 내지 도 15d에 나타낸다. 도 15a 내지 도 15d에 있어서, 도 15a의 그래프는
실시예 1의 경우, 도 15b의 그래프는 실시예 2의 경우, 도 14c의 그래프는 실시예 3의 경우, 도 14d의 그래프는
실시예 4의 경우이며, 각 그래프는 비교예 1과의 비교로 나타내고 있다. 또한, 충격 흡수 부재로부터의 반력과
찌그러짐 량과의 곱이 흡수한 에너지량에 상당하기 때문에, 반력이 높을수록 우수한 충격 흡수 성능을 가지게
된다.
또한, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1의 충격 흡수 부재에 대하여, 그 일단측으로부터 축선 방향으로 충격 하중을[0073]
가하였을 때에, 변형량(찌그러짐 량)과 흡수한 에너지량과의 관계를 측정한 결과를 도 16a 내지 도 16d에 나타
낸다. 도 16a 내지 도 16d에 있어서, 도 16a의 그래프는 실시예 1의 경우, 도 16b의 그래프는 실시예 2의 경우,
도 16c의 그래프는 실시예 3의 경우, 도 15d의 그래프는 실시예 4의 경우이며, 각 그래프는 비교예 1과의 비교
로 나타내고 있다.
도 15a 내지 도 15d 및 도 16a 내지 도 16d에 도시하는 바와 같이, 실시예 1 내지 3의 충격 흡수 부재에서는 요[0074]
철 독립 모드를 유발시킴으로써, 비교예 1의 요철 혼합 모드보다 변형량(찌그러짐 량)에 대한 충격 에너지의 흡
수량의 비율이 높아져 있어서 우수한 충격 흡수 성능을 발휘하고 있는 것을 알 수 있다.
부호의 설명
1A　　 충격 흡수 부재[0075]
1B　　 충격 흡수 부재
1C　　 충격 흡수 부재
1D　　 충격 흡수 부재
1E　　 충격 흡수 부재
1a　　 벽부
1b　　 벽부
1c　　 벽부
1d　　 벽부
1a′　　 벽부
1b′　　 벽부
1c′　　 벽부
1d′　　 벽부
1e　　 모서리부
1f　　 모서리부
1g　　 모서리부
1h　　 모서리부
1e′　 모서리부
1f′　　 모서리부
1g′　　 모서리부
1h′　　 모서리부
2a　　 플랜지부
2b　　 플랜지부
2c　　 플랜지부
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2d　　 플랜지부
2a′　　 플랜지부
2b′　　 플랜지부
2c′　　 플랜지부
2d′　　 플랜지부
3　　 딤플
3′　　 팽윤부
도면
도면1a
도면1b
도면1c
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도면1d
도면2a
도면2b
도면3a
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도면3b
도면4a
도면4b
도면5a
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도면5b
도면5c
도면6a
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도면6b
도면7a
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도면7b
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도면7c
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도면8a
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도면8b
도면9a
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도면9b
도면9c
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도면9d
도면9e
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도면10
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도면11
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도면12
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도면13
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도면14
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도면15a
도면15b
도면15c
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도면15d
도면16a
도면16b
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도면16c
도면16d
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