БАЛКА БАМПЕРА Российский патент 2020 года по МПК B60R19/04 F16F7/12 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к балке бампера, обладающей ударопрочностью.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Балка бампера должна обладать ударопрочностью. Некоторые балки бампера состоят из корытообразного элемента, имеющего поперечное сечение в виде шляпы, и закрывающей пластины, соединенной с корытообразным элементом. Такая балка бампера имеет хорошую ударопоглощающую способность на единицу массы, когда закрывающая пластина расположена снаружи, как определено вдоль направления длины транспортного средства. Балка бампера, закрывающая пластина которой служит в качестве принимающей удар поверхности, известна как балка «в виде перевернутой шляпы». Балка бампера, в которой верхняя пластина корытообразного элемента служит в качестве принимающей удар поверхности, известна как балка «в виде обычной шляпы».

[0003] В качестве примера документ WO 2016/117335 (патентный документ 1) раскрывает балку бампера в виде перевернутой шляпы, включающую расположенный в ней усиливающий элемент. Усиливающий элемент повышает эффективность поглощения энергии удара балки бампера.

ДОКУМЕНТЫ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

[0004] Патентный документ 1: WO 2016/117335

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

[0005] Некоторые испытания на удар в отношении автомобилей, которые планируется провести в Северной Америке в будущем, предусматривают удар о столб середины (центра) переднего бампера автомобиля, где середина (центр) определена вдоль направления ширины транспортного средства (такое испытание известно как «испытание на фронтальный удар о столб»). В таких испытаниях на удар на среднем участке балки бампера, определенном вдоль продольного направления, возникает концентрированная нагрузка. Для прохождения этих испытаний на удар требуется повышение предела текучести балки бампера. Для повышения предела текучести балки бампера может быть увеличена толщина стенок балки бампера, или может быть увеличен размер балки бампера. Однако такие меры делают невозможным снижение веса балки бампера, но в то же время повышают предел текучести для сопротивления удару.

[0006] В связи с этим авторы настоящего изобретения провели исследование для определения геометрии и материала балки бампера, которые одновременно позволят уменьшить вес и повысить предел текучести для сопротивления удару. В частности, они сфокусировались на конструкции в виде перевернутой шляпы, которая обеспечивает высокую эффективность на единицу массы, и материале, обладающем высокой прочностью на растяжение.

[0007] Авторы настоящего изобретения обнаружили, что при использовании материала, обладающего высокой прочностью на растяжение, может быть изготовлена балка бампера, имеющая конструкцию в виде перевернутой шляпы, которая имеет уменьшенный вес и увеличенный предел текучести. Однако они также обнаружили, что в испытаниях на удар балок бампера такой конструкции верхняя пластина корытообразного элемента, образующая сторону балки, которая противоположна стороне, образованной участком закрывающей пластины, ударяемой ударным элементом, может разрываться вследствие удара.

[0008] В связи с этим в настоящей заявке раскрыта балка бампера, имеющая конструкцию в виде перевернутой шляпы и изготовленная с использованием материала, обладающего высокой прочностью на растяжение, разрыв которой вследствие удара может быть предотвращен.

СРЕДСТВО РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

[0009] Балка бампера в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения включает: закрывающую пластину; и корытообразный элемент, изогнутый вдоль продольного направления таким образом, чтобы выступать в направлении закрывающей пластины. Корытообразный элемент включает: верхнюю пластину; два первых ребра, каждое из которых расположено на соответствующем конце из обоих концов верхней пластины; два фланца, соединенных с закрывающей пластиной; два вторых ребра, расположенных на внутреннем конце соответствующего фланца из фланцев; и две стенки, каждая из которых расположена между соответствующим ребром из первых ребер и соответствующим ребром из вторых ребер. Корытообразный элемент включает участок высокой прочности и участок низкой прочности. Участок высокой прочности включает средний (центральный) в продольном направлении участок каждой из двух стенок и продолжается на длину по меньшей мере 250 мм. Участок высокой прочности имеет прочность на растяжение не менее 1,5 ГПа. Участок низкой прочности обеспечен в корытообразном элементе, изогнутом вдоль продольного направления таким образом, чтобы выступать в направлении закрывающей пластины, расположен снаружи, как определено вдоль продольного направления, участка высокой прочности, продолжается на длину не меньше, чем высота стенок, и продолжается от одного из двух вторых ребер через две вторые стенки и верхнюю пластину до другого из двух вторых ребер. Участок низкой прочности имеет прочность на растяжение меньше, чем прочность на растяжение средних (центральных) в продольном направлении участков двух стенок.

ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] Настоящее изобретение обеспечивает балку бампера, имеющую конструкцию в виде перевернутой шляпы и изготовленную с использованием материала, обладающего высокой прочностью на растяжение, разрыв которой вследствие удара может быть предотвращен.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] [Фиг. 1] Фиг. 1 представляет собой вид сбоку балки бампера в соответствии с настоящим вариантом осуществления.

[Фиг. 2] Фиг. 2 представляет собой вид в перспективе балки бампера, показанной на Фиг. 1.

[Фиг. 3] Фиг. 3 представляет собой вид в поперечном сечении балки бампера, показанной на Фиг. 1, взятом вдоль линии A–A.

[Фиг. 4] Фиг. 4 иллюстрирует расположение участков низкой прочности балки бампера.

[Фиг. 5] Фиг. 5 иллюстрирует вариант балки бампера с другим расположением участков низкой прочности.

[Фиг. 6] Фиг. 6 представляет собой график, показывающий распределение изгибающего момента в поперечных сечениях балки бампера.

[Фиг. 7] Фиг. 7 представляет собой вид сбоку примерной конструкции балки бампера, включающей усиливающий элемент.

[Фиг. 8] Фиг. 8 представляет собой вид в поперечном сечении балки бампера, показанной на Фиг. 7, взятом вдоль линии A–A.

[Фиг. 9] Фиг. 9 представляет собой график, показывающий распределение изгибающего момента в поперечных сечениях балки бампера, включающей усиливающий элемент.

[Фиг. 10] Фиг. 10 представляет собой вид в поперечном сечении варианта балки с другим усиливающим элементом.

[Фиг. 11] Фиг. 11 представляет собой вид в поперечном сечении другого варианта балки с другим усиливающим элементом.

[Фиг. 12] Фиг. 12 представляет собой график, показывающий зависимость между ходом и нагрузкой, обнаруженную при разрыве верхней пластины балки бампера в виде перевернутой шляпы вследствие удара.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0012] Авторы настоящего изобретения изучили поведение балки бампера, состоящей из элемента, имеющего поперечное сечение в виде шляпы (далее называемого «корытообразный элемент»), и закрывающей пластины, соединенной с корытообразным элементом, при ударе. Корытообразный элемент включает верхнюю пластину, две стенки, продолжающиеся от обоих концов верхней пластины, и два фланца, продолжающихся от концов двух стенок, противоположных концам, смежным с верхней пластиной, и продолжающихся в стороны друг от друга.

[0013] Авторы настоящего изобретения провели исследование для увеличения максимальной нагрузки, которую может выдерживать балка бампера в виде перевернутой шляпы. Они обнаружили, что использование высокопрочного материала для изготовления балки бампера в виде перевернутой шляпы позволяет увеличить максимальную нагрузку. Однако в испытаниях на удар, проводимых в отношении балок бампера в виде перевернутой шляпы, изготовленных с использованием высокопрочного материала, обладающего прочностью (TS) на растяжение 1,5 ГПа или более, верхняя пластина, которая образует сторону балки, противоположную стороне балки, образованной участком закрывающей пластины, ударяемым ударным элементом, может разрываться. Фиг. 12 представляет собой график, показывающий зависимость между ходом и нагрузкой, обнаруженную при разрыве верхней пластины балки бампера в виде перевернутой шляпы вследствие удара. Как показано на Фиг. 12, при разрыве верхней пластины балки бампера в виде перевернутой шляпы вследствие удара нагрузка становится нулевой. Это значительно снижает предел текучести балки бампера.

[0014] Авторы настоящего изобретения провели расширенное исследование разрывов верхней пластины. При воздействии концентрированной нагрузки на балку бампера в виде перевернутой шляпы, как в испытаниях на фронтальный удар о столб, происходит деформация изгиба, и в результате в верхней пластине возникает напряжение растяжения. В таких случаях напряжение является наибольшим в точке концентрации нагрузки. Как правило, материалы, обладающие высокой прочностью на растяжение, имеют низкую пластичность, и сильное напряжение часто приводит к разрыву. Авторы настоящего изобретения пришли к выводу, что при использовании материала, обладающего очень высокой прочностью и низкой пластичностью, верхняя пластина может разрываться.

[0015] Как в случае балки бампера в виде обычной шляпы, так и в случае балки бампера в виде перевернутой шляпы корытообразный элемент вносит наибольший вклад при сопротивлении нагрузке. Что касается деформации растяжения, в балке бампера в виде обычной шляпы при воздействии удара закрывающая пластина испытывает наибольшую деформацию растяжения, тогда как в балке бампера в виде перевернутой шляпы верхняя пластина корытообразного элемента испытывает наибольшую деформацию растяжения. Разрыв вследствие деформации растяжения может быть предотвращен за счет увеличения пластичности, т.е. снижения прочности, закрывающей пластины балки бампера в виде обычной шляпы или корытообразного элемента балки бампера в виде перевернутой шляпы. В случае балки в виде обычной шляпы вклад закрывающей пластины при сопротивлении нагрузке относительно невелик; в связи с этим использование материала с низкой прочностью для закрывающей пластины значительно не снижает максимальную нагрузку. То есть в случае балки в виде обычной шляпы прочность закрывающей пластины может быть уменьшена для предотвращения разрыва, обусловленного деформацией растяжения. С другой стороны, в случае балки в виде перевернутой шляпы уменьшение прочности корытообразного элемента, который вносит большой вклад при сопротивлении нагрузке, с целью предотвращения разрыва значительно уменьшает максимальную нагрузку. Таким образом, сложно одновременно обеспечить предотвращение разрыва и увеличение нагрузки. Кроме того, если необходимо уменьшить прочность материала корытообразного элемента, для обеспечения ударопрочности должна быть увеличена толщина пластины. Таким образом, также сложно одновременно обеспечить увеличение нагрузки и снижение веса.

[0016] В связи с этим авторы настоящего изобретения провели исследование для определения конструкции в виде перевернутой шляпы, которая предотвращает разрыв основного материала и при этом обеспечивает прочность среднего участка балки, на котором изгибающий момент в поперечном сечении при воздействии удара является наибольшим. Они определили конструкцию, в которой средний участок, как определено вдоль продольного направления, корытообразного элемента имеет прочность на растяжение не менее 1,5 ГПа, а участок низкой прочности, имеющий более низкую прочность на растяжение, чем средний участок, расположен за пределами диапазона корытообразного элемента 250 мм, включающего средний в продольном направлении участок, и продолжается на длину не меньше, чем высота стенок. Они обнаружили, что такая конструкция предотвращает разрыв основного материала балки в виде перевернутой шляпы и при этом увеличивает максимальную нагрузку за счет высокопрочного материала. На основе этого открытия они получили вариант осуществления, описанный ниже. Следует отметить, что использование балки бампера обычным или перевернутым образом может быть понятно из ее формы, поскольку балка бампера изогнута таким образом, чтобы выступать в направлении наружу, как определено вдоль направления длины транспортного средства. В частности, балка бампера в виде перевернутой шляпы изогнута таким образом, чтобы выступать в направлении закрывающей пластины. В данном контексте выражение «корытообразный элемент, изогнутый вдоль продольного направления таким образом, чтобы выступать в направлении закрывающей пластины» означает корытообразный элемент балки бампера, выполненный таким образом, что закрывающая пластина расположена снаружи относительно транспортного средства.

[0017] (Конфигурация 1)

Балка бампера в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения включает: закрывающую пластину; и корытообразный элемент, изогнутый вдоль продольного направления таким образом, чтобы выступать в направлении закрывающей пластины. Корытообразный элемент включает: верхнюю пластину; два первых ребра, каждое из которых расположено на соответствующем конце из обоих концов верхней пластины; два фланца, соединенных с закрывающей пластиной; два вторых ребра, каждое из которых расположено на внутреннем конце соответствующего фланца из фланцев; и две стенки, каждая из которых расположена между соответствующим ребром из первых ребер и соответствующим ребром из вторых ребер. Корытообразный элемент включает участок высокой прочности и участок низкой прочности. Участок высокой прочности включает средний (центральный) в продольном направлении участок каждой из двух стенок и продолжается на длину по меньшей мере 250 мм. Участок высокой прочности имеет прочность на растяжение не менее 1,5 ГПа. Участок низкой прочности обеспечен в корытообразном элементе, изогнутом вдоль продольного направления таким образом, чтобы выступать в направлении закрывающей пластины, расположен снаружи, как определено вдоль продольного направления, участка высокой прочности, продолжается на длину не меньше, чем высота стенок, и продолжается от одного из двух вторых ребер через две стенки и верхнюю пластину до другого из двух вторых ребер. Участок низкой прочности имеет прочность на растяжение меньше, чем прочность на растяжение средних (центральных) в продольном направлении участков двух стенок.

[0018] Балка бампера поддерживается в двух положениях на концевых участках, соответствующих соединительным участкам (или участкам крепления к кузову транспортного средства) другого элемента, например, краш–бокса или переднего бокового элемента. Деформации балки бампера при воздействии концентрированной нагрузки на средний в продольном направлении участок балки бампера, как в испытании на фронтальный удар о столб, подобна деформации балки в испытании на трехточечный изгиб, при котором толкают средний участок, в то время как оба конца удерживаются. В таких случаях изгибающий момент, воздействующий на все поперечное сечение балки бампера, является наибольшим в точке концентрации нагрузки, т.е. на среднем (центральном) участке, как определено вдоль продольного направления, и уменьшается по мере приближения к концам. При воздействии такой же нагрузки на участок, отличный от среднего в продольном направлении участка, изгибающий момент является наибольшим в точке концентрации нагрузки. Изгибающий момент в этой точке концентрации нагрузки меньше, чем изгибающий момент в точке концентрации нагрузки, обнаруженный при воздействии нагрузки на средний в продольном направлении участок. То есть при воздействии одинаковой нагрузки разрыв балки бампера наиболее вероятен при воздействии нагрузки на средний в продольном направлении участок. Соответственно, сопротивление нагрузке на среднем в продольном направлении участке балки бампера является очень важным.

[0019] Конфигурация 1, которая включает корытообразный элемент, изогнутый вдоль продольного направления таким образом, чтобы выступать в направлении закрывающей пластины, обеспечивает участок высокой прочности, покрывающий диапазон длины 250 мм в середине (центре) корытообразного элемента, как определено вдоль продольного направления, и имеющий прочность на растяжение не менее 1,5 ГПа, и, в дополнение, участок низкой прочности, расположенный снаружи участка высокой прочности, как определено вдоль продольного направления, и продолжающийся на длину не меньше, чем высота стенок, измеренная в этом диапазоне. В этой конфигурации участок балки, на котором изгибающий момент при воздействии нагрузки вследствие удара на средний участок является наибольшим, имеет высокую прочность, что увеличивает максимальную нагрузку. Кроме того, снаружи диапазона длины 250 мм, включающего средний в продольном направлении участок, обеспечен участок низкой прочности, так что при воздействии нагрузки на средний участок, участок низкой прочности деформируется раньше, чем участок высокой прочности. То есть участок низкой прочности, на котором начинается деформация, смещен от среднего в продольном направлении участка балки бампера (т.е. точки концентрации нагрузки), так что участок низкой прочности локально деформируется до деформации участка высокой прочности в точке концентрации нагрузки. Кроме того, участок низкой прочности имеет меньшую прочность на растяжение и, следовательно, более высокую пластичность, чем средний участок. Участок низкой прочности продолжается от одного второго ребра до другого второго ребра через две стенки и верхнюю пластину. Это снижает вероятность возникновения вызванного деформацией разрыва основного материала верхней пластины и двух стенок на участке низкой прочности. Так как участок низкой прочности имеет высокую пластичность, вероятность его разрыва мала даже при возникновении локальной деформации. То есть на участке низкой прочности вместо разрыва происходит удлинение и изгиб. Таким образом, конфигурация 1 обеспечивает балку бампера, которая предотвращает разрыв основного материала при использовании конструкции в виде перевернутой шляпы и высокопрочного материала 1,5 ГПа ≤ TS для обеспечения определенной максимальной нагрузки.

[0020] Высота стенок определена как размер стенок, измеренный в направлении, перпендикулярном закрывающей пластине. То есть высота стенок определена как расстояние между первыми и вторыми ребрами, измеренное в направлении, перпендикулярном закрывающей пластине. Балку бампера иногда также называют усилением бампера.

[0021] (Конфигурация 2)

Исходя из конфигурации 1, прочность (TS) на растяжение участка низкой прочности предпочтительно составляет менее 1,5 ГПа. Если TS < 1,5 ГПа, это дополнительно предотвращает разрыв основного материала и при этом обеспечивает пластичность участка низкой прочности.

[0022] (Конфигурация 3)

Исходя из конфигурации 2, прочность TS на растяжение участка низкой прочности предпочтительно составляет более 590 MПа. Если TS участка низкой прочности > 590 MПа, это обеспечивает сопротивление нагрузке балки бампера даже при воздействии нагрузки на участок низкой прочности.

[0023] (Конфигурация 4)

Исходя из одной из конфигураций 1–3, верхняя пластина может включать два опорных участка, каждый из которых расположен в соответствующем положении из двух отдельных положений, как определено вдоль продольного направления, на верхней пластине, причем к опорным участкам может быть прикреплен элемент для поддержки балки бампера. Предпочтительно граница между участком низкой прочности и участком высокой прочности на стенках находится между положением, расположенным на расстоянии 125 мм, измеренном в продольном направлении, от продольной середины (центра) стенок, с одной стороны, и положением, расположенным на расстоянии 13/36 продольного расстояния между двумя опорными участками от продольной середины (центра) стенок. Это оптимизирует положение участка низкой прочности.

[0024] (Конфигурация 5)

Исходя из одной из конфигураций 1–4, верхняя пластина может включать два опорных участка, каждый из которых расположен в соответствующем положении из двух отдельных положений, как определено вдоль продольного направления, на верхней пластине, причем к опорным участкам может быть прикреплен элемент для поддержки балки бампера. Предпочтительно участки низкой прочности обеспечены по обе стороны от участка высокой прочности и расположены между двумя опорными участками. Поскольку участок низкой прочности обеспечен между опорными участками балки бампера, поддерживаемой другим элементом, деформация участка низкой прочности не оказывает влияния на деформацию другого элемента. Кроме того, поскольку участки низкой прочности обеспечены по обе стороны от участка высокой прочности, локальная деформация происходит в двух положениях, тем самым распределяя напряжение. Это снижает напряжение, создаваемое в верхней пластине, по сравнению с реализациями, в которых с одной стороны участка высокой прочности обеспечен один участок низкой прочности.

[0025] Как определено вдоль продольного направления корытообразного элемента, внешний участок высокой прочности может быть обеспечен снаружи участка низкой прочности в направлении конца корытообразного элемента. Прочность на растяжение внешнего участка высокой прочности может составлять не менее 1,5 ГПа. В таких реализациях граница между внешним участком высокой прочности и участком низкой прочности предпочтительно находится между двумя опорными участками. То есть участок низкой прочности предпочтительно расположен между двумя опорными участками. Это предотвращает влияние деформации участка низкой прочности на деформацию другого элемента.

[0026] Альтернативно, как определено вдоль продольного направления корытообразного элемента, участок низкой прочности может продолжаться от конца участка высокой прочности до конца корытообразного элемента. Например, в случае участка высокой прочности, расположенного в середине, как определено вдоль продольного направления, участки корытообразного элемента, отличные от участка высокой прочности, могут образовывать участки низкой прочности. Эта конфигурация также обеспечивает локальную деформацию участка балки бампера в точке концентрации нагрузки в середине, как определено вдоль продольного направления. Это обеспечивает балку бампера, которая предотвращает разрыв основного материала при использовании конструкции в виде перевернутой шляпы и высокопрочного материала TS ≥ 1,5 ГПа для обеспечения определенной максимальной нагрузки. Кроме того, это уменьшает долю участков с высокой прочности в корытообразном элементе по сравнению с реализациями, в которых внешний участок высокой прочности обеспечен снаружи участка низкой прочности, как определено вдоль продольного направления. Это позволяет, например, снизить затраты.

[0027] Разница между прочностью на растяжение участка низкой прочности и меньшей из прочностей на растяжение двух стенок, измеренных на продольной середине, может увеличиваться по мере удаления от продольной середины двух стенок. Кроме того, прочность на растяжение участка низкой прочности может изменяться в зависимости от расстояния между участком низкой прочности, с одной стороны, и продольной серединой двух стенок, с другой стороны. Например, участок низкой прочности может быть разделен на несколько секций вдоль продольного направления, причем секции, расположенные дальше от продольной середины стенок, имеют меньшие прочности на растяжение, чем секции, расположенные ближе к середине.

[0028] (Конфигурация 6)

Исходя из одной из конфигураций 1–5, верхняя пластина может включать два опорных участка, каждый из которых расположен в соответствующем положении из двух отдельных положений, как определено вдоль продольного направления, на верхней пластине, причем к опорным участкам может быть прикреплен элемент для поддержки балки бампера. Если расстояние между серединой (центром) стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 125 мм и меньше или равно 1/4 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности предпочтительно составляет не более чем 0,4 от меньшей из прочностей на растяжение средних (центральных) в продольном направлении участков двух стенок. Если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 1/4 продольного расстояния между двумя опорными участками и меньше или равно 13/36 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности предпочтительно составляет не более чем 0,35 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок. Если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 13/36 продольного расстояния между двумя опорными участками и меньше или равно 1/2 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности предпочтительно составляет не более чем 0,2 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок.

[0029] Конфигурация 6 оптимизирует прочность участка низкой прочности, так что участок низкой прочности может легко локально деформироваться непосредственно до локальной деформации участка высокой прочности. Это обеспечивает предел текучести по существу равный пределу текучести, обнаруженному при локальной деформации участка высокой прочности. В конфигурации 6 эти эффекты более очевидны при наличии небольшого числа факторов, влияющих на изгибающий момент в поперечном сечении, кроме разницы между прочностями на растяжение участков высокой и низкой прочности. Например, эти эффекты могут быть более очевидны, если толщина участка высокой прочности равна толщине стенок участка низкой прочности. Альтернативно, эти эффекты могут быть более очевидны при отсутствии усиливающего элемента на участках высокой и низкой прочности.

[0030] (Конфигурация 7)

Исходя из конфигурации 6, если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 125 мм и меньше или равно 1/4 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности предпочтительно составляет не менее чем 0,33 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок. Если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 1/4 продольного расстояния между двумя опорными участками и меньше или равно 13/36 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности предпочтительно составляет не менее чем 0,2 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок. Если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 13/36 продольного расстояния между двумя опорными участками и меньше или равно 1/2 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности предпочтительно составляет не менее чем 0,1 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок.

[0031] Конфигурация 7 оптимизирует прочность участка низкой прочности, так что участок низкой прочности может легко локально деформироваться непосредственно до локальной деформации участка высокой прочности. Это обеспечивает предел текучести по существу равный пределу текучести, обнаруженному при локальной деформации участка высокой прочности.

[0032] (Конфигурация 8)

Исходя из одной из конфигураций 1–5, предпочтительно, чтобы балка бампера дополнительно включала усиливающий элемент, прикрепленный к по меньшей мере части области стенок, включающей участок высокой прочности, и области закрывающей пластины, перекрывающейся с участком высокой прочности в продольном направлении. Это уменьшает общую толщину балки для снижения веса при сохранении ударопрочности. Кроме того, уменьшается разница ΔTS между прочностью TS на растяжение участка низкой прочности и прочностью TS на растяжение средних участков стенок, как определено вдоль продольного направления.

[0033] (Конфигурация 9)

Исходя из конфигурации 8, усиливающий элемент может быть обеспечен в контакте с двумя стенками и расположен между двумя стенками и ближе к закрывающей пластине, чем средний участок стенок, как определено вдоль направления высоты. Например, усиливающий элемент может быть образован усиливающей пластиной, расположенной внутри корытообразного элемента и параллельной закрывающей пластине. Альтернативно, усиливающий элемент может быть образован смолой (пеноматериалом), заполняющей пространство внутри корытообразного элемента.

[0034] (Конфигурация 10)

Исходя из конфигурации 8 или 9, если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 125 мм и меньше или равно 1/4 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности предпочтительно составляет не более чем 0,68 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок. Если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 1/4 продольного расстояния между двумя опорными участками и меньше или равно 13/36 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности предпочтительно составляет не более чем 0,54 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок. Если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 13/36 продольного расстояния между двумя опорными участками и меньше или равно 1/2 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности предпочтительно составляет не более чем 0,2 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок.

[0035] Конфигурация 10 оптимизирует прочность участка низкой прочности балки, включающей усиливающий элемент, так что участок низкой прочности может легко локально деформироваться непосредственно до локальной деформации участка высокой прочности. Это обеспечивает предел текучести по существу равный пределу текучести, обнаруженному при локальной деформации участка высокой прочности.

[0036] (Конфигурация 11)

Если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 125 мм и меньше или равно 1/4 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности предпочтительно составляет не менее чем 0,6 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок. Если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 1/4 продольного расстояния между двумя опорными участками и меньше или равно 13/36 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности предпочтительно составляет не менее чем 0,45 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок. Если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 13/36 продольного расстояния между двумя опорными участками и меньше или равно 1/2 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности предпочтительно составляет не менее чем 0,1 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок.

[0037] Конфигурация 11 дополнительно оптимизирует прочность участка низкой прочности балки, включающей усиливающий элемент, так что участок низкой прочности может легко локально деформироваться непосредственно до локальной деформации участка высокой прочности. Это обеспечивает предел текучести по существу равный пределу текучести, обнаруженному при локальной деформации участка высокой прочности.

[0038] (Конфигурация 12)

Исходя из одной из конфигураций 1–5, 8 и 9, в части участка низкой прочности верхней пластины или двух стенок может быть обеспечено сквозное отверстие. Сквозное отверстие регулирует разницу между прочностями на растяжение участков высокой и низкой прочности.

[0039] (Конфигурация 13)

Исходя из одной из конфигураций 1–5, 8, 9 и 12, для каждой из двух стенок высота стенки, измеренная на по меньшей мере части участка низкой прочности, может быть меньше, чем высота стенки, измеренная на продольной середине. Уменьшение высоты стенки, измеренной на участке низкой прочности, регулирует разницу между прочностями на растяжение участков высокой и низкой прочности.

[0040] (Конфигурация 14)

Исходя из одной из конфигураций 1–5, 8, 9, 12 и 13, для каждой из двух стенок толщина стенки, измеренная на по меньшей мере части участка низкой прочности, может быть меньше, чем толщина стенки, измеренная на продольной середине. Уменьшение толщины стенки участка низкой прочности регулирует разницу между прочностями на растяжение участков высокой и низкой прочности.

[0041] [Вариант осуществления]

Фиг. 1 представляет собой вид сбоку балки 100 бампера в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Фиг. 2 представляет собой вид в перспективе балки 100 бампера, показанной на Фиг. 1. Фиг. 3 представляет собой вид в поперечном сечении балки 100 бампера, показанной на Фиг. 1, взятом вдоль линии A–A. Как показано на Фиг. 1, 2 и 3, балка 100 бампера включает корытообразный элемент 1 и закрывающую пластину 2, соединенную с корытообразным элементом 1. Балка 100 бампера имеет замкнутое поперечное сечение, образованное корытообразным элементом 1 и закрывающей пластиной 2.

[0042] Как показано на Фиг. 1 и 2, балка 100 бампера изогнута вдоль продольного направления таким образом, чтобы выступать в направлении от корытообразного элемента 1 к закрывающей пластине 2. Таким образом, корытообразный элемент 1 изогнут вдоль продольного направления таким образом, чтобы выступать в направлении закрывающей пластины 2. Таким образом, балка бампера, имеющая форму, изогнутую таким образом, чтобы выступать в направлении закрывающей пластины 2, представляет собой балку бампера в виде перевернутой шляпы, причем закрывающая пластина 2 служит в качестве принимающей нагрузку поверхности. Когда балка 100 бампера установлена на транспортном средстве, закрывающая пластина 2 расположена снаружи, как определено вдоль направления длины транспортного средства. Направление длины транспортного средства определено как продольное направление транспортного средства, тогда как направлении ширины транспортного средства определено как поперечное направление транспортного средства.

[0043] Как показано на Фиг. 3, корытообразный элемент 1 балки 100 бампера включает верхнюю пластину 1a, две стенки 1b, продолжающиеся от обоих концов верхней пластины, и два фланца 1c, продолжающихся от двух стенок 1b. Две стенки 1b продолжаются так, что они обращены друг к другу. Два фланца 1c продолжаются в стороны друг от друга от концов двух стенок 1b, противоположных концам, смежным с верхней пластиной 1a.

[0044] Между верхней пластиной 1a и каждой из двух стенок 1b находится первое ребро 1ab. Первое ребро 1ab расположено на каждом из концов верхней пластины 1a. Кроме того, между каждой из двух стенок 1b и соответствующим фланцем 1c находится второе ребро 1bc. Вторые ребра 1bc расположены на концах двух фланцев 1c, которые обращены друг к другу, т.е. на внутренних концах. Каждая стенка 1b расположена между первым ребром 1ab и вторым ребром 1bc. То есть один конец стенки 1b расположен смежно с первым ребром 1ab, тогда как другой конец стенки 1b расположен смежно со вторым ребром 1bc.

[0045] Первые и вторые ребра 1ab и 1bc продолжаются в продольном направлении корытообразного элемента 1. В реализации, показанной на Фиг. 1, первые и вторые ребра 1ab и 1bc изогнуты таким образом, чтобы выступать в направлении от корытообразного элемента 1 к закрывающей пластине 2. Корытообразный элемент 1 имеет участки, на которых первые и вторые ребра 1ab и 1bc параллельны, и участки, на которых первые и вторые ребра 1ab и 1bc не параллельны.

[0046] Продольное направление балки 100 бампера определено как направление, в котором балка бампера имеет наибольший размер. В реализации, показанной на Фиг. 1, направление y представляет собой продольное направление. Когда балка 100 бампера установлена на транспортное средство, направление ширины транспортного средства представляет собой продольное направление балки 100 бампера. Кроме того, продольное направление балки 100 бампера, продольное направление корытообразного элемента 1 и продольное направление стенок 1b совпадают.

[0047] Вдоль границы между каждой из двух стенок 1b и верхней пластиной 1a обеспечен изогнутый участок (или скругленный участок) 5. То есть концевой участок стенки 1b, включающий один конец стенки, имеет скругленную и изогнутую форму. В связи с этим поверхность соответствующего плеча корытообразного элемента, расположенного вдоль границы между стенкой 1b и верхней пластиной 1a, является изогнутой. Высоту H стенки 1b, измеренную в направлении, перпендикулярном закрывающей пластине 2, определяют при предположении, что изогнутый (или скругленный) участок 5 является частью стенки 1b. То есть граница изогнутого (или скругленного) участка 5, расположенная смежно с верхней пластиной 1a (или концом скругленного участка 5b), образует один конец стенки 1b. Соответствующее первое ребро 1ab расположено смежно с одним концом стенки 1b, т.е. с границей скругленного участка 5b.

[0048] Вдоль границы между каждой из двух стенок 1b и соответствующим из двух фланцев 1c обеспечен изогнутый участок (или скругленный участок) 6. То есть концевой участок стенки 1b, включающий другой конец стенки, имеет скругленную и изогнутую форму. В связи с этим поверхность соответствующего плеча корытообразного элемента 1, расположенного вдоль границы между стенкой 1b и фланцем 1c, является изогнутой. Высоту H стенки 1b, измеренную в направлении, перпендикулярном закрывающей пластине 2, определяют при предположении, что изогнутый (или скругленный) участок 6 является частью стенки 1b. То есть граница изогнутого (или скругленного) участка 6, расположенная смежно с фланцем 1c (или концом скругленного участка 6b), образует другой конец стенки 1b. Соответствующее второе ребро 1bc расположено смежно с другим концом стенки 1b.

[0049] Как показано на Фиг. 1, корытообразный элемент 1 включает участок 10H высокой прочности на каждой из двух стенок 1b, причем участок высокой прочности включает средний участок корытообразного элемента, как определено вдоль продольного направления, и продолжается на длину по меньшей мере 250 мм. Прочность на растяжение участка высокой прочности составляет не менее 1,5 ГПа.

[0050] Участки 10L низкой прочности обеспечены в областях корытообразного элемента 1, отличных от участка высокой прочности. Участки 10L низкой прочности корытообразного элемента расположены снаружи участка 10H высокой прочности, как определено вдоль продольного направления. Продольный размер LB каждого участка 10L низкой прочности составляет не меньше высоты H стенок 1b (LB ≥ H). Участок 10L низкой прочности продолжается от одного из двух вторых ребер 1bc через одну стенку 1b, верхнюю пластину 1a и другую стенку 1b до другого из двух вторых ребер. Прочность на растяжение участков 10L низкой прочности меньше, чем прочность на растяжение средних участков двух стенок 1b, как определено вдоль продольного направления. То есть прочность на растяжение участков 10L низкой прочности меньше, чем меньшая из прочностей на растяжение средних участков двух стенок 1b, как определено вдоль продольного направления.

[0051] Таким образом, обеспечение участка высокой прочности на продольной середине корытообразного элемента 1 и обеспечение участков низкой прочности в областях, отличных от области длиной 250 мм, включающей средний в продольном направлении участок элемента, означает, что участки 10L низкой прочности, в которых возникает деформация при воздействии нагрузки на средний участок закрывающей пластины 2, определенный вдоль продольного направления, смещены от середины 1m балки бампера, определенной вдоль продольного направления (эта середина также называется «точкой концентрации нагрузки»). Таким образом, участки 10L низкой прочности будут локально деформироваться до деформации участка 10H высокой прочности в точке концентрации нагрузки. Кроме того, участки 10L низкой прочности имеют более низкую прочность на растяжение и, следовательно, более высокую пластичность, чем средний участок. Таким образом, маловероятно, что на участках 10L низкой прочности произойдет разрыв основного материала вследствие деформации. Кроме того, участки, включающие средний в продольном направлении участок, на котором при воздействии нагрузки вследствие удара возникает большой изгибающий момент, образованы участком высокой прочности, имеющим прочность на растяжение не менее 1,5 ГПа, что обеспечивает повышенную максимальную нагрузку, тем самым улучшая ударопрочность.

[0052] Закрывающая пластина 2 расположена снаружи относительно транспортного средства. Корытообразный элемент 1 расположен внутри относительно транспортного средства. Корытообразный элемент 1 расположен ближе к внутренней части транспортного средства, т.е. к салону транспортного средства, чем закрывающая пластина 2. В настоящем варианте осуществления разница в прочности между участками 10L низкой прочности и участком 10H высокой прочности обеспечена на участках балки 100 бампера, расположенных внутри относительно транспортного средства, т.е. на верхней пластине 1a и стенках 1b. С другой стороны, на закрывающей пластине 2 отсутствуют разница в прочности. Прочность закрывающей пластины 2 неизменна. То есть разница в прочности закрывающей пластины 2 незначительна по сравнению с разницей в прочности корытообразного элемента 1. Обеспечение такой разницы в прочности участков балки 100 бампера, расположенных ближе к внутренней части транспортного средства или салону транспортного средства, т.е. верхней пластины 1a и стенок 1b корытообразного элемента 1, будет предотвращать разрыв основного материала. Альтернативно, закрывающая пластина 2 также может иметь различную прочность.

[0053] (Пример расположения участков низкой прочности)

Фиг. 4 иллюстрирует пример расположения участков 10L низкой прочности. В реализации, показанной на Фиг. 4, балка 100 бампера поддерживается двумя отдельными опорными элементами 4, расположенными в продольном направлении. Балка 100 бампера поддерживается опорными элементами 4 на двух отдельных опорных участках 1s, расположенных в продольном направлении. Опорный элемент 4 может представлять собой, например, боковой элемент или краш–бокс. Опорные участки 1s балки 100 бампера могут быть прикреплены к опорным элементам 4, например, с помощью крепежных элементов, например, болтов, или с помощью сварки. Балка 100 бампера устанавливается на транспортное средство за счет двух отдельных, расположенных в продольном направлении опорных участков 1s, поддерживаемых опорными элементами.

[0054] В реализации, показанной на Фиг. 4, граница на стенках 1b между участком 10L низкой прочности и участком 10H высокой прочности, обозначенная ссылочной позицией 10HL, расположена в секции L1, которая продолжается от положения, расположенного на расстоянии 125 мм от продольной середины 1m стенок 1b, измеренном в продольном направлении, до положения, расположенного на расстоянии 1/4 расстояния LS между двумя опорными участками 1s, измеренном в продольном направлении от продольной середины 1m стенок 1b (LS/4). Продольное расстояние LD между секцией L1 и продольной серединой 1m стенок 1b находится в диапазоне от 125 мм до 1/4 расстояния LS между двумя опорными участками 1s (LS/4) (125 мм ≤ LD ≤ LS/4).

[0055] В реализации, показанной на Фиг. 4, внешние участки 10SH высокой прочности, имеющие более высокую прочность на растяжение, чем участки 10L низкой прочности, обеспечены снаружи участков 10L низкой прочности, как определено вдоль продольного направления. Прочность на растяжение внешних участков 10SH высокой прочности может составлять 1,5 ГПа. Граница 10SL на стенках 1b между участком 10L низкой прочности и соответствующим внешним участком 10SH высокой прочности расположена в секции L2, которая продолжается от положения, расположенного на расстоянии 225 мм в продольном направлении от продольной середины 1m стенок 1b, до положения, расположенного на расстоянии 13/36 расстояния LS между двумя опорными участками 1s ((13/36)LS) в продольном направлении от продольной середины 1m стенок 1b. Продольное расстояние LD между секцией L2 и продольной серединой 1m стенок 1b находится в диапазоне от 1/4 до 13/36 расстояния LS между двумя опорными элементами 4 (LS/4 ≤ LD ≤ (13/36)LS). Внешние участки 10SH высокой прочности обеспечены в секции L3, которая продолжается от положения, расположенного на расстоянии 13/36 продольного расстояния LS между двумя опорными участками 1s ((13/36)LS) от продольной середины 1m стенок 1b, до положения, расположенного на расстоянии 1/2 расстояния LS между двумя опорными участками 1s (LS/2). Продольное расстояние LD между секцией L3 и продольной серединой 1m стенок 1b находится в диапазоне от 13/36 до 1/2 расстояния LS между двумя опорными элементами 4 ((13/36)LS ≤ LD ≤ LS/2).

[0056] Граница между участком 10L низкой прочности и участком 10H высокой прочности предпочтительно расположена, например, в секции L1 или секции L2. Это обеспечивает надлежащее расположение участков 10L низкой прочности, позволяющее участкам 10L низкой прочности локально деформироваться до деформации участка 10H высокой прочности при воздействии нагрузки вследствие удара на средний в продольном направлении участок закрывающей пластины 2.

[0057] Кроме того, участки 10L низкой прочности расположены между двумя опорными участками 1s, как определено вдоль продольного направления. Например, участки 10L низкой прочности более предпочтительно расположены между двумя опорными элементами 4, как определено вдоль продольного направления. Еще более предпочтительно участки 10L низкой прочности расположены в секции L1 или L2, как определено вдоль продольного направления. Таким образом, расположение участков 10L низкой прочности таким образом, чтобы они не перекрывались с опорными элементами 4, как определено вдоль продольного направления, снижает степень влияния деформации участков 10L низкой прочности на деформационное поведение опорных элементов 4.

[0058] Продольный размер LB каждого участка 10L низкой прочности может составлять не менее (3/2)H (LB ≥ (3/2)H) и может составлять не менее (5/3)H (LB ≥ (5/3)H). H – средняя высота стенок 1b, измеренная в области участка 10L низкой прочности. Хотя конкретный верхний предел продольного размера LB каждого участка 10L низкой прочности не задан, продольный размер может составлять, например, не более 3H (LB ≤ 3H).

[0059] Фиг. 5 иллюстрирует вариант балки бампера с другим расположением участков 10L низкой прочности. В реализации, показанной на Фиг. 5, как определено вдоль продольного направления корытообразного элемента 1, каждый из участков 10L низкой прочности продолжается от конца участка 10H высокой прочности до соответствующего конца корытообразного элемента 1. Участки корытообразного элемента 1, отличные от участка 10H высокой прочности, образуют участки 10L низкой прочности. В реализации, показанной на Фиг. 5, отношение участков корытообразного элемента, которые имеют высокую прочность на растяжение не менее 1,5 ГПа, ко всему элементу, меньше, чем в реализации участка низкой прочности, показанной на Фиг. 1.

[0060] Фиг. 6 представляет собой график, показывающий пример распределения изгибающего момента в поперечном сечении балки бампера, как определено вдоль продольного направления, при воздействии нагрузки вследствие удара. На графике, показанном на Фиг. 6, вертикальная ось показывает величину изгибающего момента, тогда как горизонтальная ось показывает положение поперечного сечения вдоль продольного направления. Каждая из линий G1, G2 и G3, показанных на Фиг. 6, показывает изгибающие моменты, возникающие в поперечных сечениях при воздействии нагрузки. Изгибающий момент, возникающий в каждом поперечном сечении, увеличивается по порядку линий G1, G2 и G3 по мере увеличения хода деформации при воздействии нагрузки. Каждая из линий G1, G2 и G3 показывает изгибающие моменты, возникающие в различных поперечных сечениях при воздействии нагрузки на закрывающую пластину 2 на продольной середине между двумя опорными участками.

[0061] На графике, показанном на Фиг. 6, пунктирная линия Mb1 показывает изгибающий момент, обнаруженный при прогибе поперечного сечения балки бампера (далее называется «изгибающий момент при прогибе»). То есть поперечное сечение прогибается или сминается, когда изгибающий момент, возникающий в поперечном сечении балки бампера, достигает уровня, обозначенного пунктирной линией Mb1. Пунктирная линия Mb1 показывает пример постоянного изгибающего момента при прогибе вдоль продольного направления балки бампера.

[0062] Изгибающий момент при прогибе в поперечном сечении зависит, например, от прочности материала, из которого выполнено поперечное сечение, толщины или формы пластины или других составляющих элементов балки бампера. В связи с этим обеспечение участков 10L низкой прочности, как показано на Фиг. 1, делает изгибающие моменты при прогибе участков 10L низкой прочности меньше, чем изгибающие моменты при прогибе участка 10H высокой прочности, измеренные на продольной середине стенок 1b.

[0063] Пунктирная линия Mb2 показывает распределение изгибающего момента при прогибе вдоль продольного направления, обнаруженное, когда изгибающие моменты при прогибе (=М3) в области между продольной серединой и одним опорным участком, в которой расстояние от продольной середины больше, чем расстояние LP, меньше изгибающего момента при прогибе (=M1) на продольной середине (M1 > М3). Например, участок 10L низкой прочности может быть обеспечен в области между продольной серединой корытообразного элемента 1 и одним опорным участком, в которой расстояние от продольной середины больше, чем расстояние LP, для обеспечения распределения изгибающего момента при прогибе, обозначенного пунктирной линией Mb2 или Mb3. Пунктирная линия Mb3 показывает распределение изгибающего момента при прогибе вдоль продольного направления, обнаруженное, когда изгибающие моменты при прогибе (=M4) в области, в которой расстояние от продольной середины больше, чем расстояние LP, еще меньше, чем изгибающий момент при прогибе (=M1) в продольной середине (M1 > M4).

[0064] Далее будет рассмотрено деформационное поведение в случае распределения изгибающего момента при прогибе, обозначенного пунктирной линией Mb2. В случае этого распределения изгибающий момент, возникающий в поперечном сечении в положении P1 на расстоянии LP от продольной середины, достигает изгибающего момента при прогибе =М3 (M1 > М3) для этого положения P1 непосредственно до того, как изгибающий момент, создаваемым нагрузкой в поперечном сечении на продольной середине корытообразного элемента 1, достигнет изгибающего момента при прогибе на продольной середине=M1, это состояние обозначено линией G3. Таким образом, поперечное сечение в положении P1 прогибается раньше, чем поперечное сечение на продольной середине корытообразного элемента 1.

[0065] Таким образом, даже при воздействии нагрузки на закрывающую пластину 2 на продольной середине корытообразного элемента 1 локальная деформация происходит в положении P1, которое удалено от продольной середины на расстояние LP. Максимальная нагрузка, обнаруженная во время деформации, вызванной нагрузкой, в случае распределения изгибающего момента при прогибе, обозначенного пунктирной линией Mb2, в общем находится на том же уровне, что и максимальная нагрузка в случае распределения изгибающего момента при прогибе, обозначенного пунктирной линией Mb1.

[0066] В случае распределения изгибающего момента при прогибе, обозначенного пунктирной линией Mb3, изгибающий момент, возникающий в поперечном сечении в положении P1, достигает изгибающего момента при прогибе в этом положении P1=M4 (М3 > M4), когда изгибающий момент, возникающий в поперечном сечении на продольной середине, достигает M2 (M1 > M2), это состояние обозначено линией G2. В это время поперечное сечение в положении P прогибается. Таким образом, в случае распределения изгибающего момента при прогибе, обозначенного пунктирной линией Mb3, максимальная нагрузка во время деформации, вызванной нагрузкой, меньше, чем в случае распределения изгибающего момента при прогибе, обозначенного пунктирной линией Mb2. В связи с этим для увеличения максимальной нагрузки предпочтительно оптимизировать разницу ΔMb между изгибающим моментом при прогибе на продольной середине и изгибающим моментом при прогибе в положении, в котором желательно возникновение локальной деформации.

[0067] Эта разница ΔMb изгибающего момента при прогибе может регулироваться, например, путем установления разницы в прочности на растяжение, разницы в толщине пластины, разницы в высоте H стенок или т.п. между участками 10L низкой прочности и участком 10H высокой прочности. С точки зрения эффективности изготовления предпочтительно регулировать разницу ΔMb в изгибающем моменте при прогибе путем установления разницы в прочности на растяжение между участками 10L низкой прочности и участком 10H высокой прочности.

[0068] Например, разница между прочностью на растяжение участков 10L низкой прочности и прочностью на растяжение участка 10H высокой прочности может увеличиваться по мере увеличения расстояния между продольной серединой стенок 1b и концом участка 10L низкой прочности, который находится ближе к продольной середине. В качестве примеров участки низкой прочности могут иметь прочности, указанные ниже.

[0069] (Примеры прочностей участков низкой прочности)

Примеры прочностей участков низкой прочности будут описаны со ссылкой на Фиг. 4. В реализации, в которой участок низкой прочности расположен в секции L1, то есть продольное расстояние LL между серединой 1m стенок 1b и участком 10L низкой прочности превышает 125 мм и не превышает 1/4 расстояния LS между двумя опорными участками 1s (125 мм < LL ≤ LS/4), предпочтительно, чтобы прочность TS_L на растяжение участков 10L низкой прочности составляла не более чем 0,4 от меньшей из прочностей на растяжение двух стенок 1b, измеренных на продольной середине 1m TS_HC (TS_L ≤ 0,4 × TS_HC). Это позволит секции L1 деформироваться раньше, чем средний в продольном направлении участок 1m.

[0070] В реализации, в которой участок низкой прочности расположен в секции L2, то есть продольное расстояние LL между серединой 1m стенок 1b и участком 10L низкой прочности превышает 1/4 расстояния LS и не превышает 13/36 расстояния LS (LS/4 < LL ≤ (13/36)LS), предпочтительно, чтобы прочность TS_L на растяжение участков 10L низкой прочности составляла не более чем 0,35 от прочности TS_HC на растяжение (TS_L ≤ 0,35 × TS_HC). Это позволит секции L1 деформироваться раньше, чем средний в продольном направлении участок 1m.

[0071] В реализации, в которой участок низкой прочности расположен в секции L3, то есть продольное расстояние LL между серединой 1m стенок 1b и участком 10L низкой прочности превышает 13/36 расстояния LS и не превышает 1/2 расстояния LS ((13/36)LS < LL ≤ LS/2), предпочтительно, чтобы прочность TS_L на растяжение участков 10L низкой прочности составляла не более чем 0,2 от прочности TS_HC на растяжение (TS_L ≤ 0,2 × TS_HC). Это позволит секции L1 деформироваться раньше, чем средний в продольном направлении участок 1m.

[0072] Таким образом, если разница в прочности на растяжение между участком высокой прочности и участками низкой прочности увеличивается по мере удаления от продольной середины, можно установить прочность на растяжение участков низкой прочности в подходящем диапазоне для деформации участков низкой прочности раньше, чем участка высокой прочности при воздействии нагрузки.

[0073] Кроме того, наличие нижнего предела прочности на растяжение участка низкой прочности для каждой секции позволяет уменьшить снижение максимальной нагрузки. Нижний предел прочности на растяжение участков низкой прочности может зависеть от расстояния от продольной середины. Например, нижний предел прочности на растяжение участков низкой прочности может уменьшаться по мере увеличения расстояния от продольной середины. В качестве некоторых примеров участки низкой прочности могут иметь следующие прочности на растяжение.

[0074] Например, исходя из рассмотренных выше реализаций, если участок низкой прочности должен быть обеспечен в секции L1, предпочтительно, чтобы прочность TS_L на растяжение секции L1 составляла не менее чем 0,33 и не более чем 0,4 от прочности TS_HC на растяжение среднего в продольном направлении участка (0,33 × TS_HC ≤ TS_L ≤ 0,4 × TS_HC)). Это позволит секции L1 деформироваться раньше, чем средний в продольном направлении участок 1m, и уменьшить снижение максимальной нагрузки.

[0075] Кроме того, если участок низкой прочности должен быть обеспечен в секции L2, предпочтительно, чтобы прочность TS_L на растяжение секции L2 составляла не менее чем 0,2 и не более чем 0,35 от прочности TS_HC на растяжение среднего в продольном направлении участка (0,2 × TS_HC ≤ TS_L ≤ 0,35 × TS_HC)). Это позволит секции L2 деформироваться раньше, чем средний в продольном направлении участок 1m, и уменьшить снижение максимальной нагрузки.

[0076] Кроме того, если участок низкой прочности должен быть обеспечен в секции L3, предпочтительно, чтобы прочность TS_L на растяжение участка 10L низкой прочности составляла не менее чем 0,1 и не более чем 0,2 от прочности TS_HC на растяжение (0,1 × TS_HC ≤ TS_L ≤ 0,2 × TS_HC)). Это позволит секции L3 деформироваться раньше, чем средний в продольном направлении участок 1m, и уменьшить снижение максимальной нагрузки.

[0077] (Примерные конфигурации, включающие усиливающий элемент)

Фиг. 7 представляет собой вид сбоку примерной конфигурации балки 100 бампера, включающей усиливающий элемент 3. Фиг. 8 представляет собой вид в поперечном сечении балки 100 бампера, показанной на Фиг. 7, взятом вдоль линии A–A. На Фиг. 7 и 8 те же элементы, что и на Фиг. 1 и 3, обозначены теми же ссылочными позициями.

[0078] Балка 100 бампера, показанная на Фиг. 7 и 8, дополнительно включает усиливающий элемент 3, прикрепленный к участку высокой прочности. Как показано на Фиг. 7, усиливающий элемент 3 расположен таким образом, что он перекрывает участок 10H высокой прочности, как определено вдоль продольного направления. Таким образом, усиливающий элемент 3 усиливает участок 10H высокой прочности. В реализации, показанной на Фиг. 7, усиливающий элемент 3 расположен таким образом, что он включен в участок 10H высокой прочности, как определено вдоль продольного направления. Участки усиливающего элемента 3 могут продолжаться снаружи участка 10H высокой прочности, как определено вдоль продольного направления.

[0079] Как показано на Фиг. 8, усиливающий элемент 3 расположен во внутреннем пространстве корытообразного элемента 1. Усиливающий элемент 3 находится в контакте с двумя стенками 1b. Усиливающий элемент 3 расположен между двумя стенками 1b и ближе к закрывающей пластине 2, чем середина стенок 1b, как определено вдоль направления высоты. Усиливающий элемент 3 образован усиливающей пластиной, оба конца которой поддерживаются стенками 1b так, чтобы они были параллельны закрывающей пластине 2. Усиливающий элемент 3 не ограничивается конкретным материалом. Материал усиливающего элемента 3 может представлять собой, например, металл, смолу или керамику.

[0080] Обеспечение усиливающего элемента 3 для усиления участка 10H высокой прочности уменьшает разницу между прочностью на растяжение участка 10H высокой прочности и прочностью на растяжение участков 10L низкой прочности по сравнению с реализацией без усиливающего элемента 3. Это увеличивает свободу выбора прочности на растяжение участков 10L низкой прочности.

[0081] Фиг. 9 представляет собой график, показывающий пример распределения изгибающего момента в балке 100 бампера, включающей усиливающий элемент 3 для усиления участка 10H высокой прочности. На графике, показанном на Фиг. 9, пунктирная линия Mb4 показывает изгибающий момент при прогибе, обнаруженный при возникновении прогиба в поперечном сечении. То есть поперечное сечение прогибается, когда изгибающий момент, возникающий в поперечном сечении, достигает изгибающего момента при прогибе. Пунктирная линия Mb4, показанная на Фиг. 9, показывает распределение изгибающего момента при прогибе вдоль продольного направления, обнаруженное в реализациях, в которых усиливающий элемент 3 расположен в пределах диапазона 120 мм от продольной середины балки бампера, имеющей равномерное распределение прочности вдоль продольного направления. В этой реализации изгибающие моменты при прогибе в области с усиливающим элементом 3 (=M5) превышают изгибающие моменты при прогибе в смежных областях (=M6) на ΔMbd (M5 − M6=ΔMbd).

[0082] Каждая из линий G4 и G5, показанных на Фиг. 9, показывает изгибающие моменты, возникающие в поперечных сечениях при воздействии нагрузки. Изгибающий момент, возникающий в поперечном сечении, увеличивается по порядку линий G4 и G5 по мере увеличения хода деформации при воздействии нагрузки. Каждая из линий G4 и G5 показывает изгибающие моменты, возникающие в разных поперечных сечениях при воздействии нагрузки на закрывающую пластину 2 на продольной середине между двумя опорными участками. Если распределение изгибающего момента вдоль продольного направления представляет собой распределение, обозначенное пунктирной линией Mb4, поперечное сечение на продольной середине прогибается, когда изгибающий момент в поперечном сечении, измеренный на продольной середине, достигает изгибающего момента при прогибе M5, измеренного на продольной середине, это состояние обозначено линией G5.

[0083] Например, при воздействии нагрузки вследствие удара закрывающей пластины 2 на средний участок между двумя опорными участками 1s балки 100 бампера, т.е. средний участок, определенный вдоль продольного направления, поперечное сечение в положении P1, которое находится на расстоянии LP от продольной середины, прогибается раньше, чем средний в продольном направлении участок, только если изгибающий момент при прогибе в положении P1 меньше изгибающего момента при прогибе на продольной середине по меньшей мере на около ΔMb2, как обозначено пунктирной линией Mb5. Эта величина уменьшения ΔMb2 предпочтительно меньше, чем величина уменьшения ΔMb в реализациях без усиливающего элемента 3, например, как показано на Фиг. 6. Это связано с тем, что реализация, проиллюстрированная на Фиг. 9, включает усиливающий элемент 3, прикрепленный таким образом, что изгибающий момент при прогибе в положении P1 меньше изгибающего момента при прогибе на продольной середине на ΔMbd.

[0084] Эта разница ΔMb2 в изгибающем моменте при прогибе может регулироваться, например, путем установления разницы в прочности на растяжение, разницы в толщине пластины, разницы в высоте H стенок или т.п. между участками 10L низкой прочности и участком 10H высокой прочности.

[0085] Для создания разницы ΔMb2 в изгибающем моменте при прогибе, например, каждый участок 10L низкой прочности обеспечен в области между продольной серединой двух опорных участков и опорным участком, в которой расстояние от продольной середины больше, чем расстояние LP. В таких случаях разница между прочностью на растяжение участков 10L низкой прочности и прочностью на растяжение среднего в продольном направлении участка может зависеть от расстояния LP. Например, разница между прочностью на растяжение участков 10L низкой прочности и прочностью на растяжение участка 10H высокой прочности увеличивается по мере увеличения расстояния между продольной серединой стенок 1b и концом каждого участка 10L низкой прочности, который расположен ближе к продольной середине.

[0086] В качестве примера, если участок низкой прочности должен быть обеспечен в секции L1, предпочтительно, чтобы прочность TS_L на растяжение секции L1 составляла не более чем 0,68 от прочности TS_HC на растяжение среднего в продольном направлении участка (TS_L ≤ 0,68 × TS_HC). Это позволит секции L1 деформироваться раньше, чем средний в продольном направлении участок 1m.

[0087] Кроме того, если участок низкой прочности должен быть обеспечен в секции L2, предпочтительно, чтобы прочность TS_L на растяжение секции L2 составляла не более чем 0,54 от прочности TS_HC на растяжение среднего в продольном направлении участка (TS_L ≤ 0,54 × TS_HC). Это позволит секции L2 деформироваться раньше, чем средний в продольном направлении участок 1m.

[0088] Кроме того, если участок низкой прочности должен быть обеспечен в секции L3, предпочтительно, чтобы прочность TS_L на растяжение участка 10L низкой прочности составляла не более чем 0,2 от прочности TS_HC на растяжение (TS_L ≤ 0,2 × TS_HC). Это позволит секции L3 деформироваться раньше, чем средний в продольном направлении участок 1m.

[0089] В рассмотренных выше примерах заданы верхние пределы для участков низкой прочности в различных секциях. В дополнение, обеспечение нижних пределов для участков низкой прочности в различных секциях уменьшит величину снижения максимальной нагрузки.

[0090] В качестве примера, исходя из вышеописанных примеров, если участок низкой прочности должен быть обеспечен в секции L1, предпочтительно, чтобы прочность TS_L на растяжение секции L1 составляла не менее чем 0,6 и не более чем 0,68 от прочности TS_HC на растяжение среднего в продольном направлении участка (0,6 × TS_HC ≤ TS_L ≤ 0,68 × TS_HC). Это позволит секции L1 деформироваться раньше, чем средний в продольном направлении участок 1m, и уменьшить снижение максимальной нагрузки.

[0091] Кроме того, если участок низкой прочности должен быть обеспечен в секции L2, предпочтительно, чтобы прочность TS_L на растяжение секции L2 составляла не менее чем 0,45 и не более чем 0,54 от прочности TS_HC на растяжение среднего в продольном направлении участка (0,45 × TS_HC ≤ TS_L ≤ 0,54 × TS_HC). Это позволит секции L2 деформироваться раньше, чем средний в продольном направлении участок 1m, и уменьшить снижение максимальной нагрузки.

[0092] Кроме того, если участок низкой прочности должен быть обеспечен в секции L3, предпочтительно, чтобы прочность TS_L на растяжение участка 10L низкой прочности составляла не менее чем 0,1 и не более чем 0,2 от прочности TS_HC на растяжение (0,1 × TS_HC ≤ TS_L ≤ 0,2 × TS_HC). Это позволит секции L3 деформироваться раньше, чем средний в продольном направлении участок 1m, и уменьшить снижение максимальной нагрузки.

[0093] (Варианты усиливающего элемента)

Усиливающий элемент не ограничивается конструкциями, показанными на Фиг. 7 и 8. Например, усиливающий элемент 3 не ограничивается внутренним пространством корытообразного элемента 1 и может быть расположен снаружи корытообразного элемента 1. Кроме того, усиливающий элемент может быть образован заполнителем, заполняющим пространство, ограниченное корытообразным элементом 1 и закрывающей пластиной 2.

[0094] Фиг. 10 представляет собой вид в поперечном сечении варианта балки с другим усиливающим элементом. В реализации, показанной на Фиг. 10, усиливающий элемент 3 представляет собой заполнитель, заполняющий пространство, ограниченное корытообразным элементом 1 и закрывающей пластиной 2. Заполнитель может быть выполнен, например, из смолы. Альтернативно, например, заполнитель может заполнять пространство, образованное разделительной пластиной, как показано на Фиг. 8, концы которой находятся в контакте с двумя стенками 1b корытообразного элемента 1.

[0095] Фиг. 11 представляет собой вид в поперечном сечении другого варианта балки с другим усиливающим элементом. В реализации, показанной на Фиг. 11, участки закрывающей пластины 2 также служат в качестве усиливающего элемента 3. Закрывающая пластина 2 соединена с двумя фланцами 1c корытообразного элемента 1. Участок закрывающей пластины 2, расположенный между двумя фланцами 1c, находится ближе к верхней пластине 1a, чем воображаемая линия, соединяющая два фланца 1c. То есть участок закрывающей пластины 2 между двумя фланцами 1c выполнен так, что закрывающая пластина утоплена в направлении верхней пластины 1a. Оба конца участка закрывающей пластины 2 между двумя фланцами 1c находятся в контакте с двумя боковыми стенками 1b. То есть закрывающая пластина 2 изогнута от мест соединения между закрывающей пластиной и двумя фланцами 1c в направлении верхней пластины 1a и продолжается таким образом, что она контактирует с внутренними поверхностями двух стенок 1b. Таким образом, участок закрывающей пластины 2 может быть расположен таким образом, что он продолжается от внутренней поверхности одной из двух стенок 1b до внутренней поверхности другой стенки. Таким образом, участок закрывающей пластины 2 может обеспечивать усиливающий элемент для предотвращения деформации двух стенок 1b по направлению друг к другу.

[0096] В рассмотренных выше реализациях усиливающий элемент 3 создает разницу между изгибающим моментом, при котором на среднем в продольном направлении участке 1m происходит прогиб, и изгибающим моментом при прогибе, при котором на участках низкой прочности происходит прогиб. Это уменьшает разницу между прочностью на растяжение участков низкой прочности и прочностью на растяжение среднего в продольном направлении участка 1m. Для создания разницы между изгибающим моментом при прогибе, при котором прогиб происходит на среднем в продольном направлении участке 1m, и изгибающим моментом при прогибе, при котором прогиб происходит на участках низкой прочности, могут использоваться другие средства, помимо усиливающего элемента 3.

[0097] Например, в стенках 1b или верхней пластине 1a участков 10L низкой прочности может быть образовано сквозное отверстие для создания разницы между средним в продольном направлении участком 1m и участками низкой прочности с точки зрения изгибающего момента при прогибе, при котором происходит прогиб. Альтернативно, может быть обеспечена разница между высотой H стенок 1b участков 10L низкой прочности и высотой H стенок 1b участка 10H высокой прочности для создания разницы между средним в продольном направлении участком 1m и участками низкой прочности с точки зрения изгибающего момента при прогибе, при котором происходит прогиб. Альтернативно, может быть обеспечена разница между толщиной стенок 1b участков 10L низкой прочности (т.е. толщиной пластины) и толщиной стенок 1b участков 10H высокой прочности (т.е. толщиной пластины) для создания разницы между средним в продольном направлении участком 1m и участками 10L низкой прочности с точки зрения изгибающего момента при прогибе, при котором происходит прогиб.

[0098] (Форма изгиба балки бампера)

Балка 100 бампера, показанная на Фиг. 1, изогнута таким образом, чтобы выступать в направлении закрывающей пластины 2. Реализация, показанная на Фиг. 1, включает два изогнутых участка, расположенных по обе стороны от среднего в продольном направлении участка 1m и между двумя опорными участками 1s. Изогнутый участок представляет собой участок, изогнутый, если смотреть сбоку (т.е. в направлении х, показанном на Фиг. 1). Участок между двумя изогнутыми участками продолжается по прямой в продольном направлении. Кроме того, каждый из участков, расположенных снаружи двух изогнутых участков, как определено вдоль продольного направления, продолжается по прямой. Таким образом, балка бампера может иметь форму, включающую прямой участок, продолжающийся по прямой, и изогнутые участки, которые изогнуты, если смотреть сбоку (т.е. в направлении х, показанном на Фиг. 1). В реализации, показанной на Фиг. 1, изогнутые участки расположены по обе стороны от прямого участка, как определено вдоль продольного направления. Другими словами, прямой участок расположен между изогнутыми участками. В одном варианте балка бампера может включать прямые участки, расположенные по обе стороны от изогнутых участков, как определено вдоль продольного направления. Кроме того, например, как показано на Фиг. 1, балка бампера может быть изогнута таким образом, что она является симметричной, если смотреть в направлении, перпендикулярном стенкам. Взаимное расположение между участками низкой прочности и изогнутыми участками не ограничивается каким–либо конкретным.

[0099] В дополнительном варианте балка бампера может быть изогнута таким образом, что ее кривизна является постоянной по всей длине. Альтернативно, балка бампера может быть изогнута по всей длине и иметь кривизну, которая меняется в зависимости от положения, определенного вдоль продольного направления.

[0100] (Процесс изготовления)

Весь корытообразный элемент 1 и закрывающая пластина 2 балки 100 бампера могут быть выполнены из одного материала. Корытообразный элемент 1 может быть образован, например, из стальной пластины. Процесс изготовления балки 100 бампера включает этап, на котором изготавливают корытообразный элемент 1, имеющий участки 10L низкой прочности и участок 10H высокой прочности, этап, на котором изготавливают закрывающую пластину 2, и этап, на котором соединяют корытообразный элемент 1 и закрывающую пластину 2. Этап изготовления корытообразного элемента 1 включает дополнительный этап, на котором обеспечивают разницу в прочности материала для образования участков низкой прочности. Процесс изготовления балки 100 бампера дополнительно включает этап, на котором изгибают корытообразный элемент 1 и закрывающую пластину 2. Гибку корытообразного элемента 1 и закрывающей пластины 2 осуществляют с использованием такого способа гибки, как, например, гибка под прессом, гибка с растяжением, гибка со сжатием, гибка в валках, гибка типа MOS или гибка с эксцентриковой вставкой.

[0101] Образование участков низкой прочности не ограничивается конкретным способом; например, стальная пластина может быть деформирована путем профилирования для обеспечения поперечного сечения в виде шляпы, и материал может быть локально нагрет и закален с использованием лазера или высокочастотного нагрева, например, для получения корытообразного элемента 1, включающего закаленные области. В таких случаях области, которые не были закалены, образуют участки низкой прочности, имеющие относительно низкую прочность. Альтернативно, весь корытообразный элемент 1 может быть усилен путем термического улучшения, а затем может быть выполнен локальный отжиг для образования участков низкой прочности.

[0102] Альтернативно, корытообразный элемент 1 может быть изготовлен с использованием технологий горячего прессования (горячей штамповки). На этапе горячего прессования условия нагрева или охлаждения могут быть локально изменены для одного и того же материала для образования участков низкой прочности в материале. Например, стальная пластина может быть нагрета до температуры, при которой сталь образует однофазную аустенитную область (т.е. до температуры Ac3) или выше, и закалена при формовании с использованием формы. При этом создается разница в скорости охлаждения, так что быстро остывающие участки обеспечивают, как правило, твердую мартенситную микроструктуру, а медленно остывающие участки обеспечивают мягкую многофазную микроструктуру с ферритом и перлитом или бейнитную микроструктуру. Таким образом, медленно остывающие участки обеспечивают участки низкой прочности. Альтернативно, весь элемент может быть подвергнут горячему прессованию для обеспечения участка высокой прочности мартенситной микроструктуры, а затем может быть выполнена локальная закалка для образования участков низкой прочности.

[0103] Способ изготовления корытообразного элемента 1 не ограничивается вышеописанными примерами. Например, для образования корытообразного элемента 1, имеющего участки низкой прочности, может быть использована адаптированная заготовка или другие известные способы.

ПРИМЕРЫ

[0104] В целях анализа настоящие примеры моделируют деформацию конструктивного элемента, состоящего из корытообразного элемента и закрывающей пластины, обнаруженную при ударе конструктивного элемента ударным элементом. При моделировании использовались аналитические модели балок бампера, имеющих такую же форму, как на Фиг. 1. Размеры различных элементов аналитических моделей были такими же, как на Фиг. 4, где LS=900 мм. Было проанализировано деформационное поведение балки бампера, обнаруженное при ударе среднего в продольном направлении участка закрывающей пластины 2 ударным элементом. При моделировании прочность на растяжение участка высокой прочности и прочность на растяжение участков низкой прочности варьировались, и были зарегистрированы прочности на растяжение участка высокой прочности и участков низкой прочности, установленные, когда участки низкой прочности деформировались раньше, чем средний в продольном направлении участок корытообразного элемента.

[0105] В приведенной ниже Таблице 1 показаны результаты анализа. Таблица 1 иллюстрирует зависимость между прочностью TS на растяжение участков низкой прочности, при которой нагрузка вследствие удара на средний в продольном направлении участок 1m закрывающей пластины 2 приводит к тому, что участки низкой прочности балки бампера деформируются раньше, чем средний в продольном направлении участок, с одной стороны, и начальным положением участков низкой прочности, с другой стороны. Начальное положение участков низкой прочности означает расстояние от границы между участком низкой прочности и участком высокой прочности на стенках до продольной середины. Значения в скобках в Таблице 1 указывают отношение прочности на растяжение участков низкой прочности к прочности на растяжение среднего в продольном направлении участка.

[0106] [Таблица 1]

ТАБЛИЦА 1

Начальное положение участка низкой прочности (расстояние от середины вдоль продольного направления) Случай 1
1,5 ГПа, 2 мм 600 MПа (0,4) 400 MПа (0,27) – Случай 2
1,8 ГПа, 2 мм 700 MПа (0,39) 500 MПа (0,28) 300 MПа (0,17) Случай 3
1,5 ГПа, 2 мм (с усиливающим элементом) 1000 MПа (0,67) 800 MПа (0,53) 300 MПа (0,2) Случай 4
1,5 ГПа, 2 мм (1,2 мм на участке низкой прочности） 400 MПа (0,27) Случай 5
2 ГПа, 1,8 мм 800 MПа (0,4) 700 MПа (0,35) 300 MПа (0,15) Случай 6
1,5 ГПа, 1,2 мм 600 MПа (0,4) 400 MПа (0,27) – Случай 7
1,5 ГПа, 1,6 мм (с усиливающим элементом） 1000 MПа (0,67) 900 MПа (0,6) 400 MПа (0,27)

[0107] В Таблице 1 условия для случая 1 были следующими: прочность на растяжение участка высокой прочности, включающего средние в продольном направлении участки стенок и внешние участки высокой прочности, составляла 1,5 ГПа; толщина пластины всего корытообразного элемента составляла 2 мм равномерным образом; и не был обеспечен усиливающий элемент. Условия для случая 2 были следующими: прочность на растяжение участка высокой прочности, включающего средние в продольном направлении участки стенок и внешние участки высокой прочности, составляла 1,8 ГПа; толщина пластины всего корытообразного элемента составляла 2 мм равномерным образом; и не был обеспечен усиливающий элемент. Условия для случая 3 были следующими: прочность на растяжение участка высокой прочности, включающего средние в продольном направлении участки стенок и внешние участки высокой прочности, составляла 1,5 ГПа; толщина пластины всего корытообразного элемента составляла 2 мм равномерным образом; и на участке высокой прочности был обеспечен усиливающий элемент. Условия для случая 4 были следующими: прочность на растяжение участка высокой прочности, включающего средние в продольном направлении участки стенок и внешние участки высокой прочности, составляла 1,5 ГПа; толщина пластины корытообразного элемента составляла 2 мм при измерении на участке высокой прочности и внешних участках высокой прочности и 1,2 мм при измерении на участке низкой прочности; и не был обеспечен усиливающий элемент. Условия для случая 5 были следующими: прочность на растяжение участка высокой прочности, включающего средние в продольном направлении участки стенок и внешние участки высокой прочности, составляла 2 ГПа; толщина пластины всего корытообразного элемента составляла 1,8 мм равномерным образом; и на участке высокой прочности не был обеспечен усиливающий элемент. Условия для случая 6 были следующими: прочность на растяжение участка высокой прочности, включающего средние в продольном направлении участки стенок и внешние участки высокой прочности, составляла 1,5 ГПа; толщина пластины всего корытообразного элемента составляла 1,2 мм равномерным образом; и на участке высокой прочности не был обеспечен усиливающий элемент. Условия для случая 7 были следующими: прочность на растяжение участка высокой прочности, включающего средние в продольном направлении участки стенок и внешние участки высокой прочности, составляла 1,5 ГПа; толщина пластины всего корытообразного элемента составляла 1,6 мм равномерным образом; и на участке высокой прочности был обеспечен усиливающий элемент.

[0108] В приведенной ниже Таблице 2 показаны результаты анализа. Таблица 2 иллюстрирует зависимость между максимальной нагрузкой и прочностью на растяжение участков низкой прочности. Результаты, приведенные в Таблице 2, представляют собой результаты анализа, полученные при начальном положении участков низкой прочности, т.е. расстоянии от продольной середины стенок до границы между участком низкой прочности и участком высокой прочности, 150 мм. В Таблице 2 надпись «OK» в скобках означает, что на участке низкой прочности произошел резкий разрыв, тогда как надпись «NG» означает, что на среднем в продольном направлении участке произошел резкий разрыв.

[0109] [Таблица 2]

ТАБЛИЦА 2

TS участка низкой прочности 1200 MПа 1000 MПа 900 MПа 800 MПа 700 MПа 600 MПа 500 MПа Случай 1
1,5 ГПа, 2 мм 55 (NG) 55 (OK) 49 (OK) Случай 2
1,8 ГПа, 2 мм 66 (NG) 63 (OK) 56 (OK) – Случай 3
1,5 ГПа, 2 мм (с усиливающим элементом) 80 (NG) 78 (OK) 73 (OK) 66 (OK) – – – Случай 5
2 ГПа, 1,8 мм 60 (NG) 56 (OK) 53 (OK) – – Случай 7
1,5 ГПа, 1,6 мм (с усиливающим элементом） 59 (NG) 53 (OK) – – – – –

[0110] Хотя выше описан вариант осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированный вариант осуществления является лишь примером осуществления настоящего изобретения. Соответственно, настоящее изобретение не ограничивается проиллюстрированным вариантом осуществления, и проиллюстрированный вариант осуществления при необходимости может быть модифицирован без отклонения от замысла настоящего изобретения.

ОПИСАНИЕ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

[0111] 1: корытообразный элемент

1a: верхняя пластина

1b: стенки

1c: фланцы

2: закрывающая пластина

10L: участки низкой прочности

10H: участок высокой прочности

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Балка бампера содержит закрывающую пластину и корытообразный элемент, изогнутый вдоль продольного направления и выступающий в направлении закрывающей пластины. Корытообразный элемент включает верхнюю пластину, первые и вторые ребра, фланцы, стенки, участок высокой прочности и участок низкой прочности. Первые ребра расположены на концах верхней пластины. Фланцы соединены с закрывающей пластиной. Вторые ребра расположены на внутренних концах фланцев. Стенки расположены между соответствующими ребрами. Участок высокой прочности обеспечен в среднем в продольном направлении участке каждой стенки и продолжается на длину по меньшей мере 250 мм и имеет прочность на растяжение не менее 1,5 ГПа. Участок низкой прочности обеспечен в корытообразном элементе, расположен снаружи участка высокой прочности и продолжается на длину не меньше чем высота стенок. Участок низкой прочности имеет прочность на растяжение меньше, чем прочность на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок. Достигается предотвращение разрыва балки бампера при ударе. 13 з.п. ф-лы, 12 ил., 2 табл.

1. Балка бампера, содержащая:

закрывающую пластину и

корытообразный элемент, изогнутый вдоль продольного направления таким образом, чтобы выступать в направлении закрывающей пластины,

причем корытообразный элемент включает:

верхнюю пластину;

два первых ребра, каждое из которых расположено на соответствующем конце из обоих концов верхней пластины;

два фланца, соединенных с закрывающей пластиной;

два вторых ребра, каждое из которых расположено на внутреннем конце соответствующего фланца из фланцев; и

две стенки, каждая из которых расположена между соответствующим ребром из первых ребер и соответствующим ребром из вторых ребер,

причем корытообразный элемент включает:

участок высокой прочности, включающий средний в продольном направлении участок каждой из двух стенок,

причем участок высокой прочности продолжается на длину по меньшей мере 250 мм и имеет прочность на растяжение не менее 1,5 ГПа; и

участок низкой прочности, обеспеченный в корытообразном элементе, изогнутом вдоль продольного направления таким образом, чтобы выступать в направлении закрывающей пластины,

причем участок низкой прочности расположен снаружи участка высокой прочности в продольном направлении,

участок низкой прочности продолжается на длину не меньше чем высота стенок, как определено вдоль продольного направления,

участок низкой прочности продолжается от одного из двух вторых ребер через две стенки и верхнюю пластину до другого из двух вторых ребер, и

участок низкой прочности имеет прочность на растяжение меньше, чем прочность на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок.

2. Балка бампера по п.1, в которой прочность на растяжение участка низкой прочности составляет менее 1,5 ГПа.

3. Балка бампера по п.2, в которой прочность на растяжение участка низкой прочности составляет более 590 MПа.

4. Балка бампера по любому из пп.1-3, в которой верхняя пластина включает два опорных участка, каждый из которых расположен в соответствующем положении из двух отдельных положений, как определено вдоль продольного направления, на верхней пластине, причем к опорным участкам прикреплен элемент для поддержки балки бампера, и граница между участком низкой прочности и участком высокой прочности на стенках находится между положением, расположенным на расстоянии 125 мм, измеренном в продольном направлении, от продольной середины стенок, с одной стороны, и положением, расположенным на расстоянии 13/36 продольного расстояния между двумя опорными участками от продольной середины стенок.

5. Балка бампера по любому из пп.1-4, в которой верхняя пластина включает два опорных участка, каждый из которых расположен в соответствующем положении из двух отдельных положений, как определено вдоль продольного направления, на верхней пластине, причем к опорным участкам прикреплен элемент для поддержки балки бампера, и участки низкой прочности обеспечены по обе стороны от участка высокой прочности и расположены между двумя опорными участками.

6. Балка бампера по любому из пп.1-5, в которой верхняя пластина включает два опорных участка, каждый из которых расположен в соответствующем положении из двух отдельных положений, как определено вдоль продольного направления, на верхней пластине, причем к опорным участкам прикреплен элемент для поддержки балки бампера, если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 125 мм и меньше или равно 1/4 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности составляет не более чем 0,4 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок, если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 1/4 продольного расстояния между двумя опорными участками и меньше или равно 13/36 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности составляет не более чем 0,35 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок, и если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 13/36 продольного расстояния между двумя опорными участками и меньше или равно 1/2 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности составляет не более чем 0,2 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок.

7. Балка бампера по п.6, в которой, если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 125 мм и меньше или равно 1/4 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности составляет не менее чем 0,33 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок, если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 1/4 продольного расстояния между двумя опорными участками и меньше или равно 13/36 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности составляет не менее чем 0,2 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок, и если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 13/36 продольного расстояния между двумя опорными участками и меньше или равно 1/2 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности составляет не менее чем 0,1 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок.

8. Балка бампера по любому из пп.1-5, дополнительно включающая усиливающий элемент, прикрепленный к по меньшей мере части области стенок, включающей участок высокой прочности, и области закрывающей пластины, перекрывающейся с участком высокой прочности в продольном направлении.

9. Балка бампера по п.8, в которой усиливающий элемент обеспечен в контакте с двумя стенками и расположен между двумя стенками и ближе к закрывающей пластине, чем средний участок стенок, как определено вдоль направления высоты.

10. Балка бампера по п.8 или 9, в которой, если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 125 мм и меньше или равно 1/4 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности составляет не более чем 0,68 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок, если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 1/4 продольного расстояния между двумя опорными участками и меньше или равно 13/36 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности составляет не более чем 0,54 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок, и если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 13/36 продольного расстояния между двумя опорными участками и меньше или равно 1/2 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности составляет не более чем 0,2 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок.

11. Балка бампера по п.10, в которой, если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 125 мм и меньше или равно 1/4 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности составляет не менее чем 0,6 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок, если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 1/4 продольного расстояния между двумя опорными участками и меньше или равно 13/36 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности составляет не менее чем 0,45 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок, и если расстояние между серединой стенок и участком низкой прочности, измеренное в продольном направлении, больше 13/36 продольного расстояния между двумя опорными участками и меньше или равно 1/2 продольного расстояния между двумя опорными участками, то прочность на растяжение участка низкой прочности составляет не менее чем 0,1 от меньшей из прочностей на растяжение средних в продольном направлении участков двух стенок.

12. Балка бампера по любому из пп.1-5, 8 или 9, в которой в части участка низкой прочности верхней пластины или двух стенок обеспечено сквозное отверстие.

13. Балка бампера по любому из пп.1-5, 8, 9 или 12, в которой для каждой из двух стенок высота стенки, измеренная на по меньшей мере части участка низкой прочности, меньше, чем высота стенки, измеренная на продольной середине.

14. Балка бампера по любому из пп.1-5, 8, 9, 12 или 13, в которой для каждой из двух стенок толщина стенки, измеренная на по меньшей мере части участка низкой прочности, меньше, чем толщина стенки, измеренная на продольной середине.