パネル部材の剛性評価方法
【課題】設計段階でパネル部材のスポットひずみに対する剛性の評価を可能とし、これにより短時間かつ低コストでパネル部材の意匠面に生じるひずみを抑制可能とする設計変更を適正に行い得る、パネル部材の剛性評価方法を提供する。
【解決手段】パネル部材の解析モデルを作成するパネル部材モデル化工程Ｓ１と、パネル部材モデルに対して所定の１次変位を付与するための溶接用電極の解析モデルを作成する電極モデル化工程Ｓ２と、パネル部材モデルの周縁部に、溶接用電極モデルを押付けて、当該周縁部に所定の大きさの１次変位を与える１次変位付与工程Ｓ３と、１次変位により周縁部に発生した反力を算出する反力算出工程Ｓ４と、１次変位に起因してパネル部材の意匠面に２次的に生じた２次変位を算出する２次変位算出工程Ｓ５と、工程Ｓ４および工程Ｓ５にて得た反力と２次変位に基づき、パネル部材の剛性係数を算出する剛性係数算出工程Ｓ６とを主に備える。
【解決手段】パネル部材の解析モデルを作成するパネル部材モデル化工程Ｓ１と、パネル部材モデルに対して所定の１次変位を付与するための溶接用電極の解析モデルを作成する電極モデル化工程Ｓ２と、パネル部材モデルの周縁部に、溶接用電極モデルを押付けて、当該周縁部に所定の大きさの１次変位を与える１次変位付与工程Ｓ３と、１次変位により周縁部に発生した反力を算出する反力算出工程Ｓ４と、１次変位に起因してパネル部材の意匠面に２次的に生じた２次変位を算出する２次変位算出工程Ｓ５と、工程Ｓ４および工程Ｓ５にて得た反力と２次変位に基づき、パネル部材の剛性係数を算出する剛性係数算出工程Ｓ６とを主に備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パネル部材の剛性評価方法に関し、特に、スポット溶接により他部材と接合されるパネル部材の意匠面に生じるひずみに対する剛性の評価を行うための評価技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外的負荷を考慮したパネル部材の設計手法が数多く提案されている。例えば下記特許文献１には、パネル初期形状に微小圧力ΔＰを付与してワーク（パネル）を変形させ、変形前後の体積変化量ないし変化率を算出すると共に、変形後のパネル形状を新たなパネル初期形状とみなして上記変形を与えた際の体積変化量ないし変化率を算出する工程を繰り返すと共に、上記算出した変化量ないし変化率が所定の許容範囲内に収まった時点で、その直前の工程におけるパネル初期形状を耐圧高剛性の形状として出力する、パネル形状の設計方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２０７４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、車体用ルーフパネルの如きパネル部材においては、上記特許文献１に開示の方法のように、圧力等の単純負荷に対する剛性だけでなく、実際に他部材と組付ける際に生じ得る複雑な変形（ひずみ）に対する剛性（耐ひずみ性）についても考慮する必要がある。ここで、問題となる組付け時のひずみの一つに、スポットひずみと呼ばれる類のひずみを挙げることができる。このひずみは、スポット溶接により例えばルーフパネルをサイドメンバなどの他部材に組付けた後にルーフパネルの意匠面に生じるひずみである。この種のひずみの発生要因としては、ひずみの発生箇所に直接作用する外的負荷だけでなく、ルーフパネルの周縁部（フランジ部）に作用するスポットガンの押付け力や、通電時の抵抗発熱により生じる熱応力など、上記ひずみの発生箇所から離れた位置に作用した外力負荷や熱影響などの要因が考えられる。
【０００５】
上記特許文献１に開示のように、外力を受けるパネル部材の設計を行う際には、予め想定される外力に耐えうる剛性を備えたパネル形状をシミュレーションにより求めるようにしている。しかしながら、既述のように、現実のパネル部材に生じるひずみの発生要因には種々様々のものがあり、上記要因のほかにも例えばルーフパネルのスポット溶接時における熱入力により、この溶接工程の前のプレス工程や組付け工程の際に当該パネル部材に生じた残留ひずみが発現する（解放される）ことがわかっている。また、これにより、パネル部材に最終的にひずみが生じ、意匠上の不具合が発生することもわかっている。しかしながら、この種のひずみの発生を再現し、あるいは上記要因を考慮した上で発生し得るひずみの大きさを適切に評価することは、そのメカニズムが複雑になることから非常に困難である。また、仮に評価できたとしても、その評価に至るまでに相当の時間を要することが想定されるため、量産品の設計には適していない。
【０００６】
そこで、ひずみの発生要因を明確にしてその評価を行うのではなく、ひずみの抑制要因に着目して、例えばパネル部材の上記ひずみに対する耐性（剛性）を適切に評価するようにすれば、パネル部材の補強の要否を判断することができるように思われる。また、上記ひずみの程度を評価するよりもパネル部材の剛性評価のほうが比較的容易に実施できるようにも思われる。しかしながら、この種のパネル部材の剛性、特に、パネル本体のスポット溶接後のパネル部材の上記ひずみに対する剛性を設計段階で評価し、あるいはこの評価を設計にフィードバックする手法はこれまで存在しなかったのが実情である。現状では、製品に想定外のひずみが生じてからの対策にならざるを得ず、また、上記剛性を適切に評価し得る指標がないことから、形状変更とその実機評価を繰り返すことでしか設計変更を行うことができず、設計工数の増大やコストの高騰を招く問題があった。
【０００７】
以上の事情に鑑み、本明細書では、設計段階でパネル部材のスポットひずみに対する剛性の評価を可能とし、これにより短時間かつ低コストでパネル部材の意匠面に生じるひずみを抑制可能とする設計変更を適正に行い得る、パネル部材の剛性評価方法を提供することを、本発明により解決すべき技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題の解決を図るためになされたものである。すなわち、本発明に係るパネル部材の剛性評価方法は、スポット溶接により他部材と接合されるパネル部材をモデル化して解析を行うことで、スポット溶接を施したパネル部材の意匠面に生じるひずみに対する剛性を評価するための方法であって、モデル化したパネル部材の周縁部に、スポット溶接の際に溶接用電極から受ける押圧力に対応した大きさの１次変位を与えて、１次変位により周縁部に発生した反力を算出する反力算出工程と、１次変位に起因してパネル部材の意匠面に２次的に生じた２次変位を算出する２次変位算出工程と、反力と２次変位に基づき、パネル部材の剛性係数を算出する剛性係数算出工程とを備える点をもって特徴付けられる。なお、ここでいう剛性係数は、反力に対する２次変位の生じにくさ（２次変位に対する変形抵抗）の１つの指標として示したものであり、例えば反力と２次変位を共に変数とする関数で表すことができる。
【０００９】
上記のように、本発明に係る上記の評価方法は、本発明者らの創意工夫の結果得られた新たな知見に基づき創出されたものであり、パネル部材のスポットひずみに対する剛性を評価するための、従来にない新規な評価指標を設計段階で算出し得たことを特徴とするものである。すなわち、本発明者らは、パネル部材のスポット溶接時における特殊な変形モードに着目して、この変形モードを解析モデルにて再現すると共に、モデル化したパネル部材の周縁部に強制的な変位（１次変位）を入力することで意匠面に２次変位が出力される場合、これら入力変位と出力変位とを２つのばねモデルを用いて関連付けることで、１次変位により周縁部に生じる反力と２次変位とに基づき剛性係数を算出する手法を着想するに至った。そして、この手法により得た剛性係数が、実際の製品に最終的に現れるひずみの官能評価結果との間に高い相関があることを見出すに至った。言い換えると、剛性係数が大きい値を示すパネル部材ほど、上記スポットひずみに対する耐性（剛性）が高い、との事実関係を見出すに至った。
【００１０】
本発明は、以上の知見に基づきなされたものであり、上記所定の解析モデルを用いて予め剛性係数を求めておくようにすれば、この剛性係数を、溶接時の熱入力などの種々のひずみ発生要因を包含した、製品の意匠面に最終的に現れるひずみに対する剛性の程度を評価するための指標として有効に用いることができる。そのため、本発明に係る評価方法によれば、実機又は実機モデルを製作して実際にスポットひずみが生じたときに対策を講じる必要はなく、設計段階で耐スポットひずみ性（剛性）を評価できる。また、この評価に基づき、パネル部材の剛性向上のための設計変更を早急かつ適正に実施することができるので、設計工数の削減を図ることができ、低コストに高剛性のパネル部材を設計することが可能となる。
【００１１】
ところで、この場合、パネル部材の意匠面において生じる２次変位は、例えば周縁部から遠ざかるにつれて小さくなるといった単純な変位とは限らず、上記変形モードに対応した特有の２次変位の分布を有することが多い。そのため、上記２次変位をどのようにして算出するかによって剛性係数にも影響を与える可能性がある。よって、例えば測定位置の違いによる２次変位の算出値のばらつきを小さくするために、２次変位算出工程において、２次変位を意匠面の複数の位置で算出すると共に、算出した複数の２次変位の平均を求め、この２次変位の平均値を、剛性係数算出工程に使用する２次変位として算出するようにしてもよい。あるいは、２次変位算出工程において、２次変位を意匠面の複数の位置で算出すると共に、算出した複数の２次変位のうちの最大値を、剛性係数算出工程に使用する２次変位として算出するようにしてもよい。
【００１２】
上記何れの方法によっても、測定位置の違いによる２次変位のばらつきを小さくすることはできるが、パネル部材のスポット溶接時における変形モードを考慮に入れた場合には、後者の方法、すなわち複数の２次変位の最大値に基づき剛性係数を算出するほうが、パネル部材ごとの２次変位の大小を敏感に拾うことができ、剛性係数にもその大小関係を反映して高精度な剛性評価を行うことが可能となる。
【００１３】
一方、剛性係数と、反力および２次変位との関係について見た場合、剛性係数算出工程において、反力を２次変位で除したものを新たな変数とすることもでき、かつその場合に、当該新たな変数の１次関数として剛性係数を算出するようにしてもよい。あるいは、剛性係数算出工程において、反力を２次変位で除した値を剛性係数として算出するようにしてもよい。
【００１４】
このように、上記反力を２次変位で除したものを新たな変数とし、この新たな変数の１次関数として剛性係数を算出した場合、当該剛性係数と、実機での意匠面のひずみに関する官能評価結果との間に非常に高い相関性が認められる。そのため、上記のように算出した剛性係数であれば、より信頼性の高い剛性評価指標として用いることが可能となる。特に、反力を２次変位で除した値を剛性係数として算出するようにした場合には、ばねモデルに準じた非常に単純な関係式で剛性係数を算出することができ、種々の形態のパネル部材に対して適用できる（汎用性がある）。また、計算に要する時間も短くて済むため、量産品の設計に対しても好適である。
【００１５】
また、周縁部に所定の速度で１次変位を与えることで２次変位が振動を伴う場合、その初期振動から最初の変位ピーク値を除く２回目以降の偶数個の変位ピーク値の平均を２次変位として算出するようにしてもよい。
【００１６】
例えば、周縁部への１次変位が所定速度の荷重ストロークを伴って付与される場合には、パネル部材の意匠面に振動を伴った２次変位が生じることがある。よって、上記解析モデルにおける変形モードを現実の変形モードに近づけるべく上記のように１次変位を付与する場合には、２次変位に変位ピーク値の山と谷が交互に生じることになる。以上のことから、振動幅が相対的に大きくそのばらつきも大きい１回目の変位ピーク値を除いて、２回目以降の変位ピーク値を山と谷とセットで偶数個取り、その平均を２次変位とすることで、既述の静的な力の釣合いモデル（ばねモデル）に当てはめて剛性係数を算出することができる。また、この場合においても、実際のひずみに関する官能評価結果との間に高い相関が認められることから、上記方法で得た剛性係数をパネル部材の剛性評価の指標として有効に使用できる。
【００１７】
なお、本発明に係る評価方法が具体的に上記何れの形態を採る場合においても、モデル化したパネル部材の周縁部に付与する１次変位として、現実のスポット溶接時に周縁部に生じると想定される変位量よりも大きい変位量を付与するのがよい。これは、スポット溶接時の変形モードに対する意匠面の２次変位分布（ひずみ分布）の傾向を明確化することが本発明の目的の１つであるためである。
【００１８】
もちろん、あまりに１次変位が大きいと、例えば座屈が生じるなど現実とは異なる変形モードに移行する可能性があるため、上記のばねモデルが適用でき得る変形モードから外れない範囲で、周縁部に付与すべき１次変位の大きさを定めるようにするのがよい。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明に係る剛性評価方法によれば、設計段階でパネル部材のスポットひずみに対する剛性の評価を可能とし、これにより短時間かつ低コストでパネル部材の意匠面に生じるひずみを抑制可能とする設計変更を適正に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るパネル部材の剛性評価方法のフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態に係るパネル部材の解析モデルの平面図である。
【図３】図２に示す解析モデルのＡ−Ａ断面図である。
【図４】パネル部材の周縁部に生じる反力の時間の推移に伴う変動を示すグラフである。
【図５】パネル部材の意匠面に生じる２次変位の時間の推移に伴う変動を示すグラフである。
【図６】１次変位を与えたパネル部材周縁部の各位置における剛性係数を示すグラフである。
【図７】剛性係数と実機におけるひずみ官能評価結果との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係るパネル部材の剛性評価方法の一実施形態を図面に基づき説明する。この実施形態では、パネル部材として、自動車のルーフパネルを用いると共に、このパネル部材を例えばサイドメンバなどの他の部材にスポット溶接で接合することで、ルーフパネルの意匠面に生じるひずみに対する耐性（剛性）を評価する場合を例にとって説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係るパネル部材の剛性評価方法のフローチャートを示している。このチャートに示すように、この剛性評価方法は、パネル部材の解析モデルを作成するパネル部材モデル化工程Ｓ１と、工程Ｓ１で作成したパネル部材の解析モデルに対して所定の１次変位を付与するための溶接用電極の解析モデルを作成する電極モデル化工程Ｓ２と、工程Ｓ１にてモデル化したパネル部材の周縁部に、工程Ｓ２にてモデル化した溶接用電極を押付けて、当該周縁部に所定の大きさの１次変位を与える１次変位付与工程Ｓ３と、工程Ｓ３にて付与した１次変位により周縁部に発生した反力を算出する反力算出工程Ｓ４と、工程Ｓ３にて付与した１次変位に起因してパネル部材の意匠面に２次的に生じた２次変位を算出する２次変位算出工程Ｓ５と、工程Ｓ４および工程Ｓ５にて得た反力と２次変位に基づき、パネル部材の剛性係数を算出する剛性係数算出工程Ｓ６とを主に備える。以下、各工程の詳細を説明する。
【００２３】
（パネル部材モデル化工程Ｓ１）
まず、解析対象となるパネル部材（ここではルーフパネル）の解析モデルを作成する。通常、この種の解析モデルは、元となるパネル部材の図面データ（通常、ＣＡＤデータ）を取り込むと共に、取り込んだ図面データを多数の微小分割要素の集合体として、例えば汎用の解析ソフトに組み込まれたメッシュ作成プログラムなどに則ってメッシュ化することで作成される。もちろん、解析モデルについては上記に制限されることなく既存のものが使用でき、その作成方法や、上記解析モデルを構成する微小分割要素の形状等についても何らの制限を受けることなく既存のものを採用することができる。
【００２４】
図２は、上記のようにしてモデル化したパネル部材１０の平面図を示している。また、図３は、図２に示すパネル部材１０のＡ−Ａ断面図であって、周縁部１１を車体幅方向（図２でいえば上下方向、図３でいえば左右方向。以下、同じ。）で切断した場合の断面図を示している。これらの図に係るパネル部材１０は既述のようにルーフパネルであり、周縁部１１としてのフランジ部をパネル部材１０の全周にわたって設けている。また、図３に示すように、周縁部１１の内側端部から上方に向けて立ち上がる形態の立ち上がり部１２が形成されており、この立ち上がり部１２の上端に、パネル部材１０の意匠面１３となる部位がつながっている。また、この実施形態では、意匠面１３は平坦ではなくわずかに膨らんでおり（大きな曲率を有しており）、かつその車体前後方向（図２でいえば左右方向）に沿って複数本のビード１４（溝状、畝状の何れをも含む）を設けた形状を呈している。
【００２５】
（電極モデル化工程Ｓ２）
続いて、工程Ｓ１でモデル化したパネル部材１０の周縁部１１に対して所定の１次変位を付与するための溶接用電極の解析モデルを作成する。この種の解析モデルについても、パネル部材１０と同様、取り込んだ図面データを既存のプログラムによりメッシュ化することで形成することができる。当該解析モデルの作成方法、微小分割要素についても既存のものが広く採用できる点は同じである。図３は、モデル化した溶接用電極１５を、後述する周縁部１１上の所定の位置Ｐi（ｉ＝１，２…Ｎ）に配置した状態を示している。この図示例では、溶接用電極１５は略半球状の先端部を有しており、パネル部材１０の周縁部１１上の所定の位置Ｐiに配置した状態では、周縁部１１と点接触するようになっている。
【００２６】
（１次変位付与工程Ｓ３）
上記工程Ｓ１および工程Ｓ２にて、解析に供するパネル部材１０および溶接用電極１５を作成した後、所定の拘束条件下でモデル化したパネル部材１０の周縁部１１を、同じくモデル化した溶接用電極１５で下方に向けて押圧し、所定の１次変位ＺCを付与する（図
３を参照）。ここで、拘束条件を含めて詳述すると、この実施形態では、図２に示すように、パネル部材１０の周縁部１１の幅方向中央にかつ全周にわたって複数の拘束点Ｐを所定間隔（各辺縁単位では少なくとも等間隔）に設ける。そして、拘束解除位置となる１つの拘束点Ｐiを除いた残り全ての拘束点Ｐにおいて周縁部１１を拘束した状態で、上記１つの拘束点（拘束解除位置）Ｐiに溶接用電極１５を図２に示すように周縁部１１と当接させた状態で配置し、下方に押圧することで、周縁部１１に所定の１次変位ＺCを付与する。これにより、周縁部１１が少なくとも拘束解除位置Ｐiにおいて下方に所定量ＺCだけ変位する（図３の１点鎖線で示す位置まで下がる）。
【００２７】
なお、この際の付与すべき１次変位ＺCの目安として、例えばパネル部材１０がルーフパネルの場合、１０-1ｍｍオーダーの１次変位ＺCを付与することができる。また、この１次変位ＺCの与え方としては種々の方法が採用でき、例えば溶接用電極１５に所定の荷重ストローク（ここでは下降速度パターン）を与えることで、周縁部１１の拘束解除位置Ｐiを所定の１次変位ＺC分だけ下方に押圧変位させるようにしてもよい。ここで、溶接用電極１５の荷重ストロークとして、図示は省略するが、等加速で下降し、次いで、加速を零（等速下降）とした後に、等加速で減速していき、周縁部１１の１次変位がＺCとなった時点で下降速度が零（下降を停止）するようなストロークパターン（下降速度パターン）を挙げることができる。
【００２８】
（反力算出工程Ｓ４）
上記のようにして周縁部１１に所定の１次変位ＺCを付与することで、溶接用電極１５が周縁部１１から受ける反力Ｆを算出する。また、上記例示の荷重ストロークの如く、溶接用電極１５を加速しながら下降させる場合には、図４に示すように、周縁部１１からの反力Ｆが上下動することがある。このような場合には、周縁部１１からの反力Ｆがある程度安定してきた時点（図４では、反力発生時点から時刻ｔ1経過した時）における反力Ｆ1を、算出すべき反力Ｆとして出力する。
【００２９】
（２次変位算出工程Ｓ５）
また、上記のように、工程Ｓ３にて周縁部１１に所定の１次変位ＺCを付与することで、パネル部材１０の意匠面１３に対応する部位に生じる２次的な変位（２次変位ΔＺ）を算出する。ここでは、例えば図３に示すように、所定の１次変位ＺCが付与された周縁部１１の拘束解除位置Ｐiを通る幅方向断面上に現れる２次変位ΔＺの幅方向分布を算出すると共に、その中の最大値ΔＺmaxを、所定の１次変位ＺCを付与することで意匠面１３上に２次的に生じた２次変位ΔＺとして出力する。この図示例では、山状の２次変位分布を生じるため、その頂部に対応する位置における２次変位ΔＺの最大値ΔＺmaxを、後述する工程Ｓ６にて用いる２次変位ΔＺとして出力するようにすればよい。
【００３０】
なお、この工程においても、上記例示のように、溶接用電極１５を加速しながら下降させる場合には、図５に示すように、意匠面１３を設けた部位に生じる２次変位ΔＺが振動を伴う場合がある。このような場合には、反力Ｆと同様、振動がある程度収束した時点における２次変位ΔＺを算出すればよいようにも思えるが、それだと、微小時間ごとに２次変位ΔＺを算出する必要が生じ、非常に計算時間が長くなるデメリットがある。また、この種の変形モードにおいては、図５に示すように、初期振動における２次変位ΔＺの最初の変位ピーク値ΔＺ0が、後続の変位ピーク値ΔＺ1，ΔＺ2…に比べて極端に大きな値を示す傾向にある。以上の点を踏まえ、意匠面１３を設けた部位が振動する場合には、図５に示すように、初期振動における２次変位ΔＺの最初の変位ピーク値ΔＺ0を外して、２回目以降の複数個の（好ましくは偶数個の）変位ピーク値ΔＺ1，ΔＺ2…の平均を取り、その平均値ΔＺAを後述する工程Ｓ６にて用いる２次変位ΔＺとして出力するようにすればよい。具体的には、平均値の精度を保障する観点からは、２回目以降の変位ピーク値を少なくとも４個取るようにするのがよい。また、平均値の精度を保障しつつも、計算時間の短縮を考えて１０個以下とするのがよい。
【００３１】
（剛性係数算出工程Ｓ６）
そして、上記工程Ｓ４および工程Ｓ５でそれぞれ求めた反力Ｆと２次変位ΔＺに基づき、パネル部材１０の剛性係数Ｋを算出する。ここで、反力Ｆを２次変位ΔＺで除した値Ｆ／ΔＺを新たな変数とみなし、当該新たな変数の１次関数として剛性係数Ｋを算出してもよい。あるいは、剛性係数Ｋを、反力Ｆと２次変位ΔＺのばね定数に見立てて、Ｋ＝Ｆ／ΔＺの関係式から剛性係数Ｋを算出するようにしてもよい。このようにして算出した剛性係数Ｋと、実機のひずみに関する官能評価結果との間には高い相関が認められることから、当該剛性係数Ｋを耐ひずみ性の評価に有効に使用することができる。
【００３２】
（算出続行要否判定工程Ｓ７）
以上のようにして、パネル部材１０の任意の１つの拘束解除位置Ｐiにおける剛性係数Ｋが得られたら、パネル部材１０の周縁部１１、ここでは幅方向縁部の長手方向に沿って拘束解除位置Ｐiをずらし、新たな拘束解除位置Ｐi+1を設定する。この際、直前の拘束解除位置Ｐiでは周縁部１１が点拘束される。このようにして設定した新たな拘束解除位置Ｐi+1に対して上記Ｓ３〜Ｓ６までの工程を繰り返し実施することで、当該新たな拘束解除位置Ｐi+1における剛性係数Ｋを算出することができる。この実施形態では、直前の拘束解除位置Ｐiから車体後方側に２個ずれた位置に新たな拘束解除位置Ｐi+1を設定していきながら、その都度上記Ｓ３からＳ６までの工程を繰り返し実施することで、Ｎ個の拘束解除位置Ｐi（ｉ＝１，２…Ｎ）における剛性係数Ｋが算出される。図１に示すフローチャートに従って説明すれば、工程Ｓ７にて、直前に剛性係数Ｋを求めた拘束解除位置Ｐiが最後に算出すべき拘束解除位置Ｐi（ｉ＝Ｎ）でなければ、上記工程Ｓ３に戻り、工程Ｓ６までの処理を繰り返し実施する。そして、最後に算出すべき拘束解除位置Ｐi（ｉ＝Ｎ）における剛性係数Ｋが算出されている場合には、上記一連の処理を完了する。
【００３３】
（剛性良否判定工程Ｓ８）
以上のようにして工程Ｓ１〜工程Ｓ７を実施することで得た複数の剛性係数Ｋに対して、予め定めておいたしきい値を用いて、スポット溶接時に意匠面１３に生じるひずみに対する耐性（剛性）の良否を判定する。具体的には、図６に示すように、パネル部材１０の周縁部１１上の複数の拘束解除位置Ｐi（ｉ＝１，２…Ｎ）における剛性係数Ｋの値を剛性係数のしきい値ＫTと比較する。そして、例えば全ての拘束解除位置Ｐiにおいて剛性係数Ｋがしきい値ＫT以上であれば、所望の剛性を備えるもの（良品）と判定する。また、図６に示すように、１ヶ所でも剛性係数Ｋがしきい値ＫTを下回る（図６では、拘束解除位置Ｐ4以降においてしきい値ＫTを下回っている）場合には、上記ひずみに対する剛性が不十分である（形状不良）と判定する。なお、このように、不合格（形状不良）と判定されたパネル部材１０については、形状不良と判定された拘束解除位置Ｐiの内側領域の剛性を高めるような形状変更（設計変更）を行う必要がある、との判定（設計変更要否判定）を併せて行うようにしてもよい。具体的には、剛性不足と判定された意匠面１３の形成部位に対して新たにビード１４を設けたり、既存のビード１４のサイズを大きくする他、意匠面１３のうち製品全体の意匠品質にあまり影響を与えない領域の面形状を高剛性の形状に変更する（例えば平坦面に曲率を設ける等の変更を行う）ことで、剛性の向上を図るようにしてもよい。
【００３４】
以上より、本発明に係る剛性評価方法によれば、上記所定の解析モデルを用いて求めた剛性係数を、製品（例えば車体組立品）の意匠面に最終的に現れるひずみに対する耐性（剛性）の評価指標として有効に用いることができる。そのため、このパネル部材の設計段階で上記の耐スポットひずみ性（剛性）を評価でき、またこの評価に基づき、パネル部材の剛性向上のための設計変更を早急かつ適正に実施することができる。これにより、設計工数の削減を図ることが可能となる。
【００３５】
また、上記工程Ｓ８に用いるしきい値の設定については、例えば図７に示す方法が一例として挙げられる。すなわち、予め互いに数値の異なる剛性係数Ｋを示す複数のパネル部材１０を実際に製作し、これら複数のパネル部材１０に対して実機又は実機モデルの上記ひずみに関する官能評価を行う。ここで図７を見ると、当該ひずみに関する官能評価結果
と剛性係数Ｋとの間には高い相関が存在することがわかる。すなわち、上記実機の官能評価結果が「良好」又は「許容範囲内」（図７中、丸又は白抜き三角で示す項目）であれば、剛性係数Ｋは相対的に高い値を示す一方で、上記官能評価結果が「許容範囲外」や「不良」（図７中、黒三角又は罰点で示す項目）であれば、剛性係数Ｋは相対的に低い値を示すことがわかる。そこで、上記官能評価結果が「許容範囲内」以上（図中、白抜き三角で示す横軸の項目）である場合に、対応する剛性係数Ｋの範囲を定めるべく、官能評価結果が「許容範囲内」の場合の剛性係数Ｋの値をしきい値ＫTと定めるようにする。これにより、実機のひずみ官能評価を踏まえた適切なしきい値の設定が可能となる。
【００３６】
以上、本発明に係るパネル部材の剛性評価方法の一実施形態を説明したが、この評価方法は、上記例示の形態に限定されることなく、本発明の範囲内において任意の形態を採り得ることはもちろんである。例えば、上記工程Ｓ１〜工程Ｓ８が適正に実施可能な限りにおいて、その実施順序は上記実施形態には限定されない。
【００３７】
また、本発明に係る剛性評価方法であれば、スポット溶接により他部材と接合される全てのパネル部材に対して適用することができるので、他部材との組付け後においても良好な意匠面が要求される、自動車のルーフパネルやドアパネル、ボンネット（フード）などの各種パネル部材の設計に本発明を好適に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０ パネル部材
１１ 周縁部
１２ 立ち上がり部
１３ 意匠面
１４ ビード
１５ 溶接用電極
Ｆ 反力
Ｋ 剛性係数
ＫT しきい値（剛性係数）
Ｐ 拘束点
Ｐi 拘束解除位置
ＺC １次変位
ΔＺ ２次変位
ΔＺA 平均値（２次変位）
ΔＺmax 最大値（２次変位）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パネル部材の剛性評価方法に関し、特に、スポット溶接により他部材と接合されるパネル部材の意匠面に生じるひずみに対する剛性の評価を行うための評価技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外的負荷を考慮したパネル部材の設計手法が数多く提案されている。例えば下記特許文献１には、パネル初期形状に微小圧力ΔＰを付与してワーク（パネル）を変形させ、変形前後の体積変化量ないし変化率を算出すると共に、変形後のパネル形状を新たなパネル初期形状とみなして上記変形を与えた際の体積変化量ないし変化率を算出する工程を繰り返すと共に、上記算出した変化量ないし変化率が所定の許容範囲内に収まった時点で、その直前の工程におけるパネル初期形状を耐圧高剛性の形状として出力する、パネル形状の設計方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２０７４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、車体用ルーフパネルの如きパネル部材においては、上記特許文献１に開示の方法のように、圧力等の単純負荷に対する剛性だけでなく、実際に他部材と組付ける際に生じ得る複雑な変形（ひずみ）に対する剛性（耐ひずみ性）についても考慮する必要がある。ここで、問題となる組付け時のひずみの一つに、スポットひずみと呼ばれる類のひずみを挙げることができる。このひずみは、スポット溶接により例えばルーフパネルをサイドメンバなどの他部材に組付けた後にルーフパネルの意匠面に生じるひずみである。この種のひずみの発生要因としては、ひずみの発生箇所に直接作用する外的負荷だけでなく、ルーフパネルの周縁部（フランジ部）に作用するスポットガンの押付け力や、通電時の抵抗発熱により生じる熱応力など、上記ひずみの発生箇所から離れた位置に作用した外力負荷や熱影響などの要因が考えられる。
【０００５】
上記特許文献１に開示のように、外力を受けるパネル部材の設計を行う際には、予め想定される外力に耐えうる剛性を備えたパネル形状をシミュレーションにより求めるようにしている。しかしながら、既述のように、現実のパネル部材に生じるひずみの発生要因には種々様々のものがあり、上記要因のほかにも例えばルーフパネルのスポット溶接時における熱入力により、この溶接工程の前のプレス工程や組付け工程の際に当該パネル部材に生じた残留ひずみが発現する（解放される）ことがわかっている。また、これにより、パネル部材に最終的にひずみが生じ、意匠上の不具合が発生することもわかっている。しかしながら、この種のひずみの発生を再現し、あるいは上記要因を考慮した上で発生し得るひずみの大きさを適切に評価することは、そのメカニズムが複雑になることから非常に困難である。また、仮に評価できたとしても、その評価に至るまでに相当の時間を要することが想定されるため、量産品の設計には適していない。
【０００６】
そこで、ひずみの発生要因を明確にしてその評価を行うのではなく、ひずみの抑制要因に着目して、例えばパネル部材の上記ひずみに対する耐性（剛性）を適切に評価するようにすれば、パネル部材の補強の要否を判断することができるように思われる。また、上記ひずみの程度を評価するよりもパネル部材の剛性評価のほうが比較的容易に実施できるようにも思われる。しかしながら、この種のパネル部材の剛性、特に、パネル本体のスポット溶接後のパネル部材の上記ひずみに対する剛性を設計段階で評価し、あるいはこの評価を設計にフィードバックする手法はこれまで存在しなかったのが実情である。現状では、製品に想定外のひずみが生じてからの対策にならざるを得ず、また、上記剛性を適切に評価し得る指標がないことから、形状変更とその実機評価を繰り返すことでしか設計変更を行うことができず、設計工数の増大やコストの高騰を招く問題があった。
【０００７】
以上の事情に鑑み、本明細書では、設計段階でパネル部材のスポットひずみに対する剛性の評価を可能とし、これにより短時間かつ低コストでパネル部材の意匠面に生じるひずみを抑制可能とする設計変更を適正に行い得る、パネル部材の剛性評価方法を提供することを、本発明により解決すべき技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題の解決を図るためになされたものである。すなわち、本発明に係るパネル部材の剛性評価方法は、スポット溶接により他部材と接合されるパネル部材をモデル化して解析を行うことで、スポット溶接を施したパネル部材の意匠面に生じるひずみに対する剛性を評価するための方法であって、モデル化したパネル部材の周縁部に、スポット溶接の際に溶接用電極から受ける押圧力に対応した大きさの１次変位を与えて、１次変位により周縁部に発生した反力を算出する反力算出工程と、１次変位に起因してパネル部材の意匠面に２次的に生じた２次変位を算出する２次変位算出工程と、反力と２次変位に基づき、パネル部材の剛性係数を算出する剛性係数算出工程とを備える点をもって特徴付けられる。なお、ここでいう剛性係数は、反力に対する２次変位の生じにくさ（２次変位に対する変形抵抗）の１つの指標として示したものであり、例えば反力と２次変位を共に変数とする関数で表すことができる。
【０００９】
上記のように、本発明に係る上記の評価方法は、本発明者らの創意工夫の結果得られた新たな知見に基づき創出されたものであり、パネル部材のスポットひずみに対する剛性を評価するための、従来にない新規な評価指標を設計段階で算出し得たことを特徴とするものである。すなわち、本発明者らは、パネル部材のスポット溶接時における特殊な変形モードに着目して、この変形モードを解析モデルにて再現すると共に、モデル化したパネル部材の周縁部に強制的な変位（１次変位）を入力することで意匠面に２次変位が出力される場合、これら入力変位と出力変位とを２つのばねモデルを用いて関連付けることで、１次変位により周縁部に生じる反力と２次変位とに基づき剛性係数を算出する手法を着想するに至った。そして、この手法により得た剛性係数が、実際の製品に最終的に現れるひずみの官能評価結果との間に高い相関があることを見出すに至った。言い換えると、剛性係数が大きい値を示すパネル部材ほど、上記スポットひずみに対する耐性（剛性）が高い、との事実関係を見出すに至った。
【００１０】
本発明は、以上の知見に基づきなされたものであり、上記所定の解析モデルを用いて予め剛性係数を求めておくようにすれば、この剛性係数を、溶接時の熱入力などの種々のひずみ発生要因を包含した、製品の意匠面に最終的に現れるひずみに対する剛性の程度を評価するための指標として有効に用いることができる。そのため、本発明に係る評価方法によれば、実機又は実機モデルを製作して実際にスポットひずみが生じたときに対策を講じる必要はなく、設計段階で耐スポットひずみ性（剛性）を評価できる。また、この評価に基づき、パネル部材の剛性向上のための設計変更を早急かつ適正に実施することができるので、設計工数の削減を図ることができ、低コストに高剛性のパネル部材を設計することが可能となる。
【００１１】
ところで、この場合、パネル部材の意匠面において生じる２次変位は、例えば周縁部から遠ざかるにつれて小さくなるといった単純な変位とは限らず、上記変形モードに対応した特有の２次変位の分布を有することが多い。そのため、上記２次変位をどのようにして算出するかによって剛性係数にも影響を与える可能性がある。よって、例えば測定位置の違いによる２次変位の算出値のばらつきを小さくするために、２次変位算出工程において、２次変位を意匠面の複数の位置で算出すると共に、算出した複数の２次変位の平均を求め、この２次変位の平均値を、剛性係数算出工程に使用する２次変位として算出するようにしてもよい。あるいは、２次変位算出工程において、２次変位を意匠面の複数の位置で算出すると共に、算出した複数の２次変位のうちの最大値を、剛性係数算出工程に使用する２次変位として算出するようにしてもよい。
【００１２】
上記何れの方法によっても、測定位置の違いによる２次変位のばらつきを小さくすることはできるが、パネル部材のスポット溶接時における変形モードを考慮に入れた場合には、後者の方法、すなわち複数の２次変位の最大値に基づき剛性係数を算出するほうが、パネル部材ごとの２次変位の大小を敏感に拾うことができ、剛性係数にもその大小関係を反映して高精度な剛性評価を行うことが可能となる。
【００１３】
一方、剛性係数と、反力および２次変位との関係について見た場合、剛性係数算出工程において、反力を２次変位で除したものを新たな変数とすることもでき、かつその場合に、当該新たな変数の１次関数として剛性係数を算出するようにしてもよい。あるいは、剛性係数算出工程において、反力を２次変位で除した値を剛性係数として算出するようにしてもよい。
【００１４】
このように、上記反力を２次変位で除したものを新たな変数とし、この新たな変数の１次関数として剛性係数を算出した場合、当該剛性係数と、実機での意匠面のひずみに関する官能評価結果との間に非常に高い相関性が認められる。そのため、上記のように算出した剛性係数であれば、より信頼性の高い剛性評価指標として用いることが可能となる。特に、反力を２次変位で除した値を剛性係数として算出するようにした場合には、ばねモデルに準じた非常に単純な関係式で剛性係数を算出することができ、種々の形態のパネル部材に対して適用できる（汎用性がある）。また、計算に要する時間も短くて済むため、量産品の設計に対しても好適である。
【００１５】
また、周縁部に所定の速度で１次変位を与えることで２次変位が振動を伴う場合、その初期振動から最初の変位ピーク値を除く２回目以降の偶数個の変位ピーク値の平均を２次変位として算出するようにしてもよい。
【００１６】
例えば、周縁部への１次変位が所定速度の荷重ストロークを伴って付与される場合には、パネル部材の意匠面に振動を伴った２次変位が生じることがある。よって、上記解析モデルにおける変形モードを現実の変形モードに近づけるべく上記のように１次変位を付与する場合には、２次変位に変位ピーク値の山と谷が交互に生じることになる。以上のことから、振動幅が相対的に大きくそのばらつきも大きい１回目の変位ピーク値を除いて、２回目以降の変位ピーク値を山と谷とセットで偶数個取り、その平均を２次変位とすることで、既述の静的な力の釣合いモデル（ばねモデル）に当てはめて剛性係数を算出することができる。また、この場合においても、実際のひずみに関する官能評価結果との間に高い相関が認められることから、上記方法で得た剛性係数をパネル部材の剛性評価の指標として有効に使用できる。
【００１７】
なお、本発明に係る評価方法が具体的に上記何れの形態を採る場合においても、モデル化したパネル部材の周縁部に付与する１次変位として、現実のスポット溶接時に周縁部に生じると想定される変位量よりも大きい変位量を付与するのがよい。これは、スポット溶接時の変形モードに対する意匠面の２次変位分布（ひずみ分布）の傾向を明確化することが本発明の目的の１つであるためである。
【００１８】
もちろん、あまりに１次変位が大きいと、例えば座屈が生じるなど現実とは異なる変形モードに移行する可能性があるため、上記のばねモデルが適用でき得る変形モードから外れない範囲で、周縁部に付与すべき１次変位の大きさを定めるようにするのがよい。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明に係る剛性評価方法によれば、設計段階でパネル部材のスポットひずみに対する剛性の評価を可能とし、これにより短時間かつ低コストでパネル部材の意匠面に生じるひずみを抑制可能とする設計変更を適正に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るパネル部材の剛性評価方法のフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態に係るパネル部材の解析モデルの平面図である。
【図３】図２に示す解析モデルのＡ−Ａ断面図である。
【図４】パネル部材の周縁部に生じる反力の時間の推移に伴う変動を示すグラフである。
【図５】パネル部材の意匠面に生じる２次変位の時間の推移に伴う変動を示すグラフである。
【図６】１次変位を与えたパネル部材周縁部の各位置における剛性係数を示すグラフである。
【図７】剛性係数と実機におけるひずみ官能評価結果との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係るパネル部材の剛性評価方法の一実施形態を図面に基づき説明する。この実施形態では、パネル部材として、自動車のルーフパネルを用いると共に、このパネル部材を例えばサイドメンバなどの他の部材にスポット溶接で接合することで、ルーフパネルの意匠面に生じるひずみに対する耐性（剛性）を評価する場合を例にとって説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係るパネル部材の剛性評価方法のフローチャートを示している。このチャートに示すように、この剛性評価方法は、パネル部材の解析モデルを作成するパネル部材モデル化工程Ｓ１と、工程Ｓ１で作成したパネル部材の解析モデルに対して所定の１次変位を付与するための溶接用電極の解析モデルを作成する電極モデル化工程Ｓ２と、工程Ｓ１にてモデル化したパネル部材の周縁部に、工程Ｓ２にてモデル化した溶接用電極を押付けて、当該周縁部に所定の大きさの１次変位を与える１次変位付与工程Ｓ３と、工程Ｓ３にて付与した１次変位により周縁部に発生した反力を算出する反力算出工程Ｓ４と、工程Ｓ３にて付与した１次変位に起因してパネル部材の意匠面に２次的に生じた２次変位を算出する２次変位算出工程Ｓ５と、工程Ｓ４および工程Ｓ５にて得た反力と２次変位に基づき、パネル部材の剛性係数を算出する剛性係数算出工程Ｓ６とを主に備える。以下、各工程の詳細を説明する。
【００２３】
（パネル部材モデル化工程Ｓ１）
まず、解析対象となるパネル部材（ここではルーフパネル）の解析モデルを作成する。通常、この種の解析モデルは、元となるパネル部材の図面データ（通常、ＣＡＤデータ）を取り込むと共に、取り込んだ図面データを多数の微小分割要素の集合体として、例えば汎用の解析ソフトに組み込まれたメッシュ作成プログラムなどに則ってメッシュ化することで作成される。もちろん、解析モデルについては上記に制限されることなく既存のものが使用でき、その作成方法や、上記解析モデルを構成する微小分割要素の形状等についても何らの制限を受けることなく既存のものを採用することができる。
【００２４】
図２は、上記のようにしてモデル化したパネル部材１０の平面図を示している。また、図３は、図２に示すパネル部材１０のＡ−Ａ断面図であって、周縁部１１を車体幅方向（図２でいえば上下方向、図３でいえば左右方向。以下、同じ。）で切断した場合の断面図を示している。これらの図に係るパネル部材１０は既述のようにルーフパネルであり、周縁部１１としてのフランジ部をパネル部材１０の全周にわたって設けている。また、図３に示すように、周縁部１１の内側端部から上方に向けて立ち上がる形態の立ち上がり部１２が形成されており、この立ち上がり部１２の上端に、パネル部材１０の意匠面１３となる部位がつながっている。また、この実施形態では、意匠面１３は平坦ではなくわずかに膨らんでおり（大きな曲率を有しており）、かつその車体前後方向（図２でいえば左右方向）に沿って複数本のビード１４（溝状、畝状の何れをも含む）を設けた形状を呈している。
【００２５】
（電極モデル化工程Ｓ２）
続いて、工程Ｓ１でモデル化したパネル部材１０の周縁部１１に対して所定の１次変位を付与するための溶接用電極の解析モデルを作成する。この種の解析モデルについても、パネル部材１０と同様、取り込んだ図面データを既存のプログラムによりメッシュ化することで形成することができる。当該解析モデルの作成方法、微小分割要素についても既存のものが広く採用できる点は同じである。図３は、モデル化した溶接用電極１５を、後述する周縁部１１上の所定の位置Ｐi（ｉ＝１，２…Ｎ）に配置した状態を示している。この図示例では、溶接用電極１５は略半球状の先端部を有しており、パネル部材１０の周縁部１１上の所定の位置Ｐiに配置した状態では、周縁部１１と点接触するようになっている。
【００２６】
（１次変位付与工程Ｓ３）
上記工程Ｓ１および工程Ｓ２にて、解析に供するパネル部材１０および溶接用電極１５を作成した後、所定の拘束条件下でモデル化したパネル部材１０の周縁部１１を、同じくモデル化した溶接用電極１５で下方に向けて押圧し、所定の１次変位ＺCを付与する（図
３を参照）。ここで、拘束条件を含めて詳述すると、この実施形態では、図２に示すように、パネル部材１０の周縁部１１の幅方向中央にかつ全周にわたって複数の拘束点Ｐを所定間隔（各辺縁単位では少なくとも等間隔）に設ける。そして、拘束解除位置となる１つの拘束点Ｐiを除いた残り全ての拘束点Ｐにおいて周縁部１１を拘束した状態で、上記１つの拘束点（拘束解除位置）Ｐiに溶接用電極１５を図２に示すように周縁部１１と当接させた状態で配置し、下方に押圧することで、周縁部１１に所定の１次変位ＺCを付与する。これにより、周縁部１１が少なくとも拘束解除位置Ｐiにおいて下方に所定量ＺCだけ変位する（図３の１点鎖線で示す位置まで下がる）。
【００２７】
なお、この際の付与すべき１次変位ＺCの目安として、例えばパネル部材１０がルーフパネルの場合、１０-1ｍｍオーダーの１次変位ＺCを付与することができる。また、この１次変位ＺCの与え方としては種々の方法が採用でき、例えば溶接用電極１５に所定の荷重ストローク（ここでは下降速度パターン）を与えることで、周縁部１１の拘束解除位置Ｐiを所定の１次変位ＺC分だけ下方に押圧変位させるようにしてもよい。ここで、溶接用電極１５の荷重ストロークとして、図示は省略するが、等加速で下降し、次いで、加速を零（等速下降）とした後に、等加速で減速していき、周縁部１１の１次変位がＺCとなった時点で下降速度が零（下降を停止）するようなストロークパターン（下降速度パターン）を挙げることができる。
【００２８】
（反力算出工程Ｓ４）
上記のようにして周縁部１１に所定の１次変位ＺCを付与することで、溶接用電極１５が周縁部１１から受ける反力Ｆを算出する。また、上記例示の荷重ストロークの如く、溶接用電極１５を加速しながら下降させる場合には、図４に示すように、周縁部１１からの反力Ｆが上下動することがある。このような場合には、周縁部１１からの反力Ｆがある程度安定してきた時点（図４では、反力発生時点から時刻ｔ1経過した時）における反力Ｆ1を、算出すべき反力Ｆとして出力する。
【００２９】
（２次変位算出工程Ｓ５）
また、上記のように、工程Ｓ３にて周縁部１１に所定の１次変位ＺCを付与することで、パネル部材１０の意匠面１３に対応する部位に生じる２次的な変位（２次変位ΔＺ）を算出する。ここでは、例えば図３に示すように、所定の１次変位ＺCが付与された周縁部１１の拘束解除位置Ｐiを通る幅方向断面上に現れる２次変位ΔＺの幅方向分布を算出すると共に、その中の最大値ΔＺmaxを、所定の１次変位ＺCを付与することで意匠面１３上に２次的に生じた２次変位ΔＺとして出力する。この図示例では、山状の２次変位分布を生じるため、その頂部に対応する位置における２次変位ΔＺの最大値ΔＺmaxを、後述する工程Ｓ６にて用いる２次変位ΔＺとして出力するようにすればよい。
【００３０】
なお、この工程においても、上記例示のように、溶接用電極１５を加速しながら下降させる場合には、図５に示すように、意匠面１３を設けた部位に生じる２次変位ΔＺが振動を伴う場合がある。このような場合には、反力Ｆと同様、振動がある程度収束した時点における２次変位ΔＺを算出すればよいようにも思えるが、それだと、微小時間ごとに２次変位ΔＺを算出する必要が生じ、非常に計算時間が長くなるデメリットがある。また、この種の変形モードにおいては、図５に示すように、初期振動における２次変位ΔＺの最初の変位ピーク値ΔＺ0が、後続の変位ピーク値ΔＺ1，ΔＺ2…に比べて極端に大きな値を示す傾向にある。以上の点を踏まえ、意匠面１３を設けた部位が振動する場合には、図５に示すように、初期振動における２次変位ΔＺの最初の変位ピーク値ΔＺ0を外して、２回目以降の複数個の（好ましくは偶数個の）変位ピーク値ΔＺ1，ΔＺ2…の平均を取り、その平均値ΔＺAを後述する工程Ｓ６にて用いる２次変位ΔＺとして出力するようにすればよい。具体的には、平均値の精度を保障する観点からは、２回目以降の変位ピーク値を少なくとも４個取るようにするのがよい。また、平均値の精度を保障しつつも、計算時間の短縮を考えて１０個以下とするのがよい。
【００３１】
（剛性係数算出工程Ｓ６）
そして、上記工程Ｓ４および工程Ｓ５でそれぞれ求めた反力Ｆと２次変位ΔＺに基づき、パネル部材１０の剛性係数Ｋを算出する。ここで、反力Ｆを２次変位ΔＺで除した値Ｆ／ΔＺを新たな変数とみなし、当該新たな変数の１次関数として剛性係数Ｋを算出してもよい。あるいは、剛性係数Ｋを、反力Ｆと２次変位ΔＺのばね定数に見立てて、Ｋ＝Ｆ／ΔＺの関係式から剛性係数Ｋを算出するようにしてもよい。このようにして算出した剛性係数Ｋと、実機のひずみに関する官能評価結果との間には高い相関が認められることから、当該剛性係数Ｋを耐ひずみ性の評価に有効に使用することができる。
【００３２】
（算出続行要否判定工程Ｓ７）
以上のようにして、パネル部材１０の任意の１つの拘束解除位置Ｐiにおける剛性係数Ｋが得られたら、パネル部材１０の周縁部１１、ここでは幅方向縁部の長手方向に沿って拘束解除位置Ｐiをずらし、新たな拘束解除位置Ｐi+1を設定する。この際、直前の拘束解除位置Ｐiでは周縁部１１が点拘束される。このようにして設定した新たな拘束解除位置Ｐi+1に対して上記Ｓ３〜Ｓ６までの工程を繰り返し実施することで、当該新たな拘束解除位置Ｐi+1における剛性係数Ｋを算出することができる。この実施形態では、直前の拘束解除位置Ｐiから車体後方側に２個ずれた位置に新たな拘束解除位置Ｐi+1を設定していきながら、その都度上記Ｓ３からＳ６までの工程を繰り返し実施することで、Ｎ個の拘束解除位置Ｐi（ｉ＝１，２…Ｎ）における剛性係数Ｋが算出される。図１に示すフローチャートに従って説明すれば、工程Ｓ７にて、直前に剛性係数Ｋを求めた拘束解除位置Ｐiが最後に算出すべき拘束解除位置Ｐi（ｉ＝Ｎ）でなければ、上記工程Ｓ３に戻り、工程Ｓ６までの処理を繰り返し実施する。そして、最後に算出すべき拘束解除位置Ｐi（ｉ＝Ｎ）における剛性係数Ｋが算出されている場合には、上記一連の処理を完了する。
【００３３】
（剛性良否判定工程Ｓ８）
以上のようにして工程Ｓ１〜工程Ｓ７を実施することで得た複数の剛性係数Ｋに対して、予め定めておいたしきい値を用いて、スポット溶接時に意匠面１３に生じるひずみに対する耐性（剛性）の良否を判定する。具体的には、図６に示すように、パネル部材１０の周縁部１１上の複数の拘束解除位置Ｐi（ｉ＝１，２…Ｎ）における剛性係数Ｋの値を剛性係数のしきい値ＫTと比較する。そして、例えば全ての拘束解除位置Ｐiにおいて剛性係数Ｋがしきい値ＫT以上であれば、所望の剛性を備えるもの（良品）と判定する。また、図６に示すように、１ヶ所でも剛性係数Ｋがしきい値ＫTを下回る（図６では、拘束解除位置Ｐ4以降においてしきい値ＫTを下回っている）場合には、上記ひずみに対する剛性が不十分である（形状不良）と判定する。なお、このように、不合格（形状不良）と判定されたパネル部材１０については、形状不良と判定された拘束解除位置Ｐiの内側領域の剛性を高めるような形状変更（設計変更）を行う必要がある、との判定（設計変更要否判定）を併せて行うようにしてもよい。具体的には、剛性不足と判定された意匠面１３の形成部位に対して新たにビード１４を設けたり、既存のビード１４のサイズを大きくする他、意匠面１３のうち製品全体の意匠品質にあまり影響を与えない領域の面形状を高剛性の形状に変更する（例えば平坦面に曲率を設ける等の変更を行う）ことで、剛性の向上を図るようにしてもよい。
【００３４】
以上より、本発明に係る剛性評価方法によれば、上記所定の解析モデルを用いて求めた剛性係数を、製品（例えば車体組立品）の意匠面に最終的に現れるひずみに対する耐性（剛性）の評価指標として有効に用いることができる。そのため、このパネル部材の設計段階で上記の耐スポットひずみ性（剛性）を評価でき、またこの評価に基づき、パネル部材の剛性向上のための設計変更を早急かつ適正に実施することができる。これにより、設計工数の削減を図ることが可能となる。
【００３５】
また、上記工程Ｓ８に用いるしきい値の設定については、例えば図７に示す方法が一例として挙げられる。すなわち、予め互いに数値の異なる剛性係数Ｋを示す複数のパネル部材１０を実際に製作し、これら複数のパネル部材１０に対して実機又は実機モデルの上記ひずみに関する官能評価を行う。ここで図７を見ると、当該ひずみに関する官能評価結果
と剛性係数Ｋとの間には高い相関が存在することがわかる。すなわち、上記実機の官能評価結果が「良好」又は「許容範囲内」（図７中、丸又は白抜き三角で示す項目）であれば、剛性係数Ｋは相対的に高い値を示す一方で、上記官能評価結果が「許容範囲外」や「不良」（図７中、黒三角又は罰点で示す項目）であれば、剛性係数Ｋは相対的に低い値を示すことがわかる。そこで、上記官能評価結果が「許容範囲内」以上（図中、白抜き三角で示す横軸の項目）である場合に、対応する剛性係数Ｋの範囲を定めるべく、官能評価結果が「許容範囲内」の場合の剛性係数Ｋの値をしきい値ＫTと定めるようにする。これにより、実機のひずみ官能評価を踏まえた適切なしきい値の設定が可能となる。
【００３６】
以上、本発明に係るパネル部材の剛性評価方法の一実施形態を説明したが、この評価方法は、上記例示の形態に限定されることなく、本発明の範囲内において任意の形態を採り得ることはもちろんである。例えば、上記工程Ｓ１〜工程Ｓ８が適正に実施可能な限りにおいて、その実施順序は上記実施形態には限定されない。
【００３７】
また、本発明に係る剛性評価方法であれば、スポット溶接により他部材と接合される全てのパネル部材に対して適用することができるので、他部材との組付け後においても良好な意匠面が要求される、自動車のルーフパネルやドアパネル、ボンネット（フード）などの各種パネル部材の設計に本発明を好適に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０ パネル部材
１１ 周縁部
１２ 立ち上がり部
１３ 意匠面
１４ ビード
１５ 溶接用電極
Ｆ 反力
Ｋ 剛性係数
ＫT しきい値（剛性係数）
Ｐ 拘束点
Ｐi 拘束解除位置
ＺC １次変位
ΔＺ ２次変位
ΔＺA 平均値（２次変位）
ΔＺmax 最大値（２次変位）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポット溶接により他部材と接合されるパネル部材をモデル化して解析を行うことで、前記スポット溶接を施した前記パネル部材の意匠面に生じるひずみに対する剛性を評価するための方法であって、
前記モデル化したパネル部材の周縁部に、前記スポット溶接の際に溶接用電極から受ける押圧力に対応した大きさの１次変位を与えて、該１次変位により前記周縁部に発生した反力を算出する反力算出工程と、
前記１次変位に起因して前記パネル部材の意匠面に２次的に生じた２次変位を算出する２次変位算出工程と、
前記反力と前記２次変位に基づき、前記パネル部材の剛性係数を算出する剛性係数算出工程とを備える、パネル部材の剛性評価方法。
【請求項２】
前記２次変位算出工程において、前記２次変位を前記意匠面の複数の位置で算出すると共に、該算出した複数の２次変位のうちの最大値を、前記剛性係数算出工程に使用する前記２次変位として算出する請求項１に記載のパネル部材の剛性評価方法。
【請求項３】
前記剛性係数算出工程において、前記反力を前記２次変位で除した値を前記剛性係数として算出する請求項１に記載のパネル部材の剛性評価方法。
【請求項４】
前記周縁部に所定の速度で前記１次変位を与えることで前記２次変位が振動を伴う場合、その初期振動から最初の変位ピーク値を除く２回目以降の偶数個の変位ピーク値の平均を前記２次変位として算出する請求項１に記載のパネル部材の剛性評価方法。
【請求項１】
スポット溶接により他部材と接合されるパネル部材をモデル化して解析を行うことで、前記スポット溶接を施した前記パネル部材の意匠面に生じるひずみに対する剛性を評価するための方法であって、
前記モデル化したパネル部材の周縁部に、前記スポット溶接の際に溶接用電極から受ける押圧力に対応した大きさの１次変位を与えて、該１次変位により前記周縁部に発生した反力を算出する反力算出工程と、
前記１次変位に起因して前記パネル部材の意匠面に２次的に生じた２次変位を算出する２次変位算出工程と、
前記反力と前記２次変位に基づき、前記パネル部材の剛性係数を算出する剛性係数算出工程とを備える、パネル部材の剛性評価方法。
【請求項２】
前記２次変位算出工程において、前記２次変位を前記意匠面の複数の位置で算出すると共に、該算出した複数の２次変位のうちの最大値を、前記剛性係数算出工程に使用する前記２次変位として算出する請求項１に記載のパネル部材の剛性評価方法。
【請求項３】
前記剛性係数算出工程において、前記反力を前記２次変位で除した値を前記剛性係数として算出する請求項１に記載のパネル部材の剛性評価方法。
【請求項４】
前記周縁部に所定の速度で前記１次変位を与えることで前記２次変位が振動を伴う場合、その初期振動から最初の変位ピーク値を除く２回目以降の偶数個の変位ピーク値の平均を前記２次変位として算出する請求項１に記載のパネル部材の剛性評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１０８１８４（Ｐ２０１１−１０８１８４Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６５３７５（Ｐ２００９−２６５３７５）
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
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