JP2003139668A - Simulation method for predicting performance of product composed of viscoelastic material - Google Patents

Simulation method for predicting performance of product composed of viscoelastic material

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JP2003139668A
JP2003139668A JP2001341117A JP2001341117A JP2003139668A JP 2003139668 A JP2003139668 A JP 2003139668A JP 2001341117 A JP2001341117 A JP 2001341117A JP 2001341117 A JP2001341117 A JP 2001341117A JP 2003139668 A JP2003139668 A JP 2003139668A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To predict the performance of a product composed of a viscoelastic material exhibiting nonlinear physical properties accurately by simulation under actual use conditions. SOLUTION: Under measurement conditions of a product composed of a viscoelastic material assuming actual use conditions, values of strain, strain rate, and stress occurring in the viscoelastic material are measured every moment, time record data of viscous resistance of the viscoelastic material is derived from the time record data of strain, strain rate and stress and a viscoelastic model taking account of the viscosity of the viscoelastic material for a state loaded with strain and a state free from strain or a restored state. That product is set as a product model being analyzed and a relation of strain, strain rate and viscous resistance is inputted to the product model and then the stress and strain of a differential component are calculated using differential main strain and strain rate converted from the entire coordinate system into the main strain and strain rate coordinate system thus simulating the performance while taking account of the difference of viscous resistance under a state loaded with strain and a state free from strain or a restored state even for the same value of strain.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、粘弾性材料からな
る製品の性能予測のためのシミュレーション方法に関
し、詳しくは、粘弾性材料からなる製品の性能をシミュ
レーションにより精度良く予測するシミュレーション方
法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a simulation method for predicting the performance of a product made of a viscoelastic material, and more particularly to a simulation method for accurately predicting the performance of a product made of a viscoelastic material by simulation. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】ゴムやエラストマーなどの高分子材料に
代表される粘弾性材料は、タイヤ、スポーツ競技におい
て使用される各種ボール、印刷機に用いられるロールな
ど各種製品に広く適用されている。
Viscoelastic materials represented by polymer materials such as rubber and elastomer have been widely applied to various products such as tires, various balls used in sports competitions, and rolls used in printing machines.

【0003】上記のような粘弾性材料や金属材料等の各
種工業製品について、試作の費用と時間の節約等のため
にシミュレーションを用いた製品開発が多方面で行われ
ている。例えば、ゴルフボールの反発性能を予測するた
めに、実際の打撃試験のシミュレーション方法が提案さ
れている。
With respect to various industrial products such as the above viscoelastic materials and metallic materials, product development using simulation is being carried out in various fields in order to save the cost and time for trial manufacture. For example, in order to predict the resilience performance of a golf ball, a simulation method of an actual impact test has been proposed.

【0004】従来、上記のようなシミュレーションを行
う場合、一般に材料の剛性、粘性などを測定する粘弾性
スペクトルメーター、縦弾性係数(ヤング率)を測定す
る引張試験機などにより測定したボールの構成材料の物
性値をシミュレーションへの入力値として用いている。
特に、粘弾性スペクトルメーターでは、動的ひずみが与
えられた試験片の物性値が測定されるため、粘弾性材料
からなる製品のシミュレーションに有用である。
Conventionally, in the case of performing the above-mentioned simulation, the constituent materials of the ball generally measured by a viscoelasticity spectrometer for measuring the rigidity and viscosity of the material, a tensile tester for measuring the longitudinal elastic modulus (Young's modulus), and the like. The physical properties of are used as input values to the simulation.
In particular, the viscoelasticity spectrum meter measures the physical property values of a test piece to which a dynamic strain is applied, and is therefore useful for simulating a product made of a viscoelastic material.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た粘弾性スペクトルメーター、縦弾性係数を測定する引
張試験機などによる測定では試験片に大きな変形量を与
えることができず、測定時に、粘弾性材料からなる試験
片にかかる最大ひずみ速度は、0.001/sから1.
0/s程度と小さく、また、最大圧縮ひずみも0.00
01から0.02程度と小さな値となる。
However, a large amount of deformation cannot be given to the test piece by the measurement with the above-mentioned viscoelasticity spectrum meter, a tensile tester for measuring the longitudinal elastic modulus, etc. The maximum strain rate applied to the test piece made of is from 0.001 / s to 1.
It is as small as 0 / s and the maximum compressive strain is 0.00.
The value is as small as 01 to 0.02.

【0006】一方、粘弾性材料からなる製品は、実使用
時に外力の影響等で高速かつ大きな変形を起こす場合が
ある。例えば、ゴルフボールを構成する材料では、実際
の打撃時に、最大ひずみ速度は500/s〜5000/
s程度であり、最大圧縮ひずみは主に、0.05〜0.
50程度であり、非常に大きな値となる。
On the other hand, a product made of a viscoelastic material may undergo large deformation at high speed due to the influence of external force when it is actually used. For example, in the material forming the golf ball, the maximum strain rate is 500 / s to 5000 / s when actually hit.
s, and the maximum compressive strain is mainly 0.05 to 0.
It is about 50, which is a very large value.

【0007】このように、粘弾性スペクトルメーター、
縦弾性係数を測定する引張試験機等による測定では、上
記のような実使用条件と同様の高速かつ大きな変形条件
下での粘弾性材料の物性値を測定することはできず、実
使用時と、最大ひずみ速度及び最大圧縮ひずみが大きく
異なる。このため、粘弾性スペクトルメーター、引張試
験機等により得られた材料物性値を入力する従来のシミ
ュレーションでは、粘弾性材料物性を考慮した正確なシ
ミュレーションを行うことができないという問題があ
る。
Thus, the viscoelasticity spectrum meter,
In the measurement with a tensile tester that measures the longitudinal elastic modulus, etc., it is not possible to measure the physical property value of the viscoelastic material under the same high speed and large deformation conditions as the above-mentioned actual use conditions. , The maximum strain rate and the maximum compressive strain are very different. Therefore, there is a problem in that it is not possible to perform an accurate simulation in consideration of the physical properties of the viscoelastic material in the conventional simulation in which the physical property values of the material obtained by a viscoelastic spectrum meter, a tensile tester, etc. are input.

【0008】即ち、衝撃荷重を受ける粘弾性材料の変形
挙動は、静荷重を受ける場合とは異なり、変形量、ある
いは変形速度によって著しく大きな影響を受けることが
知られている。特にゴムやエラストマーなどに代表され
る高分子材料では、衝撃荷重により1万分あるいは1千
分の数秒という非常に高速の変形を引き起こし、且つ変
形量も数十%と非常に大きくなる。このような高速大変
形の挙動を伴う粘弾性材料は多く、製品開発を効率的に
行う上では精度の高いシミュレーションが要求されてい
る。具体的には、ゴルフボール等のように使用時に衝撃
を伴う製品では高速且つ大変形条件下での動的挙動およ
び材料の特性が製品の性能を左右するため、実使用条件
下での精度良いシミュレーションが製品開発に必要不可
欠である。
That is, it is known that the deformation behavior of a viscoelastic material subjected to an impact load is significantly influenced by the amount of deformation or the deformation speed, unlike the case of receiving a static load. In particular, a polymer material typified by rubber or elastomer causes a very high-speed deformation of 10,000 minutes or a few thousandths of a second due to an impact load, and the amount of deformation also becomes a very large value of several tens of percent. There are many viscoelastic materials with such high-speed and large-deformation behavior, and highly accurate simulations are required for efficient product development. Specifically, in products such as golf balls that are subject to impact during use, the dynamic behavior under high-speed and large-deformation conditions and material properties affect the performance of the product. Simulation is essential for product development.

【0009】また、粘弾性材料には、衝撃荷重等の外力
が加えられた場合、損失係数等の物性値がひずみ、ひず
み速度の大きさにより変化する材料がある。即ち、粘弾
性材料は、変形の速度、大きさが広範囲であるため、変
形速度や大きさによって、物性値が一次直線的でなく、
強い非線形的な変化を伴う性質がある。具体的には、外
力により材料が変形し、ひずみが大きくなるに伴い、S
−S(ひずみ−応力)曲線のループ面積が大きくなり、
損失係数等の物性値が、材料の変形状態(変形の速度、
大きさ)等により変化し非線形性を示す。粘弾性材料に
よっては、強い非線形性を持つ材料も多く、このような
粘弾性材料を用いた製品についても精度の高いシミュレ
ーションが要求されている。
Further, as the viscoelastic material, there is a material in which physical values such as a loss coefficient change according to the magnitude of strain and strain rate when an external force such as an impact load is applied. That is, since the viscoelastic material has a wide range of deformation speed and size, the physical property values are not linearly linear depending on the deformation speed and size.
There is a property with a strong nonlinear change. Specifically, as the material deforms due to external force and the strain increases, S
-The loop area of the S (strain-stress) curve increases,
The physical properties such as loss factor are the deformation state of the material (deformation speed,
It changes with the size) and shows non-linearity. Many viscoelastic materials have strong non-linearity, and highly accurate simulation is required for products using such viscoelastic materials.

【0010】しかしながら、粘弾性材料の非線形性を示
す物性、例えば、損失係数が材料の変形の速度、大きさ
によって強く非線形的に変化する現象を精度良く表現で
きる手法がなかった。従来、粘弾性材料で構成されるゴ
ルフボール等の製品については、粘弾性物性値がほとん
ど変化しないものとしてシミュレーションを行ってい
た。その結果、粘弾性材料からなる製品の実使用時の性
能をシミュレーションにより正確に予測することができ
ないという問題があり、実際には、試作品を製作するこ
とにより製品の性能を評価せざるを得ないという問題が
ある。
However, there has been no method capable of accurately expressing a physical property showing the non-linearity of a viscoelastic material, for example, a phenomenon in which the loss coefficient strongly changes non-linearly depending on the speed and size of deformation of the material. Conventionally, simulations have been performed on products such as golf balls made of a viscoelastic material assuming that the physical properties of the viscoelastic material hardly change. As a result, there is a problem that the performance of a product made of viscoelastic material in actual use cannot be accurately predicted by simulation, and in reality, the performance of the product must be evaluated by making a prototype. There is a problem that there is no.

【0011】本発明は上記した問題に鑑みてなされたも
のであり、材料物性が非線形性を示す粘弾性材料からな
る製品の実使用条件下での性能を、精度良くシミュレー
ションにより予測することを課題としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to accurately predict the performance of a product made of a viscoelastic material whose material properties are non-linear under actual use conditions by simulation. I am trying.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、粘弾性材料からなる製品の実使用状態を
想定した測定条件下で、上記粘弾性材料に生じるひず
み、ひずみ速度、応力の時々刻々の値を測定し、上記ひ
ずみ、ひずみ速度、応力の時刻歴データと、上記粘弾性
材料の粘性を考慮した粘弾性モデルとから、ひずみの負
荷状態時とひずみの除荷あるいは復元状態時とで場合分
けして上記粘弾性材料の粘性抵抗の時刻歴データを導出
し、上記粘弾性材料からなる製品を、解析対象の製品モ
デルとして設定し、該製品モデルを多数の要素に分割
し、上記ひずみ、ひずみ速度、粘性抵抗の関係を入力
し、上記ひずみの負荷状態時とひずみの除荷あるいは復
元状態時とでの粘性抵抗の違いを考慮して有限要素法に
より解析を行い、上記粘弾性材料からなる製品モデルの
性能を予測する際に、上記要素毎に生じる全体座標系の
ひずみ及びひずみ速度を偏差成分と体積成分に分解し、
上記偏差成分のひずみ及びひずみ速度を、全体座標系か
ら主ひずみ座標系及び主ひずみ速度座標系に変換し、上
記変換した偏差主ひずみ及び偏差主ひずみ速度を用い、
主ひずみ座標系及び主ひずみ速度座標系の各座標軸毎
に、ひずみが同じ値でもひずみの負荷状態時とひずみの
除荷あるいは復元状態時とで異なった粘性抵抗を決定し
ていることを特徴とする粘弾性材料からなる製品の性能
予測のためのシミュレーション方法を提供している。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a strain, a strain rate, and a stress generated in the viscoelastic material under measurement conditions assuming a practical use state of a product made of the viscoelastic material. Of the strain, strain rate, time history data of the stress, and a viscoelastic model considering the viscosity of the viscoelastic material, from the strain loading state and the strain unloading or restoration state. The time history data of the viscous resistance of the viscoelastic material is derived by dividing into time and time, a product made of the viscoelastic material is set as a product model to be analyzed, and the product model is divided into a large number of elements. , The strain, the strain rate, the relationship of the viscous resistance is input, and an analysis is performed by the finite element method in consideration of the difference in the viscous resistance between the strain-loaded state and the strain-unloaded or restored state. Viscous bullet In predicting the performance of a product model of material to decompose the strain and strain rate of the global coordinate system generated for each of the elements to the deviation component and volume component,
Strain and strain rate of the deviation component is converted from the overall coordinate system to the main strain coordinate system and the main strain rate coordinate system, using the converted deviation main strain and deviation main strain rate,
For each coordinate axis of the main strain coordinate system and the main strain velocity coordinate system, even if the strain is the same value, different viscous resistance is determined when the strain is loaded and when the strain is unloaded or restored. We provide a simulation method for predicting the performance of products made of viscoelastic materials.

【0013】このように、実使用条件下で測定されたひ
ずみ、ひずみ速度を体積成分と偏差成分に分解し、主ひ
ずみ座標系及び主ひずみ速度座標系に変換した偏差成分
の主ひずみ及び主ひずみ速度を用いて主ひずみ座標系及
び主ひずみ速度座標系の各軸毎に、ひずみが同じ値の時
でも、ひずみの負荷状態時とひずみの除荷あるいは復元
状態時とで異なった粘性抵抗を決定し、粘性抵抗を要素
毎に各軸方向3成分について可変にしている。このた
め、材料の変形状態が負荷状態であるのか、除荷状態で
あるのか、実際の状況に対応した精度良い解析を行うこ
とができると共に、3次元方向について正確に解析を行
うことができ、シミュレーションの性能予測精度を向上
することができる。
As described above, the strain and strain rate measured under actual use conditions are decomposed into a volume component and a deviation component, and converted into a principal strain coordinate system and a principal strain rate coordinate system. Even if the strain has the same value for each axis of the main strain coordinate system and the main strain velocity coordinate system using the velocity, different viscous resistances are determined when the strain is loaded and when the strain is unloaded or restored. However, the viscous resistance is made variable for each element for each of the three axial components. Therefore, whether the deformed state of the material is the loaded state or the unloaded state, it is possible to perform an accurate analysis corresponding to the actual situation, and it is possible to perform an accurate analysis in the three-dimensional direction, The performance prediction accuracy of simulation can be improved.

【0014】即ち、粘弾性材料で生じている変形状態
は、加わるひずみが圧縮方向に増加する「負荷状態」
と、圧縮量が徐々に減少する「復元状態」とに分けるこ
とができ、その状態によりひずみとひずみ速度の関係が
異なってくる。従って、上記のように、粘弾性材料で生
じているひずみ状態が負荷状態時と、除荷(あるいは復
元)状態時との2つの状態を考慮し、負荷と除荷では異
なったひずみ、ひずみ速度の関係を用いて粘性抵抗を決
定し、ひずみがある同じ値のときでもひずみの負荷状態
と除荷状態において異なる粘性抵抗値を導出することに
より、実際の材料の変形状態を的確に捉えることができ
る。よって、材料が変形の速度、大きさ等により変化す
る現象を精度良く表現することができ、シミュレーショ
ンの精度をさらに向上させることができる。
That is, the deformed state of the viscoelastic material is the "loaded state" in which the applied strain increases in the compression direction.
And the "restoration state" in which the amount of compression gradually decreases, and the relationship between strain and strain rate differs depending on that state. Therefore, as described above, considering the two strain states of the viscoelastic material, that is, the load state and the unloading (or restoring) state, the strain and strain rate are different under load and unloading. It is possible to accurately grasp the actual state of deformation of the material by determining the viscous resistance using the relationship of, and deriving different viscous resistance values under the strain loading and unloading conditions even when the strain has the same value. it can. Therefore, it is possible to accurately represent the phenomenon that the material changes depending on the deformation speed, size, etc., and it is possible to further improve the accuracy of the simulation.

【0015】また、上記各要素毎に主ひずみの大きさ
(ノルム)を計算し、シミュレーション時の前ステップ
のノルムと比較することによって、ノルムが増加してい
る場合は負荷、ノルムが減少している場合は除荷と判断
し、ひずみの負荷と除荷の状態を判定していることが好
ましい。例えば、一方向の主ひずみだけでは、微小な変
化で負荷と除荷が様々な変化を示すが、このように、多
方向の大きさにすることで、ある程度の大きさの変化で
ないと負荷と除荷は変化しないため、計算の安定性を高
めることができる。
Further, by calculating the magnitude (norm) of the main strain for each of the above-mentioned elements and comparing it with the norm of the previous step at the time of simulation, when the norm increases, the load and norm decrease. If it is present, it is preferably judged as unloading, and the strain load and the unloading state are preferably judged. For example, if the main strain in one direction alone shows various changes in load and unloading with a minute change, by setting the size in multiple directions in this way, the load and unload will be changed to some extent. Since the unloading does not change, the stability of calculation can be improved.

【0016】本発明では、全体座標系でε、ε、ε
、εxy、εyz、εzxとする要素毎に生じるひず
み、ひずみ速度の偏差成分において粘弾性特性を考慮す
るために、上記ひずみ、ひずみ速度を体積成分と偏差成
分に分解し、主ひずみ座標系及び主ひずみ速度座標系に
変換した偏差成分の主ひずみ及び主ひずみ速度を用いて
主ひずみ座標系及び主ひずみ速度座標系の各軸毎にひず
みの負荷状態時とひずみの除荷あるいは復元状態時とで
異なった粘性抵抗を決定し、該粘性抵抗を要素毎に各軸
方向3成分について可変にしている。このため、3次元
方向について正確に粘弾性材料の粘弾性を考慮した解析
を行うことができ、シミュレーションの精度を向上する
ことができる。ここで、体積成分とは、ε=(ε
ε+ε)で表される成分を指し、偏差成分とは、ε
xy’=εxy/2、εyz’=εyz/2、εzx
=ε /2、ε’=ε−ε/3、ε’=ε
−ε/3、ε’=ε−ε /3で表される成分を
指す。なお、せん断成分を1/2倍しているのは、物理
ひずみを変換しているためである。偏差成分のみを変換
しているのは、体積成分の粘弾性成分は非常に小さく、
また、現状では実測で求めることができないという理由
による。即ち、体積成分の粘弾性成分はほとんどないの
で、偏差成分のみで判断し、変換は実測の結果から1軸
方向の結果しかないために、εxy、εyz、εzx
分=0になるように変換し、ε、ε、ε(主ひず
み3成分)のみの3成分について実測の結果を用いる。
なお、全体座標系とは、初期の形状、つまりモデルの形
状を決定している座標系を指し、主ひずみ座標系及び主
ひずみ速度座標系とは、ひずみ及びひずみ速度をせん断
成分が0になるように変換した時、全体座標系を同じ角
度変換した座標系を指す。
In the present invention, ε in the global coordinate systemx, Εy, Ε
z, Εxy, Εyz, ΕzxDistortion that occurs for each element
And consider viscoelastic characteristics in the deviation component of strain rate
In order to obtain the deviation of the above strain and strain rate from the volume component,
Into a main strain coordinate system and a main strain velocity coordinate system.
Using the principal strain and principal strain rate of the converted deviation component
Distortion for each axis of the main strain coordinate system and the main strain velocity coordinate system
Load condition and strain unloading or restoring condition
Determine different viscous resistances and apply the viscous resistance to each axis for each element.
The three components in the direction are variable. Therefore, three-dimensional
Accurate directional analysis considering viscoelasticity of viscoelastic materials
Can improve the accuracy of the simulation
be able to. Here, the volume component is εv= (Εx+
εy+ Εz), The deviation component is ε
xy’= εxy/ 2, εyz’= εyz/ 2, εzx
= Εz x/ 2, εx’= εx−εv/ 3, εy’= εy
−εv/ 3, εz’= εz−ε vThe component represented by / 3
Point to. Note that the shear component is halved because of the physical
This is because the strain is converted. Convert only deviation component
The viscoelastic component of the volume component is very small,
Also, the reason why it is not possible to obtain it by actual measurement under the present circumstances
by. That is, there is almost no viscoelastic component of the volume component.
Then, it is judged only by the deviation component, and the conversion is based on the measurement
Since there are only directional results, εxy, Εyz, ΕzxSuccess
Convert so that min = 0, and ε1, ΕTwo, ΕThree(Main horn
Only the three components) are used, and the measured results are used.
The global coordinate system is the initial shape, that is, the shape of the model.
The main strain coordinate system and the main strain coordinate system
Strain rate coordinate system is the shear of strain and strain rate.
When the component is converted so that it becomes 0, the whole coordinate system has the same angle.
Refers to the coordinate system converted in degrees.

【0017】各要素毎に生じるひずみ(ひずみ速度)
は、6成分であるが、高速大変形の条件下で測定される
材料物性は、1軸方向の材料物性であるために、せん断
方向の材料物性の考慮が不十分である。従って、各要素
毎に生じるひずみ6成分を主ひずみ座標系に変換し、主
軸方向のひずみ3成分を求める。即ち、せん断方向のひ
ずみを0にすることで全体座標系の6成分(ε
ε、ε、εxy、εyz、εzx)を主軸方向のひ
ずみ(主ひずみ座標系、ε、ε、ε)3成分にす
る。これにより、せん断方向を考慮することなく、実測
結果から粘弾性材料の材料特性を評価することができ
る。
Strain (strain rate) generated for each element
Is a six-component material, but the material properties measured under the conditions of high-speed large-deformation are uniaxial material properties, so consideration of the material properties in the shear direction is insufficient. Therefore, the strain 6 component generated for each element is converted into the main strain coordinate system, and the strain 3 component in the main axis direction is obtained. That is, when the strain in the shearing direction is set to 0, the six components (ε x ,
ε y , ε z , ε xy , ε yz , ε zx ) are strain (main strain coordinate system, ε 1 , ε 2 , ε 3 ) 3 components in the principal axis direction. Thereby, the material property of the viscoelastic material can be evaluated from the measurement result without considering the shear direction.

【0018】具体的には、各要素毎に生じる全体座標系
のひずみ及びひずみ速度を偏差成分と体積成分に分解
し、偏差成分に粘弾性を考慮している。分解したひず
み、ひずみ速度の偏差6成分を、全体座標系から主ひず
み座標系及び主ひずみ速度座標系に変換し、主ひずみ座
標系及び主ひずみ速度座標系での偏差主ひずみ、偏差主
ひずみ速度の各3成分を用いている。これにより、主ひ
ずみ座標系及び主ひずみ速度座標系で各軸毎に粘性抵抗
を決定することができる。
Specifically, the strain and strain rate of the entire coordinate system generated for each element are decomposed into a deviation component and a volume component, and viscoelasticity is considered as the deviation component. Six components of strain and strain velocity deviations that have been decomposed are converted from the global coordinate system to the main strain coordinate system and the main strain velocity coordinate system, and the main strain coordinate system and the main strain velocity coordinate system deviate the main strain and the deviation main strain velocity system. Each of the three components is used. Thus, the viscous resistance can be determined for each axis in the main strain coordinate system and the main strain velocity coordinate system.

【0019】また、上記粘性抵抗から粘弾性を考慮し
て、偏差成分の応力とひずみを計算し、該偏差成分の応
力とひずみを元の全体座標系に再変換し、体積成分の応
力とひずみ及び偏差成分の応力とひずみから、要素毎の
応力とひずみを算出している。このように、要素毎の応
力とひずみを算出することにより、時々刻々の応力、ひ
ずみを算出することができる。
Further, the stress and strain of the deviation component are calculated in consideration of viscoelasticity from the above-mentioned viscous resistance, and the stress and strain of the deviation component are reconverted into the original general coordinate system to calculate the stress and strain of the volume component. And the stress and strain of each element are calculated from the stress and strain of the deviation component. In this way, by calculating the stress and strain for each element, the stress and strain can be calculated every moment.

【0020】具体的には、下記の数式1、2より、偏差
主ひずみ及び偏差主ひずみ速度を用い、各座標軸毎にひ
ずみの負荷状態時とひずみの除荷あるいは復元状態時と
で異なった粘性抵抗を決定し、該粘性抵抗から粘弾性を
考慮した偏差成分の応力とひずみを算出している。(数
式1) ここで、E:i番目の要素の偏差主ひずみ、n:解析
時間ステップ、β:i番目の要素のβ(ここでβ=E
/η、E=Eshort−Elo ng、η:粘性抵
抗)、γ:i番目の要素の偏差主ひずみ速度を指す。
(数式2) ここで、σ:i番目の要素応力、F:剛性係数、G
short:短期せん断係数、Glong:長期せん断
係数を指す。数式1、2中のβ、剛性の係数Fを実験デ
ータより算出した後、数式1により、ひずみの偏差6成
分の更新を行い、数式2により応力の計算を行う。この
後、主ひずみ座標系、主ひずみ速度座標系から全体座標
系に変換し、下記の数式3により応力の更新を行ってい
る。(数式3) ここで、K:体積弾性係数、ε:体積ひずみ、
σij:全体座標系の応力を指す。
Specifically, from the following equations 1 and 2, the deviation main strain and the deviation main strain velocity are used, and the viscosity is different for each coordinate axis when the strain is loaded and when the strain is unloaded or restored. The resistance is determined, and the stress and strain of the deviation component considering the viscoelasticity are calculated from the viscous resistance. (Formula 1) Here, E i : deviation main strain of the i-th element, n: analysis time step, β i : β of the i-th element (where β = E
t / η, E t = E short -E lo ng, η: viscosity resistance), gamma i: refers to deviation main strain rate of i-th element.
(Formula 2) Here, σ i : i-th element stress, F i : stiffness coefficient, G
short : short-term shear coefficient, G long : long-term shear coefficient. After calculating β in Formulas 1 and 2 and the coefficient F of rigidity from the experimental data, the 6 components of the deviation of strain are updated by Formula 1, and the stress is calculated by Formula 2. After that, the main strain coordinate system and the main strain rate coordinate system are converted into the overall coordinate system, and the stress is updated by the following mathematical formula 3. (Formula 3) Where K: bulk modulus, ε v : volume strain,
σ ij : Stress in the global coordinate system.

【0021】さらに、粘弾性材料の粘性を考慮した粘弾
性モデルを用いひずみの負荷状態時とひずみの除荷ある
いは復元状態時とで異なった粘性抵抗を導出し、ひず
み、ひずみ速度、ひずみの負荷状態時とひずみの除荷あ
るいは復元状態時とで異なる粘性抵抗の関係を製品モデ
ルに入力しシミュレーションを行っているため、粘弾性
材料の非線形性を示す物性値が、材料の変形の速度、大
きさによって非線形的に変化する現象を精度良く表現す
ることができる。かつ、シミュレーションに用いられる
ひずみ、ひずみ速度、応力の値は、粘弾性材料からなる
製品の実使用状態を想定した条件下で測定されているた
め、実際の粘弾性材料の種々の変形状態に対応したシミ
ュレーションを行うことができる。従って、材料の変形
状態により、ひずみ、ひずみ速度の関係が変化し、損失
係数等の材料物性が非線形性を示すような粘弾性材料か
らなる製品においても、シミュレーションによる性能の
精度良い予測を可能にしている。
Further, a viscoelastic model considering the viscosity of the viscoelastic material is used to derive different viscous resistances in the strain loading state and in the strain unloading or restoring state to obtain strain, strain rate, and strain loading. Since the relationship between viscous resistance when the state is unloaded and when the strain is unloaded or restored is input to the product model for simulation, the physical property value indicating the non-linearity of the viscoelastic material depends on the speed and magnitude of material deformation. It is possible to accurately represent a phenomenon that changes nonlinearly depending on the size. In addition, since the strain, strain rate, and stress values used in the simulation are measured under conditions that assume the actual usage state of products made of viscoelastic materials, they can be used for various deformation states of actual viscoelastic materials. The simulation can be performed. Therefore, the relationship between strain and strain rate changes depending on the deformed state of the material, and it is possible to accurately predict the performance by simulation even for products made of viscoelastic materials whose material properties such as loss coefficient show non-linearity. ing.

【0022】本シミュレーション方法では、粘弾性材料
からなる製品の実使用状態を想定した測定条件下で、上
記粘弾性材料に生じるひずみ、ひずみ速度、応力の時々
刻々の値を測定している。具体的には、実際の製品使用
時に製品に外力が加わり、粘弾性材料が変形した状態を
想定して測定条件を定めている。上記測定条件下で、粘
弾性材料に生じるひずみ、ひずみ速度、応力の時々刻々
の値を測定し、各時刻歴データを得ている。従って、上
記ひずみ、ひずみ速度、応力の時刻歴データから、粘弾
性材料に実使用状態を想定した外力を加わえた時の粘弾
性材料の変形状態の情報を得ることができる。これによ
り、衝撃荷重よって高速大変形な挙動を伴う粘弾性材料
についても正確に材料物性を予測することができる。
In this simulation method, the momentary values of strain, strain rate, and stress occurring in the viscoelastic material are measured under measurement conditions assuming the actual use state of the product made of the viscoelastic material. Specifically, the measurement conditions are determined assuming that the viscoelastic material is deformed by the external force applied to the product when the product is actually used. Under the above measurement conditions, the values of strain, strain rate, and stress occurring in the viscoelastic material are measured every moment to obtain time history data. Therefore, it is possible to obtain information on the state of deformation of the viscoelastic material when an external force assuming the actual use state is applied to the viscoelastic material from the time history data of strain, strain rate, and stress. As a result, it is possible to accurately predict the physical properties of a viscoelastic material accompanied by high-speed and large-deformation behavior due to impact load.

【0023】上記ひずみ、ひずみ速度、応力の時々刻々
の値は、複数の異なる測定条件下で測定するのが好まし
い。製品に加わる外力の大きさを変更し、複数のパター
ンの測定条件を設定することにより、ひずみ、ひずみ速
度、応力について種々のパターンのデータを得ることが
でき、シミュレーションの入力値の精度を向上すること
ができる。また、できる限り、多くのパターンのデータ
を得るために、上記ひずみ、ひずみ速度、応力の値は、
粘弾性材料に外力を加えて、ひずみが生じてから、ひず
みがほぼゼロになるまで測定するのが好ましく、シミュ
レーション精度の点より測定時間の間隔は短い方が良
い。
The above-mentioned values of strain, strain rate and stress are preferably measured under a plurality of different measurement conditions. By changing the magnitude of the external force applied to the product and setting the measurement conditions for multiple patterns, it is possible to obtain data for various patterns regarding strain, strain rate, and stress, and improve the accuracy of the simulation input values. be able to. In addition, as much as possible, in order to obtain data for as many patterns as possible, the strain, strain rate, and stress values are
It is preferable to measure until the strain becomes almost zero after the strain is generated by applying an external force to the viscoelastic material, and the shorter measurement time interval is better from the viewpoint of simulation accuracy.

【0024】粘弾性材料の粘性を考慮した粘弾性モデル
としては、バネとダッシュポットからなる粘弾性モデル
が好ましい。このような粘弾性モデルにより、粘弾性材
料の粘性を単純化することができるため、粘性が材料の
変形状態に及ぼす影響を容易に考慮することができる。
具体的には、マックスウェル(maxwell)モデル、フォ
ークト(Voigt)モデルあるいは、さらに、複数のバ
ネ、ダッシュポットの組み合わせが挙げられる。モデル
の単純化という観点からは2要素モデルが好ましい。こ
のような粘弾性材料モデルでは、ダッシュポットの粘性
抵抗ηとバネの剛性(縦弾性係数Eあるいはせん断係数
(横弾性係数))を可変にして用いている。せん断係数
とは、縦弾性係数(ヤング率)Eとポアソン比とにより
決定される物性値である。
As the viscoelastic model considering the viscosity of the viscoelastic material, a viscoelastic model including a spring and a dashpot is preferable. Since such a viscoelastic model can simplify the viscosity of the viscoelastic material, it is possible to easily consider the influence of the viscosity on the deformed state of the material.
Specifically, a Maxwell model, a Voigt model, or a combination of a plurality of springs and dashpots may be used. The two-element model is preferable from the viewpoint of model simplification. In such a viscoelastic material model, the viscous resistance η of the dashpot and the rigidity of the spring (longitudinal elastic coefficient E or shear coefficient (horizontal elastic coefficient)) are made variable. The shear modulus is a physical property value determined by the longitudinal elastic modulus (Young's modulus) E and the Poisson's ratio.

【0025】上記ひずみ、ひずみ速度、応力の各時刻歴
データと粘弾性材料の粘性を考慮した粘弾性モデルとか
ら、粘弾性材料のひずみの負荷状態時とひずみの除荷あ
るいは復元状態時とで異なった粘性抵抗の時刻歴データ
を導出している。具体的には、上記粘弾性モデルによ
り、粘弾性材料に生じるひずみ、ひずみ速度、及び粘弾
性材料の縦弾性係数、ひずみの負荷状態時とひずみの除
荷あるいは復元状態時とで異なった粘性抵抗の各関係を
定式化している。このように定式化することで、粘性抵
抗をひずみ、ひずみ速度の関数として表している。そし
て、上記測定により得られた粘弾性材料に生じるひずみ
と応力により粘弾性材料の縦弾性係数を導出し、ひず
み、ひずみ速度と共に、上記関数に代入することでひず
みの負荷状態時とひずみの除荷あるいは復元状態時とで
異なった粘性抵抗の値を導出している。上記測定にて、
ひずみ、ひずみ速度、応力についての時刻歴データを得
ているため、粘性抵抗についても同様に、対応する時刻
歴データを得ることができる。このように、粘性抵抗
は、ひずみ、ひずみ速度の値によって決定され、その時
間変化に対応して粘性抵抗も変化する。
From the above-mentioned time history data of strain, strain rate, and stress and a viscoelastic model considering the viscosity of the viscoelastic material, the strain is applied to the viscoelastic material and the strain is unloaded or restored. Time history data of different viscous resistances are derived. Specifically, according to the viscoelastic model, the strain generated in the viscoelastic material, the strain rate, the longitudinal elastic modulus of the viscoelastic material, and the viscous resistance that differs between the strain loading state and the strain unloading or restoring state Each relationship of is formulated. By formulating in this way, the viscous resistance is expressed as a function of strain and strain rate. Then, the longitudinal elastic modulus of the viscoelastic material is derived from the strain and stress generated in the viscoelastic material obtained by the above measurement, and along with the strain and the strain rate, it is substituted into the above function by the strain load state and the strain removal. Different values of viscous resistance are derived depending on the load or the restored state. In the above measurement,
Since the time history data regarding strain, strain rate, and stress is obtained, the corresponding time history data can be similarly obtained regarding viscous resistance. In this way, the viscous resistance is determined by the values of strain and strain rate, and the viscous resistance also changes according to the time change.

【0026】上記粘弾性材料からなる製品を解析対象の
製品モデルとして設定し、該製品モデルを含み、速度、
拘束条件等を含んだ計算用入力データ(あるいはinput
data)に上記ひずみ、ひずみ速度、ひずみの負荷状態時
とひずみの除荷あるいは復元状態時とで異なった粘性抵
抗の関係を入力し、上記ひずみ、ひずみ速度の違いによ
る粘性抵抗の変化を考慮したシミュレーションを行って
いる。シミュレーション計算時に製品モデルに上記ひず
み、ひずみ速度、ひずみの負荷状態時とひずみの除荷あ
るいは復元状態時とで異なった粘性抵抗の関係を入力し
ているが、具体的には、ひずみとひずみ速度の関係、及
び、ひずみと粘性抵抗の関係の各2次元データを入力
し、演算することができる。また、ひずみとひずみ速度
と粘性抵抗の関係を3次元データとし、粘性抵抗を関数
化したデータとして入力し、演算することもできる。
A product made of the viscoelastic material is set as a product model to be analyzed, and the product model including the product model
Input data for calculation including constraint conditions (or input
data), the strain, strain rate, and the relationship of the viscous resistance that differs between the strain load state and the strain unloading or restoring state are entered, and the change in the viscous resistance due to the strain and strain rate differences is considered. We are doing a simulation. At the time of simulation calculation, the above-mentioned strain, strain rate, and the relationship of viscous resistance that is different between the strain loading state and the strain unloading or restoring state are input to the product model. And the two-dimensional data of the relationship between strain and viscous resistance can be input and calculated. Further, the relationship between strain, strain rate, and viscous resistance can be made into three-dimensional data, and the viscous resistance can be input as data into a function and calculated.

【0027】ひずみとひずみ速度の関係、及び、ひずみ
と粘性抵抗の関係の各2次元データは、上記各関係を用
いて、ひずみ、ひずみ速度とそれに対応するひずみの負
荷状態時とひずみの除荷あるいは復元状態時とで異なっ
た粘性抵抗を入力データとして書き込むことになる。具
体的には、複数の測定条件にて、ひずみ、ひずみ速度等
の測定を行い、測定条件の異なる各パターンについて、
ひずみ、ひずみ速度の時系列データから、各々ひずみと
ひずみ速度の対応関係を記録する。各々の曲線に対応す
る粘性抵抗の値も記録する。これらひずみ、ひずみ速
度、粘性抵抗の3つの対応を整理することで、あるひず
み、ひずみ速度の時の粘性抵抗を精度良く導出し、計算
を行っている。
For each two-dimensional data of the relation between strain and strain rate and the relation between strain and viscous resistance, the above relations are used to calculate strain, strain rate and corresponding strain under load and strain unloading. Alternatively, a viscous resistance different from that in the restored state is written as input data. Specifically, under a plurality of measurement conditions, strain, strain rate, etc. are measured, and for each pattern under different measurement conditions,
From the time series data of strain and strain rate, record the correspondence between strain and strain rate. The value of the viscous drag corresponding to each curve is also recorded. By arranging these three correspondences of strain, strain rate, and viscous resistance, the viscous resistance at a certain strain and strain rate is accurately derived and calculated.

【0028】異なるひずみ、ひずみ速度の条件下での測
定数が多いほど精度良く粘弾性材料の物性を実現できる
ため、上記したように複数の異なった測定条件にてひず
み、ひずみ速度等の測定を行うのが好ましい。ただし、
測定データが多いほど、シミュレーションの際、計算時
間を要するため、定められた測定条件で測定した測定デ
ータと同一でないひずみ、ひずみ速度の場合には、補間
を用いて粘性抵抗を算出するのが好ましい。上記補間
は、例えば、近接するひずみ、ひずみ速度の条件下での
粘性抵抗2値からの1次補間、あるいは測定した全ての
条件下での個々の測定値を用いての補間等の種々の方法
により行うことができる。このような補間作業を行うこ
とにより、測定条件の違いによる材料に生じるひずみと
ひずみ速度の変化に対応して粘性抵抗を算出することが
できる。
Since the physical properties of the viscoelastic material can be more accurately realized as the number of measurements under different strains and strain rates is increased, the strains, strain rates, etc. can be measured under a plurality of different measurement conditions as described above. It is preferable to carry out. However,
Since more measurement data requires more calculation time during simulation, it is preferable to calculate the viscous resistance using interpolation when the strain and strain rate are not the same as the measurement data measured under the specified measurement conditions. . The above-mentioned interpolation is, for example, various methods such as linear interpolation from two values of viscous resistance under the conditions of close strain and strain rate, or interpolation using individual measured values under all measured conditions. Can be done by. By performing such an interpolation operation, the viscous resistance can be calculated corresponding to the changes in strain and strain rate that occur in the material due to the difference in measurement conditions.

【0029】上記粘弾性材料は、材料物性が非線形性を
示す材料であっても本シミュレーション方法によれば、
実使用状態を想定した材料物性及び変形挙動を正確にシ
ミュレーションすることができる。粘弾性材料の材料物
性が、一次直線的でなく、材料の変形速度や変形の大き
さによって変化を伴う強い非線形性を示す材料において
も、上記のように、粘性抵抗をひずみ、ひずみ速度の2
つの値によって決定するような粘弾性モデルを用い粘性
抵抗を算出することで、非線形性を考慮することができ
る。本シミュレーション方法では、特に、損失係数が強
い非線形性を示す材料において、精度良くシミュレーシ
ョンを行い、実使用状態を想定した製品の性能を予測す
ることができる。
According to the present simulation method, even if the viscoelastic material is a material whose physical properties are non-linear,
It is possible to accurately simulate the physical properties of materials and the deformation behavior assuming actual usage. Even in a material in which the physical properties of the viscoelastic material are not linearly linear and exhibit strong nonlinearity accompanied by changes in the deformation rate and the magnitude of deformation, as described above, the viscous resistance is strained and the strain rate is
Non-linearity can be considered by calculating the viscous drag using a viscoelastic model that is determined by two values. In this simulation method, particularly in a material exhibiting a strong nonlinearity with a loss coefficient, it is possible to accurately perform a simulation and predict the performance of a product assuming an actual use state.

【0030】本発明のシミュレーション方法は、以下に
示すように有限要素法により行っている。上記シミュレ
ーションを有限要素法解析により行う際は、上記製品モ
デルに多数の節点と要素を設定している。即ち、有限要
素法で粘弾性材料で構成される製品をシミュレーション
して材料物性を予測する際に、粘弾性モデルのバネの剛
性(縦弾性係数あるいはせん断係数)を決定し、粘性を
示す粘性抵抗を上記に示すように各要素ごとにその要素
で生じているひずみ、ひずみ速度によって決定すること
で各要素ごとに適正なひずみ、ひずみ速度の条件下の材
料物性を表すことができる。なお、縦弾性係数を入力す
る代わりに、ポアソン比との関係から、せん断係数で入
力しても構わない。縦弾性係数で入力するか、せん断係
数で入力するかは、有限要素法プログラムの仕様により
変更できる。
The simulation method of the present invention is performed by the finite element method as shown below. When performing the simulation by the finite element method analysis, a large number of nodes and elements are set in the product model. That is, when simulating a product composed of a viscoelastic material by the finite element method and predicting the material properties, the stiffness (longitudinal elastic modulus or shear coefficient) of the spring of the viscoelastic model is determined, and the viscous resistance indicating the viscosity is determined. As described above, by determining the strain and strain rate generated in each element for each element, it is possible to represent the material physical properties under the conditions of appropriate strain and strain rate for each element. It should be noted that instead of inputting the longitudinal elastic modulus, a shearing coefficient may be input from the relationship with the Poisson's ratio. Whether to input the longitudinal elastic coefficient or the shear coefficient can be changed according to the specifications of the finite element method program.

【0031】上記ひずみ、ひずみ速度、応力をスプリッ
トホプキンソン棒試験機により測定している。スプリッ
トホプキンソン棒試験機を用いると、試験片に高速でか
つ大変形のひずみを与えることができ、1万分あるいは
1千分の数秒という高速で且つ変形量も数十%という、
高速大変形条件下での粘弾性材料のひずみ、ひずみ速
度、応力の時系列データを得ることができる。スプリッ
トホプキンソン棒試験機の測定条件を、製品に衝撃荷重
が加わった時の粘弾性材料に生じるひずみ、ひずみ速度
と同等の条件とすれば、外力により生じた粘弾性材料の
高速大変形状態等、種々の状態に対応した粘弾性材料の
材料物性を得ることができる。従って、このスプリット
ホプキンソン棒試験機で測定された材料物性を用いるこ
とで、シミュレーションの精度を向上することができ
る。
The above strain, strain rate and stress are measured by a split Hopkinson bar tester. Using the Split Hopkinson bar tester, a test piece can be subjected to high-speed and large-deformation strain at a high speed of 10,000 minutes or several thousandths of a second, and the amount of deformation is also tens of percent.
Time series data of strain, strain rate and stress of viscoelastic material under high speed and large deformation condition can be obtained. If the measurement conditions of the split Hopkinson rod tester are strains that occur in the viscoelastic material when an impact load is applied to the product, and conditions equivalent to the strain rate, high-speed large deformation state of the viscoelastic material caused by external force, etc., It is possible to obtain the material properties of the viscoelastic material corresponding to various states. Therefore, the accuracy of the simulation can be improved by using the material properties measured by this split Hopkinson bar tester.

【0032】また、スプリットホプキンソン棒試験機
は、試験片に衝撃を加える打撃棒の衝突速度を変更する
だけで、様々なひずみ、ひずみ速度の領域での試験片の
材料物性を測定することができるため、容易に、種々の
ひずみ、ひずみ速度のパターンにおいて、材料物性を得
ることができる。
The split Hopkinson bar tester can measure the material properties of the test piece in various strain and strain rate regions simply by changing the impact speed of the striking rod that impacts the test piece. Therefore, it is possible to easily obtain material properties in various strain and strain rate patterns.

【0033】スプリットホプキンソン棒試験機は、元
来、金属材料の衝撃挙動の評価用に用いられていたが、
本発明では、スプリットホプキンソン棒試験機を、粘性
を持つ粘弾性材料の評価用に改良して用いている。スプ
リットホプキンソン棒試験機の測定方法等については後
述する。
The split Hopkinson bar tester was originally used for evaluating the impact behavior of metallic materials.
In the present invention, the split Hopkinson bar tester is modified and used for evaluation of viscous viscoelastic materials. The measuring method and the like of the split Hopkinson bar tester will be described later.

【0034】なお、試験片に高速でかつ大変形のひずみ
を与えることができ、製品が実際に使用される条件下で
のひずみ、ひずみ速度の条件下で、材料物性を測定する
ことができれば、上記スプリットホプキンソン棒以外の
測定方法により材料物性を求めても良いことは言うまで
もない。
If it is possible to apply a strain of large deformation to the test piece at a high speed and the physical properties of the material can be measured under the conditions of strain and strain rate under the conditions in which the product is actually used, It goes without saying that the physical properties of the material may be determined by a measuring method other than the split Hopkinson bar.

【0035】上記粘弾性材料からなる製品の実使用状態
を想定した測定条件下でのひずみ、ひずみ速度、応力の
測定時に、粘弾性材料に生じる、上記ひずみの最大値は
0.05〜0.50の範囲であり、あるいは/及び、上
記ひずみ速度の最大値は500/s〜10000/s、
好ましくは500/s〜5000/sの範囲であるのが
良い。上記ひずみの最大値と、ひずみ速度の最大値の範
囲は、粘弾性材料の高速大変形時に生じるひずみ、ひず
み速度の条件であるため、高速大変形時の製品の性能を
予測するには、この条件下のひずみ、ひずみ速度、応力
の3つの時系列データを用いることが好ましい。
The maximum value of the strain generated in the viscoelastic material at the time of measuring the strain, strain rate, and stress under measurement conditions assuming the actual use state of the product made of the viscoelastic material is 0.05 to 0. And / or the maximum value of the strain rate is 500 / s to 10000 / s,
It is preferably in the range of 500 / s to 5000 / s. The maximum value of the above-mentioned strain, the range of the maximum value of the strain rate, the strain that occurs during high-speed large deformation of the viscoelastic material, since the condition of the strain rate, to predict the performance of the product during high-speed large deformation, It is preferable to use three time-series data of strain, strain rate, and stress under the conditions.

【0036】上記粘弾性材料はゴルフボール用材料と
し、上記製品モデルをゴルフボールとしている。ゴルフ
ボールは、粘弾性材料から構成され、実使用時に衝撃荷
重等の外力を受け高速変形、あるいは大変形を強いられ
る製品であり、その高速、大変形状態がゴルフボール自
体の性能に大きく影響を及ぼす。このため、本発明のシ
ミュレーション方法による解析は、ゴルフボールの性能
予測に非常に有用であり、試作をせずに、ゴルフボール
の性能を精度良く予測することができるため、ゴルフボ
ールの設計の効率化を図ることができる。
The viscoelastic material is a golf ball material, and the product model is a golf ball. Golf balls are products made of viscoelastic materials that are subject to external forces such as impact loads when subjected to high-speed deformation or large deformation during actual use. The high-speed, large-deformation state has a large effect on the performance of the golf ball itself. Exert. Therefore, the analysis by the simulation method of the present invention is very useful for predicting the performance of the golf ball, and the performance of the golf ball can be predicted with high accuracy without trial production. Can be realized.

【0037】上記ゴルフボールと、ゴルフクラブヘッド
を想定した打撃物との衝突現象をシミュレーションし、
該衝突時のゴルフボールの挙動を予測している。実際に
ゴルフクラブヘッドにより、ゴルフボールが打撃された
ときと同等のひずみ、ひずみ速度、応力の条件下で、ゴ
ルフボールを構成する粘弾性材料の材料物性を予測する
ことができるため、ゴルフボールの反発係数やゴルフボ
ール打撃時のゴルフボールの変形状態等、ゴルフボール
の挙動を予測することができる。
Simulation of a collision phenomenon between the golf ball and a hitting object assuming a golf club head,
The behavior of the golf ball at the time of the collision is predicted. In practice, the golf club head can predict the material properties of the viscoelastic material that composes the golf ball under the same strain, strain rate, and stress conditions as when the golf ball is hit. It is possible to predict the behavior of the golf ball such as the coefficient of restitution and the state of deformation of the golf ball when hit.

【0038】上記ゴルフボールは、架橋ゴム層等の単体
からなる所謂1ピースゴルフボールであってもよく、架
橋ゴム層等のコアにカバーが被覆された所謂2ピースゴ
ルフボールでもよく、また、3層以上から構成されてい
てる所謂マルチピースゴルフボールであってもよく、粘
弾性材料からなるあらゆる構造のゴルフボールに適応可
能である。
The above-mentioned golf ball may be a so-called one-piece golf ball which is composed of a unit such as a crosslinked rubber layer, or a so-called two-piece golf ball in which a core is covered with a cover such as a crosslinked rubber layer, or 3 It may be a so-called multi-piece golf ball composed of layers or more, and is applicable to golf balls of any structure made of a viscoelastic material.

【0039】上記粘弾性材料としては、粘弾性を有する
あらゆる材料が含まれる。例えば、熱可塑性樹脂、熱硬
化性樹脂、各種エラストマー、ゴム等が挙げられ、これ
らの単体、あるいは混合物を用いることができる。ま
た、これらの単体、混合物には、着色剤、劣化防止剤、
架橋剤等の各種添加剤が、必要に応じ配合されていても
よい。製品の実使用条件下で、ひずみ、ひずみ速度、応
力を測定できる材料であれば、あらゆる材料に適応可能
である。
The viscoelastic material includes all materials having viscoelasticity. Examples thereof include thermoplastic resins, thermosetting resins, various elastomers, rubbers, and the like, and these can be used alone or as a mixture. Further, these simple substances and mixtures include a colorant, a deterioration inhibitor,
Various additives such as a cross-linking agent may be blended as necessary. It can be applied to any material as long as it can measure strain, strain rate, and stress under actual use conditions of the product.

【0040】具体的には、ゴルフボールの構成材料とし
て用いられるアイオノマー樹脂等の合成樹脂、ポリブタ
ジエン(ブタジエンゴム)、天然ゴム、ポリイソプレ
ン、スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−プロピ
レン−ジエン共重合体(EPDM)、ウレタンゴム等が
挙げられる。
Specifically, synthetic resins such as ionomer resins used as constituent materials for golf balls, polybutadiene (butadiene rubber), natural rubber, polyisoprene, styrene-butadiene copolymers, ethylene-propylene-diene copolymers. (EPDM), urethane rubber and the like.

【0041】粘弾性材料からなる製品としては、ゴルフ
ボール以外に、プリンタ等の印刷機に用いられるゴムロ
ーラ、ゴムベルト、あるいはタイヤ、その他粘弾性材料
からなるテニス用、ゴルフ用等のスポーツ用品等が挙げ
られる。粘弾性材料からなる製品としては、製品の少な
くとも一部に粘弾性材料が使用されていれば良く、金属
材料等の他の材料との複合成形品等であっても良く、製
品の粘弾性材料に該当する部分の性能を予測することも
できる。特に、使用時において、衝撃荷重を受け、高速
で大きな変形量を示すような製品に好適であり、本シミ
ュレーション方法により製品の性能や動的挙動を精度良
く予測することができる。
Examples of the viscoelastic material include rubber balls, rubber belts, or tires used in printing machines such as printers, as well as golf balls, and other viscoelastic materials such as sports goods for tennis and golf. To be As a product made of a viscoelastic material, a viscoelastic material may be used for at least a part of the product, and it may be a composite molded product with another material such as a metal material. It is also possible to predict the performance of the part corresponding to. In particular, it is suitable for a product that receives an impact load and exhibits a large amount of deformation at high speed during use, and the performance and dynamic behavior of the product can be accurately predicted by this simulation method.

【0042】また、本シミュレーション方法において
は、上記製品モデルを含む計算用入力データに上記ひず
み、ひずみ速度、縦弾性係数あるいはせん断係数を入力
し、上記ひずみ、ひずみ速度の違いによる縦弾性係数あ
るいはせん断係数の変化を考慮することにより、縦弾性
係数が材料の変形状態(ひずみ、ひずみ速度の大きさ
等)により変化する粘弾性材料についても正確な解析を
行うことができ、シミュレーションの精度をさらに向上
させることができる。また、場合によっては、応力の負
荷状態と除荷状態で場合分けすることもできる。
In this simulation method, the strain, strain rate, longitudinal elastic modulus or shear coefficient is input to the calculation input data including the product model, and the longitudinal elastic coefficient or shear due to the difference in strain or strain rate is input. By considering the change in the coefficient, it is possible to perform accurate analysis even for viscoelastic materials whose longitudinal elastic coefficient changes depending on the deformation state (strain, magnitude of strain rate, etc.) of the material, further improving the accuracy of simulation. Can be made. Further, depending on the case, it is possible to divide the case into a stress-loaded state and a stress-loaded state.

【0043】[0043]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。本発明の第一実施形態のシミュレー
ション方法では、非線形性を示す粘弾性材料として、ゴ
ルフボールの構成材料であるブタジエンゴムを主成分と
する材料を用いている。上記ブタジエンゴムを主成分と
する材料を試験片として、粘弾性材料測定用に改良した
スプリットホプキンソン棒試験機によって、ゴルフボー
ルの実使用状態を想定した高速で大きな変形時の測定条
件下で、上記ブタジエンゴムを主成分とする材料に生じ
るひずみ、ひずみ速度、応力の時々刻々の値を測定して
いる。なお、スプリットホプキンソン棒試験機による測
定方法については、後述する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the simulation method of the first embodiment of the present invention, a material containing butadiene rubber, which is a constituent material of a golf ball, as a main component is used as a viscoelastic material exhibiting nonlinearity. Using a material containing the butadiene rubber as a main component as a test piece, a split Hopkinson rod tester improved for measuring viscoelastic materials was used under high-speed, large-deformation measurement conditions assuming actual use of a golf ball, The strain, strain rate, and stress generated in the material containing butadiene rubber as the main component are measured every moment. The measuring method using the split Hopkinson bar tester will be described later.

【0044】スプリットホプキンソン棒試験機は打撃棒
の衝突速度を変更することで様々なひずみ、ひずみ速度
の領域での材料物性を測定することができる。本実施形
態では、4パターンの衝突速度(7m/s、14m/
s、20m/s、25m/s)を採用し、4つの測定条
件下で測定を行い、それぞれの衝突パターンにてひず
み、ひずみ速度、応力の時刻歴データを得ている。上記
ひずみε、ひずみ速度ε’、応力σの各時刻歴データ
を、それぞれ図1、図2、図3に示す。
The split Hopkinson rod tester can measure the physical properties of materials in various strain and strain velocity regions by changing the impact velocity of the striking rod. In this embodiment, four patterns of collision speeds (7 m / s, 14 m / s)
s, 20 m / s, 25 m / s) is adopted, and measurement is performed under four measurement conditions, and strain, strain rate, and time history data of stress are obtained for each collision pattern. The time history data of strain ε, strain rate ε ′, and stress σ are shown in FIGS. 1, 2, and 3, respectively.

【0045】スプリットホプキンソン棒試験機により打
撃棒を衝突させた後、図1に示すように、ブタジエンゴ
ムを主成分とする材料にはひずみが生じており、一定時
間まではひずみの値は増加し、その後、なだらかに減少
している。また、図2に示すように、ひずみ速度はひず
みが最大値に達するまでは正の値を示し、ひずみの最大
値以降は、負の値を示している。図3に示すように、応
力の値も同様に、時間と共に変化している。
After the striking rod was made to collide with the split Hopkinson rod tester, as shown in FIG. 1, the material containing butadiene rubber as a main component was distorted, and the strain value increased until a certain time. , And then gradually decreased. Further, as shown in FIG. 2, the strain rate shows a positive value until the strain reaches the maximum value, and shows a negative value after the maximum strain value. As shown in FIG. 3, the stress value also changes with time.

【0046】上記ひずみの時刻歴データと応力の時刻歴
データからひずみ−応力線図を描くと図4のようにな
る。図4のひずみ−応力線図において、ひずみの値が最
大時のひずみεmaxと、その時の応力σaの値を用
い、下記の数式4により、各衝突パターン毎に試験片の
縦弾性係数Eを算出している。 (数式4) E=σ/εmax −−−(4) なお、本実施形態で用いたブタジエンゴムを主成分とす
る材料では、スプリットホプキンソン棒試験機において
打撃棒の衝突速度を変更しても、各衝突パターンでの縦
弾性係数はほぼ同じ値を示している。
FIG. 4 shows a strain-stress diagram drawn from the strain time history data and the stress time history data. In the strain-stress diagram of FIG. 4, using the strain ε max when the strain value is the maximum and the value of the stress σa at that time, the longitudinal elastic modulus E of the test piece is calculated for each collision pattern by the following mathematical formula 4. It is calculated. (Equation 4) E = [sigma] a / [epsilon] max --- (4) In the material containing butadiene rubber as the main component used in the present embodiment, the impact velocity of the striking rod was changed in the split Hopkinson rod tester. However, the longitudinal elastic modulus in each collision pattern shows almost the same value.

【0047】粘弾性材料からなる製品について、粘性を
考慮したシミュレーションを行うために、粘弾性材料の
粘性を考慮した粘弾性モデルを設定している。具体的
に、本実施形態では、図5に示すような、バネとダッシ
ュポットからなる粘弾性モデルとして、基本的な2要素
のVoigtモデルを用いている。即ち、上記粘弾性材料モ
デルでは、ダッシュポットの粘性抵抗ηとバネの剛性
(縦弾性係数Eあるいはせん断係数)を可変にして用い
ている。
For a product made of a viscoelastic material, a viscoelastic model considering the viscosity of the viscoelastic material is set in order to perform a simulation in which the viscosity is taken into consideration. Specifically, in this embodiment, a basic two-element Voigt model is used as a viscoelastic model including a spring and a dashpot as shown in FIG. That is, in the viscoelastic material model, the dashpot viscous resistance η and the spring rigidity (longitudinal elastic modulus E or shear coefficient) are used in a variable manner.

【0048】図5に示すように2要素のフォークト(Vo
igt)モデルとした粘弾性モデルにて、バネで生じる応
力をσ, ダッシュポットで生じる応力をσとすると
全体で生じる応力σは以下のような数式5で表すことが
できる。 (数式5) σ=σ+σ =Eε+ηε’ −−−(5)
As shown in FIG. 5, a two-element Voigt (Vo
igt) model, the response generated by the spring
Force σ1, The stress generated in the dashpot is σTwoAnd
The stress σ generated as a whole can be expressed by Equation 5 as follows.
it can. (Formula 5) σ = σ1+ ΣTwo = Eε + ηε ′ −−− (5)

【0049】従って、上記数式5より、このような粘弾
性モデルにて粘性抵抗ηは、以下の数式6で表すことが
できる。 (数式6) η=(σ−Eε)/ε’ −−−(6)
Therefore, from the above formula 5, the viscous resistance η can be expressed by the following formula 6 in such a viscoelastic model. (Equation 6) η = (σ−Eε) / ε ′ −−− (6)

【0050】従って、図1、図2、図3に示すひずみ
ε、ひずみ速度ε’、応力σの時刻歴データと上記の数
式3により、ひずみε、ひずみ速度ε’に対応する粘性
抵抗ηを時々刻々算出できる。ここで、上記したよう
に、上記ひずみ、ひずみ速度、応力の値は、時間の経過
と共に変化しており、粘弾性材料で生じているひずみ状
態は、加わるひずみが圧縮方向に増加する「負荷状態」
と、圧縮量が徐々に減少する「復元状態」とに分けるこ
とができる。よって、粘性抵抗を算出する際にも、粘弾
性材料で生じているひずみ状態が負荷状態時と、除荷
(あるいは復元)状態時との2つに分けて算出し、図6
に示すように、各衝突速度において粘性抵抗の時刻歴デ
ータを得ている。
Therefore, the viscous resistance η corresponding to the strain ε and the strain rate ε ′ is calculated from the time history data of the strain ε, the strain rate ε ′ and the stress σ shown in FIGS. 1, 2 and 3 and the above mathematical formula 3. It can be calculated moment by moment. Here, as described above, the strain, the strain rate, and the value of the stress are changing with the passage of time, and the strain state generated in the viscoelastic material is the "load state" in which the applied strain increases in the compression direction. "
And the “restored state” in which the amount of compression gradually decreases. Therefore, when the viscous resistance is calculated, the strain state generated in the viscoelastic material is divided into two states, that is, the load state and the unloading (or restoring) state.
As shown in, the time history data of viscous resistance is obtained at each collision velocity.

【0051】このように、上記高速大変形条件下での測
定により得られたひずみと応力より、粘弾性材料の縦弾
性係数Eを決定した後、粘性を考慮した粘弾性モデルか
ら導出した上記数式6により、負荷状態時と、除荷(あ
るいは復元)状態時とに分けて粘性抵抗ηを算出し、こ
のひずみの負荷状態時とひずみの除荷あるいは復元状態
時とで異なった粘性抵抗ηをシミュレーションに適用す
る。
As described above, after determining the longitudinal elastic modulus E of the viscoelastic material from the strain and stress obtained by the measurement under the high-speed large-deformation condition, the above mathematical formula derived from the viscoelastic model considering the viscosity is obtained. By virtue of 6, the viscous resistance η is calculated separately for the loaded state and the unloading (or restoring) state, and the viscous resistance η is different between the strain loading state and the strain unloading or restoring state. Apply to simulation.

【0052】上記ひずみの時刻歴データと粘性抵抗の時
刻歴データより、ひずみと粘性抵抗との関係を図7に示
す。図7に示すように、粘性抵抗の値は、ひずみの負荷
状態時と除荷(あるいは復元)状態時とでは、ひずみが
同じ値のときでも異なった値を示している。また、ひず
みの時刻歴データとひずみ速度の時刻歴データより、ひ
ずみとひずみ速度との関係を図8に示す。このように、
粘性抵抗は、ひずみ、ひずみ速度によって変化し、か
つ、ひずみの負荷状態時と除荷(あるいは復元)状態時
とで異なる値を示すため、粘性抵抗はひずみ、ひずみ速
度によって決定することができ、粘性抵抗をひずみの負
荷状態時と除荷状態時とで場合分けして、ひずみ、ひず
み速度の関数としている。なお、図8において、4つの
衝突速度の各データは、ひずみ速度の負の領域では、表
示上一直線に重なっているように見えるが、実際の値
は、各衝突速度毎にそれぞれ異なるひずみ、ひずみ速度
の値となっている。
FIG. 7 shows the relationship between strain and viscous resistance based on the time history data of strain and the time history data of viscous resistance. As shown in FIG. 7, the value of the viscous resistance is different between the strain applied state and the unloaded (or restored) state even when the strain is the same value. Further, FIG. 8 shows the relationship between strain and strain rate based on the time history data of strain and the time history data of strain rate. in this way,
The viscous resistance changes depending on the strain and strain rate, and shows different values during the strain loading state and the unloading (or restoring) state. Therefore, the viscous resistance can be determined by the strain and strain rate. The viscous resistance is divided into a strain-loaded state and a strain-unloaded state and used as a function of strain and strain rate. In FIG. 8, the data of the four collision velocities seem to overlap with each other on the display in the negative region of the strain velocity, but the actual values are different strains and strains for each collision velocity. It is the speed value.

【0053】図7に示すひずみと粘性抵抗の関係と、図
8に示すひずみとひずみ速度の関係とを、後述するよう
に各衝突パターンにおいて、それぞれ、入力データとし
て書き込み、有限要素法解析により上記ひずみ、ひずみ
速度の違いによる粘性抵抗の変化、即ち、ひずみの負荷
状態時と除荷(あるいは復元)状態時との違いによる粘
性抵抗の変化を考慮したシミュレーションを行ってい
る。
The relationship between the strain and the viscous resistance shown in FIG. 7 and the relationship between the strain and the strain rate shown in FIG. 8 are respectively written as input data in each collision pattern as described later, and the above is obtained by the finite element method analysis. The simulation is performed in consideration of the change in viscous resistance due to the difference in strain and strain rate, that is, the change in viscous resistance due to the difference between the loaded state and the unloaded (or restored) state of strain.

【0054】本実施形態では、粘弾性材料からなる製品
モデルとしてゴルフボールモデルを設定し、ゴルフクラ
ブヘッド(打撃物)のゴルフボールへの衝突を想定した
シミュレーションを行っている。図9に示すように、ゴ
ルフボールモデル10は、ブタジエンゴムを主成分とす
る1ピースボールを想定し、直径42.8mmの球状と
している。
In this embodiment, a golf ball model is set as a product model made of a viscoelastic material, and a simulation is performed assuming a collision of a golf club head (hit object) with a golf ball. As shown in FIG. 9, the golf ball model 10 assumes a one-piece ball containing butadiene rubber as a main component, and has a spherical shape having a diameter of 42.8 mm.

【0055】有限要素法解析を行うにあたり、製品モデ
ルにおいて初期条件を設定している。即ち、ゴルフボー
ルモデル10の大きさ、形状、構造等の初期条件を設定
すると共に、ゴルフボールモデル10を多数の要素11
にメッシュ分割し、多数の節点12を得ている。ゴルフ
ボールモデルの全ての範囲の要素の数は、全体モデルで
1000〜100000が好ましく、さらに好ましく
は、2500〜20000が良い。なお、上限の値は、
現段階での計算機の能力を鑑みてのものであり、今後計
算機の能力が向上するにつれ、解析の時間が短縮される
ため上限の範囲は、変わることが容易に想像できる。
In performing the finite element method analysis, initial conditions are set in the product model. That is, the initial conditions such as the size, shape, and structure of the golf ball model 10 are set, and the golf ball model 10 is divided into a large number of elements 11
And a large number of nodes 12 are obtained. The number of elements in all ranges of the golf ball model is preferably 1000 to 100,000, more preferably 2500 to 20000 in the whole model. The upper limit is
This is because the capacity of the computer at the present stage is taken into consideration. As the capacity of the computer is improved in the future, the upper limit range can be easily imagined because the analysis time is shortened.

【0056】上記設定条件に基づいて、シミュレーショ
ン計算時に、上記ひずみ、ひずみ速度、粘性抵抗の関係
とゴルフボールモデル10のデータを入力データに書き
込む。計算が実行されると時々刻々各要素に関して妥当
な粘性抵抗を算出し、その粘性抵抗を用い式の計算を行
っている。本シミュレーションでは、ひずみの負荷状態
時と除荷(あるいは復元)状態時とで場合分けされたひ
ずみとひずみ速度の関係、及び、ひずみと粘性抵抗の関
係の各2次元データを入力し演算している。測定条件の
異なる4つの各パターンについてのひずみとひずみ速度
の時系列データから、各々ひずみとひずみ速度の対応関
係を記録し、ひずみ、ひずみ速度と、それに対応する粘
性抵抗を入力データとして書き込むことになる。4つの
測定条件により測定されたひずみ、ひずみ速度の測定デ
ータと同一でないひずみ、ひずみ速度の場合には、近接
するひずみ、ひずみ速度の条件下での粘性抵抗2値を用
いて1次補間を行っている。
Based on the above set conditions, the data of the golf ball model 10 and the relation between the strain, the strain rate, and the viscous resistance are written in the input data during the simulation calculation. When the calculation is executed, an appropriate viscous resistance is calculated for each element every moment, and the formula is calculated using the viscous resistance. In this simulation, the two-dimensional data of the relationship between strain and strain rate, and the relationship between strain and viscous resistance, which are divided into the case of strain loading and the case of unloading (or restoring), are input and calculated. There is. From the time series data of strain and strain rate for each of the four patterns with different measurement conditions, record the correspondence between strain and strain rate, and write the strain, strain rate and corresponding viscous resistance as input data. Become. In the case of strains and strain rates that are not the same as the strain and strain rate measurement data measured under the four measurement conditions, linear interpolation is performed using viscous resistance binary values under the conditions of adjacent strain and strain rate. ing.

【0057】さらに具体的には、一つの要素に着目した
とき、その要素に生じているひずみの大きさ(ノルム)
を計算し、シミュレーション時の前ステップのノルムと
比較することによって、ノルムが増加している場合は負
荷、ノルムが減少している場合は除荷と判断し、ひずみ
の負荷と除荷の状態を判定し、材料状態を考慮したひず
みとひずみ速度の情報を得ている。次に、測定から得ら
れた各衝突ケース(測定ケース)のひずみ、ひずみ速度
の関係から、各ケースでの同値のひずみが生じていると
きのひずみ速度の値を参照して、着目する要素のひずみ
速度の値に近いひずみ速度の値を持つ2つのケースを探
索する。この2つのケースに対応するひずみが同値のと
きの,ひずみ速度と粘性抵抗の値を用いて、補間によ
り、その要素で生じるひずみ、ひずみ速度に対応した適
切な粘性抵抗の値を算出することができる。本実施形態
では、このように単純な一次補間による補間を行ってい
る。このように、各要素ごとにその要素で生じているひ
ずみ、ひずみ速度によって負荷と除荷では異なった粘性
抵抗を決定することで、各要素ごとに適正なひずみ、ひ
ずみ速度の条件下の材料物性を表している。
More specifically, when focusing on one element, the magnitude of the strain (norm) occurring in that element
Is calculated and compared with the norm of the previous step at the time of simulation, if the norm is increasing, it is judged to be the load, and if the norm is decreasing, it is judged to be the unloading. Judgment is made and information on strain and strain rate considering the material state is obtained. Next, from the relationship between the strain and strain rate of each collision case (measurement case) obtained from the measurement, refer to the value of the strain rate when the strain of the same value occurs in each case, and We search for two cases with strain rate values close to the strain rate values. When the strains corresponding to these two cases have the same value, the values of the strain rate and the viscous resistance can be used to calculate the appropriate value of the viscous resistance corresponding to the strain and strain rate generated in the element by interpolation. it can. In the present embodiment, interpolation is performed by such simple primary interpolation. In this way, by determining the viscous resistance that differs between loading and unloading for each element depending on the strain and strain rate occurring in that element, the material properties under the conditions of appropriate strain and strain rate for each element. Is represented.

【0058】また、上記要素毎に生じる全体座標系のひ
ずみ及びひずみ速度を偏差成分と体積成分に分解し、上
記偏差成分のひずみ及びひずみ速度を、全体座標系から
主ひずみ座標系及び主ひずみ速度座標系に変換し、変換
した偏差主ひずみ及び偏差主ひずみ速度を用い、上述し
たように図7、8より各座標軸毎に、ひずみが同じ値で
もひずみの負荷状態時とひずみの除荷あるいは復元状態
時とで異なった粘性抵抗を決定し、該数式1、2、3に
より粘性抵抗から粘弾性を考慮した偏差成分の応力とひ
ずみを算出している。その後、上記偏差成分の応力とひ
ずみを全体座標系に再変換し、上記体積成分の応力とひ
ずみ、及び偏差成分の応力とひずみから、要素毎の応力
とひずみを算出している。
Further, the strain and strain rate of the global coordinate system generated for each element are decomposed into a deviation component and a volume component, and the strain and strain rate of the deviation component are converted from the global coordinate system to the main strain coordinate system and the main strain rate. Converted to the coordinate system, and using the converted main strain of deviation and main strain velocity of deviation, as described above, from each of the coordinate axes shown in FIGS. Different viscous resistances are determined depending on the state, and the stress and strain of the deviation component considering the viscoelasticity from the viscous resistances are calculated by the mathematical formulas 1, 2, and 3. After that, the stress and strain of the deviation component are reconverted to the global coordinate system, and the stress and strain of each element are calculated from the stress and strain of the volume component and the stress and strain of the deviation component.

【0059】即ち、各要素毎に生じるひずみ6成分を主
ひずみ座標系に変換し、主軸方向のひずみ3成分を求め
ている。各要素毎に生じる全体座標系のひずみ及びひず
み速度を偏差成分と体積成分に分解し、偏差成分に粘弾
性を考慮している。分解したひずみ、ひずみ速度の偏差
6成分を、全体座標系から主ひずみ座標系及び主ひずみ
速度座標系に変換し、主ひずみ座標系及び主ひずみ速度
座標系での偏差主ひずみ、偏差主ひずみ速度の各3成分
を用い、主ひずみ座標系及び主ひずみ速度座標系で各軸
毎に、ひずみが同じ値でもひずみの負荷状態時とひずみ
の除荷あるいは復元状態時とで異なった粘性抵抗を決定
している。
That is, the strain 6 components generated for each element are converted into the main strain coordinate system to obtain the strain 3 components in the main axis direction. The strain and strain rate of the global coordinate system generated for each element are decomposed into a deviation component and a volume component, and viscoelasticity is considered in the deviation component. Six components of strain and strain velocity deviations that have been decomposed are converted from the global coordinate system to the main strain coordinate system and the main strain velocity coordinate system, and the main strain coordinate system and the main strain velocity coordinate system deviate the main strain and the deviation main strain velocity system. Using each of the three components of, the viscous resistance is determined for each axis in the main strain coordinate system and the main strain velocity coordinate system, even if the strain is the same value, when the strain is loaded and when the strain is unloaded or restored. is doing.

【0060】本実施形態では、具体的に、図10(A)
(B)(C)に示すように、ゴルフボールモデル10
に、打撃物として200g(ゴルフクラブヘッドの重さ
と同一)の円筒形状のアルミニウム製中空棒モデル20
を速度45m/sで衝突させた時のゴルフボールモデル
10の材料物性を有限要素法により解析し、シミュレー
ションを行っている。これにより、打撃物の衝突時から
所定時間後までの所定時間におけるゴルフボールモデル
10の各要素11に発生するひずみ量を演算している。
In the present embodiment, specifically, FIG. 10 (A)
(B) As shown in (C), golf ball model 10
In addition, as a hitting object, a cylindrical hollow bar model 20 of 200g (same as the weight of a golf club head)
The physical properties of the golf ball model 10 when the golf ball is collided at a speed of 45 m / s are analyzed by the finite element method, and simulation is performed. With this, the amount of strain generated in each element 11 of the golf ball model 10 is calculated for a predetermined time from the time of impact of the impacting object to the predetermined time.

【0061】1要素に関して構成する各節点に質量を分
配し、各節点を質点と置き換え、各節点の速度を質点の
持つ速度として合計を割って、全体の速度としている。
即ち、インパクト後のボールの速度Vbi(i=x、
y、z)は、数式7により以下のように算出する。ボー
ルの全運動量は全質点の運動量の和と考え、全運動量を
総重量で割ったものをボールの飛び出し速度Vbiと定
義する。
Mass is distributed to each node constituting one element, each node is replaced with a mass point, and the velocity of each node is divided as the velocity of the mass point to obtain the total velocity.
That is, the velocity Vbi of the ball after impact (i = x,
y, z) is calculated by the following equation 7: The total momentum of the ball is considered to be the sum of the momentums of all masses, and the total momentum divided by the total weight is defined as the ball ejection velocity Vbi.

【0062】(数式7) ここで、N、Mは、ボールの節点数、総質量、Vni、
Mnはn番目の並進速度、節点を含む要素の質量をその
要素に含まれる節点の数で割ったものである。
(Equation 7) Here, N and M are the number of nodes of the ball, the total mass, Vni,
Mn is the n-th translational velocity, the mass of the element containing the node divided by the number of nodes contained in that element.

【0063】なお、アルミニウム製中空棒モデル20の
円形面20aを衝突面とし、衝突面はフラットであり、
ゴルフボールモデル10とフラットな正面衝突としてい
る。また、アルミニウム製中空棒モデル20の円形面2
0aの中心点20bが、最初のゴルフボールモデル10
との衝突点となるように衝突させている。
The circular surface 20a of the aluminum hollow bar model 20 is used as a collision surface, and the collision surface is flat.
It is a flat frontal collision with the golf ball model 10. In addition, the circular surface 2 of the aluminum hollow bar model 20
The center point 20b of 0a is the first golf ball model 10
The collision is made so that it becomes a collision point with.

【0064】上記した方法により、衝突前後の上記アル
ミニウム製中空棒モデル20及びゴルフボール10の速
度を算出し、それぞれの速度及び重量からゴルフボール
10の反発係数を算出し予測している。
The speed of the aluminum hollow rod model 20 and the golf ball 10 before and after the collision is calculated by the above method, and the coefficient of restitution of the golf ball 10 is calculated and predicted from the respective speeds and weights.

【0065】このように、上記ひずみ、ひずみ速度を体
積成分と偏差成分に分解し、主ひずみ座標系及び主ひず
み速度座標系に変換した偏差成分の主ひずみ及び主ひず
み速度を用いて主ひずみ座標系及び主ひずみ速度座標系
の各軸毎に、ひずみが同じ値でもひずみの負荷状態時と
ひずみの除荷あるいは復元状態時とで異なった粘性抵抗
を決定し、上記粘性抵抗を要素毎に各軸方向3成分につ
いて可変にしている。このため、3次元方向について正
確に粘弾性材料の粘弾性を考慮した解析を行うことがで
き、シミュレーションの精度を向上することができる。
As described above, the main strain coordinates and the main strain rate of the deviation component obtained by decomposing the strain and the strain rate into the volume component and the deviation component and converting them into the main strain coordinate system and the main strain rate coordinate system are used. For each axis of the system and the main strain rate coordinate system, even if the strain is the same value, different viscous resistances are determined in the strain loading state and the strain unloading or restoring state, and the viscous resistances for each element are The three axial components are variable. Therefore, the analysis considering the viscoelasticity of the viscoelastic material can be accurately performed in the three-dimensional direction, and the accuracy of the simulation can be improved.

【0066】また、ひずみの負荷状態時と除荷(あるい
は復元)状態時とで場合分けされた粘性抵抗をひずみ、
ひずみ速度の関数として決定し、上記ひずみ、ひずみ速
度、粘性抵抗の3者の関係をゴルフボールモデルに入力
して、有限要素法解析によりシミュレーションしてい
る。このため、各要素の時々刻々のひずみ、ひずみ速度
からそれに相当する粘性抵抗を算出でき、該粘性抵抗値
はひずみの負荷状態時と除荷(あるいは復元)状態時と
の違いが考慮されており、高速大変形条件下においても
強い非線形性を持つ粘弾性材料の特性を非常に精度良く
予測することができる。
In addition, the viscous resistance which is divided into the strain loading state and the unloading (or restoration) state is strained,
It is determined as a function of strain rate, and the relationship among the three factors of strain, strain rate, and viscous resistance is input to a golf ball model, and simulation is performed by the finite element method analysis. Therefore, the viscous resistance corresponding to each strain and strain rate of each element can be calculated, and the viscous resistance value takes into consideration the difference between the strain load state and the unloading (or restoring) state. The properties of viscoelastic materials with strong nonlinearity can be predicted very accurately even under high-speed and large deformation conditions.

【0067】従って、実際のゴルフクラブヘッドによる
打撃時と同等の条件下における、粘弾性材料からなるゴ
ルフボールモデルの反発係数等の性能、動的挙動等を、
試作をすることなく正確に把握することができる。
Therefore, the performance such as the coefficient of restitution of a golf ball model made of a viscoelastic material, the dynamic behavior, etc., under the same conditions as when hit by an actual golf club head,
It can be grasped accurately without making a prototype.

【0068】また、図11示すように、応力−ひずみ曲
線から、下記の数式8を用いて、位相角δが算出され、
この位相角δより、損失係数(tanδ)を算出するこ
ともできる。 (数式8) δ=sin−1((σ−σ)/σmax) −−−(8)
Further, as shown in FIG. 11, the phase angle δ is calculated from the stress-strain curve by using the following formula 8.
The loss coefficient (tan δ) can be calculated from the phase angle δ. (Equation 8) δ = sin −1 ((σ a −σ b ) / σ max ) −−− (8)

【0069】(スプリットホプキンソン棒試験機による
材料物性の測定)図12は、粘弾性材料測定用に改良し
たスプリットホプキンソン棒試験機が示された模式的正
面図である。
(Measurement of Material Properties by Split Hopkinson Bar Tester) FIG. 12 is a schematic front view showing a split Hopkinson bar tester improved for measuring viscoelastic materials.

【0070】図12に示すスプリットホプキンソン棒試
験機は、打撃棒51、入力棒53及び出力棒55を備え
ており、これらは直線上に配置されている。入力棒53
には、第一ひずみゲージ57及び第二ひずみゲージ59
が取り付けられている。出力棒55には、第三ひずみゲ
ージ61及び第四ひずみゲージ63が取り付けられてい
る。入力棒53の後端53aと出力棒55の前端55a
との間には、円柱状の試験片70が挟持されている。
The split Hopkinson rod tester shown in FIG. 12 comprises a striking rod 51, an input rod 53 and an output rod 55, which are arranged on a straight line. Input rod 53
The first strain gauge 57 and the second strain gauge 59.
Is attached. A third strain gauge 61 and a fourth strain gauge 63 are attached to the output rod 55. The rear end 53a of the input rod 53 and the front end 55a of the output rod 55
A columnar test piece 70 is sandwiched between and.

【0071】試験片70は、測定すべき粘弾性材料を試
験片の形状に成形したものでもよく、また、粘弾性材料
を成形した製品状態から切り出されたものであってもよ
い。本実施形態では、試験片70の長さ(すなわち入力
棒53の後端53aと出力棒55の前端55aとの距
離)は4mm、試験片70の断面直径は18mmとして
いる。
The test piece 70 may be formed by molding the viscoelastic material to be measured into the shape of the test piece, or may be cut out from the molded product state of the viscoelastic material. In this embodiment, the length of the test piece 70 (that is, the distance between the rear end 53a of the input rod 53 and the front end 55a of the output rod 55) is 4 mm, and the cross-sectional diameter of the test piece 70 is 18 mm.

【0072】打撃棒51、入力棒53及び出力棒55は
ポリメチルメタアクリレート製の円柱であり、断面直径
は20mm、縦弾性係数は5300MPa、比重は1.
19である。打撃棒51の長さは、100mmである。
入力棒53及び出力棒55(以下、この入力棒53と出
力棒55とは、「応力棒」とも称される)の長さは、2
000mmである。第一ひずみゲージ57は入力棒53
の後端53aから900mmの位置に取り付けられてお
り、第二ひずみゲージ59は入力棒53の後端53aか
ら600mmの位置に取り付けられている。また、第三
ひずみゲージ61は出力棒55の前端55aから300
mmの位置に取り付けられており、第四ひずみゲージ6
3は出力棒55の前端55aから600mmの位置に取
り付けられている。
The striking rod 51, the input rod 53 and the output rod 55 are cylinders made of polymethylmethacrylate and have a cross-sectional diameter of 20 mm, a longitudinal elastic modulus of 5300 MPa and a specific gravity of 1.
It is 19. The striking rod 51 has a length of 100 mm.
The length of the input rod 53 and the output rod 55 (hereinafter, the input rod 53 and the output rod 55 are also referred to as “stress rods”) is 2
It is 000 mm. The first strain gauge 57 is the input rod 53.
It is attached at a position 900 mm from the rear end 53a, and the second strain gauge 59 is attached at a position 600 mm from the rear end 53a of the input rod 53. In addition, the third strain gauge 61 is connected to the front end 55a of the output rod 55 by 300
It is attached at the position of mm and the fourth strain gauge 6
3 is attached at a position 600 mm from the front end 55a of the output rod 55.

【0073】このように、図12のスプリットホプキン
ソン棒試験機は、打撃棒51、入力棒53及び出力棒5
5がポリメチルメタアクリレートからなる合成樹脂製で
あり、打撃棒51及び入力棒53が2000mmと大き
く、しかも第一ひずみゲージ57と入力棒53の後端5
3aとの距離及び第二ひずみゲージ59と入力棒53の
後端53aとの距離が大きいので、ゴルフボールに用い
られるような架橋ゴム等の粘弾性を有する材料のひず
み、ひずみ速度、応力の測定に適している。
As described above, the split Hopkinson rod tester of FIG. 12 has the striking rod 51, the input rod 53, and the output rod 5.
5 is a synthetic resin made of polymethylmethacrylate, the striking rod 51 and the input rod 53 are as large as 2000 mm, and the first strain gauge 57 and the rear end 5 of the input rod 53.
3a and the distance between the second strain gauge 59 and the rear end 53a of the input rod 53 are large, so that strain, strain rate, and stress of viscoelastic materials such as crosslinked rubber used for golf balls can be measured. Suitable for

【0074】上記第一ひずみゲージ57、第二ひずみゲ
ージ59、第三ひずみゲージ61、第四ひずみゲージ6
3として単軸プラスチック用ひずみゲージを用い、本実
施形態では、株式会社共和電業製のKFP−5−350
−C1−65を用い、入力棒53、出力棒55の上記し
た位置に貼着している。これら第一ひずみゲージ57乃
至第4ひずみゲージ63の入力棒53及び出力棒57へ
の取付位置は、長さ方向において同一線上としている。
The above-mentioned first strain gauge 57, second strain gauge 59, third strain gauge 61, and fourth strain gauge 6
A strain gauge for uniaxial plastic is used as 3, and in this embodiment, KFP-5-350 manufactured by Kyowa Denki Co., Ltd.
-C1-65 is used to attach the input rod 53 and the output rod 55 to the above-mentioned positions. The mounting positions of the first strain gauge 57 to the fourth strain gauge 63 on the input rod 53 and the output rod 57 are on the same line in the length direction.

【0075】このスプリットホプキンソン棒試験機によ
るひずみ、ひずみ速度、応力の測定では、まず、打撃棒
51が入力棒53の前端53aに、所定の速度で衝突す
る。これによって入射ひずみ波が生じ、この入射ひずみ
波は入力棒53の後端53aに向かって進む。この入射
ひずみ波の一部は、入力棒53の後端53aにおいて反
射し、反射ひずみ波となって入力棒53の前端53bに
向かって進む。入射ひずみ波の一部は、入力棒53の後
端53aから試験片70を透過し、さらに出力棒55に
伝播して透過ひずみ波となり、出力棒55の後端55b
に向かって進む。
In the measurement of strain, strain rate, and stress by this split Hopkinson rod tester, first, the striking rod 51 collides with the front end 53a of the input rod 53 at a predetermined velocity. As a result, an incident distorted wave is generated, and this incident distorted wave travels toward the rear end 53a of the input rod 53. A part of the incident strain wave is reflected at the rear end 53a of the input rod 53 and becomes a reflected strain wave, which proceeds toward the front end 53b of the input rod 53. A part of the incident strain wave passes through the test piece 70 from the rear end 53a of the input rod 53, further propagates to the output rod 55 to become a transmitted strain wave, and the rear end 55b of the output rod 55.
Head towards.

【0076】入射ひずみ波は、第一ひずみゲージ57及
び第二ひずみゲージ59によって実測される。実測され
た入射ひずみ波は、ローパスフィルターに通され、10
kHz以上の高周波が除去される。さらに、入射ひずみ
波の時刻歴は、そのベースライン値をゼロとするゼロ補
正が施される。こうして得られた第一ひずみゲージ57
及び第二ひずみゲージ59における時間軸ひずみのそれ
ぞれがフーリエ変換され、周波数軸ひずみが求められ
る。この第一ひずみゲージ57及び第二ひずみゲージ5
9における周波数軸ひずみから、伝達関数が導出され
る。第一ひずみゲージ57と入力棒53の後端53aと
の距離X1と、第二ひずみゲージ59と入力棒53の後
端53aとの距離X2との比(X1:X2)が考慮され
つつ、上記伝達関数に基づいて、入力棒53の後端53
aにおける周波数軸ひずみが推定される。この周波数軸
ひずみがフーリエ逆変換されることにより、入力棒53
の後端53aにおける入射ひずみ波の時間軸ひずみ(ひ
ずみの時刻歴)εiが得られる。
The incident strain wave is actually measured by the first strain gauge 57 and the second strain gauge 59. The measured incident distorted wave is passed through a low-pass filter for 10
High frequencies above kHz are removed. Further, the time history of the incident distorted wave is subjected to zero correction with its baseline value set to zero. First strain gauge 57 thus obtained
And the time axis strains in the second strain gauge 59 are Fourier transformed to obtain the frequency axis strain. The first strain gauge 57 and the second strain gauge 5
From the frequency axis strain at 9, the transfer function is derived. While considering the ratio (X1: X2) of the distance X1 between the first strain gauge 57 and the rear end 53a of the input rod 53 and the distance X2 between the second strain gauge 59 and the rear end 53a of the input rod 53, Based on the transfer function, the rear end 53 of the input rod 53
The frequency axis strain at a is estimated. This frequency axis distortion is subjected to inverse Fourier transform, so that the input rod 53
The time axis strain (time history of strain) εi of the incident strain wave at the rear end 53a is obtained.

【0077】同様に、入力棒53の後端53aで反射し
て前端53bに向かう反射ひずみ波が第二ひずみゲージ
59及び第一ひずみゲージ57によって実測される。こ
の実測された反射ひずみ波から、入力棒53の後端53
aにおける反射ひずみ波の時間軸ひずみ(ひずみの時刻
歴)εrが得られる。
Similarly, the reflected strain wave reflected by the rear end 53a of the input rod 53 and traveling toward the front end 53b is measured by the second strain gauge 59 and the first strain gauge 57. From the measured reflected distortion wave, the rear end 53 of the input rod 53
The time base strain (time history of strain) εr of the reflected strain wave at a is obtained.

【0078】また、出力棒55の第三ひずみゲージ61
及び第四ひずみゲージ63によって、試験片70を経て
出力棒55に伝播される透過ひずみ波を実測し、この実
測した透過ひずみ波から、出力棒55の前端55aにお
ける透過ひずみ波の時間軸ひずみ(ひずみの時刻歴)ε
tが得られる。
Further, the third strain gauge 61 of the output rod 55
Also, the transmitted strain wave propagated to the output rod 55 through the test piece 70 is measured by the fourth strain gauge 63, and the time-axis strain of the transmitted strain wave at the front end 55a of the output rod 55 is measured from the measured transmitted strain wave ( Time history of strain) ε
t is obtained.

【0079】こうして得られたεi、εr及びεtか
ら、下記数式9によって、試験片70のひずみ速度ε’
が算出される。(数式9) ε’=(C/L)・(εi−εr−εt) =((E/ρ)1/2/L)・(εi−εr−εt) −−−(9) (数式9において、Cは入力棒および出力棒中(応力
棒)のひずみ波の伝播速度(m/s)を表し、Lは試験
片の長さ(m)を表し、Eは応力棒の縦弾性係数(N/
)を表し、ρは応力棒の密度(kg/m)を表
す)
From the thus obtained εi, εr and εt, the strain rate ε ′ of the test piece 70 is calculated by the following mathematical formula 9.
Is calculated. (Equation 9) ε '= (C 0 / L) · (εi-εr-εt) = ((E / ρ) 1/2 / L) · (εi-εr-εt) ----- (9) (Equation 9) 9, C 0 represents the propagation velocity (m / s) of the strain wave in the input rod and the output rod (stress rod), L represents the length (m) of the test piece, and E represents the longitudinal elasticity of the stress rod. Coefficient (N /
m 2 ) and ρ represents the density of the stress rod (kg / m 3 ).

【0080】また、εi、εr及びεtから、下記数式
10によって試験片70のひずみεが算出される。
Further, the strain ε of the test piece 70 is calculated from εi, εr and εt by the following mathematical formula 10.

【0081】(数式10) (数式10において、Cは入力棒および出力棒中(応
力棒)のひずみ波の伝播速度(m/s)を表し、Lは試
験片の長さ(m)を表し、Eは応力棒の縦弾性係数(N
/m)を表し、ρは応力棒の密度(kg/m)を表
す)
(Equation 10) (In Formula 10, C 0 represents the propagation velocity (m / s) of the strain wave in the input rod and the output rod (stress rod), L represents the length (m) of the test piece, and E represents the stress rod. Longitudinal elastic modulus (N
/ M 2 ), and ρ represents the density (kg / m 3 ) of the stress rod)

【0082】さらに、εi、εr及びεtから、下記数
式11によって試験片70の応力σが算出される。 (数式11) σ=(E・A/(2As))・(εi+εr+εt) =(E・D/(2(Ds)))・(εi+εr+εt)−−−(11 ) (数式11において、Eは入力棒および出力棒からなる
応力棒の縦弾性係数(N/m)を表し、Aは上記応力
棒の断面積(m)を表し、Asは試験片の断面積(m
)を表し、Dは応力棒の直径(m)を表し、Dsは試
験片の直径(m)を表す)
Further, the stress σ of the test piece 70 is calculated from εi, εr, and εt by the following formula 11. (Equation 11) σ = (E · A / (2As)) · (εi + εr + εt) = (E · D 2 / (2 (Ds) 2 )) · (εi + εr + εt) −−− (11) (Equation 11 represents E Represents the longitudinal elastic modulus (N / m 2 ) of the stress rod composed of the input rod and the output rod, A represents the cross-sectional area (m 2 ) of the stress rod, and As represents the cross-sectional area (m of the test piece.
2 ), D represents the diameter (m) of the stress rod, and Ds represents the diameter (m) of the test piece).

【0083】こうして得られた試験片70のひずみ時刻
歴を、図13のグラフに示す。図13に示すように、曲
線は、ピークP以降しばらくはなだらかであるが、その
後、凹凸状となる。ピークP以降のなだらかな段階での
点Sを選択し、この点Sにおける曲線に対する接線を画
き、この接線と時間軸との交点から緩和時間λを導出
し、下記数式12によって求められる曲線を点S以降の
曲線とすることによって、ひずみ時刻歴全体をなだらか
な曲線(図13中に点線で示す)とすることができる。
これにより、最終的に得られる材料物性へのノイズの影
響を除去することができる。 (数式12) ε(t)=ε・e−t/λ −−−(12) (数式12において、εは接点におけるひずみを表
す)
The strain time history of the test piece 70 thus obtained is shown in the graph of FIG. As shown in FIG. 13, the curve is gentle for a while after the peak P, but thereafter becomes uneven. A point S at a smooth stage after the peak P is selected, a tangent to the curve at this point S is drawn, the relaxation time λ is derived from the intersection of this tangent and the time axis, and the curve obtained by the following formula 12 is used as a point. By setting the curve after S, the entire strain time history can be a smooth curve (shown by a dotted line in FIG. 13).
This makes it possible to eliminate the influence of noise on the finally obtained material properties. (Formula 12) ε (t) = ε 0 · e −t / λ −−− (12) (In Formula 12, ε 0 represents strain at the contact)

【0084】同様に、下記数式13によって、応力時刻
歴全体をなだらかな曲線とすることができ、これによっ
て最終的に得られる材料物性へのノイズの影響を除去す
ることができる。 (数式13) σ(t)=σ・e−t/λ −−−(13) (数式(13)において、σは接点における応力を表
す)
Similarly, the following equation 13 makes it possible to make the entire stress time history into a gentle curve, and thereby remove the influence of noise on the finally obtained physical properties of the material. (Formula 13) σ (t) = σ 0 · e −t / λ −−− (13) (In Formula (13), σ 0 represents stress at the contact)

【0085】上記のようにして、試験片70のひずみ時
刻歴及び応力時刻歴については補正が行われている。
As described above, the strain time history and the stress time history of the test piece 70 are corrected.

【0086】以上の方法により、スプリットホプキンソ
ン棒試験機にて、高速大変形時のひずみの時刻歴デー
タ、ひずみ速度の時刻歴データ、応力の時刻歴データを
得ている。
By the above method, the time history data of strain, the time history data of strain rate, and the time history data of stress at the time of high-speed large deformation are obtained by the split Hopkinson bar tester.

【0087】以下、本発明の実施例及び比較例について
詳述する。まず、ウレタンゴムを主成分とする材料を用
いてゴルフボールを作製した。ウレタンを主成分とする
材料を160℃で30分、直径42.8mmの金型で圧
縮成型し、1ピースボールとした。
Examples of the present invention and comparative examples will be described in detail below. First, a golf ball was manufactured using a material containing urethane rubber as a main component. A material containing urethane as a main component was compression-molded at 160 ° C. for 30 minutes with a mold having a diameter of 42.8 mm to obtain a one-piece ball.

【0088】上記ウレタンゴムを主成分とする材料のひ
ずみ、ひずみ速度、応力を上記したスプリットホプキン
ソン棒試験機により、打撃棒の衝突速度が7m/s、1
4m/s、20m/s、25m/sの4パターンについ
て測定した(室温23℃、相対湿度50%)。測定時の
最大ひずみと最大ひずみ速度を以下に示す。 衝突速度7m/s(最大ひずみ0.12、最大ひずみ速
度1378/s) 衝突速度14m/s(最大ひずみ0.24、最大ひずみ
速度2703/s) 衝突速度20m/s(最大ひずみ0.35、最大ひずみ
速度3898/s) 衝突速度25m/s(最大ひずみ0.43、最大ひずみ
速度4716/s) 4パターンの衝突速度で測定しているため、各衝突速度
における位相角δの値を下記の表1に示す。
The split Hopkinson rod tester was used to measure the strain, strain rate, and stress of the material containing urethane rubber as the main component, and the impact velocity of the striking rod was 7 m / s, 1
It measured about 4 patterns of 4 m / s, 20 m / s, and 25 m / s (room temperature 23 degreeC, relative humidity 50%). The maximum strain and maximum strain rate during measurement are shown below. Collision velocity 7m / s (maximum strain 0.12, maximum strain velocity 1378 / s) Collision velocity 14m / s (maximum strain 0.24, maximum strain velocity 2703 / s) Collision velocity 20m / s (maximum strain 0.35, Maximum strain velocity 3898 / s) Collision velocity 25m / s (maximum strain 0.43, maximum strain velocity 4716 / s) Since the measurement is performed with four patterns of collision velocity, the value of the phase angle δ at each collision velocity is as follows. It shows in Table 1.

【0089】[0089]

【表1】 [Table 1]

【0090】(実施例)ウレタンゴムを主成分とする材
料を試験片としてスプリットホプキンソン棒試験機によ
り測定した、ひずみ、ひずみ速度、応力の各時刻歴デー
タと、第1実施形態と同様の粘弾性モデルとを用い、粘
性抵抗を考慮してシミュレーションを行った。上記第1
実施形態のシミュレーション方法において、さらに、上
記製品モデルに上記ひずみ、ひずみ速度、縦弾性係数の
関係を入力することで、上記ひずみ、ひずみ速度の違い
による縦弾性係数の変化を考慮した。使用ソフトは、日
本総合研究所(株)製、汎用ソフトLs−dyna94
0とした。実施例のシミュレーションにより予測された
位相角δを上記表1に示す。
(Example) Time history data of strain, strain rate, and stress measured by a split Hopkinson bar tester using a material mainly containing urethane rubber as a test piece, and the same viscoelasticity as in the first embodiment. The simulation was performed using the model and considering the viscous resistance. First above
In the simulation method of the embodiment, the change in the longitudinal elastic coefficient due to the difference in the strain and the strain rate is considered by further inputting the relationship among the strain, the strain rate, and the longitudinal elastic coefficient into the product model. The software used is the general-purpose software Ls-dyna94 manufactured by Japan Research Institute, Ltd.
It was set to 0. The phase angle δ predicted by the simulation of the example is shown in Table 1 above.

【0091】(比較例)上記実施例と同様のウレタンゴ
ムを主成分とする材料を試験片としてスプリットホプキ
ンソン棒試験機により測定した、ひずみ、ひずみ速度、
応力の各時刻歴データを用いた。縦弾性係数は可変と
し、負荷状態時のひずみ、ひずみ速度と負荷の粘性抵抗
を利用したシミュレーションを行った。上記した点以外
は実施例と同様とした。比較例のシミュレーションによ
り予測された位相角δを上記表1に示す。
Comparative Example Strain, strain rate, measured by a split Hopkinson bar tester using the same material containing urethane rubber as the main component as in the above example as a test piece.
Each time history data of stress was used. The longitudinal elastic modulus was made variable, and the simulation was performed using the strain, strain rate and viscous resistance of the load under load. Except for the points described above, the same procedure as in the example was performed. The phase angle δ predicted by the simulation of the comparative example is shown in Table 1 above.

【0092】有限要素法解析により、上記材料ウレタン
ゴムを主成分とする材料よりなるゴルフボールに、20
0g(ヘッドの重さと同一)のアルミニウム製の中空棒
モデルを初速度35、40、45m/sの3通りの速度
で衝突させた時のゴルフボールの性能、材料の変形状態
をシミュレートし、上記した方法でゴルフボールの解析
での反発係数を算出した。ここで得られた上記ウレタン
ゴムを主成分とする材料よりなるゴルフボールの実施例
及び比較例の解析での反発係数を、それぞれ下記の表2
に示す。
According to the finite element method analysis, a golf ball made of a material containing urethane rubber as the main component is
Simulating the performance of the golf ball and the deformed state of the material when a 0 g (same as the weight of the head) aluminum hollow rod model is made to collide at three initial velocities of 35, 40 and 45 m / s, The coefficient of restitution in golf ball analysis was calculated by the method described above. The coefficient of restitution in the analysis of Examples and Comparative Examples of the golf balls made of the above-mentioned urethane rubber-based material is shown in Table 2 below.
Shown in.

【0093】[0093]

【表2】 [Table 2]

【0094】また、上記ウレタンゴムを主成分とする材
料で成型されたゴルフボールの実物を使用した実験によ
り、下記の方法でゴルフボールの実物での反発係数の値
を測定した。上記実施例及び比較例の解析での反発係数
と下記の実物を使用した実験での反発係数との差(%)
を上記した表2に示す。
In addition, the actual coefficient of restitution of the golf ball was measured by the following method by an experiment using an actual golf ball molded from the material containing urethane rubber as the main component. Difference (%) between the coefficient of restitution in the analysis of the above Examples and Comparative Examples and the coefficient of restitution in the experiment using the following actual products
Is shown in Table 2 above.

【0095】(ゴルフボールの実物を用いた実験による
反発係数の測定)ゴルフボールの反発係数を測定する方
法として、室温23℃の条件下、上記材料よりなるゴル
フボールに、ゴルフクラブのヘッドの代用として、20
0g(ヘッドの重さと同一)のアルミニウム製の中空棒
を速度35、40、45m/sの3通りの速度で衝突さ
せた。衝突前後の上記中空棒及びゴルフボールの速度を
測定し、それぞれの速度及び重量からゴルフボールの反
発係数を算出した。なお、アルミニウム製の中空棒の衝
突面は、フラットであり、ゴルフボールとフラットな正
面衝突とした。ゴルフクラブヘッドのように衝突面に角
度がないため、衝突時にゴルフボールが回転しないの
で、ゴルフボールの反発性能のみを評価可能とした。
(Measurement of Restitution Coefficient by Experiment Using Actual Golf Ball) As a method of measuring the restitution coefficient of a golf ball, a golf ball made of the above material was used in place of the head of a golf club at room temperature of 23 ° C. As 20
A hollow rod made of aluminum (0 g (same as the weight of the head)) was made to collide at three speeds of 35, 40 and 45 m / s. The velocities of the hollow rod and the golf ball before and after the collision were measured, and the coefficient of restitution of the golf ball was calculated from the respective velocities and weights. The collision surface of the aluminum hollow rod was flat, and the collision surface was a flat frontal collision with the golf ball. Since the golf ball does not rotate at the time of collision because the collision surface does not have an angle like a golf club head, only the resilience performance of the golf ball can be evaluated.

【0096】表1に示すように、実施例の解析での位相
角δは、各衝突速度において、実験結果の位相角δとほ
ぼ同一の値となった。一方、比較例の解析での位相角δ
は、負荷と負荷の曲線を用いてシミュレーションしてい
るために、応力−ひずみ曲線においてエネルギーロスが
実施例に比べて小さくなり、各衝突速度において比較例
の位相角δの値は実施例より小さくなり、実験結果に比
べその値も小さく、その差も大きかった。従って、実施
例は精度良く実際の実験結果をシミュレーションできて
いることが確認できた。
As shown in Table 1, the phase angle δ in the analysis of the example was almost the same as the phase angle δ of the experimental result at each collision velocity. On the other hand, the phase angle δ in the analysis of the comparative example
Since the simulation is performed using a load and a load curve, the energy loss in the stress-strain curve is smaller than that of the example, and the value of the phase angle δ of the comparative example is smaller than that of the example at each collision velocity. The value was smaller and the difference was larger than the experimental results. Therefore, it was confirmed that the example could accurately simulate the actual experimental result.

【0097】また、表2に示すように、実施例の解析で
の反発係数の値は、実際にゴルフボールを試作して、実
物により求めた実験での反発係数の値と、いずれの中空
棒速度の場合においても、よく一致していた。実施例と
実物実験結果との差は−4.82%〜−5.98%であ
り、実物の実験結果を正確にシミュレートしていること
が確認できた。一方、比較例の解析での反発係数の値
は、位相角δの値が小さいために、反発係数は実験値に
対して大きくなり、実施例に比べてその差も大きかっ
た。具体的には、比較例と実物実験結果との差は16.
1%〜22.2%であり、実験結果と大きく異なってい
た。
Further, as shown in Table 2, the value of the coefficient of restitution in the analysis of the examples is the value of the coefficient of restitution in the experiment obtained by actually making a golf ball as a trial, and which hollow bar Even in the case of speed, there was a good agreement. The difference between the example and the actual test result was -4.82% to -5.98%, and it was confirmed that the actual test result was accurately simulated. On the other hand, the value of the restitution coefficient in the analysis of the comparative example was larger than the experimental value because the value of the phase angle δ was small, and the difference was also larger than that of the example. Specifically, the difference between the comparative example and the actual test result is 16.
It was 1% to 22.2%, which was significantly different from the experimental result.

【0098】以上より、ひずみの負荷状態時とひずみの
除荷あるいは復元状態時とで場合分けして、ひずみが同
じ値でもひずみの負荷状態時とひずみの除荷あるいは復
元状態時とでの粘性抵抗の違いを考慮した本発明のシミ
ュレーションを行うことで、材料物性が非線形性を示す
粘弾性材料からなる製品の実使用条件下での性能を、精
度良くシミュレーションにより予測できることが確認で
きた。
From the above, when the strain is applied and when the strain is unloaded or restored, the viscosity is the same even when the strain has the same value, when the strain is loaded and when the strain is unloaded or restored. By performing the simulation of the present invention in consideration of the difference in resistance, it has been confirmed that the performance of the product made of a viscoelastic material whose material properties show non-linearity under actual use conditions can be accurately predicted by simulation.

【0099】[0099]

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれば、要素毎に生じるひずみ、ひずみ速度の偏差成
分において粘弾性特性を考慮するために、上記ひずみ、
ひずみ速度を体積成分と偏差成分に分解し、主ひずみ座
標系及び主ひずみ速度座標系に変換した偏差成分の主ひ
ずみ及び主ひずみ速度を用いて主ひずみ座標系及び主ひ
ずみ速度座標系の各軸毎に粘性抵抗を決定し、粘性抵抗
を要素毎に各軸方向3成分について可変にしている。こ
のため、3次元方向について正確に粘弾性材料の粘弾性
を考慮した解析を行うことができ、シミュレーションの
精度を向上することができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the strain generated in each element, in order to consider the viscoelastic characteristics in the deviation component of the strain rate, the strain
Each axis of the main strain coordinate system and the main strain rate coordinate system is decomposed into the volume component and the deviation component and converted into the main strain coordinate system and the main strain rate coordinate system using the main strain and the main strain rate of the deviation component. The viscous resistance is determined for each element, and the viscous resistance is made variable for each element in the three axial directions. Therefore, the analysis considering the viscoelasticity of the viscoelastic material can be accurately performed in the three-dimensional direction, and the accuracy of the simulation can be improved.

【0100】また、粘弾性材料の粘性を考慮した粘弾性
モデルを用い、ひずみの負荷状態時とひずみの除荷ある
いは復元状態時とで場合分けして粘性抵抗を導出し、ひ
ずみ、ひずみ速度、ひずみの負荷状態時とひずみの除荷
あるいは復元状態時とで異なった粘性抵抗の関係を製品
モデルに入力しシミュレーションを行っているため、実
際の材料状態を正確に捉えることができ、粘弾性材料の
非線形性を示す物性値が、材料の変形の速度、大きさに
よって非線形的に変化する現象を精度良く表現すること
ができる。
Further, using a viscoelastic model considering the viscosity of the viscoelastic material, the viscous resistance is derived by dividing it into the strain loading state and the strain unloading or restoration state, and the strain, strain rate, Since the relationship between viscous resistance when strain is applied and when strain is unloaded or restored is input to the product model for simulation, it is possible to accurately capture the actual material state. It is possible to accurately represent the phenomenon that the physical property value indicating the non-linearity of changes non-linearly depending on the deformation speed and size of the material.

【0101】さらに、シミュレーションに用いられるひ
ずみ、ひずみ速度、応力の値は、粘弾性材料からなる製
品の実使用状態を想定した条件下で測定されているた
め、実際の粘弾性材料の種々の変形状態に対応したシミ
ュレーションを行うことができる。
Furthermore, since the values of strain, strain rate, and stress used in the simulation are measured under the conditions that assume the actual use state of the product made of the viscoelastic material, various deformations of the actual viscoelastic material will occur. The simulation corresponding to the state can be performed.

【0102】従って、材料の変形状態により、ひずみ、
ひずみ速度の関係が変化し、損失係数等の材料物性が非
線形性を示すような粘弾性材料からなる製品において
も、シミュレーションにより性能や製品の動的挙動を精
度良く解析することができる。
Therefore, depending on the deformed state of the material, strain,
Even in the case of a product made of a viscoelastic material in which the relationship between strain rates changes and the material properties such as the loss coefficient show nonlinearity, the performance and the dynamic behavior of the product can be accurately analyzed by simulation.

【0103】実際にゴルフクラブヘッドで、ゴルフボー
ルが打撃されたときと同等のひずみ、ひずみ速度の条件
下で、実際の打撃試験を正確にシミュレートすることが
でき、実際の打撃に近い状態でのゴルフボールの性能や
変形挙動を精度良く予測することができる。これによ
り、ゴルフボールの性能の優劣を左右する材料物性の把
握が容易となり、製品の性能向上に役立つだけでなく、
ゴルフボールの設計段階において、実際のボール試作回
数を減らし、試作に要する費用と時間を削減することが
できる。
With a golf club head, an actual impact test can be accurately simulated under the conditions of strain and strain rate equivalent to when the golf ball is impacted, and in a state close to the actual impact. The performance and deformation behavior of the golf ball can be accurately predicted. This makes it easy to understand the physical properties of the material that affect the performance of the golf ball, which not only helps improve the performance of the product,
In the design stage of a golf ball, it is possible to reduce the number of actual ball trials and reduce the cost and time required for trial production.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 ひずみεの時刻歴データを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing time history data of strain ε.

【図2】 ひずみ速度ε’の時刻歴データを示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing time history data of strain rate ε ′.

【図3】 応力σの時刻歴データを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing time history data of stress σ.

【図4】 ひずみ−応力線図と縦弾性係数の算出方法を
示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a strain-stress diagram and a method of calculating a longitudinal elastic modulus.

【図5】 本実施形態の粘弾性モデルとして用いた2要
素のVoigtモデルを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a two-element Voigt model used as a viscoelastic model of the present embodiment.

【図6】 粘性抵抗の時刻歴データを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing time history data of viscous resistance.

【図7】 ひずみと粘性抵抗の関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a relationship between strain and viscous resistance.

【図8】 ひずみとひずみ速度の関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a relationship between strain and strain rate.

【図9】 ゴルフボールモデルのメッシュによる分割状
況を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing how a golf ball model is divided by meshes.

【図10】 アルミニウム製中空棒モデルのゴルフボー
ルモデルへの衝突状況を示し、(A)は衝突前、(B)
は衝突中、(C)は衝突後の図である。
FIG. 10 shows a collision state of an aluminum hollow rod model with a golf ball model, (A) before collision, and (B).
Is a diagram during a collision, and (C) is a diagram after the collision.

【図11】 損失係数の算出方法を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a method of calculating a loss coefficient.

【図12】 スプリットホプキンソン棒試験機が示され
た模式的正面図である。
FIG. 12 is a schematic front view showing a split Hopkinson bar tester.

【図13】 試験片のひずみ時刻歴の状態が示された図
である。
FIG. 13 is a diagram showing a state of strain time history of a test piece.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ゴルフクラブモデル 11 要素 12 節点 20 アルミニウム製中空棒モデル 10 golf club models 11 elements 12 nodes 20 Aluminum hollow bar model

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白石 正貴 兵庫県神戸市中央区脇浜町3丁目6番9号 住友ゴム工業株式会社内 Fターム(参考) 2G061 AA13 AB04 BA19 CA10 DA11 EA03 EA04    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Masataka Shiraishi             3-6-9 Wakihama-cho, Chuo-ku, Kobe-shi, Hyogo               Sumitomo Rubber Industries, Ltd. F-term (reference) 2G061 AA13 AB04 BA19 CA10 DA11                       EA03 EA04

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 粘弾性材料からなる製品の実使用状態を
想定した測定条件下で、上記粘弾性材料に生じるひず
み、ひずみ速度、応力の時々刻々の値を測定し、 上記ひずみ、ひずみ速度、応力の時刻歴データと、上記
粘弾性材料の粘性を考慮した粘弾性モデルとから、ひず
みの負荷状態時とひずみの除荷あるいは復元状態時とで
場合分けして上記粘弾性材料の粘性抵抗の時刻歴データ
を導出し、 上記粘弾性材料からなる製品を、解析対象の製品モデル
として設定し、該製品モデルを多数の要素に分割し、上
記ひずみ、ひずみ速度、粘性抵抗の関係を入力し、上記
ひずみの負荷状態時とひずみの除荷あるいは復元状態時
とでの粘性抵抗の違いを考慮して有限要素法により解析
を行い、上記粘弾性材料からなる製品モデルの性能を予
測する際に、 上記要素毎に生じる全体座標系のひずみ及びひずみ速度
を偏差成分と体積成分に分解し、上記偏差成分のひずみ
及びひずみ速度を、全体座標系から主ひずみ座標系及び
主ひずみ速度座標系に変換し、上記変換した偏差主ひず
み及び偏差主ひずみ速度を用い、主ひずみ座標系及び主
ひずみ速度座標系の各座標軸毎に、ひずみが同じ値でも
ひずみの負荷状態時とひずみの除荷あるいは復元状態時
とで異なった粘性抵抗を決定していることを特徴とする
粘弾性材料からなる製品の性能予測のためのシミュレー
ション方法。
1. The strain, strain rate, and momentary values of stress occurring in the viscoelastic material are measured under measurement conditions that assume the actual use state of a product made of a viscoelastic material, and the strain, strain rate, From the time history data of stress and a viscoelastic model considering the viscosity of the viscoelastic material, the viscoelastic resistance of the viscoelastic material can be divided into a strain-loaded state and a strain-unloaded or restored state. Derivation of time history data, the product consisting of the viscoelastic material is set as a product model to be analyzed, the product model is divided into a number of elements, the strain, strain rate, the relationship of viscous resistance is input, When performing the analysis by the finite element method in consideration of the difference in the viscous resistance between the strain loading state and the strain unloading or restoring state, when predicting the performance of the product model made of the viscoelastic material, Up Decompose the strain and strain rate of the global coordinate system that occurs for each element into the deviation component and the volume component, and convert the strain and strain rate of the above deviation component from the global coordinate system to the main strain coordinate system and the main strain rate coordinate system. , Using the converted main strain of deviation and main strain velocity of deviation, for each coordinate axis of the main strain coordinate system and the main strain velocity coordinate system, even if the strain is the same value, when the strain is in the loaded state and when the strain is unloaded or restored. A simulation method for predicting the performance of a product made of a viscoelastic material, characterized in that different viscous resistances are determined by and.
【請求項2】 上記要素毎に主ひずみの大きさであるノ
ルムを計算し、シミュレーション時の前ステップのノル
ムと比較することによって、ノルムが増加している場合
は負荷、ノルムが減少している場合は除荷と判断し、ひ
ずみの負荷と除荷の状態を判定している請求項1に記載
の粘弾性材料からなる製品の性能予測のためのシミュレ
ーション方法。
2. The norm which is the magnitude of the principal strain is calculated for each element and compared with the norm of the previous step at the time of simulation, and when the norm increases, the load and the norm decrease. The simulation method for predicting the performance of a product made of a viscoelastic material according to claim 1, wherein the load is determined to be unloaded, and the strain load and the unloaded state are determined.
【請求項3】 上記粘弾性材料は、材料物性が非線形性
を示す材料である請求項1または請求項2に記載の粘弾
性材料からなる製品の性能予測のためのシミュレーショ
ン方法。
3. The simulation method for predicting the performance of a product made of a viscoelastic material according to claim 1 or 2, wherein the viscoelastic material is a material whose material properties exhibit non-linearity.
【請求項4】 上記ひずみ、ひずみ速度、応力をスプリ
ットホプキンソン棒試験機により測定している請求項1
乃至請求項3のいずれか1項に記載の粘弾性材料からな
る製品の性能予測のためのシミュレーション方法。
4. The strain, strain rate, and stress are measured by a split Hopkinson bar tester.
A simulation method for predicting the performance of a product made of the viscoelastic material according to claim 3.
【請求項5】 上記測定時に粘弾性材料に生じる、上記
ひずみの最大値が0.05〜0.50の範囲であり、あ
るいは/及び、上記ひずみ速度の最大値が500/s〜
10000/sの範囲である請求項1乃至請求項4のい
ずれか1項に記載の粘弾性材料からなる製品の性能予測
のためのシミュレーション方法。
5. The maximum value of the strain generated in the viscoelastic material during the measurement is in the range of 0.05 to 0.50, and / or the maximum value of the strain rate is 500 / s to.
A simulation method for predicting the performance of a product made of the viscoelastic material according to any one of claims 1 to 4, which is in the range of 10000 / s.
【請求項6】 上記粘弾性材料はゴルフボール用材料と
し、上記製品モデルをゴルフボールとし、 上記ゴルフボールと、ゴルフクラブヘッドを想定した打
撃物との衝突現象をシミュレーションし、該衝突時のゴ
ルフボールの挙動を予測している請求項1乃至請求項5
のいずれか1項に記載の粘弾性材料からなる製品の性能
予測のためのシミュレーション方法。
6. The viscoelastic material is a golf ball material, the product model is a golf ball, and a collision phenomenon between the golf ball and a hitting object assuming a golf club head is simulated, and the golf ball at the time of the collision is simulated. Claim 1 thru | or Claim 5 which has predicted the behavior of a ball.
A simulation method for predicting the performance of a product made of the viscoelastic material according to any one of 1.
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