JP2007011474A - Method for forming composite material model - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、線状部材をリング状部材の周りに螺旋状に巻きつけて母材中に埋設した複合材を有限要素を用いて再現する複合材モデル、例えばタイヤにおけるケーブルビード等のモデルの作成方法に関する。 The present invention creates a composite material model that reproduces a composite material in which a linear member is spirally wound around a ring-shaped member and embedded in a base material using a finite element, for example, a model of a cable bead or the like in a tire Regarding the method.
タイヤ等のゴム複合材では、スチールコード等の補強材が、母材となるタイヤのゴム部材の中に埋設されている。例えば、タイヤのゴム複合材としてビード部材が挙げられる。ビード部材は、スチールコードからなるビード線材がゴム部材により被覆された部材である。ビード部材として、中心となるスチール線材の周りに複数本のビード線材を螺旋状に巻き付けた構成のケーブルビードが知られている。
このケーブルビードは、タイヤに埋設された場合、中心となるスチール線材を回転中心として、ビードフィラー部が回転可能に変形するため、タイヤ特性を有効に変更させることができる。
In a rubber composite material such as a tire, a reinforcing material such as a steel cord is embedded in a rubber member of a tire that serves as a base material. For example, a bead member is mentioned as a rubber composite material of a tire. The bead member is a member in which a bead wire made of a steel cord is covered with a rubber member. As a bead member, a cable bead having a configuration in which a plurality of bead wires are spirally wound around a central steel wire is known.
When the cable bead is embedded in a tire, the bead filler portion is rotatably deformed with the steel wire serving as the center as the center of rotation, so that the tire characteristics can be effectively changed.
ところで、ケーブルビードを含むタイヤを有限要素法を用いてシミュレーションを行う場合、ケーブルビード等の構成を再現した有限要素モデルを作成することが必要である。有限要素モデルの作成方法として、例えば下記特許文献1が挙げられる。
By the way, when a tire including a cable bead is simulated using the finite element method, it is necessary to create a finite element model that reproduces the configuration of the cable bead or the like. As a method for creating a finite element model, for example,
特許文献1では、複合材中のスチール線材とゴム部材とを区別することなく均一な部材として有限要素モデルを作成するとともに、このときの複合材の材料パラメータを均一な部材とした等価パラメータで表して、複合材を含む構造体全体の有限要素解析を行い、この後、スチール線材およびゴム部材の各々を線材モデルおよびゴム部材モデルを作成し、全体解析ステップで得られた有限要素解析の結果の情報に基づいて、複合材の力学特性の有限要素解析を行うことを開示している。
In
しかし、ケーブルビードは中心となるスチール線材の周りに複数本のスチール線材を螺旋状に巻いた構成であり、その構成が複雑であるため、有限要素モデルを正確に再現することが難しいといった問題がある。また、精度の高い有限要素モデルを作成するために、節点数を多くしてケーブルビードの有限要素モデルを作成する場合、多くの作成時間を要し、効率の良い解析ができないといった問題があった。 However, the cable bead has a configuration in which a plurality of steel wires are spirally wound around the steel wire that becomes the center, and the configuration is complicated, so it is difficult to accurately reproduce the finite element model. is there. Also, when creating a cable bead finite element model with a large number of nodes in order to create a highly accurate finite element model, there was a problem that it took a lot of creation time and efficient analysis could not be performed. .
そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、ケーブルビード等のように、線状部材をリング状部材の周りに螺旋状に巻きつけて母材中に埋設した複合材を、有限要素を用いて効率よく再現する複合材モデルの作成方法を提供することを目的とする。 Therefore, in order to solve the above-described problems, the present invention provides a composite material in which a linear member is spirally wound around a ring-shaped member and embedded in a base material, such as a cable bead, as a finite element. An object of the present invention is to provide a method for creating a composite material model that can be reproduced efficiently by using.
本発明は、 線状部材をリング状部材の周りに螺旋状に巻きつけて母材中に埋設した複合材を、有限要素を用いて再現する複合材モデルの作成方法であって、有限要素である第1の柱状要素により構成される第1の基本モデルと、この第1の柱状要素の軸線方向に沿うように配置した有限要素である第2の柱状要素により構成される第2の基本モデルとを有し、前記第1の基本モデル及び前記第2の基本モデルを単位モデルとして前記軸線方向に複数の単位モデルを一列に接続することにより、直線状に延びた柱状モデルを作成するステップと、この柱状モデルの一方の端を固定して、他方の端を前記第1の柱状要素の軸線の回りに捩じり角を与えて捩じることにより、前記第2の基本モデルの形状を変形させるステップと、前記第2の基本モデルが変形した前記柱状モデルを円弧状に変形させて、前記柱状モデルの一方の端を他方の端に結合させて、リング状部材を再現したリング状部材モデルの周りに、線状部材を再現した線状部材モデルが螺旋状に巻きついたリング状モデルを再現したリング状モデルを作成するステップと、作成したリング状モデルの周りを取り囲む母材モデルを作成するステップと、前記リング状モデルが前記母材モデルと接する接触面が、前記母材モデルの接触面に対して相対変位を生じさせないように拘束条件を前記リング状モデルに付与するステップと、を有することを特徴とする複合材モデルの作成方法を提供する。 The present invention is a method for creating a composite material model that uses a finite element to reproduce a composite material in which a linear member is spirally wound around a ring member and embedded in a base material. A first basic model composed of a certain first columnar element, and a second basic model composed of a second columnar element that is a finite element arranged along the axial direction of the first columnar element And creating a linearly extending columnar model by connecting a plurality of unit models in a line in the axial direction using the first basic model and the second basic model as unit models, and The shape of the second basic model is obtained by fixing one end of the columnar model and twisting the other end with a twist angle around the axis of the first columnar element. A step of deforming, and the second basic mode. Reproduce the linear member around the ring-shaped member model by reproducing the ring-shaped member by deforming the columnar model deformed by Dell into an arc shape and joining one end of the columnar model to the other end A ring-shaped model that reproduces a ring-shaped model in which the linear member model wound spirally, a step of creating a base material model that surrounds the created ring-shaped model, and the ring-shaped model includes: Applying a constraint condition to the ring model so that the contact surface in contact with the base material model does not cause a relative displacement with respect to the contact surface of the base material model. Provides a method of creating.
又、本発明は、線状部材をリング状部材の周りに螺旋状に巻きつけて母材中に埋設した複合材を、有限要素を用いて再現する複合材モデルの作成方法であって、有限要素である第1の線要素と、この第1の線要素に対して平行な位置関係にあり、前記第1の線要素から一定距離を離して配置した有限要素である第2の線要素とを有し、前記第1の線要素及び前記第2の線要素を単位モデルとして前記配置方向に複数の単位モデルを一列に接続することにより、直線状に延びた線状モデルを作成するステップと、作成した線状モデルの一方の端を固定して、他方の端を、前記一定距離を保持した状態で前記第1の線要素の回りに捩じり角を与えて捩じることにより、前記第2の線要素の形状を変形させるステップと、前記第2の線要素が変形した前記線状モデルを円弧状に変形させて、前記線状モデルの一方の端を他方の端に結合させて、リング状部材を再現したリング状部材モデルと、線状部材を再現した線状部材モデルとを有するリング状モデルを作成するステップと、作成したリング状モデルの周りを取り囲む母材モデルを作成するステップと、前記リング状モデルの前記第2の線要素から所定の距離離れた円柱仮想側面を、前記母材モデルと接する接触面とし、この接触面が、前記母材モデルの接触面に対して相対変位を生じさせないように拘束条件を前記リング状モデルに付与するステップと、を有することを特徴とする複合材モデルの作成方法を提供する。 The present invention is also a method for creating a composite material model that reproduces, using a finite element, a composite material in which a linear member is spirally wound around a ring-shaped member and embedded in a base material. A first line element that is an element, and a second line element that is in a positional relationship parallel to the first line element and is a finite element arranged at a certain distance from the first line element; Creating a linear model extending in a straight line by connecting a plurality of unit models in a row in the arrangement direction using the first line element and the second line element as a unit model, and By fixing one end of the created linear model and twisting the other end with a twist angle around the first line element while maintaining the constant distance, Deforming the shape of the second line element; and deforming the second line element. A ring-shaped member model that reproduces a ring-shaped member by deforming the linear model into an arc shape, and one end of the linear model is coupled to the other end, and a linear member that reproduces the linear member A ring model having a model, a step of creating a base material model surrounding the created ring model, and a virtual cylinder separated from the second line element of the ring model by a predetermined distance A side surface is a contact surface in contact with the base material model, and the contact surface has a step of giving a constraint condition to the ring model so as not to cause a relative displacement with respect to the contact surface of the base material model. A method of creating a composite material model is provided.
さらに、本発明は、線状部材をリング状部材の周りに螺旋状に巻きつけて母材中に埋設した複合材を、有限要素を用いて再現する複合材モデルの作成方法であって、有限要素である第1の柱状要素により構成される第1の基本モデルと、この第1の柱状要素の軸線方向に沿うように配置した有限要素である第2の柱状要素により構成される第2の基本モデルとを有し、前記第1の基本モデル及び前記第2の基本モデルを単位モデルとして前記軸線方向に複数の単位モデルを一列に接続することにより、直線状に延びた柱状モデルを作成するステップと、前記柱状モデルを円弧状に変形させてリング状モデルを作成するステップと、円弧状に変形したリング状モデルの一方の端を固定して、他方の端を前記第1の基本モデルの中心の軸線の回りに捩じり角を与えて捩じることにより、前記第2の基本モデルの形状を変形させて、前記一方の端と前記他方の端を結合し、リング状部材を再現したリング状部材モデルの周りに、線状部材を再現した線状部材モデルが螺旋状に巻きついたリング状モデルを作成するステップと、この線状部材モデルが巻きついたリング状モデルの周りを取り囲む母材モデルを作成するステップと、前記リング状モデルが前記母材モデルと接する接触面が、前記母材モデルの接触面に対して相対変位を生じさせないように拘束条件を前記リング状モデルに付与するステップと、を有することを特徴とする複合材モデルの作成方法を提供する。 Furthermore, the present invention is a method for creating a composite material model that reproduces, using a finite element, a composite material in which a linear member is spirally wound around a ring-shaped member and embedded in a base material. A first basic model composed of first columnar elements that are elements, and a second basic element composed of second columnar elements that are finite elements arranged along the axial direction of the first columnar elements. A columnar model extending in a straight line is created by connecting a plurality of unit models in a line in the axial direction using the first basic model and the second basic model as unit models. A step of deforming the columnar model into an arc shape to create a ring model; fixing one end of the ring model deformed into an arc shape and fixing the other end of the first basic model; Around the center axis By applying a twist angle and twisting, the shape of the second basic model is deformed, and the one end and the other end are combined to reproduce the ring-shaped member. Create a ring model with a linear member model that reproduces a linear member around it, and create a base material model that surrounds the ring model around which this linear member model is wound And applying a constraint condition to the ring model so that the contact surface of the ring model contacting the base material model does not cause relative displacement with respect to the contact surface of the base material model. A method for creating a composite material model is provided.
さらに、本発明は、線状部材をリング状部材の周りに螺旋状に巻きつけて母材中に埋設した複合材を、有限要素を用いて再現する複合材モデルの作成方法であって、有限要素である第1の線要素と、この第1の線要素に対して平行な位置関係にあり、前記第1の線要素から一定距離を離して配置した有限要素である第2の線要素とを有し、前記第1の線要素及び前記第2の線要素を単位モデルとして前記配置方向に複数の単位モデルを一列に接続することにより、直線状に延びた線状モデルを作成するステップと、前記線状モデルを円弧状に変形させて、リング状部材を再現したリング状部材モデルと、線状部材を再現した線状部材モデルとを有するリング状モデルを作成するステップと、前記リング状モデルの一方の端を固定して、他方の端を、前記一定距離を保持した状態で前記第1の線要素の回りに捩じり角を与えて捩じることにより、前記第2の線要素の形状を変形させて、前記一方の端と前記他方の端を結合し、リング状部材を再現した線状のリング状部材モデルの周りに線状部材を再現した線状部材モデルが螺旋状に巻きついたリング状モデルを作成するステップと、線状部材モデルが螺旋状に巻きついたリング状モデルの周りを取り囲む母材モデルを作成するステップと、前記リング状モデルの前記第2の線要素から所定の距離離れた円柱仮想側面を、前記母材モデルと接する接触面とし、この接触面が、前記母材モデルの接触面に対して相対変位を生じさせないように拘束条件を前記リング状モデルに付与するステップと、を有することを特徴とする複合材モデルの作成方法を提供する。 Furthermore, the present invention is a method for creating a composite material model that reproduces, using a finite element, a composite material in which a linear member is spirally wound around a ring-shaped member and embedded in a base material. A first line element that is an element, and a second line element that is in a positional relationship parallel to the first line element and is a finite element arranged at a certain distance from the first line element; Creating a linear model extending in a straight line by connecting a plurality of unit models in a row in the arrangement direction using the first line element and the second line element as a unit model, and A step of creating a ring-shaped model having a ring-shaped member model that reproduces a ring-shaped member by deforming the linear model into an arc shape, and a linear member model that reproduces the linear member; Secure one end of the model and the other The second line element is deformed by twisting it with a twist angle around the first line element while maintaining the constant distance, and the one end and A step of creating a ring-shaped model in which a linear member model reproducing a linear member is spirally wound around a linear ring-shaped member model reproducing the ring-shaped member by combining the other ends; Creating a base material model surrounding a ring-shaped model in which a linear member model is spirally wound; and a cylindrical virtual side surface separated from the second line element of the ring-shaped model by a predetermined distance, A contact surface in contact with the base material model, and a step of imparting a constraint condition to the ring model so that the contact surface does not cause a relative displacement with respect to the contact surface of the base material model. Composite model To provide a creation method.
又本発明は、線状部材をリング状部材の周りに螺旋状に巻きつけて母材中に埋設した複合材を、有限要素を用いて再現する複合材モデルの作成方法であって、前記リング状部材の断面形状を備える第1の形状と、この第1の形状に対して所定の方向に前記線状部材の断面形状を配置した第2の形状とを有する第1の表面要素を第1の平面上に形成するステップと、前記第1の形状に対して所定の方向に配置した前記第2の形状を前記第1の形状の周りに回転移動させて、前記第1の形状に対する前記第2の形状の配置位置を変えた第2の表面要素を第2の平面上に形成するステップと、前記第1の平面上の前記第1の形状の中心位置における垂線と前記第2の平面上の前記第2の形状の中心位置における垂線とが同一の円弧上の接線となり、かつ前記第1の平面に対して前記第2の平面が所定の角度を成すように、前記第1の平面と前記第2の平面とを配置することにより、前記第1の平面上の前記第1の表面要素と前記第2の平面上の前記第2の表面要素とをそれぞれ両端面とするリング状モデルの単位モデルを作成するステップと、前記単位モデルを前記円弧の周に沿って複数配置し、その際、隣接する単位モデルの前記第1の表面要素と前記第2の表面要素とを互いに滑らかに接続することで、リング状部材を再現したリング状部材モデルの周りに、線状部材を再現した線状部材モデルが螺旋状に巻きついたリング状モデルを作成するステップと、線状部材モデルが螺旋状に巻きついたリング状モデルの周りを取り囲む母材モデルを作成するステップと、前記リング状モデルが前記母材モデルと接する接触面が、前記母材モデルの接触面に対して相対変位を生じさせないように拘束条件を前記リング状モデルに付与するステップと、を有することを特徴とする複合材モデルの作成方法を提供する。 The present invention is also a method for creating a composite material model that reproduces, using a finite element, a composite material in which a linear member is spirally wound around a ring member and embedded in a base material. A first surface element having a first shape having a cross-sectional shape of a linear member and a second shape in which the cross-sectional shape of the linear member is arranged in a predetermined direction with respect to the first shape is a first surface element. Forming on the plane of the first shape, rotating the second shape arranged in a predetermined direction with respect to the first shape around the first shape, and Forming a second surface element in which the arrangement position of the second shape is changed on the second plane, a perpendicular at a center position of the first shape on the first plane, and the second plane And the perpendicular line at the center position of the second shape is a tangent on the same arc, The first plane and the second plane are arranged so that the second plane forms a predetermined angle with respect to the first plane, whereby the first plane on the first plane is arranged. A step of creating a unit model of a ring-shaped model having both the end surface as one surface element and the second surface element on the second plane, and arranging a plurality of the unit models along the circumference of the arc At that time, the first surface element and the second surface element of the adjacent unit model are smoothly connected to each other, so that the linear member is formed around the ring-shaped member model reproducing the ring-shaped member. A step of creating a ring-shaped model in which a linear member model reproducing the spiral is wound, a step of creating a base material model surrounding the ring-shaped model in which the linear member model is wound in a spiral, and Ring model Applying a constraint condition to the ring model so that the contact surface in contact with the base material model does not cause a relative displacement with respect to the contact surface of the base material model. Provides a method of creating.
また、本発明は、線状部材をリング状部材の周りに螺旋状に巻きつけて母材中に埋設した複合材を、有限要素を用いて再現する複合材モデルの作成方法であって、前記リング状部材の円弧上における弦に対応するように、有限要素である直線状の第1の線要素を設けるとともに、この第1の線要素に対して捩じりの位置関係にある第2の線要素を設けたリング状モデルの単位モデルを作成するステップと、前記単位モデルを円弧上に沿って複数配置し、その際、隣接する単位モデルの前記第2の線要素同士を互いに滑らかに接続することで、リング状部材を再現したリング状部材モデルの周りに、線状部材を再現した線状部材モデルが螺旋状に巻きついたリング状モデルを作成するステップと、線状部材モデルが螺旋状に巻きついたリング状モデルの周りを取り囲む母材モデルを作成するステップと、前記リング状モデルの前記第2の線要素から所定の距離離れた円柱仮想側面を、前記母材モデルと接する接触面とし、この接触面が、前記母材モデルの接触面に対して相対変位を生じさせないように拘束条件を前記リング状モデルに付与するステップと、を有することを特徴とする複合材モデルの作成方法を提供する。 Further, the present invention is a method for creating a composite material model that reproduces, using a finite element, a composite material in which a linear member is spirally wound around a ring-shaped member and embedded in a base material. A linear first line element that is a finite element is provided so as to correspond to the chord on the arc of the ring-shaped member, and a second twisted positional relationship with respect to the first line element is provided. A step of creating a unit model of a ring model provided with line elements, and arranging a plurality of the unit models along an arc, and smoothly connecting the second line elements of adjacent unit models to each other Thus, a step of creating a ring-shaped model in which a linear member model reproducing a linear member is spirally wound around a ring-shaped member model reproducing the ring-shaped member, and the linear member model spiraling Ring shape wrapped around Creating a base material model that surrounds the periphery of the Dell; and a cylindrical virtual side surface that is a predetermined distance away from the second line element of the ring-shaped model as a contact surface in contact with the base material model. And providing a constraint condition to the ring model so as not to cause a relative displacement with respect to the contact surface of the base material model. A method for creating a composite material model is provided.
さらに、本発明は、複数の線状部材をリング状部材の周りに螺旋状に巻きつけて母材中に埋設した複合材を、有限要素を用いて再現する複合材モデルの作成方法であって、前記リング状部材の断面形状を備える第1の形状と、この第1の形状に対して所定の方向に前記線状部材の断面形状を1つ配置した第2の形状とを有する第1の表面要素を第1の平面上に形成するステップと、前記第1の形状に対して所定の方向に配置した前記第2の形状を前記第1の形状の周りに回転移動させて、前記第1の形状に対する前記第2の形状の配置位置を変えた第2の表面要素を第2の平面上に形成するステップと、前記第1の平面上の前記第1の形状の中心位置における垂線と前記第2の平面上の前記第2の形状の中心位置における垂線とが同一の円弧上の接線となり、かつ前記第1の平面に対して前記第2の平面が所定の角度を成すように、前記第1の平面と前記第2の平面とを配置することにより、前記第1の平面上の前記第1の表面要素と前記第2の平面上の前記第2の表面要素とをそれぞれ両端面とするリング状モデルの単位モデルを作成するステップと、前記単位モデルを前記円弧の周に沿って複数配置し、その際、隣接する単位モデルの前記第1の表面要素と前記第2の表面要素とを互いに滑らかに接続することで、前記リング状部材を再現したリング状部材モデルと、このリング状部材モデルの周りに螺旋状に巻きついた1つの線状部材モデルとを有するリング状モデルを作成するステップと、前記線状部材モデルを、前記リング状部材モデルの周りに周上に複数配置することで、前記リング状部材モデルの周りに線状部材モデルが複数巻きついたリング状モデルを作成するステップと、前記線状部材モデルが複数巻きついた前記リング状モデルの周りを取り囲むように母材モデルを作成するステップと、このリング状モデルが前記母材モデルと接する接触面が、前記母材モデルの接触面に対して相対変位を生じさせないように拘束条件を前記リング状モデルに付与するステップと、を有することを特徴とする複合材モデルの作成方法を提供する。 Furthermore, the present invention is a method for creating a composite material model that uses a finite element to reproduce a composite material in which a plurality of linear members are spirally wound around a ring-shaped member and embedded in a base material. A first shape having a cross-sectional shape of the ring-shaped member and a second shape in which one cross-sectional shape of the linear member is arranged in a predetermined direction with respect to the first shape. Forming a surface element on a first plane; rotating the second shape arranged in a predetermined direction with respect to the first shape around the first shape; and Forming a second surface element on the second plane in which the arrangement position of the second shape with respect to the shape of the first shape is changed, a perpendicular at the center position of the first shape on the first plane, and the An arc having the same vertical line at the center position of the second shape on the second plane By arranging the first plane and the second plane so that the second plane forms a predetermined angle with respect to the first plane, the first plane Creating a unit model of a ring-shaped model having both the first surface element on the upper surface and the second surface element on the second plane as both end faces; and the unit model on the circumference of the arc A ring-shaped member model that reproduces the ring-shaped member by smoothly connecting the first surface element and the second surface element of adjacent unit models to each other, Creating a ring-shaped model having one linear member model spirally wound around the ring-shaped member model; and placing the linear member model on the circumference around the ring-shaped member model Place multiple A step of creating a ring-shaped model in which a plurality of linear member models are wound around the ring-shaped member model; and a base material model so as to surround the ring-shaped model in which the plurality of linear member models are wound. And applying a constraint condition to the ring model so that a contact surface where the ring model contacts the base material model does not cause a relative displacement with respect to the contact surface of the base material model; A method for creating a composite material model is provided.
また、本発明は、複数の線状部材をリング状部材の周りに螺旋状に巻きつけて母材中に埋設した複合材を、有限要素を用いて再現する複合材モデルの作成方法であって、前記リング状部材の円弧上における弦に対応するように、有限要素である直線状の第1の線要素を設けるとともに、この第1の線要素に対して捩じりの位置関係にある第2の線要素を設けたリング状モデルの単位モデルを作成するステップと、前記単位モデルを円弧上に沿って複数配置し、その際、隣接する単位モデルの前記第2の線要素同士が互いに滑らかに接続することで、リング状部材に対応した線状のリング状部材モデルと、このリング状部材モデルの周りに螺旋状に巻きついた1つの線状部材モデルとを有するリング状モデルを作成するステップと、前記線状部材モデルを、前記リング状部材モデルの周りに周上に複数配置することで、前記リング状部材モデルの周りに前記線状部材モデルが複数巻きついたリング状モデルを作成するステップと、前記線状部材モデルが複数巻きついたリング状モデルの周りを取り囲む母材モデルを作成するステップと、前記リング状モデルの前記第2の線要素から所定の距離離れた円柱仮想側面を、前記母材モデルと接する接触面とし、この接触面が、前記母材モデルの接触面に対して相対変位を生じさせないように拘束条件を前記リング状モデルに付与するステップと、を有することを特徴とする複合材モデルの作成方法を提供する。 Further, the present invention is a method for creating a composite material model that reproduces, using a finite element, a composite material in which a plurality of linear members are spirally wound around a ring-shaped member and embedded in a base material. A linear first line element that is a finite element is provided so as to correspond to the chord on the arc of the ring-shaped member, and a torsional positional relationship with respect to the first line element is provided. A step of creating a ring-shaped model unit model having two line elements, and arranging a plurality of the unit models along an arc, wherein the second line elements of adjacent unit models are mutually smooth By connecting to the ring-shaped member, a ring-shaped model having a linear ring-shaped member model corresponding to the ring-shaped member and a single linear member model spirally wound around the ring-shaped member model is created. Step and said linear part Creating a ring-shaped model in which a plurality of the linear member models are wound around the ring-shaped member model by arranging a plurality of models on the circumference around the ring-shaped member model; and Creating a base material model surrounding a ring model around which a plurality of member models are wound; and a cylindrical virtual side surface separated from the second line element of the ring model by a predetermined distance with the base material model And a step of giving a constraint condition to the ring model so that the contact surface does not cause relative displacement with respect to the contact surface of the base material model. Provides a method of creating.
前記複合材モデルの作成方法において、前記線状部材モデルが前記リング状部材モデルの周りを螺旋状に巻くときの、前記リング状部材モデルの円弧に沿った周期長さは、前記リング状部材モデルの周長を整数で割った長さであることが好ましい。
又、前記リング状モデルにおいて、前記線状部材モデルは前記リング状部材モデルの周りに複数巻きついており、これらの線状部材モデルは、少なくとも1つ又は複数のループを形成し、前記リング状モデルにおける周上の一点において、前記複数の線状部材モデルのうち1つの線状部材モデルの配置位置を始点として、この始点の位置から前記リング状部材モデルの円弧に沿って1周したときの線状部材モデルの終点の位置が、前記始点の位置と異なっていることが好ましい。その際、前記リング状モデルにおける周上の一点における断面では、前記リング状部材モデルの断面の周りに複数の線状部材モデルの断面が配置されており、前記終点の位置は、前記始点の位置に対して隣接する線状部材モデルの配置位置であることが好ましい。さらに、前記終点の位置は、前記始点の位置から見て、前記線状部材モデルを前記リング状部材モデルに対して螺旋状に巻きつける回転方向に対して順方向に、又は逆方向にずれた位置であることが好ましい。
In the method of creating the composite material model, when the linear member model is spirally wound around the ring-shaped member model, a periodic length along an arc of the ring-shaped member model is the ring-shaped member model. The circumference is preferably a length obtained by dividing the circumference by an integer.
In the ring model, a plurality of the linear member models are wound around the ring member model, and these linear member models form at least one or a plurality of loops, and the ring model A line at a point on the circumference of the ring-shaped member model starting from the arrangement position of one linear member model among the plurality of linear member models as a starting point along the arc of the ring-shaped member model from the position of the starting point It is preferable that the position of the end point of the shaped member model is different from the position of the start point. At that time, in the cross-section at one point on the circumference of the ring-shaped model, a plurality of linear member model cross-sections are arranged around the cross-section of the ring-shaped member model, and the position of the end point is the position of the start point It is preferable that it is the arrangement | positioning position of the linear member model adjacent with respect to. Further, the position of the end point is deviated in the forward direction or the reverse direction with respect to the rotation direction in which the linear member model is spirally wound around the ring-shaped member model, as viewed from the position of the start point. Preferably it is a position.
本発明では、リング状モデルの単位モデルを作成し、この単位モデルを滑らかに接続させることで、複合材モデルを、有限要素を用いて効率よく作成することができる。 In the present invention, by creating a unit model of a ring-shaped model and smoothly connecting the unit models, the composite material model can be efficiently created using finite elements.
以下、添付の図面に示す実施形態に基づいて、本発明の複合材モデルの作成方法を詳細に説明する。 Hereinafter, a method for creating a composite material model of the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the accompanying drawings.
本発明の複合材モデルの作成方法は、コンピュータにてケーブルビードを備えるタイヤの有限要素モデルを作成する方法である。
図1(a)は、タイヤのビード部材として用いるケーブルビード10の概略図であり、図1(b)は、ケーブルビード10をタイヤのビード部16に埋設した状態を示す図である。
ケーブルビード10は、リング状部材12の周りに複数のスチール線部材14を配置して螺旋状に巻きつけて、その周りにビード部の母材となるゴム部材18を被覆した構造である。
このようなケーブルビード10がタイヤの一対のビード部16に設けられている。
The method for creating a composite material model of the present invention is a method for creating a finite element model of a tire having a cable bead using a computer.
FIG. 1A is a schematic diagram of a
The
Such a
図2は、ケーブルビード10の有限要素モデルを作成するモデル作成装置20の概略構成図である。
モデル作成装置20は、コンピュータによって構成され、プログラムを起動することにより、以下の部位が設けられて機能する。すなわち、モデル作成装置20は、CPU22及びメモリ24を有し、プログラムの起動により、リング状モデル作成部26、母材モデル作成部28、拘束条件設定部30及びモデル統合部32が作成される。
又、モデル作成装置20には、入力操作系34及びディスプレイ36が接続されている。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a
The
An
リング状モデル作成部26は、リング状部材12の周りに複数のスチール線部材14を配置して螺旋状に巻きつけた構造の有限要素モデル(リング状モデル)を作成する部分である。このモデルの作成方法は後述する。
母材モデル作成部28は、作成されたリング状モデルを被覆するタイヤのビード部16の母材モデルを含むタイヤモデルを作成する部分である。
拘束条件設定部30は、作成されたリング状モデルがビード部16の母材モデルと接する接触面が、この母材モデルの接触面に対して相対変位を生じさせないように拘束条件を生成する部分である。
モデル統合部32は、作成されたリング状モデルとビード部16の母材モデルとを統合し、この統合した有限要素モデル中のリング状モデルに、生成された拘束条件を付与する部分である。
モデル統合部32で統合された有限要素モデルは、付与された拘束条件の下に図示されない有限要素解析ソルバーを用いて解析処理される。
入力操作系34はキーボードやマウス等であり、ディスプレイ36に表示される入力表示画面に従ってオペレータが操作入力するために用いられ、各種モデルの作成のための条件が設定される。
ディスプレイ36は、入力操作系34により入力するための入力表示画面を表示し、又作成された有限要素モデルの形状を表示するために用いられる。
The ring-shaped
The base material
The constraint
The
The finite element model integrated by the
The
The
図3は、モデル作成装置20によって有限要素モデルを作成する方法を示すフローチャートである。
ケーブルビードは、図1(a)に示すようにリング状部材12の周りに複数のスチール線部材14を配置した構成を有する。
まず、柱状モデル40を作成する。柱状モデル40は、有限要素である第1の柱状要素により構成される円柱状又は多角形形状の第1の基本モデルと、この第1の基本モデルの中心軸の軸線方向に沿うように配置した有限要素である第2の柱状要素により構成される、円柱状又は多角形形状の第2の基本モデルとを有する。この第1の基本モデル及び第2の基本モデルを単位モデルとして第1の基本モデルの軸線方向に複数の単位モデルを一列に接続することにより、図4(a)に示すような直線状に延びた柱状モデル40を作成する。(ステップS100)
ここで、第1の柱状要素は、リング状部材12を再現する有限要素モデルの要素であり、底面が三角形又は四角形の柱形状のソリッド要素である。一方、第2の柱状要素は、スチール線部材14を再現する有限要素モデルの要素であり、底面が三角形又は四角形の柱形状のソリッド要素である。第1の柱状要素が複数個集まって、円柱状又は多角形形状の第1の基本モデルが作成される。同様に、第2の柱状要素が複数個集まって、円柱状又は多角形形状の第2の基本モデルが作成される。
作成される柱状モデル40の長さは、作成するケーブルビードの周長と同じになるようにする。また、リング状部材12の周りに巻きつけるスチール線部材14の本数が9本の場合、有限要素モデルにおいても9本のスチール線材14を再現した線状部材モデルを作成する。
FIG. 3 is a flowchart showing a method of creating a finite element model by the
The cable bead has a configuration in which a plurality of
First, the
Here, the first columnar element is an element of a finite element model that reproduces the ring-shaped
The length of the
次に、作成された柱状モデル40の一方の端(例えば、図4(a)における柱状モデル40の左端)を固定して、他方の端(例えば、右端)を第1の基本モデルの中心軸の軸線の回りに捩じり角を与えて捩じることにより、図4(b)に示すように、第2の基本モデルの形状を変形させる(ステップS102)。
第2の基本モデルにおける形状の変形とは、幾何学的に変形させることであり、この変形の演算を行うことにより、変形した第2の形状要素の各節点の位置座標を求める。
柱状モデル40の他方の端を捩じるときの捩じり角は、後述するように、柱状モデル40を円弧状に曲げたときのお互いの両端において、第2の基本モデルが互いに滑らかに接続されるように捩じり角が与えられる。滑らかに接続とは、モデルの両端の境界面がぴったりと一致して接続されることをいう。
両端の接続については、図4(c)に示すように、9本のスチール線材14を再現したモデルを作成した場合、接続する端は、例えば端Aは、端Bに接続される。あるいは端Iに接続される。あるいは、端C〜Hに接続されてもよい。又同じ端Aに接続されてもよい。少なくとも、捩じり角が与えられて両端同士が接続された場合、ループを形成するように接続される。
Next, one end of the created columnar model 40 (for example, the left end of the
The deformation of the shape in the second basic model is geometric deformation, and the position coordinates of each node of the deformed second shape element are obtained by calculating the deformation.
As will be described later, the torsion angle when twisting the other end of the
Regarding the connection at both ends, as shown in FIG. 4C, when a model in which nine
次に、図4(d)に示すように、第2の基本モデルが捩じられた柱状モデル42を円弧状に変形させて、柱状モデル42の一方の端を他方の端に結合させて、リング状部材を再現したリング状部材モデルの周りに、線状部材を再現した線状部材モデルが螺旋状に巻きついたリング状モデル44を作成する(ステップS104)。柱状モデル42の円弧状の変形は、幾何学的に変形させることであり、この変形の演算を行うことにより、変形した第1の形状要素及び第2の形状要素の各節点の位置座標を求める。
具体的には、柱状モデル42を円弧状に曲げて両端同士を付き合わせて結合する。
柱状モデル42では、上述したように所定の捩じり角が与えられているので、両端同士を付き合わせたとき、第2の基本モデルにより形成された、スチール線部材14を再現した複数の線状部材モデル同士の端が突き合わされ、滑らかに接続される。両端同士の結合とは、例えば付き合わされる両端の面の節点がお互いに共有するように節点を編集することである。あるいは、節点の共有のために節点を編集せず、両端の面の節点を残したまま、それぞれの節点の変位が等しくなるように拘束条件を付与してもよい。
Next, as shown in FIG. 4D, the
Specifically, the
Since the
次に、作成したリング状モデル44の周りを取り囲む母材モデルであるタイヤモデルを作成する(ステップS106)。
図5(a),(b)は、タイヤを再現したタイヤモデル46の例を示している。図5(b)中のビード部47は空隙となっている。このビード部47に、図5(c)に示すような両端の接合されたリング状モデル44を配置することにより、図6に示すように、リング状モデル44の周りを母材モデルが囲む構成のタイヤモデル48が作成される。
Next, a tire model that is a base material model surrounding the created ring-shaped
5A and 5B show an example of a
次に、リング状モデル44をタイヤモデル46に結合させるために、タイヤモデル46の接触面に対して相対変位を生じさせないように、拘束条件を作成しリング状モデル44に設定する(ステップS108)。
図7は、リング状モデル44とタイヤモデル46との結合の流れを示すフローチャートである。
まず、リング状モデル44をタイヤモデル46のタイヤモデル46のビード部47へ配置する(ステップS108A)。
次に、リング状モデル44がタイヤモデル46のビード部47と接する接触面が識別され、この接触面上に位置する節点(境界節点)を設定する(ステップS108B)。タイヤモデル46中のビード部47における有限要素の境界面は長方形形状を成している。
図8は、接触面と節点の関係を説明する図である。モデル50は、タイヤモデル46がリング状モデル44と接触する接触面近傍のモデルであり、モデル52は、リング状モデル44の一部分を示すモデルである。
Next, in order to couple the
FIG. 7 is a flowchart showing a flow of coupling between the
First, the ring-shaped
Next, a contact surface where the ring-shaped
FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the contact surface and the nodes. The
図9は、リング状モデル44の一部であるモデル52と、タイヤモデル46の一部であるモデル50の境界面を説明する図である。図8,9に示すように、モデル50の境界面にモデル52の境界節点Qが位置する。以下、この境界節点Qを用いて拘束条件の作成と拘束条件の付与について説明する。
まず、モデル52をモデル50に結合するための拘束条件に用いる重み係数wiを求める(ステップS108C)。ここで重み係数wi(iは自然数)は以下のようにして求められる。
図9に示すように、重み係数wiを算出する際に用いる変換Tは、モデル50の境界面における有限要素の節点1,2,3,4とこれらの節点間を結ぶ線分によって形成される物理空間上の台形(台形高さH,底辺の長さL1、上辺の長さL2とする)はパラメトリック空間上の一辺の長さが2の正方形に変換されるものであり、節点1,2,3,4は正方形の各頂点に、台形の各辺は正方形の各辺に、台形の内部領域は正方形の内部領域に写像される。また、この逆変換T−1により正方形は台形に変換され、正方形の内部領域は台形の内部領域に、正方形の各頂点は台形の各節点に、台形の各辺は正方形の各辺に写像される。すなわち、変換Tは、x−y座標空間(物理空間)におけるモデル50の有限要素の台形形状を成した境界面をR−S座標空間(パラメトリック空間)における正方形に一対一に写像する。
したがって、モデル50の境界面を有する有限要素毎にこの有限要素の境界面上に位置するモデル52の境界節点Qに対して、変換Tにより正方形上の対応点を求めることができる。なお、境界面が長方形の場合、勿論長さL1=長さL2とされる。
より具体的には、図10(a)〜(d)に示す形状関数N1(r,s),N2(r,s),N3(r,s),N4(r,s)を用いて、x−y座標空間における位置座標(x,y)を下記式(1)を用いて位置座標(r、s)と対応づけることができる。ここで、x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4は、それぞれ、モデル50の有限要素の境界面における節点1,2,3,4の位置座標である。
FIG. 9 is a diagram for explaining a boundary surface between the
First, a weighting coefficient w i used for a constraint condition for coupling the
As shown in FIG. 9, the transformation T used when calculating the weighting coefficient w i is formed by
Therefore, for each finite element having the boundary surface of the
More specifically, the shape functions N 1 (r, s), N 2 (r, s), N 3 (r, s), and N 4 (r, s) shown in FIGS. The position coordinates (x, y) in the xy coordinate space can be associated with the position coordinates (r, s) using the following formula (1). Here, x 1 , y 1 , x 2 , y 2 , x 3 , y 3 , x 4 , y 4 are the position coordinates of the
ここで、形状関数N1(r,s),N2(r,s),N3(r,s),N4(r,s)は、図10(a)〜(d)に定義される関数である。ここで、式(1)中のマトリクスをMとすると、このマトリクスMの成分が上述した各節点における重み係数wiとなる。具体的には、図9中の境界節点Q(位置座標(x0,y0))の、節点1に対する重み係数w1は、境界節点QのR−S空間座標における対応点の位置座標を(r0,s0)としてN1(r0,s0)となる。このようにして、重み付け係数wiは、境界節点QのR−S空間座標における対応点の位置座標を(r0,s0)として、下記式(2)で表される。
Here, the shape functions N 1 (r, s), N 2 (r, s), N 3 (r, s), and N 4 (r, s) are defined in FIGS. Function. Here, when the matrix in the equation (1) is M, the components of the matrix M are the weighting factors w i at the nodes described above. Specifically, the weighting factor w 1 for the
一方、式(2)中のr0,s0は、図9に示す台形高さH,底辺の長さL1、上辺の長さL2とを用いて下記式(3)により表される。こうして、有限要素の境界面の台形形状の台形高さH,底辺の長さL1、上辺の長さL2と、境界節点Qの位置座標(x0,y0)とから、重み付け係数wiを求めることができる。 On the other hand, r 0 and s 0 in the formula (2) are expressed by the following formula (3) using the trapezoidal height H, the base length L 1 , and the top length L 2 shown in FIG. . Thus, the weighting coefficient w is obtained from the trapezoidal height H of the trapezoidal shape of the boundary surface of the finite element, the length L 1 of the bottom side, the length L 2 of the top side, and the position coordinates (x 0 , y 0 ) of the boundary node Q. i can be obtained.
次に、モデル52の境界節点に作用する物理量を、この境界節点が位置するモデル50の境界面における有限要素の節点の物理量と重み係数wiとを用いて表す。すなわち、下記式(4)に示すような拘束式が拘束条件として作成される(ステップS108D)。
Next, the physical quantity acting on the boundary node of the
ここで、u0は、トレッドモデル12の境界節点Qにおける加速度、変位、温度等を表す物理量であり、ui(i=1,2,3,4)は、ケース本体モデル14の境界面における有限要素の節点の加速度、変位、温度等を表す物理量である。勿論、u0,uiは、1次元の物理量の他、2次元、3次元等の多次元の物理量であってもよい。こうして求められた重み係数wiによって規定される多項式の情報がメモリに記憶保存される。記憶保存することにより、後述するような動的解析や静的解析等のシミュレーションに用いる際に呼び出して利用することができる。
このようにモデル52の境界節点Qに作用する物理量を、この境界節点Qが位置する境界面を持つモデル50の有限要素の節点の物理量で表すことで、モデル52の有限要素の挙動を規制することができる。
Here, u 0 is a physical quantity representing acceleration, displacement, temperature, etc. at the boundary node Q of the
In this way, the physical quantity acting on the boundary node Q of the
このようにして作成された拘束条件は、タイヤモデル46のリング状モデル44に付与され、リング状モデルとタイヤモデルが結合される(ステップS108E)。
以上が、図3におけるステップS108において行われる拘束条件の作成と設定である。
この後、作成されたリング状モデル44が結合したタイヤモデル48の各有限要素に材料定数が付与され、有限要素解析が可能なモデルとなり、材料定数の付与されたタイヤモデル46は、内圧条件及び荷重条件が付加されて、有限要素解析が行われる。
The constraint condition created in this way is given to the
The above is the creation and setting of the constraint conditions performed in step S108 in FIG.
Thereafter, a material constant is given to each finite element of the
このように本実施形態では、ケーブルビード10を再現したリング状モデル44を結合したタイヤモデル46が効率よく作成される。
本発明では、上記実施形態の他に、図11に示すステップS200〜208によってリング状モデル44を結合したタイヤモデル46を作成することもできる。図11中のステップS200は、図3に示すステップS100に対応し、ステップS202は、図3中に示すステップS104に対応し、ステップS204は、図3中に示すステップS102に対応し、ステップS206はステップS106に対応し、ステップS208はステップS108に対応する。すなわち、図11に示す方法は、柱状モデル40を円弧状に変形した後、捩じり変形を行うものであり、図3中のステップS102とステップS104の順番を入れ替えただけである。従って、その説明は省略する。
Thus, in this embodiment, the
In the present invention, in addition to the above-described embodiment, a
さらに、本発明では、図12に示すフローチャートによってケーブルビードを埋設するタイヤモデルを作成することができる。図13(a)〜(c)は、フローを説明する説明図である。
まず、図13(a)に示すように、リング状部材12の断面形状を備える第1の形状(円形状)と、この第1の形状に対して、周上の9等分した各方向にスチール線材14の断面形状を配置した9個の第2の形状(円形状A〜I)とを有する第1の表面要素53を第1の平面54上に形成する(ステップS300)。
Furthermore, in the present invention, a tire model in which a cable bead is embedded can be created according to the flowchart shown in FIG. FIGS. 13A to 13C are explanatory diagrams for explaining the flow.
First, as shown in FIG. 13 (a), a first shape (circular shape) having a cross-sectional shape of the ring-shaped
次に、第1の形状に対して周上の9等分した方向に配置した第2の形状(円形状A〜I)を第1の形状の周りに所定の角度回転移動させて、第1の形状に対する第2の形状の配置位置を変えた第2の表面要素55を第2の平面56上に形成する(ステップS302)。
次に、図13(c)に示すように、第1の平面54上の第1の形状の中心位置における垂線と第2の平面56上の第1の形状の中心位置における垂線とが円弧R上の接線となり、かつ第1の平面54に対して第2の平面56が所定の角度φを成すように、第1の平面54と第2の平面56とを配置することにより、第1の平面54上の第1の表面要素53と第2の平面56上の第2の表面要素55とをそれぞれ両端面とするように再現したリング状モデルの単位モデルを作成する(ステップS304)。
Next, the second shape (circular shapes A to I) arranged in a direction equally divided into nine portions on the circumference with respect to the first shape is rotated around the first shape by a predetermined angle, and the first shape A
Next, as shown in FIG. 13C, the perpendicular line at the center position of the first shape on the
図14は、リング状モデルの単位モデル60の例を示している。
なお、単位モデルを作成する場合、形状を規定する節点の番号と、この節点の位置座標を記憶保存し、さらに要素番号の振られた有限要素(ソリッド要素)毎に節点番号をグループ化して記憶保存しているので、上記単位モデルは節点番号と要素番号によって規定される。
次に、作成された図14に示すような単位モデル60を円弧上に沿って複数配置し、その際、隣接する単位モデルの第1の表面要素53と第2の表面要素55とを互いに滑らかに接続することで、図15に示すようにケーブルビードを再現したリング状モデル44を作成する(ステップS306)。
FIG. 14 shows an example of a
When creating a unit model, the number of the node that defines the shape and the position coordinates of this node are stored and saved, and the node number is grouped and stored for each finite element (solid element) to which the element number is assigned. Since the unit model is stored, the unit model is defined by the node number and the element number.
Next, a plurality of the created
次に、母材モデルであるタイヤモデル46が作成され、このタイヤモデル46のビード部47にリング状モデル44が配置される。さらに、図3中のステップ108と同様に拘束条件が作成され、タイヤモデル46のリング状モデル44に付与されてリング状モデル44がタイヤモデル46に結合される(ステップS308、ステップS310)。ステップS308及びステップS310における処理は、図3に示すステップS106及びステップS108の処理と同様であるので、その説明は省略する。
Next, a
さらに、本発明では、図16に示すフローチャートに従ってケーブルビードを結合したタイヤモデルを作成することができる。図17(a)〜(c)は、この作成方法のフローを説明する説明図である。
まず、図17(a)に示すように、リング状部材12の断面形状を備える第1の形状(円形状)と、この第1の形状に対して、周上の所定の方向にスチール線材14の断面形状を配置した第2の形状(円形状A)とを有する第1の表面要素70を第1の平面72上に形成する(ステップS400)。さらに、第1の形状に対して前記所定の方向に対してθ傾斜した配置位置に配した第2の形状(円形状A)を、第2の表面要素74として第2の平面76上に形成する(ステップS402)。
Furthermore, in the present invention, a tire model in which cable beads are combined can be created according to the flowchart shown in FIG. FIGS. 17A to 17C are explanatory diagrams for explaining the flow of this creation method.
First, as shown in FIG. 17A, a first shape (circular shape) having a cross-sectional shape of the ring-shaped
次に、図13(c)に示すように、第1の平面72上の第1の形状の中心位置における垂線と第2の平面76上の第1の形状の中心位置における垂線とが同一の円弧上の接線となり、かつ第1の平面72に対して第2の平面76が所定の角度を成すように、第1の平面72と第2の平面76とを配置することにより、第1の平面72上の第1の表面要素70と第2の平面76上の第2の表面要素74とをそれぞれ両端面とするリング状モデルの単位モデルを作成する(ステップS404)。
次に、作成された単位モデルを円弧上に沿って複数配置し、その際、図17(c)に示すように隣接する単位モデルの第1の表面要素70と第2の表面要素74とを互いに滑らかに接続することで、リング状部材モデル78の周りに線状部材モデル80が螺旋状に巻いた、図18に示すような有限要素モデルが作成される(ステップS406)。
Next, as shown in FIG. 13C, the perpendicular at the center position of the first shape on the
Next, a plurality of the created unit models are arranged along the arc, and at that time, as shown in FIG. 17C, the
この線状部材モデル80を用いて、リング状部材モデル78の周上で線状部材モデル80の配置位置をずらした線状部材モデルを作成することで、リング状部材モデル78の周りに複数本の線状部材モデル80が螺旋状に巻かれた図15に示すようなリング状モデル44が作成される(ステップS408)。
次に、母材モデルの作成(ステップS410)、拘束条件の作成と設定(ステップS412)が行われる。なお、ステップS410及びステップS412の処理は、ステップS308、ステップS310の処理と同様であるので、その説明は省略する。
Using this
Next, a base material model is created (step S410), and constraint conditions are created and set (step S412). In addition, since the process of step S410 and step S412 is the same as the process of step S308 and step S310, the description is abbreviate | omitted.
以上の各種フローに従って、リング状モデル44を作成することができる。
なお、上記各種フローで作成されるケーブルビードのモデルにおいて、図18に示すように、線状部材モデル82がリング状部材モデル80の周りを螺旋状に巻くときの、リング状部材モデル80の円弧に沿った周期長さをねじり周期と定義したとき、ねじり周期の長さは、リング状部材モデル80の周長さを整数で割った長さであることが好ましい。図18では、リング状部材モデル80の半周の長さで、線状部材モデル82がリング状部材80の周りを螺旋状に1周していることを示している。このように線状部材モデル82がリング状部材モデル80の周りを螺旋状に1周する際の周期をねじれ周期Tとし、リング状部材80のリング半径を半径Rとしたとき、ねじれ周期Tは、2πR/N(Nは正の整数)であることが好ましい。すなわち、線状部材モデル82は、リング状部材80を1周したとき、リング状部材80の元の位置に戻る形態となることが好ましい。
The ring-shaped
In the cable bead model created by the various flows described above, the arc of the ring-shaped
あるいは、図15に示すように、線状部材モデルはリング状部材モデルの周りに複数巻きつけられており、これらの線状部材モデルは、少なくとも1つ又は複数のループを形成してもよい。すなわち、リング状部材モデルにおける周上の一断面において、複数の線状部材モデルのうち1つの線状部材モデルの配置位置を始点として、この始点の位置からリング状部材モデルの円弧に沿って1周したときの線状部材モデルの終点の位置が、始点の位置と異なるように、線状部材モデルの螺旋状の巻きつけが構成されてもよい。その際、例えば、リング状部材モデルの断面の周りに複数の線状部材モデル82の断面が配置されており、そのとき線状部材モデルにおける終点の位置は、始点の位置に対して隣接する線状部材モデルの配置位置にシフトするとよい。なお、終点の位置は、始点の位置から見て、線状部材モデルをリング状部材モデル80に対して螺旋状に巻きつける回転方向に対して順方向に、又は逆方向にずれた位置である。
Alternatively, as shown in FIG. 15, a plurality of linear member models are wound around the ring member model, and these linear member models may form at least one or a plurality of loops. That is, in one cross-section on the circumference of the ring-shaped member model, the arrangement position of one linear member model among the plurality of linear member models is used as a starting point, and 1 along the arc of the ring-shaped member model from the position of the starting point. Spiral winding of the linear member model may be configured such that the position of the end point of the linear member model when it circulates is different from the position of the starting point. In this case, for example, the cross-sections of the plurality of
例えば、図19(a)に示す例では、一断面の一方の端(始点)における線状部材モデル82のうちNo.1の線状部材モデル82(灰色部分)は、他方の端(終点)におけるNo.2の線状部材モデル82(灰色部分)に接続され、No.2の線状部材モデル82は他方の端(終点)におけるNo.3の線状部材モデル82に、・・・・No.9の線状部材モデル82は他方の端(終点)におけるNo.1の線状部材モデル82にそれぞれ接続されて、ループ状に形成されている。このように線状部材モデル82のねじり方向に対して逆方向に隣接した線状部材モデルに接続される。
また、図19(b)に示す例では、No.1の線状部材モデル82(灰色部分)は、他方の端(終点)におけるNo.9の線状部材モデル82(灰色部分)に接続され、No.9の線状部材モデル82は他方の端(終点)におけるNo.8の線状部材モデル82に、・・・・No.2の線状部材モデル82は他方の端(終点)におけるNo.1の線状部材モデル82にそれぞれ接続されて、ループ状に形成されている。このように線状部材モデル82のねじり方向に対して順方向に隣接した線状部材モデルに接続される。
このように、線状部材モデル82のループの形態は、特に制限されない。
For example, in the example shown in FIG. 19A, No. 1 among the
In the example shown in FIG. No. 1 linear member model 82 (gray portion) is No. 1 at the other end (end point). No. 9 linear member model 82 (gray part). No. 9 of the
Thus, the form of the loop of the
なお、上記実施形態では、いずれもソリッド要素を用いた有限要素モデルを用いたが、本発明では、ソリッド要素に替えて線要素である3次元はり要素やトラスト要素を用いることもできる。図20(a)〜(f)は、線要素を用いたときのモデルの例を示す図である。
例えば、図3に示すフローチャートにおいて作成される、図4(a)に示す柱状モデル40の替わりに線状モデル90を作成し、図3におけるステップS100〜108に沿って処理を行う。
まず、図20(a)に示すような線要素からなる線状モデル90を作成する。次に、この線状モデル90を、線状モデル90の中心軸を中心に円周上に捩じることにより、図20(b)に示すような捩じり変形した線状モデル92を作成する。この後、この線状モデル92を円弧状に曲げて両端を結合することにより、線要素からなるリング状モデル94を作成することができる。
In each of the above embodiments, a finite element model using solid elements is used. However, in the present invention, a three-dimensional beam element or a trust element which is a line element can be used instead of the solid element. 20A to 20F are diagrams showing examples of models when line elements are used.
For example, a
First, a
具体的に説明すると、線状モデル90は、有限要素である第1の線要素と、この第1の線要素に対して平行な位置関係にある、第1の線要素から一定距離を離して配置した有限要素である9つの第2の線要素とを有し、第1の線要素及び第2の線要素を単位モデルとして線状モデル90の配置方向に複数の単位モデルを一列に接続することにより、作成する。
次に、作成した線状モデル90の一方の端を固定して、他方の端を、上記一定距離を保持した状態で第1の線要素の回りに捩じり角を与えて捩じることにより、図20(b)に示すように、第2の線要素の形状を変形させる。
次に、第2の線要素が変形した線状モデル90を円弧状に変形させて、線状モデル90の一方の端を他方の端に結合させて、リング状部材を再現したリング状部材モデルの周りに、線状部材を再現した線状部材モデルが螺旋状に巻きついたリング状モデル94(zu20(c)参照)を作成する。
この後、作成したリング状モデル94の周りを取り囲むタイヤモデルである母材モデルを作成する。その際、リング状モデル94の第2の線要素から所定の距離離れた円柱仮想側面を、母材モデルと接する接触面とし、この接触面が、母材モデルの接触面に対して相対変位を生じさせないように拘束条件を付与する。
More specifically, the
Next, one end of the created
Next, the
Thereafter, a base material model that is a tire model surrounding the created ring-shaped
又、図11に示すフローチャートにおいて作成される図4(a)に示す柱状モデルの替わりに線状モデル90を作成し、この線状モデル90を用いて図11におけるステップS200〜208に沿って処理を行うこともできる。
まず、図20(a)に示すような線要素からなる線状モデル90を作成する。次に、この線状モデル90を、図20(d)に示すようにリング状に変形させる。この後、リング状に変形した線状モデル90の中心軸を中心に円周上に捩じり、線状モデル90の両端を結合することにより、図20(c)に示すような捩じり変形した線要素からなるリング状モデル94を作成することができる。
Also, a
First, a
具体的に説明すると、線状モデル90は、有限要素である第1の線要素と、この第1の線要素の配置方向に沿うように第1の線要素から一定距離を離して配置した有限要素である第2の線要素とを有する。線状モデル90はし、第1の線要素及び第2の線要素を単位モデルとして線状モデル90の配置方向に複数の単位モデルを一列に接続することにより、作成する。
次に、線状モデル90を円弧状に変形させてリング状モデルを作成する。
次に、リング状モデルの一方の端を固定して、他方の端を、一定距離を保持した状態で第1の線要素の回りに捩じり角を与えて捩じることにより、第2の線要素の形状を変形させて、リング状モデルの一方の端と他方の端を結合し、リング状モデル94を作成する。
次に、リング状モデル94の周りを取り囲むようにタイヤモデルである母材モデルを作成する。その際、リング状モデル94の第2の線要素から所定の距離離れた円柱仮想側面を、母材モデルと接する接触面とし、この接触面が、母材モデルの接触面に対して相対変位を生じさせないようにリング状モデル94に拘束条件を付与する。
More specifically, the
Next, a ring model is created by deforming the
Next, by fixing one end of the ring-shaped model and twisting the other end with a twist angle around the first line element while maintaining a constant distance, The shape of the line element is deformed, and one end and the other end of the ring model are combined to create a
Next, a base material model that is a tire model is created so as to surround the ring-shaped
さらに、図12に示すフローチャートにおいて作成される図14に示す単位モデル60の替わりに、図20(e)に示す線要素からなる単位モデル96を作成し、この単位モデル96を用いて図20(f)に示すような線要素からなるリング状モデル94を作成することができる。
図20(e)に示す線要素からなる単位モデル96を作成する場合、図13(a)〜(c)に示す円形状A〜Iの替わりに、線要素の断面形状を表す点を定める。
Further, instead of the
When the
具体的に説明すると、図13(a)〜(c)に示す円形状A〜Iの替わりに、線要素の断面形状を表す点で両端を表し、この両端を接続することにより、リング状部材の円弧上における弦に対応するように、直線状の第1の線要素と、この第1の線要素に対して捩じりの位置関係にある第2の線要素を設けたリング状モデルの単位モデル96を作成する。次に、単位モデルを円弧上に沿って複数配置し、その際、隣接する単位モデル96の第2の線要素同士が互いに滑らかに接続することで、リング状部材を再現したリング状部材モデルの周りに、線状部材を再現した線状部材モデルが螺旋状に巻きついたリング状モデル94を作成する。
次に、リング状モデル94の周りを取り囲むタイヤモデルである母材モデルを作成する。その際、リング状モデル94の第2の線要素から所定の距離離れた円柱状側面を、母材モデルと接する接触面とし、この接触面が、母材モデルの接触面に対して相対変位を生じさせないようにリング状モデル94に拘束条件を付与する。
Specifically, instead of the circular shapes A to I shown in FIGS. 13A to 13C, both ends are represented by points representing the cross-sectional shape of the line element, and by connecting the both ends, a ring-shaped member is obtained. Of a ring-shaped model provided with a linear first line element and a second line element in a torsional positional relationship with respect to the first line element so as to correspond to the chord on the arc of A
Next, a base material model that is a tire model surrounding the ring-shaped
又、図16に示すフローチャートにおいて作成される1つの線状部材モデル82(ステップS406)の替わりに線要素からなる螺旋状の線状部材モデルを作成し、これを用いて、複数の線状部材モデルを配置して、図20(f)に示すような線要素からなるリング状モデル94を作成することができる。
Further, instead of the one linear member model 82 (step S406) created in the flowchart shown in FIG. 16, a spiral linear member model composed of line elements is created, and a plurality of linear members are used by using this. By arranging the models, a ring-shaped
具体的には、まず、図13(a)〜(c)に示す円形状A〜Iの替わりに、線要素の断面形状を表す点で両端を表し、リング状部材の円弧上における弦に対応するように、直線状の第1の線要素を設けるとともに、この第1の線要素に対して捩じりの位置関係にある第2の線要素を1つ設けたリング状モデルの単位モデルを作成する。次に、単位モデルを円弧上に沿って複数配置し、その際、隣接する単位モデルの第2の線要素同士が互いに滑らかに接続することで、リング状部材に対応した線状のリング状部材モデルと、このリング状部材モデルの周りに螺旋状に巻きついた1つの線状部材モデルとを有するリング状モデルを作成する。次に、この作成した1つの線状部材モデルを、リング状部材モデルの周りに周上に複数配置することで、リング状部材モデルの周りに線状部材モデルが複数巻きついたリング状モデル94を作成する。このリング状モデル94の周りを取り囲むタイヤモデルである母材モデルを作成する。次に、リング状モデル94の第2の線要素から所定の距離離れた円柱仮想側面を、母材モデルと接する接触面とし、この接触面が、母材モデルの接触面に対して相対変位を生じさせないようにリング状モデル94に拘束条件を付与する。
このようにして、種々の方法を用いて、タイヤモデルのビード部にケーブルビードを再現したリング状モデルを埋設して、タイヤモデルを作成することができる。
Specifically, first, instead of the circular shapes A to I shown in FIGS. 13A to 13C, both ends are represented by points representing the cross-sectional shape of the line element, and correspond to the chords on the arc of the ring-shaped member. A ring-shaped model unit model in which a linear first line element is provided and a second line element in a torsional positional relationship is provided with respect to the first line element. create. Next, a plurality of unit models are arranged along an arc, and the second line elements of adjacent unit models are smoothly connected to each other so that a linear ring-shaped member corresponding to the ring-shaped member is obtained. A ring-shaped model having a model and one linear member model spirally wound around the ring-shaped member model is created. Next, by arranging a plurality of the created linear member models around the ring-shaped member model on the circumference, a ring-shaped
In this manner, a tire model can be created by embedding a ring-shaped model in which a cable bead is reproduced in a bead portion of the tire model using various methods.
このような線要素からなるリング状モデルにおいても、ねじれ周期Tは、2πR/N(Nは正の整数)であることが好ましい。
あるいは、線状部材モデルはリング状部材モデルの周りに複数巻きつけられており、これらの線状部材モデルは、少なくとも1つ又は複数のループを形成する。リング状部材モデルにおける周上の一断面において、複数の線状部材モデルのうち1つの線状部材モデルの配置位置を始点として、この始点の位置からリング状部材モデル80の円弧に沿って1周したときの線状部材モデル82の終点の位置が、始点の位置と異なってもよい。その際、例えば、リング状部材モデルの断面の周りに複数の線状部材モデル82の断面が配置されており、そのとき線状部材モデル82における終点の位置は、始点の位置に対して隣接する線状部材モデルの配置位置にシフトする。なお、終点の位置は、始点の位置から見て、線状部材モデル82をリング状部材モデル80に対して螺旋状に巻きつける回転方向に対して順方向に、又は逆方向にずれた位置である。
このように、ケーブルビードの有限要素モデルを種々の方法で効率よく作成することができる。
Also in the ring-shaped model composed of such line elements, the twist period T is preferably 2πR / N (N is a positive integer).
Alternatively, a plurality of linear member models are wound around the ring-shaped member model, and these linear member models form at least one or a plurality of loops. In one cross-section on the circumference of the ring-shaped member model, the arrangement position of one linear member model among the plurality of linear member models is taken as a starting point, and one round is taken along the arc of the ring-shaped
Thus, the finite element model of the cable bead can be efficiently created by various methods.
以上、本発明の複合材モデルの作成方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。 As mentioned above, although the preparation method of the composite material model of this invention was demonstrated in detail, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the main point of this invention, you may make various improvement and a change. Of course.
10 ケーブルビード
12 リング状部材
14 スチール線部材
16 ビード部16
18 ゴム部材
20 モデル作成装置
22 CPU
24 メモリ
26 リング状モデル作成部
28 母材モデル作成部
30 拘束条件設定部
32 モデル統合部
34 入力操作系
36 ディスプレイ
40,42 柱状モデル
44 リング状モデル
46,48 タイヤモデル
47 ビード部
50,52 モデル
DESCRIPTION OF
18
24
Claims (12)
有限要素である第1の柱状要素により構成される第1の基本モデルと、この第1の柱状要素の軸線方向に沿うように配置した有限要素である第2の柱状要素により構成される第2の基本モデルとを有し、前記第1の基本モデル及び前記第2の基本モデルを単位モデルとして前記軸線方向に複数の単位モデルを一列に接続することにより、直線状に延びた柱状モデルを作成するステップと、
この柱状モデルの一方の端を固定して、他方の端を前記第1の柱状要素の軸線の回りに捩じり角を与えて捩じることにより、前記第2の基本モデルの形状を変形させるステップと、
前記第2の基本モデルが変形した前記柱状モデルを円弧状に変形させて、前記柱状モデルの一方の端を他方の端に結合させて、リング状部材を再現したリング状部材モデルの周りに、線状部材を再現した線状部材モデルが螺旋状に巻きついたリング状モデルを再現したリング状モデルを作成するステップと、
作成したリング状モデルの周りを取り囲む母材モデルを作成するステップと、
前記リング状モデルが前記母材モデルと接する接触面が、前記母材モデルの接触面に対して相対変位を生じさせないように拘束条件を前記リング状モデルに付与するステップと、を有することを特徴とする複合材モデルの作成方法。 A method of creating a composite material model that uses a finite element to reproduce a composite material in which a linear member is spirally wound around a ring-shaped member and embedded in a base material.
A first basic model composed of a first columnar element which is a finite element and a second model composed of a second columnar element which is a finite element arranged along the axial direction of the first columnar element A columnar model that extends linearly is created by connecting a plurality of unit models in a line in the axial direction using the first basic model and the second basic model as unit models. And steps to
The shape of the second basic model is deformed by fixing one end of the columnar model and twisting the other end with a twist angle around the axis of the first columnar element. Step to
Around the ring-shaped member model that reproduces the ring-shaped member by deforming the columnar model in which the second basic model is deformed into an arc shape, connecting one end of the columnar model to the other end, Creating a ring model that reproduces a ring model in which a linear member model that reproduces a linear member is spirally wound; and
Creating a base material model surrounding the created ring model;
Applying a constraint condition to the ring model so that a contact surface of the ring model contacting the base material model does not cause a relative displacement with respect to a contact surface of the base material model. How to create a composite material model.
有限要素である第1の線要素と、この第1の線要素に対して平行な位置関係にあり、前記第1の線要素から一定距離を離して配置した有限要素である第2の線要素とを有し、前記第1の線要素及び前記第2の線要素を単位モデルとして前記配置方向に複数の単位モデルを一列に接続することにより、直線状に延びた線状モデルを作成するステップと、
作成した線状モデルの一方の端を固定して、他方の端を、前記一定距離を保持した状態で前記第1の線要素の回りに捩じり角を与えて捩じることにより、前記第2の線要素の形状を変形させるステップと、
前記第2の線要素が変形した前記線状モデルを円弧状に変形させて、前記線状モデルの一方の端を他方の端に結合させて、リング状部材を再現したリング状部材モデルと、線状部材を再現した線状部材モデルとを有するリング状モデルを作成するステップと、
作成したリング状モデルの周りを取り囲む母材モデルを作成するステップと、
前記リング状モデルの前記第2の線要素から所定の距離離れた円柱仮想側面を、前記母材モデルと接する接触面とし、この接触面が、前記母材モデルの接触面に対して相対変位を生じさせないように拘束条件を前記リング状モデルに付与するステップと、を有することを特徴とする複合材モデルの作成方法。 A method of creating a composite material model that uses a finite element to reproduce a composite material in which a linear member is spirally wound around a ring-shaped member and embedded in a base material.
A first line element, which is a finite element, and a second line element, which is in a positional relationship parallel to the first line element and is a finite element arranged at a certain distance from the first line element And creating a linear model extending linearly by connecting a plurality of unit models in a row in the arrangement direction using the first line elements and the second line elements as unit models. When,
By fixing one end of the created linear model and twisting the other end with a twist angle around the first line element while maintaining the constant distance, Deforming the shape of the second line element;
A ring-shaped member model that reproduces a ring-shaped member by deforming the linear model in which the second line element is deformed into an arc shape, connecting one end of the linear model to the other end, and Creating a ring model having a linear member model reproducing the linear member;
Creating a base material model surrounding the created ring model;
A cylindrical virtual side surface that is a predetermined distance away from the second line element of the ring-shaped model is used as a contact surface in contact with the base material model, and the contact surface has a relative displacement with respect to the contact surface of the base material model. Applying a constraint condition to the ring model so as not to cause it to occur.
有限要素である第1の柱状要素により構成される第1の基本モデルと、この第1の柱状要素の軸線方向に沿うように配置した有限要素である第2の柱状要素により構成される第2の基本モデルとを有し、前記第1の基本モデル及び前記第2の基本モデルを単位モデルとして前記軸線方向に複数の単位モデルを一列に接続することにより、直線状に延びた柱状モデルを作成するステップと、
前記柱状モデルを円弧状に変形させてリング状モデルを作成するステップと、
円弧状に変形したリング状モデルの一方の端を固定して、他方の端を前記第1の基本モデルの中心の軸線の回りに捩じり角を与えて捩じることにより、前記第2の基本モデルの形状を変形させて、前記一方の端と前記他方の端を結合し、リング状部材を再現したリング状部材モデルの周りに、線状部材を再現した線状部材モデルが螺旋状に巻きついたリング状モデルを作成するステップと、
この線状部材モデルが巻きついたリング状モデルの周りを取り囲む母材モデルを作成するステップと、
前記リング状モデルが前記母材モデルと接する接触面が、前記母材モデルの接触面に対して相対変位を生じさせないように拘束条件を前記リング状モデルに付与するステップと、を有することを特徴とする複合材モデルの作成方法。 A method of creating a composite material model that uses a finite element to reproduce a composite material in which a linear member is spirally wound around a ring-shaped member and embedded in a base material.
A first basic model composed of a first columnar element which is a finite element and a second model composed of a second columnar element which is a finite element arranged along the axial direction of the first columnar element A columnar model that extends linearly is created by connecting a plurality of unit models in a line in the axial direction using the first basic model and the second basic model as unit models. And steps to
Deforming the columnar model into an arc shape to create a ring-shaped model;
By fixing one end of the ring-shaped model deformed into an arc shape and twisting the other end with a twist angle around the center axis of the first basic model, the second model The shape of the basic model is deformed, the one end and the other end are joined, and the linear member model reproducing the linear member is spiral around the ring-shaped member model reproducing the ring-shaped member Creating a ring-shaped model wrapped around
Creating a matrix model surrounding the ring-shaped model around which the linear member model is wound;
Applying a constraint condition to the ring model so that a contact surface of the ring model contacting the base material model does not cause a relative displacement with respect to a contact surface of the base material model. How to create a composite material model.
有限要素である第1の線要素と、この第1の線要素に対して平行な位置関係にあり、前記第1の線要素から一定距離を離して配置した有限要素である第2の線要素とを有し、前記第1の線要素及び前記第2の線要素を単位モデルとして前記配置方向に複数の単位モデルを一列に接続することにより、直線状に延びた線状モデルを作成するステップと、
前記線状モデルを円弧状に変形させて、リング状部材を再現したリング状部材モデルと、線状部材を再現した線状部材モデルとを有するリング状モデルを作成するステップと、
前記リング状モデルの一方の端を固定して、他方の端を、前記一定距離を保持した状態で前記第1の線要素の回りに捩じり角を与えて捩じることにより、前記第2の線要素の形状を変形させて、前記一方の端と前記他方の端を結合し、リング状部材を再現した線状のリング状部材モデルの周りに線状部材を再現した線状部材モデルが螺旋状に巻きついたリング状モデルを作成するステップと、
線状部材モデルが螺旋状に巻きついたリング状モデルの周りを取り囲む母材モデルを作成するステップと、
前記リング状モデルの前記第2の線要素から所定の距離離れた円柱仮想側面を、前記母材モデルと接する接触面とし、この接触面が、前記母材モデルの接触面に対して相対変位を生じさせないように拘束条件を前記リング状モデルに付与するステップと、を有することを特徴とする複合材モデルの作成方法。 A method of creating a composite material model that uses a finite element to reproduce a composite material in which a linear member is spirally wound around a ring-shaped member and embedded in a base material.
A first line element, which is a finite element, and a second line element, which is in a positional relationship parallel to the first line element and is a finite element arranged at a certain distance from the first line element And creating a linear model extending linearly by connecting a plurality of unit models in a row in the arrangement direction using the first line elements and the second line elements as unit models. When,
Deforming the linear model into an arc shape, creating a ring-shaped model having a ring-shaped member model reproducing the ring-shaped member, and a linear member model reproducing the linear member;
By fixing one end of the ring-shaped model and twisting the other end with a twist angle around the first line element while maintaining the constant distance, A linear member model that reproduces a linear member around a linear ring-shaped member model that deforms the shape of the two line elements and combines the one end and the other end to reproduce the ring-shaped member Creating a ring-shaped model with a spiral wound,
Creating a matrix model surrounding a ring-shaped model in which a linear member model is spirally wound;
A cylindrical virtual side surface that is a predetermined distance away from the second line element of the ring-shaped model is used as a contact surface in contact with the base material model, and the contact surface has a relative displacement with respect to the contact surface of the base material model. Applying a constraint condition to the ring model so as not to cause it to occur.
前記リング状部材の断面形状を備える第1の形状と、この第1の形状に対して所定の方向に前記線状部材の断面形状を配置した第2の形状とを有する第1の表面要素を第1の平面上に形成するステップと、
前記第1の形状に対して所定の方向に配置した前記第2の形状を前記第1の形状の周りに回転移動させて、前記第1の形状に対する前記第2の形状の配置位置を変えた第2の表面要素を第2の平面上に形成するステップと、
前記第1の平面上の前記第1の形状の中心位置における垂線と前記第2の平面上の前記第2の形状の中心位置における垂線とが同一の円弧上の接線となり、かつ前記第1の平面に対して前記第2の平面が所定の角度を成すように、前記第1の平面と前記第2の平面とを配置することにより、前記第1の平面上の前記第1の表面要素と前記第2の平面上の前記第2の表面要素とをそれぞれ両端面とするリング状モデルの単位モデルを作成するステップと、
前記単位モデルを前記円弧の周に沿って複数配置し、その際、隣接する単位モデルの前記第1の表面要素と前記第2の表面要素とを互いに滑らかに接続することで、リング状部材を再現したリング状部材モデルの周りに、線状部材を再現した線状部材モデルが螺旋状に巻きついたリング状モデルを作成するステップと、
線状部材モデルが螺旋状に巻きついたリング状モデルの周りを取り囲む母材モデルを作成するステップと、
前記リング状モデルが前記母材モデルと接する接触面が、前記母材モデルの接触面に対して相対変位を生じさせないように拘束条件を前記リング状モデルに付与するステップと、を有することを特徴とする複合材モデルの作成方法。 A method of creating a composite material model that uses a finite element to reproduce a composite material in which a linear member is spirally wound around a ring-shaped member and embedded in a base material.
A first surface element having a first shape having a cross-sectional shape of the ring-shaped member and a second shape in which the cross-sectional shape of the linear member is arranged in a predetermined direction with respect to the first shape. Forming on a first plane;
The second shape arranged in a predetermined direction with respect to the first shape is rotated around the first shape to change the arrangement position of the second shape with respect to the first shape. Forming a second surface element on a second plane;
The perpendicular line at the center position of the first shape on the first plane and the perpendicular line at the center position of the second shape on the second plane are tangents on the same arc, and the first shape By arranging the first plane and the second plane so that the second plane forms a predetermined angle with respect to the plane, the first surface element on the first plane and Creating a unit model of a ring model with both end faces of the second surface element on the second plane;
A plurality of the unit models are arranged along the circumference of the arc, and at this time, the first surface element and the second surface element of the adjacent unit models are smoothly connected to each other, whereby a ring-shaped member is formed. Creating a ring-shaped model in which a linear member model reproducing a linear member is spirally wound around the reproduced ring-shaped member model;
Creating a matrix model surrounding a ring-shaped model in which a linear member model is spirally wound;
Applying a constraint condition to the ring model so that a contact surface of the ring model contacting the base material model does not cause a relative displacement with respect to a contact surface of the base material model. How to create a composite material model.
前記リング状部材の円弧上における弦に対応するように、有限要素である直線状の第1の線要素を設けるとともに、この第1の線要素に対して捩じりの位置関係にある第2の線要素を設けたリング状モデルの単位モデルを作成するステップと、
前記単位モデルを円弧上に沿って複数配置し、その際、隣接する単位モデルの前記第2の線要素同士を互いに滑らかに接続することで、リング状部材を再現したリング状部材モデルの周りに、線状部材を再現した線状部材モデルが螺旋状に巻きついたリング状モデルを作成するステップと、
線状部材モデルが螺旋状に巻きついたリング状モデルの周りを取り囲む母材モデルを作成するステップと、
前記リング状モデルの前記第2の線要素から所定の距離離れた円柱仮想側面を、前記母材モデルと接する接触面とし、この接触面が、前記母材モデルの接触面に対して相対変位を生じさせないように拘束条件を前記リング状モデルに付与するステップと、を有することを特徴とする複合材モデルの作成方法。 A method of creating a composite material model that uses a finite element to reproduce a composite material in which a linear member is spirally wound around a ring-shaped member and embedded in a base material.
A linear first line element, which is a finite element, is provided so as to correspond to the chord on the arc of the ring-shaped member, and a second twisted positional relationship with respect to the first line element is provided. Creating a unit model of a ring model with line elements of
A plurality of the unit models are arranged along an arc, and the second line elements of adjacent unit models are smoothly connected to each other around the ring-shaped member model that reproduces the ring-shaped member. A step of creating a ring-shaped model in which a linear member model reproducing a linear member is spirally wound;
Creating a matrix model surrounding a ring-shaped model in which a linear member model is spirally wound;
A cylindrical virtual side surface that is a predetermined distance away from the second line element of the ring-shaped model is used as a contact surface in contact with the base material model, and the contact surface has a relative displacement with respect to the contact surface of the base material model. Applying a constraint condition to the ring model so as not to cause it to occur.
前記リング状部材の断面形状を備える第1の形状と、この第1の形状に対して所定の方向に前記線状部材の断面形状を1つ配置した第2の形状とを有する第1の表面要素を第1の平面上に形成するステップと、
前記第1の形状に対して所定の方向に配置した前記第2の形状を前記第1の形状の周りに回転移動させて、前記第1の形状に対する前記第2の形状の配置位置を変えた第2の表面要素を第2の平面上に形成するステップと、
前記第1の平面上の前記第1の形状の中心位置における垂線と前記第2の平面上の前記第2の形状の中心位置における垂線とが同一の円弧上の接線となり、かつ前記第1の平面に対して前記第2の平面が所定の角度を成すように、前記第1の平面と前記第2の平面とを配置することにより、前記第1の平面上の前記第1の表面要素と前記第2の平面上の前記第2の表面要素とをそれぞれ両端面とするリング状モデルの単位モデルを作成するステップと、
前記単位モデルを前記円弧の周に沿って複数配置し、その際、隣接する単位モデルの前記第1の表面要素と前記第2の表面要素とを互いに滑らかに接続することで、前記リング状部材を再現したリング状部材モデルと、このリング状部材モデルの周りに螺旋状に巻きついた1つの線状部材モデルとを有するリング状モデルを作成するステップと、
前記線状部材モデルを、前記リング状部材モデルの周りに周上に複数配置することで、前記リング状部材モデルの周りに線状部材モデルが複数巻きついたリング状モデルを作成するステップと、
前記線状部材モデルが複数巻きついた前記リング状モデルの周りを取り囲むように母材モデルを作成するステップと、
このリング状モデルが前記母材モデルと接する接触面が、前記母材モデルの接触面に対して相対変位を生じさせないように拘束条件を前記リング状モデルに付与するステップと、を有することを特徴とする複合材モデルの作成方法。 A method of creating a composite material model that reproduces a composite material in which a plurality of linear members are spirally wound around a ring-shaped member and embedded in a base material using a finite element,
A first surface having a first shape having a cross-sectional shape of the ring-shaped member and a second shape in which one cross-sectional shape of the linear member is arranged in a predetermined direction with respect to the first shape. Forming an element on a first plane;
The second shape arranged in a predetermined direction with respect to the first shape is rotated around the first shape to change the arrangement position of the second shape with respect to the first shape. Forming a second surface element on a second plane;
The perpendicular line at the center position of the first shape on the first plane and the perpendicular line at the center position of the second shape on the second plane are tangents on the same arc, and the first shape By arranging the first plane and the second plane so that the second plane forms a predetermined angle with respect to the plane, the first surface element on the first plane and Creating a unit model of a ring model with both end faces of the second surface element on the second plane;
A plurality of the unit models are arranged along the circumference of the arc, and at this time, the ring-shaped member is formed by smoothly connecting the first surface element and the second surface element of adjacent unit models to each other. Creating a ring-shaped model having a ring-shaped member model that reproduces and one linear member model spirally wound around the ring-shaped member model;
Creating a ring-shaped model in which a plurality of linear member models are wound around the ring-shaped member model by arranging a plurality of the linear member models around the ring-shaped member model; and
Creating a base material model so as to surround the ring-shaped model around which the linear member model is wound;
Applying a constraint condition to the ring model so that the contact surface of the ring model contacting the base material model does not cause a relative displacement with respect to the contact surface of the base material model. How to create a composite material model.
前記リング状部材の円弧上における弦に対応するように、有限要素である直線状の第1の線要素を設けるとともに、この第1の線要素に対して捩じりの位置関係にある第2の線要素を設けたリング状モデルの単位モデルを作成するステップと、
前記単位モデルを円弧上に沿って複数配置し、その際、隣接する単位モデルの前記第2の線要素同士が互いに滑らかに接続することで、リング状部材に対応した線状のリング状部材モデルと、このリング状部材モデルの周りに螺旋状に巻きついた1つの線状部材モデルとを有するリング状モデルを作成するステップと、
前記線状部材モデルを、前記リング状部材モデルの周りに周上に複数配置することで、前記リング状部材モデルの周りに前記線状部材モデルが複数巻きついたリング状モデルを作成するステップと、
前記線状部材モデルが複数巻きついたリング状モデルの周りを取り囲む母材モデルを作成するステップと、
前記リング状モデルの前記第2の線要素から所定の距離離れた円柱仮想側面を、前記母材モデルと接する接触面とし、この接触面が、前記母材モデルの接触面に対して相対変位を生じさせないように拘束条件を前記リング状モデルに付与するステップと、を有することを特徴とする複合材モデルの作成方法。 A method of creating a composite material model that reproduces a composite material in which a plurality of linear members are spirally wound around a ring-shaped member and embedded in a base material using a finite element,
A linear first line element, which is a finite element, is provided so as to correspond to the chord on the arc of the ring-shaped member, and a second twisted positional relationship with respect to the first line element is provided. Creating a unit model of a ring model with line elements of
A plurality of the unit models are arranged along an arc, and the second line elements of adjacent unit models are smoothly connected to each other so that a linear ring member model corresponding to the ring member is obtained. And creating a ring model having one linear member model spirally wound around the ring member model;
Creating a ring-shaped model in which a plurality of the linear member models are wound around the ring-shaped member model by arranging a plurality of the linear member models on the circumference around the ring-shaped member model; ,
Creating a matrix model surrounding a ring-shaped model around which the linear member model is wound; and
A cylindrical virtual side surface that is a predetermined distance away from the second line element of the ring-shaped model is used as a contact surface in contact with the base material model, and the contact surface has a relative displacement with respect to the contact surface of the base material model. Applying a constraint condition to the ring model so as not to cause it to occur.
前記リング状モデルにおける周上の一点において、前記複数の線状部材モデルのうち1つの線状部材モデルの配置位置を始点として、この始点の位置から前記リング状部材モデルの円弧に沿って1周したときの線状部材モデルの終点の位置が、前記始点の位置と異なっている請求項1〜8のいずれか1項に記載の複合材モデルの作成方法。 In the ring-shaped model, a plurality of the linear member models are wound around the ring-shaped member model, and these linear member models form at least one or a plurality of loops,
At one point on the circumference of the ring-shaped model, the arrangement position of one linear member model among the plurality of linear member models is taken as a starting point, and one round along the arc of the ring-shaped member model from the position of the starting point. The method of creating a composite material model according to any one of claims 1 to 8, wherein a position of an end point of the linear member model when the position is changed is different from a position of the start point.
前記終点の位置は、前記始点の位置に対して隣接する線状部材モデルの配置位置である請求項10に記載の複合材モデルの作成方法。 In the cross-section at one point on the circumference of the ring-shaped model, a plurality of cross-sections of the linear member models are arranged around the cross-section of the ring-shaped member model
The method of creating a composite material model according to claim 10, wherein the position of the end point is an arrangement position of a linear member model adjacent to the position of the start point.
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