JP2010287042A - Simulation method, device and program for rotating body - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a simulation method, device, program and recording medium for a rotating body, capable of analyzing a deformation behavior of a microstructure, such as a tire compound, of a rotating body from time (or rotation angle) history information on macro model deformation including a dynamic rolling condition of the rotating body, such as a tire. <P>SOLUTION: A rotating body model for simulating a rotating body using a plurality of finite elements is generated; one of the elements located on a meridional cross section of the rotating body is selected as a target element; a simulation for deformation analysis is performed using a finite element method, with a preset simulation condition given; change information on a first physical quantity affecting the finite element is calculated and converted into time change information on the first physical quantity; a micro model for simulating a microstructure of the rotating body is generated; time history information on a second physical quantity generated in the micro model is calculated by performing a time-dependent analysis simulation on the micro model, with the time change information on the first physical quantity given, as a boundary condition, to the micro model; and time change information on a third physical quantity is calculated, or displayed, from the time history information. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、数値解析可能な要素でモデル化された回転体及びそのミクロモデルの挙動を解析する回転体のシミュレーション方法、装置及びプログラム並びにこのプログラムを記載した記録媒体であり、詳しくは、タイヤが転動するときにタイヤのコンパウンド又はコンパウンドゴム(不均質材)に生じるミクロ挙動を効率よく解析するシミュレーション方法、装置及びプログラム並びにこのプログラムを記載した記録媒体に関する。   The present invention is a rotating body simulation method, apparatus and program for analyzing the behavior of a rotating body modeled by elements capable of numerical analysis, and its micro model, and a recording medium in which the program is described. The present invention relates to a simulation method, an apparatus and a program for efficiently analyzing a micro behavior generated in a compound of a tire or a compound rubber (heterogeneous material) when rolling, and a recording medium on which the program is described.

タイヤ構成部材であるタイヤトレッドのコンパウンドゴム(以下、コンパウンドという)のように、カーボンブラック、シリカ等の粒状フィラーと各種エラストマー(ゴム成分)とが不均質にブレンドされたコンパウンドでは、粒状フィラーに補強されたゴムの挙動を効率よく解析するために、離散化モデルを用いたシミュレーションが有効な手段として用いられている。   A compound in which granular fillers such as carbon black and silica and various elastomers (rubber components) are inhomogeneously blended, such as compound rubber (hereinafter referred to as a compound) of tire treads, which are tire components, is reinforced with granular fillers. In order to efficiently analyze the behavior of the rubber, a simulation using a discretized model is used as an effective means.

従来の離散化モデルを用いたシミュレーションでは、タイヤ構成部材の代表領域を再現したミクロスケールモデルを用いて、タイヤ構成部材に配置される複数の材料相の物性値に基づいてタイヤ構成部材の物性値を予測算出し、タイヤを再現したマクロスケールモデルを用いて、予測算出されたタイヤ構成部材の物性値に基づいて所定の条件下におけるタイヤの挙動を予測算出している。また、逆に、タイヤの挙動を再現する再現条件からタイヤに作用する荷重条件及び路面接触条件を定め、この荷重条件及び路面接触条件をマクロスケールモデルに付与してタイヤの挙動を予測算出し、この予測算出結果に基づいて、ミクロスケールモデルを用いて、タイヤ構成部材に作用する物理量を予測算出している(例えば、特許文献1参照)。   In the simulation using the conventional discretized model, the physical property value of the tire constituent member is based on the physical property values of a plurality of material phases arranged on the tire constituent member using a microscale model reproducing the representative region of the tire constituent member. And predicting and calculating the behavior of the tire under a predetermined condition based on the predicted physical property value of the tire constituent member using a macro scale model reproducing the tire. Conversely, the load conditions and road surface contact conditions acting on the tires are determined from the reproduction conditions that reproduce the tire behavior, and the load conditions and road surface contact conditions are assigned to the macroscale model to predict and calculate the tire behavior, Based on the prediction calculation result, a physical quantity acting on the tire constituent member is predicted and calculated using a microscale model (see, for example, Patent Document 1).

また、不均質材料を含む構造体の離散化モデル(マクロスケールモデル)を用いてシミュレーション演算を行い、このときの、不均質材料の配置部分の代表点の歪又は歪速度の結果から、ミクロ構造を再現した不均質材料の離散化モデル(ミクロスケールモデル)における境界領域の変位又は変位速度を定め、この変位又は変位速度をミクロスケールモデルの境界条件として与えてミクロスケールシミュレーションを行っているものもある(例えば、特許文献2参照)。   In addition, a simulation calculation is performed using a discretized model (macroscale model) of a structure containing a heterogeneous material, and the microstructure is calculated from the result of the strain or strain rate of the representative point of the arrangement portion of the heterogeneous material. In some cases, the displacement or displacement speed of the boundary region in the discretized model (microscale model) of the inhomogeneous material that reproduces the above is determined, and this displacement or displacement speed is given as the boundary condition of the microscale model for microscale simulation. Yes (see, for example, Patent Document 2).

さらに、ミクロ構成モデルの2方向に一軸引張変形を与え、マクロ構成モデルを単一要素として2スケール(two-scale)連成解析を行い、その結果算出されたマクロ応力−ひずみ曲線に対して材料パラメータを同定したマクロ構成モデルを用いて単一スケール(single-scale)マクロ解析を行い、その結果得られた各評価点におけるマクロ変形状態の履歴を入力データとして単一スケールミクロ解析を行っているものもある(例えば、非特許文献1参照)。   Furthermore, uniaxial tensile deformation is applied in two directions of the micro constitutive model, and a two-scale coupled analysis is performed using the macro constitutive model as a single element. A single-scale macro analysis is performed using a macro constitutive model with identified parameters, and a single-scale micro analysis is performed using the resulting macro deformation state history at each evaluation point as input data. There are some (see, for example, Non-Patent Document 1).

特開2006−18454号公報JP 2006-18454 A 特許4093994号公報Japanese Patent No. 4093994

渡邊、外1名、「非線形均質化理論における2変数境界値問題のミクロ−マクロ非連成近似解法」、応用力学論文集、土木学会、2005年8月、Vol.8、p.277−285Watanabe, et al., “Micro-macro disjoint approximate solution of two-variable boundary value problem in nonlinear homogenization theory”, Applied Mechanics, Japan Society of Civil Engineers, August 2005, Vol. 8, p. 277-285

しかしながら、上記特許文献1及び2に開示の離散化モデルを用いたタイヤのマルチスケールシミュレーションでは、タイヤを再現したマクロスケールモデルによるシミュレーションの結果を用いて、タイヤのミクロ構造を再現したミクロスケールモデルによるシミュレーションを行ってミクロ構造を持つタイヤ構成部材や不均質材料に作用する物理量を算出しており、マクロスケールモデルによるシミュレーションでは、荷重条件や、摩擦係数又は転動速度等の路面接触条件などを用いて車両走行シミュレーションを行い、タイヤの挙動を求めているが、タイヤのマクロスケールモデルにおける変形の時間履歴(タイヤの転動状態、特に動的転動状態)をミクロスケールモデルに適用するものではないので、タイヤコンパウンドのミクロ構造の変形挙動をシミュレーションできないし、タイヤコンパウンドのミクロ挙動を解析することができないという問題があった。   However, in the multi-scale simulation of the tire using the discretized model disclosed in Patent Documents 1 and 2, the result of the simulation by the macro-scale model that reproduces the tire is used, and the micro-scale model that reproduces the tire microstructure is used. Simulations are used to calculate physical quantities acting on microstructured tire components and heterogeneous materials. In the simulation using a macro scale model, load conditions, road surface contact conditions such as friction coefficient or rolling speed are used. The vehicle's running simulation is used to determine the tire behavior, but the deformation time history (tire rolling state, especially dynamic rolling state) in the tire macroscale model is not applied to the microscale model. So the micro structure of the tire compound It deformation behavior that can not be simulated, there is a problem that can not be analyzed micro behavior of tire compounds.

また、上述したように、非特許文献1には、非連成双方向マルチスケールシミュレーションについての手順が開示され、マクロ構成モデルの解析結果をミクロ構成モデルに適用してミクロ解析を行う方法を開示しているが、タイヤのような回転体の周方向の変形履歴を入力して回転体の回転時のミクロモデルの解析を行うことができないという問題があった。   Further, as described above, Non-Patent Document 1 discloses a procedure for non-coupled bidirectional multi-scale simulation, and discloses a method for performing a micro analysis by applying an analysis result of a macro configuration model to a micro configuration model. However, there has been a problem that it is impossible to analyze the micro model when the rotating body rotates by inputting the deformation history in the circumferential direction of the rotating body such as a tire.

本発明の目的は、上記従来技術問題点を解消し、タイヤなどの回転体の動的転動状態を含むマクロモデルの変形の時間履歴(又は回転角度履歴)からタイヤコンパウンド等の回転体のミクロ構造、特に不均質材のミクロ構造の変形挙動をシミュレーションすることができ、ミクロ変形挙動を効率良く解析することができる回転体のシミュレーション方法、装置及びプログラム並びにこのプログラムを記載した記録媒体を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and from a time history (or rotational angle history) of a macro model including a dynamic rolling state of a rotating body such as a tire, to a micro of a rotating body such as a tire compound. A simulation method, apparatus, and program for a rotating body capable of simulating the deformation behavior of a structure, particularly a microstructure of a heterogeneous material, and capable of efficiently analyzing the micro-deformation behavior, and a recording medium describing the program are provided. There is.

本発明者は、先に出願した特願2008−114037号明細書において、タイヤなどの回転体及びその一部分を、有限要素を用いて再現する回転体モデル及び代表モデルを作成し、回転体モデルを用いて回転体の静止状態のシミュレーション、すなわち静解析を行って得られた回転体モデルの周上の1つの有限要素である注目要素の変形に基づく第1の物理情報を、回転体が回転するときの変位勾配の時間変化情報に変換し、この変換により得られた時間変化情報を用いて動解析のシミュレーションを行った後、注目要素に作用する粘弾性損失エネルギ等の第2の物理量の時間履歴の情報を算出することを、注目要素を変えながら繰り返して、各要素の第2の物理量の時間履歴の情報を累積する回転体のシミュレーション方法を提案しており、この方法は、タイヤ接地解析の周方向変形履歴からタイヤの転動状態の転動抵抗を効率良く計算することができるものである。   In the specification of Japanese Patent Application No. 2008-114037 filed earlier, the present inventor creates a rotating body model and a representative model that reproduce a rotating body such as a tire and a part thereof using a finite element, The rotating body rotates using the first physical information based on the deformation of the element of interest, which is one finite element on the circumference of the rotating body model obtained by performing simulation of the stationary state of the rotating body using static analysis. Is converted into time change information of the displacement gradient, and after performing a dynamic analysis simulation using the time change information obtained by this conversion, the time of the second physical quantity such as viscoelastic loss energy acting on the element of interest We propose a method of simulating a rotating body that repeatedly calculates history information while changing the element of interest, and accumulates time history information of the second physical quantity of each element. This method is capable of efficiently computing the rolling resistance of the rolling state of the tire from the circumferential deformation history of the tire contact analysis.

しかしながら、この先願明細書に記載された方法は、マクロモデルの変形の時間履歴又は回転角度履歴(タイヤ転動状態を含む)を粘弾性損失エネルギ等の第2の物理量を求めるための代表モデルに適用してその時間履歴を算出して、タイヤなどの転動抵抗を計算するものではあるが、タイヤ等の回転体の解析は、静的な接地のみであり、代表モデルも、タイヤ等の回転体のミクロ構造を再現したミクロモデル自体ではないので、マクロモデルの変形の時間履歴又は回転角度履歴をミクロモデルに適用してミクロ構造の変形挙動を解析することはできないし、特に、タイヤコンパウンド等の不均質材のミクロ構造を再現したミクロモデルではないので、ミクロ構造の変形挙動を解析することはできない。   However, the method described in this specification of the prior application uses the time history or rotational angle history (including the tire rolling state) of the deformation of the macro model as a representative model for obtaining the second physical quantity such as viscoelastic loss energy. It is applied to calculate the time history and calculate rolling resistance of tires etc., but analysis of rotating bodies such as tires is only static grounding, and representative models also rotate tires etc. Since it is not a micro model that reproduces the microstructure of the body itself, it is not possible to analyze the deformation behavior of the microstructure by applying the time history or rotation angle history of the deformation of the macro model to the micro model, especially tire compounds, etc. Since it is not a micro model that reproduces the microstructure of the heterogeneous material, the deformation behavior of the microstructure cannot be analyzed.

そこで、本発明者は、上記課題を解決し、上記目的を達成するために、有限要素法を用いて、タイヤ等の回転体の転動状態におけるコンパウンド等のミクロ構造のミクロ挙動を解析するシミュレーション方法を提供するために、タイヤ等の回転体において、タイヤモデル等の回転体モデルと、そのミクロ構造のミクロモデル、特にタイヤコンパウンド(不均質材)等のミクロモデルを用意し、タイヤモデル等の回転体モデルの接地解析及び転動解析から有限要素変形履歴を抽出し、その変形履歴を時間履歴(回転角度履歴)に変換してミクロモデルの境界条件としてミクロモデルの解析を行うことにより、タイヤ等の回転体の転動時のコンパウンド等のミクロ構造内に発生するミクロなひずみや応力の動的な変化過程、即ちコンパウンド等のミクロ構造のミクロ挙動をシミュレーションし、効率良く解析することができることを知見し、本発明に至ったものである。   Therefore, in order to solve the above problems and achieve the above object, the present inventor uses a finite element method to analyze the micro behavior of a microstructure such as a compound in a rolling state of a rotating body such as a tire. In order to provide a method, in a rotating body such as a tire, a rotating body model such as a tire model and a micro model of the microstructure, particularly a micro model such as a tire compound (heterogeneous material) are prepared. By extracting the finite element deformation history from the ground contact analysis and rolling analysis of the rotating body model, converting the deformation history into a time history (rotation angle history) and analyzing the micro model as a micro model boundary condition, the tire Dynamic change process of micro strain and stress generated in the microstructure such as compound during rolling of rotating body such as compound, etc. Simulating the micro behavior of black structures, and found that it is possible to efficiently analyze, and have reached the present invention.

すなわち、本発明の第1の態様の回転体のシミュレーション方法は、数値解析可能な要素でモデル化された回転体及びそのミクロモデルの挙動を解析する回転体のシミュレーション方法であって、前記回転体を、複数の有限要素を用いて再現する回転体モデルを作成する第1のステップと、この第1ステップで作成された前記回転体モデルの回転軸を含む平面で切断した前記回転体モデルの子午断面上に位置する有限要素の1つを、注目要素として選択する第2のステップと、予め設定されたシミュレーション条件を前記回転体モデルの周上の少なくとも一部分に付与して、有限要素法を用いて前記回転体の変形解析のシミュレーションを行い、前記回転体モデルの有限要素に作用する第1の物理量の変化情報を算出する第3のステップと、前記第2のステップで選定された前記回転体モデルの前記注目要素に作用する、前記第3のステップによって算出された前記第1の物理量の変化情報を、前記第1の物理量の時間又は回転角度変化情報に変換して抽出する第4のステップと、前記回転体の一部分であるミクロ構造を、複数の有限要素を用いて再現するミクロモデルを作成する第5のステップと、前記第4のステップで抽出された前記第1の物理量の時間又は回転角度変化情報を境界条件として前記第5のステップで作成された前記ミクロモデルに付与して、前記ミクロモデルに対して有限要素法を用いて時間依存の解析のシミュレーションを行うことにより、前記ミクロモデルに発生する第2の物理量の時間又は回転角度履歴情報を算出する第6のステップと、前記第6のステップによって算出された前記ミクロモデルの前記第2の物理量の時間又は回転角度履歴情報から前記ミクロモデルの第3の物理量の時間又は回転角度変化情報を演算し、又は表示し、若しくは演算して表示する第7のステップと、を有することを特徴とする。   That is, the rotating body simulation method according to the first aspect of the present invention is a rotating body simulation method for analyzing the behavior of a rotating body modeled by elements capable of numerical analysis and the micro model thereof, The first step of creating a rotating body model that reproduces using a plurality of finite elements, and the meridian of the rotating body model cut at a plane including the rotation axis of the rotating body model created in the first step A second step of selecting one of the finite elements located on the cross section as the element of interest and a preset simulation condition are applied to at least a part of the circumference of the rotating body model, and the finite element method is used. A third step of simulating deformation analysis of the rotating body and calculating change information of a first physical quantity acting on a finite element of the rotating body model; The change information of the first physical quantity calculated by the third step that acts on the element of interest of the rotating body model selected in the second step is the time or rotation angle of the first physical quantity. A fourth step of extracting by converting to change information, a fifth step of creating a micro model that reproduces the microstructure that is a part of the rotating body using a plurality of finite elements, and the fourth step. The time of the first physical quantity or the rotation angle change information extracted in step 5 is applied to the micro model created in the fifth step as a boundary condition, and the time using the finite element method is applied to the micro model. A sixth step of calculating time or rotation angle history information of the second physical quantity generated in the micro model by performing a simulation of dependence analysis; and the sixth step Calculating, displaying or calculating the time or rotation angle change information of the third physical quantity of the micro model from the time or rotation angle history information of the second physical quantity of the micro model calculated by And a seventh step of displaying.

ここで、前記第4のステップでは、抽出する前記第1の物理量の変化情報が、前記回転体が1周するときの軌跡に沿った有限要素の回転体周方向情報から作成されるのが好ましい。
また、前記第6のステップの前記ミクロモデルに対して行う前記時間依存の解析のシミュレーションにおいて前記ミクロモデルに与える境界条件は、相対変位を許容した周期境界条件であるのが好ましい。
また、前記第6のステップの前記ミクロモデルに対して行う前記時間依存の解析のシミュレーションにおいて、前記ミクロモデルに与える材料物性パラメータは、時間、変形および場の少なくとも1つに依存するのが好ましい。
Here, in the fourth step, it is preferable that the change information of the first physical quantity to be extracted is created from the rotating body circumferential direction information of the finite element along the trajectory when the rotating body makes one round. .
The boundary condition given to the micro model in the simulation of the time-dependent analysis performed on the micro model in the sixth step is preferably a periodic boundary condition that allows relative displacement.
In the simulation of the time-dependent analysis performed on the micro model in the sixth step, it is preferable that a material property parameter given to the micro model depends on at least one of time, deformation, and field.

また、前記ミクロモデルは、材料特性の異なる複数の材料相が分散配置された、不均質材料のミクロ構造を、前記複数の有限要素を用いて再現したものであるのが好ましい。
前記ミクロモデルは、ポリマー材料に少なくとも補強剤を充填した不均質複合材料であるコンパウンドゴムをモデル化したものであるのが好ましい。
また、前記ミクロモデルは、補強材を含むゴム系複合材料をモデル化したものであるのが好ましい。
また、前記第3のステップの前記回転体モデルに対して行う前記回転体の変形解析のシミュレーションにおいて、前記回転体モデルに与える材料物性パラメータは、前記ミクロモデルに変形を与えた場合に前記ミクロモデルに発生する変形の前記第2の物理量から得られるのが好ましい。
The micro model is preferably a micro structure of a heterogeneous material in which a plurality of material phases having different material properties are dispersedly arranged using the plurality of finite elements.
The micro model is preferably a model of a compound rubber which is a heterogeneous composite material in which a polymer material is filled with at least a reinforcing agent.
The micro model is preferably a model of a rubber-based composite material including a reinforcing material.
In the simulation of deformation analysis of the rotating body performed on the rotating body model in the third step, the material property parameter given to the rotating body model is the micro model when the micro model is deformed. Is preferably obtained from the second physical quantity of deformation occurring in

また、前記回転体は、タイヤであり、前記第3のステップの前記回転体モデルに対して行う前記回転体の変形解析のシミュレーションは、少なくともタイヤと路面とを接触させた状態を含むのが好ましい。
また、上記回転体のシミュレーション方法は、さらに、前記回転体モデルの前記注目要素が、前記回転体モデルの周方向に1周する周方向経路を定める第8のステップを有し、
前記第3のステップは、前記回転体モデルの有限要素に作用する、前記周方向経路に沿った前記第1の物理量の変化情報を算出し、前記第4のステップは、前記注目要素に作用する、前記周方向経路に沿った前記第1の物理量の変化情報を、前記回転体が回転するときの回転周期に合せて、前記第1の物理量の時間又は回転角度変化情報に変換し、前記第6のステップは、前記注目要素が前記周方向経路に沿って一周するときに前記ミクロモデルに発生する第2の物理量の時間又は回転角度履歴情報を算出するのが好ましい。
The rotating body is a tire, and the simulation of the deformation analysis of the rotating body performed on the rotating body model in the third step preferably includes a state in which at least the tire and the road surface are in contact with each other. .
Further, the simulation method of the rotating body further includes an eighth step of defining a circumferential path in which the element of interest of the rotating body model makes one round in the circumferential direction of the rotating body model,
The third step calculates change information of the first physical quantity along the circumferential path that acts on the finite element of the rotating body model, and the fourth step acts on the element of interest. The change information of the first physical quantity along the circumferential path is converted into time or rotation angle change information of the first physical quantity in accordance with a rotation period when the rotating body rotates, In the step 6, it is preferable to calculate time or rotation angle history information of a second physical quantity generated in the micro model when the element of interest makes a round along the circumferential path.

また、前記第6のステップにおいて前記時間又は回転角度履歴情報が算出される前記ミクロモデルの前記第2の物理量は、ひずみ、変位勾配及び変形勾配の少なくとも1つであり、前記第7のステップにおいて前記時間又は回転角度履歴情報が算出される前記ミクロモデルの前記第3の物理量は、前記ミクロモデルに発生したひずみエネルギ、粘弾性エネルギ損失、ひずみの振幅値、応力の振幅値、これらの物理量の各々の統計値、及びこれらの物理量の各々のヒストグラムの少なくとも1つであるのが好ましい。   The second physical quantity of the micro model for which the time or rotation angle history information is calculated in the sixth step is at least one of a strain, a displacement gradient, and a deformation gradient. In the seventh step, The third physical quantity of the micro model for which the time or rotation angle history information is calculated includes strain energy, viscoelastic energy loss, strain amplitude value, stress amplitude value, and physical quantity of these physical quantities generated in the micro model. Preferably, at least one of each statistic and each histogram of these physical quantities.

また、上記目的を達成するために、本発明の第2の態様の回転体のシミュレーション装置は、数値解析可能な有限要素でモデル化された回転体及びそのミクロモデルの挙動を解析する回転体のシミュレーション装置であって、前記回転体を、複数の有限要素を用いて再現する回転体モデルを作成する回転体モデル作成手段と、この第1ステップで作成された前記回転体モデルの回転軸を含む平面で切断した前記回転体モデルの子午断面上に位置する有限要素の1つを、注目要素として選択する注目要素選択手段と、予め設定されたシミュレーション条件を前記回転体モデルの周上の少なくとも一部分に付与して、有限要素法を用いて前記回転体の変形解析のシミュレーションを行い、前記回転体モデルの有限要素に作用する第1の物理量の変化情報を算出する回転体モデルシミュレーション手段と、
前記第2のステップで選定された前記回転体モデルの前記注目要素に作用する、前記第3のステップによって算出された前記第1の物理量の変化情報を、前記第1の物理量の時間又は回転角度変化情報に変換して抽出する時間変換手段と、前記回転体の一部分であるミクロ構造を、複数の有限要素を用いて再現するミクロモデルを作成するミクロモデル作成手段と、前記第4のステップで抽出された前記第1の物理量の時間又は回転角度変化情報を境界条件として前記第5のステップで作成された前記ミクロモデルに付与して、前記ミクロモデルに対して有限要素法を用いて時間依存の解析のシミュレーションを行うことにより、前記ミクロモデルに発生する第2の物理量の時間又は回転角度履歴情報を算出するミクロモデルシミュレーション手段と、前記第6のステップによって算出された前記ミクロモデルの前記第2の物理量の時間又は回転角度履歴情報から前記ミクロモデルの第3の物理量の時間又は回転角度変化情報を演算し、又は表示し、若しくは演算して表示するミクロ挙動解析手段と、を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a rotating body simulation apparatus according to a second aspect of the present invention includes a rotating body modeled with a finite element capable of numerical analysis and a rotating body for analyzing the behavior of the micro model. A simulation apparatus, comprising: a rotating body model creating means for creating a rotating body model that reproduces the rotating body using a plurality of finite elements; and a rotation axis of the rotating body model created in the first step. Attention element selection means for selecting one of the finite elements located on the meridional section of the rotating body model cut along a plane as an attention element, and at least a part of the circumference of the rotating body model with preset simulation conditions And performing a simulation of deformation analysis of the rotating body using the finite element method, and changing the first physical quantity acting on the finite element of the rotating body model. A rotating body model simulation means for calculating information,
The change information of the first physical quantity calculated by the third step that acts on the element of interest of the rotating body model selected in the second step is the time or rotation angle of the first physical quantity. In the fourth step, a time conversion unit that converts and extracts change information, a micro model generation unit that generates a micro model that reproduces a microstructure that is a part of the rotating body using a plurality of finite elements, and the fourth step The extracted time or rotation angle information of the first physical quantity is given as a boundary condition to the micro model created in the fifth step, and the micro model is time-dependent using a finite element method. The simulation of the micro model simulation for calculating the time or rotation angle history information of the second physical quantity generated in the micro model by performing the simulation of the analysis of And calculating or displaying the time or rotation angle change information of the third physical quantity of the micro model from the time or rotation angle history information of the second physical quantity of the micro model calculated by the sixth step. Or a micro behavior analysis means for calculating and displaying.

また、上記目的を達成するために、本発明の第3の態様は、コンピュータに、本発明の第1の態様の回転体のシミュレーション方法の各ステップを実行させるための回転体のシミュレーションプログラムを提供するものである。
さらに、上記目的を達成するために、本発明の第4の態様は、コンピュータに、本発明の第1の態様の回転体のシミュレーション方法の各ステップを実行させるためのプログラム、すなわち本発明の第3の態様の回転体のシミュレーションプログラムを記載したコンピュータに読取可能な記録媒体を提供するものである。
In order to achieve the above object, a third aspect of the present invention provides a rotating body simulation program for causing a computer to execute each step of the rotating body simulation method of the first aspect of the present invention. To do.
Furthermore, in order to achieve the above object, according to a fourth aspect of the present invention, there is provided a program for causing a computer to execute each step of the simulation method for a rotating body according to the first aspect of the present invention, that is, the first aspect of the present invention. The present invention provides a computer-readable recording medium in which a rotating body simulation program according to the third aspect is described.

本発明の回転体のシミュレーション方法、装置及びプログラム並びにこのプログラムを記載した記録媒体によれば、タイヤ等の回転体を再現するように作成した回転体モデル(マクロモデル)に対するシミュレーションを行い、その結果、算出された周上における注目要素となる1つの有限要素の第1の物理量の変化情報、例えばひずみ、変位勾配、変形勾配等の変形の物理量の周方向の変化情報を、当該注目要素の第1の物理量の時間又は回転角度変化情報に変換して抽出し、これを境界条件として回転体のミクロ構造を再現するように作成したミクロモデルに対して時間依存の解析のシミュレーションを行い、注目要素が一周するときに生じる第2の物理量、例えばひずみ、応力、ひずみエネルギ等の物理量の時間又は回転角度変化情報を算出することにより、得られた第2の物理量の時間又は回転角度変化情報から第3の物理量の時間又は回転角度変化情報、例えばミクロモデルに発生したひずみエネルギ、粘弾性エネルギ損失、ひずみや応力の振幅値、これらの物理量の平均値や標準偏差等の統計値、これらの物理量のヒストグラム等の情報を演算し、表示することができるので、回転体が転動するときに回転体のミクロ領域(ミクロ構造)に生じる変形状態の時間変化(回転角度変化)をシミュレーションでき、ミクロ領域の種々の物理量の時間又は回転角度変化を算出することができ、ミクロ構造ミクロ挙動を効率よく解析することができる。
こうして、本発明によれば、回転体のミクロ領域の変形状態の時間変化が解析可能となる。すなわち、本発明によれば、タイヤなどの回転体の動的転動状態を含むマクロモデルの変形の時間履歴(又は回転角度履歴)からタイヤコンパウンド等の回転体のミクロ構造、特に不均質材のミクロ構造内に発生するミクロなひずみや応力の動的な変化過程、即ちコンパウンド等のミクロ構造のミクロ挙動をシミュレーションし、効率良く解析することができる。
According to the simulation method, apparatus and program for a rotating body of the present invention and the recording medium in which the program is described, a simulation is performed on a rotating body model (macro model) created so as to reproduce a rotating body such as a tire. The change information of the first physical quantity of one finite element which is the calculated element of interest on the circumference, for example, the change information in the circumferential direction of the physical quantity of deformation such as strain, displacement gradient, deformation gradient, etc. The time-dependent analysis simulation is performed for the micro model created to reproduce the microstructure of the rotating body by using the physical condition of 1 as the time or rotation angle change information and extracting it. Time or rotation angle change information of a second physical quantity that occurs when the circle makes a round, for example, a physical quantity such as strain, stress, strain energy, etc. By calculating the time or rotation angle change information of the second physical quantity obtained, the time or rotation angle change information of the third physical quantity, for example, strain energy, viscoelastic energy loss, strain or stress generated in the micro model. Since it is possible to calculate and display information such as amplitude values, statistical values such as the average value and standard deviation of these physical quantities, and histograms of these physical quantities, the micro area of the rotating body ( It is possible to simulate temporal changes (rotational angle changes) in the deformation state occurring in the microstructure), calculate time or rotational angle changes of various physical quantities in the micro region, and efficiently analyze the microstructure micro behavior. .
Thus, according to the present invention, it is possible to analyze the temporal change of the deformation state of the micro area of the rotating body. That is, according to the present invention, from the time history (or rotational angle history) of the deformation of the macro model including the dynamic rolling state of the rotating body such as the tire, the microstructure of the rotating body such as the tire compound, particularly the heterogeneous material. The dynamic change process of the micro strain and stress generated in the micro structure, that is, the micro behavior of the micro structure of the compound or the like can be simulated and analyzed efficiently.

本発明の回転体のシミュレーション方法を実施するシミュレーション装置の一実施形態の構成を機能的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows functionally the structure of one Embodiment of the simulation apparatus which implements the simulation method of the rotary body of this invention. 本発明の回転体のシミュレーション方法のフローの一例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining an example of the flow of the simulation method of the rotary body of this invention. (a)は、本発明に用いられるタイヤを再現するように作成した2次元タイヤモデルの一例の断面図であり、(b)は、(a)の2次元モデルを回転軸に対して1周させて作成した3次元タイヤモデルと路面を再現するように作成した剛体路面モデルの一例とを例示する斜視図である。(A) is sectional drawing of an example of the two-dimensional tire model created so that the tire used for this invention may be reproduced, (b) is a 1-round rotation with respect to the rotating shaft of the two-dimensional model of (a). It is a perspective view which illustrates an example of the rigid road surface model created to reproduce the 3D tire model created by making it reproduce and a road surface. (a)及び(b)は、それぞれ本発明に用いられる、タイヤのミクロ構造を再現するように作成したミクロモデルの一例及びこのミクロモデルにモデル化されるタイヤのトレッドゴムコンパウンドのミクロ領域内のフィラー分布の一例を示す斜視図である。(A) and (b) are examples of a micro model created to reproduce the microstructure of the tire, respectively used in the present invention, and in the micro region of the tread rubber compound of the tire modeled in this micro model. It is a perspective view which shows an example of filler distribution. 図3(b)に示す剛体路面モデルに接地したタイヤモデルの一例であり、その回転軸を含む平面で切断した断面を含む斜視図である。FIG. 4 is a perspective view including an example of a tire model grounded on a rigid road surface model illustrated in FIG. 3B and including a cross section cut along a plane including a rotation axis thereof. 図3(b)に示すタイヤモデルの、その周方向にトレッドセンタ部の注目要素が1回転するときのタイヤの周方向に沿った周方向経路の一例を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing an example of a circumferential path along the circumferential direction of the tire when the element of interest in the tread center portion makes one rotation in the circumferential direction of the tire model shown in FIG. 図3(a)及び(b)に示すタイヤモデルのトレッドセンタ部の注目要素の変位勾配の時間変化履歴情報の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the time change log | history information of the displacement gradient of the attention element of the tread center part of the tire model shown to Fig.3 (a) and (b). 図7に示す変位勾配の時間変化履歴情報が境界条件として付与されたタイヤのトレッドセンタ部の一部を再現したミクロモデルの動的挙動の所定の時間変化過程の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the predetermined time change process of the dynamic behavior of the micro model which reproduced a part of tread center part of the tire to which the time change history information of the displacement gradient shown in Drawing 7 was given as a boundary condition. 図3(a)に示すタイヤモデルの注目要素が一周するときに時間依存のシミュレーションを行ったミクロモデルの変形状態の時間変化履歴の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the time change log | history of the deformation | transformation state of the micro model which performed the time-dependent simulation when the attention element of the tire model shown to Fig.3 (a) goes around. (a)は、時間依存のシミュレーションを行った結果を求める要素の位置を示すミクロモデルの一例の斜視図であり、(b)は、(a)に示す要素に発生するひずみの11成分の時間変化履歴情報の一例を示すグラフである。(A) is a perspective view of an example of the micro model which shows the position of the element which calculates | requires the result of having performed time-dependent simulation, (b) is the time of 11 components of the distortion which generate | occur | produces in the element shown to (a). It is a graph which shows an example of change history information. (a)は、一軸伸張のシミュレーションを行う前の変形前のミクロモデルの一例の斜視図であり、(b)は、一軸伸張のシミュレーションを行った変形後のミクロモデルの一例の斜視図である。(A) is a perspective view of an example of a micro model before deformation before performing a simulation of uniaxial extension, and (b) is a perspective view of an example of a micro model after deformation after performing a simulation of uniaxial extension. . ミクロモデルに対する一軸伸張のシミュレーションを行って得られたSS曲線である。This is an SS curve obtained by simulating uniaxial stretching for a micro model.

以下に、本発明に係る回転体のシミュレーション方法、装置及びプログラム並びにこのプログラムを記載した記録媒体について、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の回転体のシミュレーション方法を実施する本発明の回転体のシミュレーション装置の構成を機能的に示したブロック図である。以下では、回転体の代表例として、タイヤを挙げて説明するが、本発明はこれに限定されないのはもちろんであり、ゴム材料等のポリマー材料を用いる回転体であればどのようなものでも良く、例えば、ベルトコンベア等にも適用可能なことはもちろんである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A rotating body simulation method, apparatus and program according to the present invention and a recording medium on which the program is described will be described in detail below based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram functionally showing the configuration of a rotating body simulation apparatus according to the present invention that implements the rotating body simulation method of the present invention. Hereinafter, a tire will be described as a representative example of a rotating body. However, the present invention is not limited to this, and any rotating body using a polymer material such as a rubber material may be used. Of course, the present invention can also be applied to a belt conveyor or the like.

同図に示すシミュレーション装置10は、回転体としてタイヤを用い、図2に示す本発明のタイヤのシミュレーション方法を実施して、タイヤの転動状態におけるゴムコンパウンド(不均質材)のミクロ挙動を解析するための装置であって、シミュレーション演算処理装置(以下、処理装置という)12と、入力操作装置14と、ディスプレイ16及びプリンタ18を含む出力装置とを有する。
処理装置12は、ハードウエア構成として、CPU20、メモリ22、I/Oポート24、ROM26を備えたコンピュータであり、メモリ22あるいはROM26に記憶されたアプリケーションソフトウェアを読み出して、条件設定部30、タイヤモデル作成部32、変形解析演算部34、時間変換部36、ミクロモデル作成部38、境界条件設定部40、ミクロモデル解析演算部42及びミクロ挙動解析部44のそれぞれのサブルーチンを作成して構成され、これらのサブルーチンからなるアプリケーションソフトウェアをCPU20で実行することにより、後述する有限要素モデルであるタイヤモデル及びミクロモデルを作成し、有限要素法を用いた変形解析及びミクロモデル解析によるシミュレーション演算を実行して、タイヤのゴムコンパウンド(不均質材)のミクロ挙動を解析する。
The simulation apparatus 10 shown in the figure uses a tire as a rotating body and performs the tire simulation method of the present invention shown in FIG. 2 to analyze the micro behavior of the rubber compound (heterogeneous material) in the rolling state of the tire. And a simulation calculation processing device (hereinafter referred to as a processing device) 12, an input operation device 14, and an output device including a display 16 and a printer 18.
The processing device 12 is a computer including a CPU 20, a memory 22, an I / O port 24, and a ROM 26 as a hardware configuration, reads application software stored in the memory 22 or the ROM 26, and sets a condition setting unit 30, a tire model. Each of the creation unit 32, the deformation analysis calculation unit 34, the time conversion unit 36, the micro model creation unit 38, the boundary condition setting unit 40, the micro model analysis calculation unit 42, and the micro behavior analysis unit 44 is created and configured. By executing application software including these subroutines on the CPU 20, a tire model and a micro model, which are finite element models, which will be described later, are created, and simulation operations are performed by deformation analysis and micro model analysis using the finite element method. Tires go Analyzing the microscopic behavior of the compound (heterogeneous material).

なお、処理装置12は、そのI/Oポート24によって、マウス・キーボード等の入力操作系14と、ディスプレイ16及びプリンタ18等の出力装置とに接続されている。有限要素モデルに必要な情報やシミュレーション演算に必要な条件等は、ディスプレイ16に表示された入力画面をオペレータが見ながら、入力操作系14にて処理装置12に入力指示される。また、処理装置12によるシミュレーション演算結果が、数値、グラフ又は図等によって、ディスプレイ16にソフトコピーとして表示され、又はプリンタ18にハードコピーとして出力される。また、処理装置12には、I/Oポート24によって、図示しないCAD/CAM等のデータ供給システムが接続されている。   The processing device 12 is connected to an input operation system 14 such as a mouse / keyboard and an output device such as a display 16 and a printer 18 through the I / O port 24. Information necessary for the finite element model, conditions necessary for the simulation calculation, and the like are input to the processing device 12 by the input operation system 14 while the operator views the input screen displayed on the display 16. The simulation calculation result by the processing device 12 is displayed as a soft copy on the display 16 or output as a hard copy to the printer 18 by a numerical value, a graph, or a figure. Further, a data supply system such as CAD / CAM (not shown) is connected to the processing device 12 through an I / O port 24.

以下では、処理装置12各構成要素について説明するが、初めに、各構成用の概要を説明し、各構成要素において行われるシミュレーション方法の種々の工程については、後に、シミュレーション装置10によって行われるシミュレーション方法を説明する際に詳述する。
条件設定部30は、ディスプレイ16に表示された入力画面を見ながらオペレータの入力に基づいて、タイヤのシミュレーションための各種条件が設定される。これらの条件は、タイヤモデル作成部32で作成される有限要素モデルであるタイヤモデルの構造の情報及び材料の情報、タイヤモデルでの変形解析のシミュレーション条件の情報が含まれる。また、後述するミクロモデル作成部38で用いるために予め必要となるミクロモデルの構造の情報及び材料の情報なども含まれる。条件設定部30で設定された各種条件は、メモリ22に記憶される。なお、ここでは、タイヤとして、空気入りタイヤを挙げて説明し、タイヤの各種条件として内圧条件を用いているが、本発明はこれに限定されず、空気入りでないリング状のタイヤに適用可能なことはもちろんである。
Hereinafter, each component of the processing device 12 will be described. First, an outline for each component will be described, and various steps of the simulation method performed in each component will be described later by a simulation performed by the simulation device 10. This will be described in detail when explaining the method.
The condition setting unit 30 sets various conditions for tire simulation based on the operator's input while looking at the input screen displayed on the display 16. These conditions include information on the structure and material of a tire model, which is a finite element model created by the tire model creation unit 32, and information on simulation conditions for deformation analysis in the tire model. Further, information on the structure of the micro model and information on the material, which are necessary in advance for use in the micro model creation unit 38 described later, are included. Various conditions set by the condition setting unit 30 are stored in the memory 22. Here, a pneumatic tire is described as a tire, and internal pressure conditions are used as various conditions of the tire. However, the present invention is not limited to this, and is applicable to a ring-shaped tire that is not pneumatic. Of course.

タイヤモデル作成部32は、メモリ22から呼び出された各種情報を用いて、マクロモデルとして、タイヤを再現した有限要素モデルであるタイヤモデルを作成して設定する部分である。ここで、条件設定部30で設定された各種条件は、一旦メモリ22に記憶され、その後メモリ22から呼び出されて用いられるのが好ましいが、直接タイヤモデル作成にもちいてもよい。タイヤモデルは、6面体要素又は4面体要素、5面体要素等で構成される。なお、詳細は後述するが、タイヤは、回転体であり、その回転軸を含む子午面で切断した2次元断面はどの断面においても回転軸に対して対称であるので、タイヤモデルとしては、例えば、図3(a)及び(b)に示すように、タイヤの回転軸を含む子午面で切断したタイヤの子午断面で示されるタイヤモデル2次元断面(以下、2次元タイヤモデルという)52をタイヤ周方向に1回転展開した3次元有限要素モデルであるタイヤモデル50を挙げることができる。   The tire model creation unit 32 is a part that creates and sets a tire model, which is a finite element model reproducing a tire, as a macro model using various information called from the memory 22. Here, it is preferable that the various conditions set by the condition setting unit 30 are temporarily stored in the memory 22 and then recalled from the memory 22 for use, but may be used directly for tire model creation. The tire model is composed of hexahedral elements, tetrahedral elements, pentahedral elements, and the like. Although the details will be described later, the tire is a rotating body, and the two-dimensional section cut by the meridional plane including the rotation axis is symmetrical with respect to the rotation axis in any section. 3 (a) and 3 (b), a tire model two-dimensional cross section (hereinafter referred to as a two-dimensional tire model) 52 indicated by a meridional section of a tire cut along a meridional plane including a rotation axis of the tire is used as a tire. An example is a tire model 50 that is a three-dimensional finite element model developed by one rotation in the circumferential direction.

また、タイヤモデル作成部32では、条件設定部30で設定された注目要素の情報に基づいて、図3(a)に示すタイヤモデル52の複数の有限要素の中から変形解析の対象とする注目要素54が選定される。ここで、注目要素54は、タイヤの変形を解析しようとする対象となる要素である。タイヤモデル作成部32で、さらに、注目要素54として選定されたタイヤモデル50の子午断面上(図示例では2次元タイヤモデル52のトレッドセンタ付近)に位置する要素が、タイヤモデルの周方向に1回転するときのタイヤの周方向に沿った周方向経路を定めるのが良い。
また、タイヤモデル作成部32は、タイヤを再現したタイヤモデル50に加え、さらに、タイヤが接地し、転動する路面を再現する剛体路面モデル56をも作成し設定する。
図示例では、条件設定部30とタイヤモデル作成部32とを別々に設けているが、本発明はこれに限定されず、一体化されたユニットとしても良い。
Further, the tire model creation unit 32 is based on the information on the attention element set by the condition setting unit 30, and is the target of deformation analysis among the plurality of finite elements of the tire model 52 shown in FIG. Element 54 is selected. Here, the element of interest 54 is an element to be analyzed for the deformation of the tire. The tire model creating unit 32 further includes an element located on the meridional section of the tire model 50 selected as the element of interest 54 (in the illustrated example, near the tread center of the two-dimensional tire model 52) in the circumferential direction of the tire model. It is preferable to define a circumferential path along the circumferential direction of the tire when rotating.
In addition to the tire model 50 that reproduces the tire, the tire model creation unit 32 also creates and sets a rigid road surface model 56 that reproduces the road surface on which the tire contacts and rolls.
In the illustrated example, the condition setting unit 30 and the tire model creation unit 32 are provided separately, but the present invention is not limited to this, and may be an integrated unit.

変形解析演算部34は、作成されたタイヤモデル50に対して、接地解析や転動解析などの変形解析を行う部分であって、詳細は後述するが、内圧充填されたタイヤモデル50を、路面をモデル化した剛体路面モデル56に、設定された荷重条件で接地させる接地処理や剛体路面モデル56上を転動させる転動処理を行う部分である。すなわち、タイヤモデル50を用いて、タイヤの静止状態における接地や転動状態における剛体路面モデル56上での転動を再現したシミュレーションを行い、タイヤモデル50の複数の有限要素に作用する変形の物理量(第1の物理量)の変化情報(幾何学的な周方向の変化情報)、例えば歪み・変位勾配や変形勾配等の変化情報を算出する。こうして、変形解析演算部34では、タイヤモデル作成部32で選択されたタイヤモデル52の注目要素54に作用する、設定された周方向経路に沿った変形の物理量の変化情報が算出される。変形解析算部34で算出された変形の物理量の変化情報等のシミュレーション結果は、メモリ22に記憶される。   The deformation analysis calculation unit 34 is a part that performs deformation analysis such as contact analysis and rolling analysis on the created tire model 50, which will be described in detail later. This is a part for performing a grounding process for grounding the vehicle on the rigid road surface model 56 and a rolling process for rolling on the rigid road surface model 56. That is, using the tire model 50, a simulation is performed that reproduces rolling on the rigid road surface model 56 in a grounded state or a rolling state of the tire, and a physical quantity of deformation that acts on a plurality of finite elements of the tire model 50. Change information (first physical quantity) change information (geometric circumferential change information), for example, change information such as strain / displacement gradient and deformation gradient is calculated. In this way, the deformation analysis calculation unit 34 calculates change information of the physical quantity of deformation along the set circumferential direction path that acts on the target element 54 of the tire model 52 selected by the tire model creation unit 32. Simulation results, such as change information of deformation physical quantities calculated by the deformation analysis calculation unit 34, are stored in the memory 22.

時間変換部36は、メモリ22から、シミュレーション結果を呼び出して、変形解析演算部34において変形解析のシミュレーションを行ったタイヤモデル52の注目要素54に作用する、タイヤモデル作成部32で設定された周方向経路に沿った変形勾配等の変形の物理量の変化情報を、変位勾配等の変形の物理量の時間変化履歴情報又は回転角度変化履歴情報に変換する部分である。変形の物理量の時間又は回転角度変化履歴情報とは、タイヤが設定された一定の転動速度で回転するときの回転周期(時間又は回転角度)に合せて変換された情報である。注目要素54は、タイヤモデル作成部32で条件として設定された要素である。時間変換部36における変換により作成されたタイヤ1回転分の変形の物理量の時間(又は回転角度)変化履歴情報は、メモリ22に記憶される。なお、時間変換部36において、時間変換前に、注目要素54がタイヤモデルの周方向に1回転するときのタイヤの周方向に沿った周方向経路を定めても良い。   The time conversion unit 36 calls the simulation result from the memory 22 and acts on the target element 54 of the tire model 52 for which the deformation analysis calculation unit 34 performed the simulation of the deformation analysis. This is a part that converts change information of a physical quantity of deformation such as a deformation gradient along the direction path into time change history information or rotation angle change history information of the physical quantity of deformation such as a displacement gradient. The time of the physical quantity of deformation or the rotation angle change history information is information converted in accordance with the rotation cycle (time or rotation angle) when the tire rotates at a set constant rolling speed. The attention element 54 is an element set as a condition by the tire model creation unit 32. The time (or rotation angle) change history information of the physical quantity of deformation for one rotation of the tire created by the conversion in the time conversion unit 36 is stored in the memory 22. The time conversion unit 36 may determine a circumferential path along the tire circumferential direction when the element of interest 54 makes one rotation in the circumferential direction of the tire model before the time conversion.

ミクロモデル作成部38は、タイヤのミクロ構造を複数の6面体形状、例えば立方体形状の有限要素を用いて再現するミクロモデルを作成して設定する部分である。
ミクロモデル作成部38で作成されるミクロモデルは、詳細は後述するが、タイヤの所定の一部分のミクロ構造、例えば材料特性パラメータ等の異なる複数の材料相が分散配置された、ゴムコンパウンド(不均質材)のミクロ構造を、複数の有限要素を用いて再現したモデルであることが好ましい。例えば、ミクロモデルは、一例として、図4(a)に示すミクロモデル60のように、図4(b)に示すフィラー分布を持つトレッドゴムコンパウンドのミクロ領域内をモデル化した、同一の直方体(6面体)形状のボクセル(単位セル)を有限要素として多数個配置した立方体形状の有限要素モデルを挙げることができる。
図示例においては、タイヤモデル作成部32とミクロモデル作成部38とは、別々に設けられているが、本発明はこれに限定されず、両者が一体化されたモデル設定部としても良いし、さらに、条件設定部30もこのモデル設定部に一体化しても良い。
The micro model creation unit 38 is a part that creates and sets a micro model that reproduces the microstructure of the tire using a plurality of hexahedral shapes, for example, cubic shaped finite elements.
The micro model created by the micro model creation unit 38 will be described in detail later, but a rubber compound (inhomogeneous) in which a plurality of different material phases such as a microstructure of a predetermined part of a tire, for example, material property parameters are dispersedly arranged. The material is preferably a model that reproduces the microstructure of the material using a plurality of finite elements. For example, the micro model is, for example, the same rectangular parallelepiped modeled in the micro region of the tread rubber compound having the filler distribution shown in FIG. 4B, like the micro model 60 shown in FIG. A cube-shaped finite element model in which a large number of hexahedral) voxels (unit cells) are arranged as finite elements can be given.
In the illustrated example, the tire model creation unit 32 and the micro model creation unit 38 are provided separately, but the present invention is not limited to this, and may be a model setting unit in which both are integrated, Furthermore, the condition setting unit 30 may be integrated with the model setting unit.

境界条件設定部40は、後述するミクロモデル解析演算部42でミクロモデル60における時間依存のシミュレーションを行う際に用いる境界条件、好ましくは周期境界条件を設定する部分である。具体的には、メモリ22から呼び出された変位勾配等の変形の物理量の時間(回転角度)変化履歴情報を用いて、節点の相対変位を許容する周期対称条件を周期境界条件として設定する。すなわち、ミクロモデル60が連続的に無限に配置される状態を再現するように、ミクロモデル60の3方向のそれぞれについて、一方の境界面上の節点と対向する境界面上の同じ相対位置にある節点との間の挙動を関係付ける関係式を定める。このような周期境界条件の設定方法は、特開2007−265382号公報に示されるミクロモデルにおける周期境界条件の設定と同様に行うことができる。なお、本発明においては、境界条件設定部40で、周期境界条件を設定することは必須ではない。   The boundary condition setting unit 40 is a part for setting a boundary condition, preferably a periodic boundary condition, used when a time-dependent simulation in the micro model 60 is performed by the micro model analysis calculation unit 42 described later. Specifically, using the time (rotation angle) change history information of the physical quantity of deformation such as the displacement gradient called from the memory 22, a cyclic symmetry condition that allows relative displacement of the nodes is set as a periodic boundary condition. That is, in order to reproduce a state in which the micro model 60 is continuously arranged infinitely, in each of the three directions of the micro model 60, the micro model 60 is at the same relative position on the boundary surface facing the node on one boundary surface. Define a relational expression that relates the behavior between nodes. Such a periodic boundary condition setting method can be performed in the same manner as the periodic boundary condition setting in the micro model disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-265382. In the present invention, it is not essential that the boundary condition setting unit 40 sets the periodic boundary condition.

ミクロモデル解析演算部42は、ミクロモデル60に対して、境界条件設定部40で設定された境界条件、好ましくは周期境界条件を用いて時間依存の挙動解析のシミュレーションを行い、ミクロモデルに発生したひずみ、応力、ひずみエネルギ等の物理量(第2の物理量)の時間(回転角度)変化履歴情報を取得する部分である。なお、ミクロモデル解析演算部42は、ミクロモデル60に対して、メモリ22から呼び出された変形の物理量、例えば変位勾配の時間変化履歴情報を、直接境界条件として付与し、ミクロモデルにおける粘弾性挙動等のミクロ挙動を再現する力学変形の挙動解析のシミュレーションを行っても良い。ミクロモデル解析演算部42で用いられる変形の物理量の時間(回転角度)履歴情報はタイヤ1回転分の時間(回転角度)履歴情報であるので、この時間依存の挙動解析のシミュレーションもタイヤ1回転分について行われる。このシミュレーションの結果は、メモリ22に記憶される。なお、ミクロモデル解析演算部42でミクロモデル60に対して行われる時間依存の挙動解析のシミュレーションの詳細については後述する。   The micro model analysis calculation unit 42 performs a time-dependent behavior analysis simulation on the micro model 60 using the boundary conditions set by the boundary condition setting unit 40, preferably the periodic boundary conditions, and is generated in the micro model. This is a part that acquires time (rotation angle) change history information of physical quantities (second physical quantities) such as strain, stress, and strain energy. Note that the micro model analysis calculation unit 42 directly assigns a physical quantity of deformation called from the memory 22, for example, time change history information of the displacement gradient, as a boundary condition to the micro model 60, and viscoelastic behavior in the micro model. You may perform the simulation of the behavioral analysis of the mechanical deformation which reproduces microbehaviours. Since the time (rotation angle) history information of the physical quantity of deformation used in the micro model analysis calculation unit 42 is time (rotation angle) history information for one rotation of the tire, this time-dependent behavior analysis simulation is also performed for one rotation of the tire. Done about. The result of this simulation is stored in the memory 22. The details of the simulation of the time-dependent behavior analysis performed on the micro model 60 by the micro model analysis calculation unit 42 will be described later.

ミクロ挙動解析部44は、ミクロモデル60の動的なミクロ挙動を解析するための解析結果を出力するために演算及び/又は表示する部分である。具体的には、ミクロモデル解析演算部42で算出されたミクロモデル60の第2の物理量の時間(回転角度)履歴情報からミクロモデル60の第3の物理量の時間(回転角度)変化情報、例えばミクロモデル60に発生したひずみエネルギ、粘弾性エネルギ損失、ひずみの振幅値、応力の振幅値、これらの物理量の各々の統計値、及びこれらの物理量の各々のヒストグラム等を演算し、処理装置12によるシミュレーション演算結果として、I/Oポート24を介してディスプレイ16やプリンタ18に出力するための処理を行う。こうして、処理装置12によるシミュレーション演算結果は、数値、グラフ又は図等によって、ディスプレイ16にソフトコピーとして表示され、又はプリンタ18にハードコピーとして出力される。   The micro behavior analysis unit 44 is a part that calculates and / or displays in order to output an analysis result for analyzing the dynamic micro behavior of the micro model 60. Specifically, the second physical quantity time (rotation angle) history information of the micro model 60 calculated by the micro model analysis calculation unit 42 is used to change the third physical quantity time (rotation angle) history information of the micro model 60, for example, The processing unit 12 calculates strain energy, viscoelastic energy loss, strain amplitude value, stress amplitude value, statistical values of these physical quantities, histograms of these physical quantities, and the like generated in the micro model 60. Processing for outputting the result of the simulation operation to the display 16 or the printer 18 via the I / O port 24 is performed. In this way, the simulation calculation result by the processing device 12 is displayed as a soft copy on the display 16 or output as a hard copy to the printer 18 in accordance with a numerical value, a graph or a figure.

本発明の回転体シミュレーション装置は、基本的に以上のように構成されるが、以下にその作用を説明することにより、このシミュレーション装置によって実施される本発明の回転体のシミュレーション方法を回転体の代表例としてタイヤを用いて以下に詳細に説明する。   The rotating body simulation apparatus according to the present invention is basically configured as described above. The operation of the rotating body according to the present invention performed by the simulation apparatus will be described below by explaining the operation thereof. A tire will be used as a representative example to explain in detail below.

図2は、本発明のタイヤのシミュレーション方法のフローを説明する図である。
まず、図2に示すステップS100では、図1に示すシミュレーション装置10において、処理装置12の条件設定部30に、図3および図4に示すタイヤモデル50及びミクロモデル60のシミュレーションに必要な各種条件が入力操作系14を用いてオペレータ等により入力されて、設定される。これらの条件は、例えば、タイヤモデル50及びミクロモデル60の構造(メッシュ、節点や要素形状)の情報及び材料物性パラメータ(材料定数等)の情報、タイヤモデル50での変形解析のシミュレーションのためのタイヤ内圧条件、荷重条件、転動速度条件、スリップ角度条件、および、キャンバー角度条件等の情報、さらには、タイヤモデルに接地処理を施すためのシミュレーション条件の情報や、必要に応じてさらに、ミクロモデルの時間依存シミュレーションなどのミクロ挙動解析に必要な情報も含まれる。
FIG. 2 is a diagram for explaining the flow of the tire simulation method of the present invention.
First, in step S100 shown in FIG. 2, in the simulation apparatus 10 shown in FIG. 1, various conditions necessary for simulation of the tire model 50 and the micro model 60 shown in FIGS. Is input and set by an operator or the like using the input operation system 14. These conditions include, for example, information on the structure (mesh, nodal point and element shape) of the tire model 50 and the micro model 60, information on material property parameters (material constants, etc.), and simulation of deformation analysis in the tire model 50. Information on tire pressure conditions, load conditions, rolling speed conditions, slip angle conditions, camber angle conditions, etc., as well as information on simulation conditions for applying contact processing to the tire model, and if necessary, micro Information necessary for micro behavior analysis such as time-dependent simulation of models is also included.

なお、本発明においては、条件設定部30で、マクロモデルであるタイヤモデル50の材料物性パラメータ(超弾性ポテンシャルパラメータ等)として、予めオペレータ等により入力された材料物性パラメータを用いて設定しているが、本発明はこれに限定されず、マルチスケールシミュレーションにおけるミクロモデルからマクロモデルへの均質化手法を用いて、マクロモデルであるタイヤモデル50の材料物性パラメータを、ミクロモデル60に所定の変形を与えた場合にミクロモデル60に発生する変形の物理量から取得して、設定しても良い。なお、この手法についての詳細は後述する。   In the present invention, the condition setting unit 30 sets the material property parameters (superelastic potential parameter etc.) of the tire model 50 that is a macro model using the material property parameters input in advance by an operator or the like. However, the present invention is not limited to this, and a material property parameter of the tire model 50 that is a macro model is changed to a predetermined deformation in the micro model 60 by using a homogenization method from a micro model to a macro model in multi-scale simulation. If given, it may be acquired from the physical quantity of deformation that occurs in the micro model 60 and set. Details of this method will be described later.

次に、ステップS102では、タイヤモデル作成部32において、条件設定部30で設定された、変形解析のシミュレーションをおこなうためのタイヤモデルの構造の情報に基づいて、例えばメッシュ条件(節点や要素形状)に基づいてメッシュ分割され、図3に示すタイヤモデル50が作成される。
ここで、図3(a)及び(b)に示すタイヤモデル52及び50は、一例としてタイヤサイズ205/65R15のタイヤを再現して作成された有限要素モデルである。タイヤモデル50は、図3(a)に表された子午断面の2次元モデル52をタイヤ周方向に1回転展開し、展開した2次元モデル52を周方向に一定の角度で要素分割するように区切られている3次元有限要素モデルである。この3次元有限要素モデルでは、トレッド部材、サイド部材、ビードフィラー部材等のゴム部材、カーカス部材やベルト部材の補強層等が、6面体要素又は4面体要素、5面体要素等で構成される。
なお、このステップS102で行われるタイヤモデルの設定に、ステップS100で行われるメッシュ作成、材料物性パラメータ入力、境界条件設定を含めても良い。
Next, in step S102, the tire model creation unit 32 sets, for example, mesh conditions (nodes and element shapes) based on the tire model structure information for simulation of deformation analysis set by the condition setting unit 30. And the tire model 50 shown in FIG. 3 is created.
Here, tire models 52 and 50 shown in FIGS. 3A and 3B are finite element models created by reproducing a tire having a tire size 205 / 65R15 as an example. The tire model 50 is developed so that the two-dimensional model 52 having a meridional cross section shown in FIG. 3A is developed one turn in the tire circumferential direction, and the developed two-dimensional model 52 is divided into elements at a constant angle in the circumferential direction. It is a delimited 3D finite element model. In this three-dimensional finite element model, a rubber member such as a tread member, a side member, and a bead filler member, a reinforcing layer of a carcass member and a belt member, and the like are configured by a hexahedral element, a tetrahedral element, a pentahedral element, or the like.
The tire model setting performed in step S102 may include mesh creation, material property parameter input, and boundary condition setting performed in step S100.

また、このステップS102においては、タイヤモデル作成部32で、図3(b)に示すように、路面を再現するように作成した剛体路面モデル56も作成される。図5に、剛体路面モデル56に接地したタイヤモデル50の、その回転軸を含む平面で切断した断面を含む斜視図を示す。本発明においては、タイヤモデル50及びこれが接地する剛体路面モデル56によるタイヤの変形解析が、少なくともタイヤと路面を接触させた状態を含むので、後述するように、タイヤと路面を接触させた状態におけるタイヤのミクロ領域の変形状態の解析が可能となる。
なお、本発明においては、路面モデルは、図示例の剛体路面モデル56に限定されず、凹凸を含む平面をモデル化したものでもドラム試験機のドラムのような曲面をモデル化したものでもよい。
次に、ステップS103では、タイヤモデル作成部32において、さらに、図3(a)及び(b)に示すように、タイヤモデル50(52)の複数の有限要素の中から変形解析の対象とする注目要素54が選定されると共に、図6に示すように、注目要素54がタイヤモデル50の周方向に1回転するときのタイヤの周方向に沿った周方向経路58が設定される。
In step S102, the tire model creation unit 32 also creates a rigid road surface model 56 created so as to reproduce the road surface, as shown in FIG. 3B. FIG. 5 is a perspective view including a cross section of the tire model 50 grounded to the rigid road surface model 56 cut along a plane including the rotation axis. In the present invention, the tire deformation analysis by the tire model 50 and the rigid road surface model 56 with which it contacts the ground includes at least a state in which the tire and the road surface are in contact with each other. It is possible to analyze the deformation state of the micro region of the tire.
In the present invention, the road surface model is not limited to the rigid road surface model 56 in the illustrated example, and may be a model of a plane including irregularities or a model of a curved surface like a drum of a drum testing machine.
Next, in step S103, the tire model creation unit 32 further selects a deformation analysis target from a plurality of finite elements of the tire model 50 (52) as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). While the attention element 54 is selected, as shown in FIG. 6, a circumferential path 58 is set along the circumferential direction of the tire when the attention element 54 makes one rotation in the circumferential direction of the tire model 50.

ここで、注目要素54は、タイヤの変形を解析しようとする対象となる要素である。どの要素を注目要素とするかの情報は、ステップS100における条件設定においてオペレータから入力されている。なお、注目要素として、図3(a)に示される2次元タイヤモデル52の全要素を対象とすることができるので、条件設定においてオペレータが注目要素の順番を入力してもよいし、注目要素の順番を入力することなく、予め定められた順番で自動的に注目要素を定めてもよい。
また、図6に示す注目要素54の周方向経路58は、図3(a)に示すトレッドセンタ付近の要素が注目要素54の対象とされた場合、タイヤモデル50のトレッドセンタ部の注目要素54が1回転するときの軌跡に対応する。この軌跡は、後述する変形解析処理により変形したタイヤの変形形状における経路となる。
Here, the element of interest 54 is an element to be analyzed for the deformation of the tire. Information on which element is the target element is input by the operator in the condition setting in step S100. Since all elements of the two-dimensional tire model 52 shown in FIG. 3A can be targeted as the attention elements, the operator may input the order of the attention elements in the condition setting. The elements of interest may be automatically determined in a predetermined order without inputting the order.
Further, the circumferential path 58 of the attention element 54 shown in FIG. 6 is the attention element 54 in the tread center portion of the tire model 50 when an element near the tread center shown in FIG. Corresponds to the trajectory when is rotated once. This trajectory is a path in the deformed shape of the tire deformed by the deformation analysis process described later.

次に、ステップS103では、変形解析演算部34において、作成されたタイヤモデル50に対して、変形解析のシミュレーションが実行される。ここで行われる変形解析としては、例えば、接地解析(静解析)や、転動解析(動的な転動解析(動解析)や定常輸送解析(汎用非線形有限要素解析プログラムAbaqus(Simulia社製品名)参照)等を挙げることができる。ここでは、作成されたタイヤモデル50に対して、リム組されたタイヤに内圧を充填する処理を再現する内圧充填処理が行われ、この後、路面に接地したタイヤや、路面上を転動するタイヤを再現するために、内圧充填処理の施されたタイヤモデル50を、路面をモデル化した剛体路面モデル56に設定された荷重条件で接地させる接地処理や、剛体路面モデル56上を接地させて転動させる転動処理が行われる。   Next, in step S <b> 103, the deformation analysis calculation unit 34 executes a deformation analysis simulation for the created tire model 50. Deformation analysis performed here includes, for example, contact analysis (static analysis), rolling analysis (dynamic rolling analysis (dynamic analysis), steady transportation analysis (general nonlinear finite element analysis program Abaqus (Simulia product name)) In this case, the created tire model 50 is subjected to an internal pressure filling process that reproduces the process of filling the tires assembled in the rim with the internal pressure, and then touches the road surface. In order to reproduce a tire that has been subjected to rolling or rolling on the road surface, a grounding process in which the tire model 50 subjected to the internal pressure filling process is grounded under a load condition set in the rigid road surface model 56 that models the road surface, Then, a rolling process is performed in which the rigid road surface model 56 is grounded and rolled.

まず、タイヤ変形解析として静的な接地解析のみを行い、転動させない場合に、その結果からタイヤモデル50が回転したときの変位勾配等の変形の物理量の変化情報を取り出す方法として、接地させたタイヤモデル50の周方向の所定の要素の履歴を取ってくることによって擬似的にタイヤモデル50を回転させることができる。例えば、タイヤモデル50のトレッドセンタ部の注目要素54の周方向経路58上の全要素の変位勾配等の変形の物理量の変化情報を求めておき、これらの全要素の変形情報を取ることにより、注目要素54のタイヤ1周分の変形情報(履歴)を得ることができる。
例えば、タイヤ変形解析としての静的な接地解析は、以下のようにして行うことができる。
タイヤの静的な接地解析による変形解析では、まず、作成されたタイヤモデル50に対して、内圧充填処理が施される。内圧充填処理は、タイヤモデル50の空洞領域に接する節点に所定の力を付与する処理である。次に、路面を再現した剛体路面モデル56に対して、設定された荷重条件で、内圧充填処理の施されたタイヤモデル50を、シミュレーション条件に基づいて接地する接地処理が施される。変形解析として静解析のシミュレーションを行う場合には、タイヤモデル50の材料特性は、弾性特性を再現するものであればよく、例えば、neo-Hookean弾性モデルで表したものを用いても良い。接地処理の結果はメモリ22に記憶される。
First, only a static contact analysis is performed as a tire deformation analysis, and when the tire model 50 is not rolled, the ground contact is made as a method for extracting change information of a physical quantity of deformation such as a displacement gradient when the tire model 50 rotates from the result. The tire model 50 can be artificially rotated by taking a history of predetermined elements in the circumferential direction of the tire model 50. For example, by obtaining change information of physical quantities of deformation such as displacement gradients of all elements on the circumferential path 58 of the element 54 of interest in the tread center portion of the tire model 50, and taking deformation information of all these elements, Deformation information (history) for one round of the tire of the element of interest 54 can be obtained.
For example, static contact analysis as tire deformation analysis can be performed as follows.
In the deformation analysis by the static contact analysis of the tire, first, an internal pressure filling process is performed on the created tire model 50. The internal pressure filling process is a process of applying a predetermined force to a node that contacts the hollow region of the tire model 50. Next, with respect to the rigid road surface model 56 that reproduces the road surface, a grounding process for grounding the tire model 50 that has been subjected to the internal pressure filling process under a set load condition is performed based on the simulation conditions. When a static analysis simulation is performed as the deformation analysis, the material properties of the tire model 50 may be any material that reproduces the elastic properties, and for example, those represented by a neo-Hookean elastic model may be used. The result of the grounding process is stored in the memory 22.

次に、タイヤモデル50が1回転したときの予め選定されたタイヤモデル50の子午断面(2次元タイヤモデル52)にある注目要素54の周方向経路が、図6に示すように設定されているので、メモリ22に記憶された接地処理の結果から、注目要素54の周方向経路に沿った各要素の変位勾配が抽出される。接地処理後のタイヤモデル50は、接地処理により形状が変形し、各要素がタイヤ周方向に変位するが、上記変位勾配の周方向の分布は、この変形後の各要素の位置に基づいて変位勾配の変化情報として作成される。なお、図6に示すタイヤモデル50が1回転(1周)するときの軌跡である周方向経路58に沿った各要素は、周方向に連続していなくても良い。すなわち、注目要素54の周方向経路58に沿った抽出された変位勾配は、連続した要素から抽出されたものでなくても良い。
こうして、タイヤモデル50を用いて、タイヤの静止状態における接地再現したシミュレーションが行われると共に、剛体路面モデル56上でのタイヤモデル50の転動を再現したシミュレーションを行うために、注目要素54の周方向経路に沿った各要素の変位勾配が抽出され、タイヤモデル50の注目要素54に作用する変形の物理量の変化情報(幾何学的な周方向の変化情報)として変位勾配の変化情報(周方向分布(回転角情報に対する分布))が算出される。
Next, the circumferential path of the element of interest 54 in the meridional section (two-dimensional tire model 52) of the tire model 50 selected in advance when the tire model 50 makes one rotation is set as shown in FIG. Therefore, the displacement gradient of each element along the circumferential path of the element of interest 54 is extracted from the result of the grounding process stored in the memory 22. The tire model 50 after the grounding process is deformed by the grounding process, and each element is displaced in the tire circumferential direction. The circumferential distribution of the displacement gradient is displaced based on the position of each element after the deformation. Created as gradient change information. It should be noted that each element along the circumferential path 58 that is a trajectory when the tire model 50 shown in FIG. 6 makes one rotation (one turn) may not be continuous in the circumferential direction. That is, the displacement gradient extracted along the circumferential path 58 of the element of interest 54 does not have to be extracted from continuous elements.
In this way, the tire model 50 is used to perform a simulation that reproduces the ground contact in a stationary state of the tire, and to perform a simulation that reproduces the rolling of the tire model 50 on the rigid road surface model 56, The displacement gradient of each element along the direction path is extracted, and the displacement gradient change information (circumferential direction) as the change information (geometric circumferential change information) of the deformation that acts on the target element 54 of the tire model 50 is extracted. Distribution (distribution with respect to rotation angle information)) is calculated.

もちろん、本ステップS106においては、変形解析として、直接、タイヤモデル50を動的に転動させる転動解析を行うマクロスケールシミュレーションを行っても良い。
マクロスケールシミュレーションでは、タイヤモデル50を用いて、所定の条件下でタイヤの転動状態におけるタイヤの挙動がシミュレートされる。所定の条件とは、例えば、タイヤに内圧を付与する際の内圧、路面に対する負荷荷重、タイヤ転動速度、タイヤのスリップ角度、タイヤのキャンバー角度等の条件である。すなわち、マクロスケールシミュレーションでは、タイヤモデル50に別途作成されたリムを再現したリムモデルを装着し、タイヤモデル50とリムモデルとにより囲まれた空洞領域に面するタイヤモデル50の内周面に対して内圧充填処理を施し、この後、路面の剛体路面モデル56に接触させて荷重を与え、さらに、所定の転動速度を与えてタイヤモデル50を転動させる。その際、タイヤモデル50にスリップ角度、タイヤのキャンバー角度あるいは、回転トルク等を与える。なお、転動解析においても、タイヤモデル50のメッシュ自体を移動させずに、中の材料だけを転動させることにより、メッシュを転動させたような擬似的な効果を得て解析する定常輸送解析を行っても良い。
次に、このシミュレーションにより得られる演算結果から、各有限要素の変形の物理量、例えば歪み・変位勾配や変形勾配等の変化情報を算出する。
Of course, in step S106, as the deformation analysis, a macro-scale simulation for performing a rolling analysis for dynamically rolling the tire model 50 may be directly performed.
In the macroscale simulation, the tire model 50 is used to simulate the behavior of the tire in a rolling state of the tire under a predetermined condition. The predetermined conditions are, for example, conditions such as an internal pressure when applying an internal pressure to a tire, a load applied to a road surface, a tire rolling speed, a tire slip angle, and a tire camber angle. That is, in the macroscale simulation, a rim model that reproduces a separately created rim is mounted on the tire model 50, and an internal pressure is applied to the inner peripheral surface of the tire model 50 that faces a hollow region surrounded by the tire model 50 and the rim model. After the filling process is performed, a load is applied by contacting the rigid road surface model 56 of the road surface, and the tire model 50 is rolled by applying a predetermined rolling speed. At that time, the tire model 50 is given a slip angle, a tire camber angle, a rotational torque, or the like. In the rolling analysis as well, steady transportation is obtained by analyzing only the material inside without rolling the mesh of the tire model 50 to obtain a pseudo effect as if the mesh was rolled. Analysis may be performed.
Next, change information such as strain / displacement gradient and deformation gradient is calculated from the calculation results obtained by this simulation.

このようにして、本変形解析ステップS106では、タイヤモデル50を用いて、タイヤの静止状態における接地や転動状態における剛体路面モデル56上での転動を再現したシミュレーションを行い、タイヤモデル50の複数の有限要素に作用する変形の物理量の幾何学的な周方向の変化情報を算出する。
こうして、本変形解析ステップS106では、変形解析演算部34において、タイヤモデル作成部32で選択されたタイヤモデル52の注目要素54に作用する、設定された周方向経路に沿った変形の物理量の変化情報が算出される。ここで算出された変形の物理量の変化情報のシミュレーション結果は、メモリ22に記憶される。
In this way, in this deformation analysis step S106, the tire model 50 is used to perform a simulation that reproduces the rolling on the rigid road surface model 56 in the ground contact state and the rolling state of the tire in a stationary state. Geometric circumferential direction change information of a physical quantity of deformation acting on a plurality of finite elements is calculated.
Thus, in this deformation analysis step S106, the deformation analysis calculation unit 34 changes the physical quantity of deformation along the set circumferential path that acts on the target element 54 of the tire model 52 selected by the tire model creation unit 32. Information is calculated. The simulation result of the change information of the physical quantity of deformation calculated here is stored in the memory 22.

次に、ステップS108では、時間変換部28において、変位勾配の周方向分布(回転角に対する分布)等の変形の物理量の変化情報が、変位勾配の時間変化履歴情報等の変形の物理量の時間又は回転角度変化履歴情報に変換されて抽出される。なお、以下では、変形の物理量の時間変化履歴情報について説明するが、タイヤは回転体であるので、時間をパラメータとする時間変化履歴情報の代わりに、回転角度をパラメータとする回転角度変化履歴情報を用いても良いのはもちろんである。なお、ステップS108で、時間変換部28において変換される時間は、実時間ではなく、数値解析の静解析における仮想時間であってもよい。
ここで、図7に、図3(a)及び(b)に示すタイヤモデル50(52)のトレッドセンタ部の注目要素54の変形の物理量の時間変化履歴情報として抽出された変位勾配の時間変化履歴情報の一例を示す。なお、図7は、タイヤモデル50に付与する内圧を200[kPa]、荷重を4.0[kN]、転動速度を80[km/h]とするときのタイヤモデル50を用いた有限要素法(FEM)による転動解析の結果である。
Next, in step S108, the change information of the deformation physical quantity such as the circumferential distribution of the displacement gradient (distribution with respect to the rotation angle) is converted into the time of the deformation physical quantity such as the displacement gradient time change history information or the like in the time conversion unit 28. It is converted into rotation angle change history information and extracted. In the following, the time change history information of the physical quantity of deformation will be described. However, since the tire is a rotating body, rotation angle change history information using the rotation angle as a parameter instead of time change history information using the time as a parameter. Of course, may be used. Note that the time converted by the time conversion unit 28 in step S108 may be a virtual time in the static analysis of the numerical analysis instead of the real time.
Here, FIG. 7 shows the time change of the displacement gradient extracted as the time change history information of the physical quantity of the deformation of the element of interest 54 in the tread center portion of the tire model 50 (52) shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). An example of history information is shown. FIG. 7 shows a finite element using the tire model 50 when the internal pressure applied to the tire model 50 is 200 [kPa], the load is 4.0 [kN], and the rolling speed is 80 [km / h]. It is the result of a rolling analysis by a method (FEM).

ここで、変位勾配の時間変化履歴情報は、3次元の2階非対称テンソルで表されるので、図7では、9成分(成分11,22,33,12,13,21,23,31,32)で表されている。変位勾配の時間変換では、タイヤ1回転の周期をTとすると、変位勾配のタイヤ周方向の位置を定める回転角度をθ(度)(0〜360度)とすると、回転角度θにおける変位勾配の値は、T×θ/360で表される時間における変位勾配の値に変換される。1回転の周期Tは、タイヤの周方向の経路の長さを、タイヤの転動速度で除算することにより得られたものである。したがって、変位勾配の時間変化履歴情報の時間幅は、1回転の周期Tと実質的に略同一である。なお、回転角度θを表す注目要素のタイヤ周方向における位置は、上述したように、タイヤモデルの変形によりタイヤモデルの各要素がタイヤ周方向に変位した後の位置を用いるので、正確な変位勾配の時間変化情報を求めることができる。求められた変位勾配の時間変化履歴情報は、メモリ22に記憶される。なお、ここでは、タイヤは回転体であるので、変位勾配の時間変化履歴情報の代わりに、変位勾配の回転角度変化履歴情報を用いても良い。   Here, since the time change history information of the displacement gradient is represented by a three-dimensional second-order asymmetric tensor, in FIG. 7, there are nine components (components 11, 22, 33, 12, 13, 21, 23, 31, 32). ). In the time conversion of the displacement gradient, if the period of one rotation of the tire is T, and the rotation angle that determines the position of the displacement gradient in the tire circumferential direction is θ (degrees) (0 to 360 degrees), the displacement gradient at the rotation angle θ is The value is converted into a displacement gradient value at a time represented by T × θ / 360. The period T of one rotation is obtained by dividing the length of the circumferential path of the tire by the rolling speed of the tire. Therefore, the time width of the displacement gradient time change history information is substantially the same as the period T of one rotation. Note that the position in the tire circumferential direction of the element of interest representing the rotation angle θ is the position after each element of the tire model is displaced in the tire circumferential direction due to deformation of the tire model, as described above. Time change information can be obtained. The obtained time change history information of the displacement gradient is stored in the memory 22. Here, since the tire is a rotating body, the rotation angle change history information of the displacement gradient may be used instead of the time change history information of the displacement gradient.

なお、本発明においては、図6に示すタイヤモデル50では、タイヤが1周するときのタイヤモデル50の周方向経路58に沿った要素は連続しているが、本発明においては、必ずしも連続している必要はない。このような場合や、要素分割された周上の分割点の情報が粗すぎて、ミクロモデル60の動きがスムーズにならず、タイヤモデル50のマクロ挙動の一部にならない場合などには、変形の物理量の時間変化履歴情報を作成する際に、その情報間を補間することが望ましい。例えば、要素間の情報の補間においては、要素の形状関数の利用や情報点間の線形補間や2次補間が挙げられる。また、変形の物理量の時間変化履歴情報を作成する際に、要素の変形情報を回転体の回転座標系での値に変換することが好ましい。
また、上述したように、本発明においては、本ステップS108で抽出される注目要素の変形の物理量の時間変化履歴情報を、タイヤが1周するときの軌跡であるタイヤモデル50の周方向経路58に沿った要素のタイヤモデル50のタイヤ周方向情報から作成することができるので、タイヤモデル50のメッシュが移動しない解析(接地解析や定常輸送解析)においても、タイヤのミクロ領域の変形状態の時間変化を解析することができる。
In the present invention, in the tire model 50 shown in FIG. 6, the elements along the circumferential path 58 of the tire model 50 when the tire makes one turn are continuous, but in the present invention, they are not necessarily continuous. You don't have to. In such a case or when the information of the division points on the circumference of the element division is too coarse, the movement of the micro model 60 does not become smooth and does not become a part of the macro behavior of the tire model 50. It is desirable to interpolate between the pieces of information when the time change history information of the physical quantity is created. For example, in interpolating information between elements, use of element shape functions, linear interpolation between information points, and quadratic interpolation can be cited. Further, when creating the time change history information of the physical quantity of deformation, it is preferable to convert the deformation information of the element into a value in the rotating coordinate system of the rotating body.
Further, as described above, in the present invention, the time course history information of the physical quantity of the deformation of the element of interest extracted in this step S108 is the circumferential path 58 of the tire model 50 that is a trajectory when the tire makes one round. Can be created from the tire circumferential direction information of the tire model 50 of the element along the tire, so even in the analysis in which the mesh of the tire model 50 does not move (contacting analysis or steady transportation analysis), the time of the deformation state of the micro region of the tire Changes can be analyzed.

次に、ステップS110では、ミクロモデル作成部38において、タイヤのミクロ構造を複数の6面体形状、例えば立方体形状の有限要素を用いて再現するミクロモデルが作成されて設定される。このようなミクロモデルは、時間変換ステップS108で得られたマクロモデル50の注目要素54の変形の物理量の時間変化履歴情報を用いて時間依存のシミュレーションをおこなうための、ミクロモデルの構造の情報、例えばメッシュ条件(節点や要素形状)に基づいてメッシュ分割されたミクロモデルが挙げられる。
本発明に用いられるミクロモデルは、タイヤの所定の一部分のミクロ構造を再現するものであれば、どのようなミクロ領域をモデル化したものであっても良いが、例えば材料特性パラメータ等の異なる複数の材料相が分散配置された、ゴムコンパウンド(不均質材)のミクロ構造を、複数の有限要素を用いて再現したモデルであることが好ましい。
例えば、本発明に好適に用いられるミクロモデルの一例として、図4(a)に示すミクロモデル60が挙げることができる。
Next, in step S110, the micro model creating unit 38 creates and sets a micro model that reproduces the tire microstructure using a plurality of hexahedral shapes, for example, cubic shaped finite elements. Such a micro model includes information on the structure of the micro model for performing time-dependent simulation using the time change history information of the physical quantity of deformation of the target element 54 of the macro model 50 obtained in the time conversion step S108. For example, a micro model divided into meshes based on mesh conditions (nodes and element shapes) can be mentioned.
The micro model used in the present invention may be a model of any micro region as long as it reproduces the microstructure of a predetermined part of the tire. Preferably, the model is a model in which a microstructure of a rubber compound (heterogeneous material) in which the material phases are dispersedly arranged is reproduced using a plurality of finite elements.
For example, a micro model 60 shown in FIG. 4A can be given as an example of a micro model suitably used in the present invention.

ここで、図4(a)に示すミクロモデル60は、図4(b)に示すフィラー分布を持つタイヤのトレッドゴムコンパウンドのミクロ領域をモデル化した、同一の6面体形状のボクセルを有限要素として直交する三方向に沿って隣接しかつ連続的に複数個配置した立方体形状の有限要素モデルである。
図4(a)に示すミクロモデル60は、ポリマー材料(ゴム)62に、補強剤(フィラー)として、例えば、濃い色で示されるカーボンブラック(CB)64及び薄い色で示されるシリカ66の2種類のフィラーを充填した不均質複合材をモデル化したものである。図示例では、これらの2種のフィラーは、ミクロモデル60としてモデル化されるトレッドゴムコンパウンドのミクロ領域において、ポリマー材料(ゴム)62内に、図4(b)に示すようにそれぞれ複数の粒子として分布している場合、このモデル化に際しては、例えば、有限要素(FE)モデルのメッシュを作成し、各フィラー粒子の中心座標及び半径を用いてこれらの粒子の中に各メッシュが含まれているか否かを調べ、含まれる場合はそのメッシュは当該フィラー粒子で構成されており、含まれない場合にはそのメッシュにポリマー(ゴム)で構成されているとして、該当するメッシュにそれぞれのフィラー粒子の材料物性又はポリマー(ゴム)材料の材料物性を入力すれば良い。
Here, the micro model 60 shown in FIG. 4 (a) has the same hexahedral voxel modeled on the micro region of the tread rubber compound of the tire having the filler distribution shown in FIG. 4 (b) as a finite element. It is a cube-shaped finite element model that is adjacently arranged along three orthogonal directions and is continuously arranged.
The micro model 60 shown in FIG. 4A includes a polymer material (rubber) 62, a reinforcing agent (filler), for example, carbon black (CB) 64 indicated by a dark color and silica 66 indicated by a light color. This is a model of a heterogeneous composite filled with different types of fillers. In the illustrated example, these two kinds of fillers are each a plurality of particles in the polymer material (rubber) 62 in the micro region of the tread rubber compound modeled as a micro model 60, as shown in FIG. For this modeling, for example, a finite element (FE) model mesh is created, and each mesh is included in these particles using the center coordinates and radius of each filler particle. If it is included, the mesh is made up of the filler particles. If not, the mesh is made up of a polymer (rubber). It is only necessary to input the physical properties of the material or the physical properties of the polymer (rubber) material.

このように、ポリマー材料62に少なくとも補強剤(64,66)を充填した不均質複合材料であるゴムコンパウンドをモデル化したミクロモデル60を用いることにより、転動中のタイヤのゴムコンパウンドのミクロ変形の解析が可能となる。例えば、フィラー(カーボンブラック64及び/又はシリカ66)を充填した場合のミクロひずみ分布を解析することにより、タイヤの転動中のゴムコンパウンドの破壊予測等をすることができる。なお、この場合、ゴムコンパウンドのミクロモデル化に際しては、ポリマー材料62からなるポリマー相と、カーボンブラック64やシリカ66からなる相には異なる材料物性を入力するのが良い。
例えば、図4(a)に示す例では、トレッドゴムコンパウンドのミクロ領域として、0.1μm×0.1μm×0.1μmの領域は、30×30×30からなるボクセル要素からなるミクロモデル60としてモデル化され、ポリマー(ゴム相)材料62で構成される要素には弾性係数Eとして1.0[MPa]が、カーボンブラック64及びシリカ66で構成される要素には弾性係数Eとして10,000[MPa]が付与される。
Thus, by using the micro model 60 that models the rubber compound that is a heterogeneous composite material in which the polymer material 62 is filled with at least the reinforcing agent (64, 66), the micro deformation of the rubber compound of the rolling tire is achieved. Can be analyzed. For example, by analyzing the micro strain distribution when the filler (carbon black 64 and / or silica 66) is filled, it is possible to predict the failure of the rubber compound during rolling of the tire. In this case, when the rubber compound is micro-modeled, it is preferable to input different material properties to the polymer phase composed of the polymer material 62 and the phase composed of the carbon black 64 and the silica 66.
For example, in the example shown in FIG. 4A, as a micro region of the tread rubber compound, a region of 0.1 μm × 0.1 μm × 0.1 μm is a micro model 60 composed of voxel elements composed of 30 × 30 × 30. The modeled element composed of the polymer (rubber phase) material 62 has an elastic modulus E of 1.0 [MPa], and the element composed of carbon black 64 and silica 66 has an elastic modulus E of 10,000. [MPa] is given.

なお、図4(a)に示す例では、ミクロモデル60は、ポリマー材料62に少なくとも補強剤(64,66)を充填した不均質複合材料であるゴムコンパウンドをモデル化したものであるが、本発明はこれに限定されず、補強材を含むゴム系複合材料をモデル化したものであっても良い。
ここで、補強材とは、カーカスやベルトカーバーといった有機繊維補強材やベルトやビードといった金属材料やスチールコード線材等である。なお、ミクロモデルとして、モデル化する補強材は単線でもよいし、複数の線からなる撚り線でもよい。
このように、補強材を含むゴム系複合材料をモデル化したミクロモデルを用いることにより、転動中のタイヤの補強材付近のミクロ変形の解析が可能となる。例えば、タイヤのベルトなどの撚り線に挟まれたゴムコンパウンドに発生するひずみの分析が可能となる。
In the example shown in FIG. 4A, the micro model 60 is a model of a rubber compound that is a heterogeneous composite material in which at least a reinforcing agent (64, 66) is filled in a polymer material 62. The invention is not limited to this, and a rubber-based composite material including a reinforcing material may be modeled.
Here, the reinforcing material is an organic fiber reinforcing material such as a carcass or a belt carver, a metal material such as a belt or a bead, a steel cord wire, or the like. As a micro model, the reinforcing material to be modeled may be a single wire or a stranded wire composed of a plurality of wires.
In this way, by using a micro model that models a rubber-based composite material including a reinforcing material, it is possible to analyze micro deformation near the reinforcing material of the rolling tire. For example, it is possible to analyze strain generated in a rubber compound sandwiched between stranded wires such as tire belts.

ステップS110においては、以上のようにして、タイヤのゴムコンパウンドのミクロモデルを作成することができるが、本発明はこれに限定されず、これ以外のタイヤを構成する様々な部分のミクロモデルをも作成することができる。なお、ミクロモデルを作成する際に、特許文献1及び2に記載の方法を用いても良い。
なお、このステップS110で行われるミクロモデルの設定に、ステップS100で行われるメッシュ作成、材料物性パラメータ入力、境界条件設定を含めても良い。
また、このステップS110で行われるミクロモデルの設定は、後のステップS114のミクロモデル60を用いた時間依存シミュレーションの実行前、好ましくは次のステップS112のミクロモデル60の境界条件設定前であれば、何時どこで行っても良い。
In step S110, a tire rubber compound micromodel can be created as described above. However, the present invention is not limited to this, and various other models of the tire constituting the tire are also included. Can be created. Note that the methods described in Patent Documents 1 and 2 may be used when creating a micro model.
The micro model setting performed in step S110 may include mesh creation, material property parameter input, and boundary condition setting performed in step S100.
The setting of the micro model performed in step S110 is performed before the execution of the time-dependent simulation using the micro model 60 in the subsequent step S114, preferably before the boundary condition setting of the micro model 60 in the next step S112. Anytime, anywhere.

次に、ステップS112では、境界条件設定部40において、ミクロモデル解析演算部42でミクロモデル60における時間依存のシミュレーションを行う際に用いる境界条件を設定する。このとき、ミクロモデル60に与える境界条件を設定するために、メモリ22から変位勾配等の変形の物理量の時間変化履歴情報が呼び出され、この時間変化履歴情報から、ミクロモデル60に施される周期境界条件(節点の相対変位を許容する周期対称条件)が設定されるのが好ましい。
すなわち、周期境界条件として、ミクロモデル60が連続的に無限に配置される状態を再現するように、6面体要素であるミクロモデル60の3方向のそれぞれについて、一方の境界面上の節点と対向する境界面上の同じ相対位置にある節点との間の挙動を関係付ける関係式を定めるのが良い。この関係式が、後述するシミュレーションの際、拘束条件として用いられる。
このように、境界条件として相対変位を許容した周期境界条件を設定することにより、均質化法の適用が可能となり、ミクロモデル60をタイヤのミクロ領域の一部とした解析が可能となる。すなわち、マクロスケールモデルであるタイヤモデル50とミクロスケールモデルであるミクロモデル60との両領域間のマルチスケール解析とすることができる。
Next, in step S112, the boundary condition setting unit 40 sets boundary conditions used when the micro model analysis calculation unit 42 performs time-dependent simulation in the micro model 60. At this time, in order to set a boundary condition to be given to the micro model 60, time change history information of a physical quantity of deformation such as a displacement gradient is called from the memory 22, and a period applied to the micro model 60 from this time change history information. Boundary conditions (periodic symmetry conditions that allow relative displacement of nodes) are preferably set.
That is, as a periodic boundary condition, in order to reproduce a state in which the micro model 60 is continuously arranged infinitely, each of the three directions of the micro model 60 that is a hexahedral element is opposed to a node on one boundary surface. It is better to define a relational expression that relates the behavior between the nodes at the same relative position on the boundary surface. This relational expression is used as a constraint condition in the simulation described later.
Thus, by setting a periodic boundary condition that allows relative displacement as the boundary condition, it is possible to apply a homogenization method, and it is possible to analyze the micro model 60 as a part of the micro region of the tire. That is, a multi-scale analysis between both regions of the tire model 50 that is a macro scale model and the micro model 60 that is a micro scale model can be performed.

次に、ステップS114では、ミクロモデル解析演算部42において、メモリ22に記憶された変位勾配等の変形の物理量の時間変化履歴情報がメモリ22から呼び出され、ミクロモデルを用いた変形の時間依存の解析のシミュレーションが実行される。すなわち、このステップS114では、ミクロモデル60に対して、ステップS112で設定された境界条件を用いて時間依存の挙動解析のシミュレーションが行われ、ミクロモデルに発生したひずみ、応力、ひずみエネルギ等の物理量の時間変化履歴情報が取得される。具体的には、変位勾配の時間変化情報と周期境界条件とが与えられて、ミクロモデル60を用いた一定の時間刻み幅により、タイヤモデル50の回転周期を解析時間とする変形のシミュレーションが行われる。
例えば、図4(a)に示すタイヤのトレッドゴムコンパウンドのミクロモデル60に対して、ステップS108で、タイヤのトレッドセンタ部の変形の物理量の時間変化履歴情報として抽出された、図7に示す抽出された変位勾配の時間変化履歴情報をメモリ22から読み出し、ステップS112で設定される境界条件として与え、各時間変化毎に、ミクロモデル変形解析を実行して、例えば応力、歪解析のシミュレーションを行って、各時間変化毎に、ミクロモデルに発生した変形、例えば、図8に示すミクロモデル60Aのような変形を求める。ここで、図8は、転動しているタイヤの接地しているトレッドセンタ部、例えば注目要素54又はその一部のトレッドゴムコンパウンドを再現したミクロモデルの動的挙動の所定の時間変化過程の一例を示す斜視図であり、接地のために変形している状態のミクロモデル60Aを示している。
Next, in step S114, the micro model analysis calculation unit 42 calls the time change history information of the physical quantity of the deformation such as the displacement gradient stored in the memory 22 from the memory 22, and the time dependence of the deformation using the micro model. An analysis simulation is performed. That is, in this step S114, a simulation of time-dependent behavior analysis is performed on the micro model 60 using the boundary conditions set in step S112, and physical quantities such as strain, stress, strain energy, etc. generated in the micro model. The time change history information of is acquired. Specifically, time variation information of the displacement gradient and periodic boundary conditions are given, and a deformation simulation is performed using the rotation period of the tire model 50 as an analysis time by a constant time step using the micro model 60. Is called.
For example, with respect to the micro model 60 of the tire tread rubber compound shown in FIG. 4A, the extraction shown in FIG. 7 extracted as time change history information of the physical quantity of deformation of the tire tread center portion in step S108. The time change history information of the displacement gradient is read from the memory 22, given as the boundary condition set in step S112, and micro model deformation analysis is executed for each time change, for example, simulation of stress and strain analysis is performed. Thus, for each time change, a deformation generated in the micro model, for example, a deformation like the micro model 60A shown in FIG. 8 is obtained. Here, FIG. 8 shows a predetermined time-varying process of the dynamic behavior of the micro model reproducing the tread center portion of the rolling tire that is in contact with the ground, for example, the attention element 54 or a part of the tread rubber compound thereof. It is a perspective view which shows an example, and has shown the micro model 60A of the state deform | transformed for grounding.

ここで、このようなミクロモデル60に対して行われる時間依存シミュレーション及びミクロモデル60の変形の動的な変化過程について、図9を参照して説明する。
図9は、タイヤモデル50が1回転するときのトレッドセンタ部の有限要素、例えば注目要素54の各位置と、各位置に対応する注目要素54又はその一部のトレッドゴムコンパウンドを再現したミクロモデル60の変形の状態の時間変化履歴を示す説明図である。ここで、タイヤモデル50は、回転軸と直交する赤道面で切断した断面図で示され、時間依存シミュレーションを行った各時間変化過程での変形の状態を示す8個のミクロモデル60a〜60hを示す。
図9において、タイヤモデル50は、例えば、周方向に10度毎に36個にメッシュ分割され、タイヤモデル50の剛体路面モデル56側(下側)の子午断面に対して±25度の範囲内は、2.5度毎にさらに細かくメッシュ分割されている。このように、メッシュ分割されたタイヤモデル50の1つの有限要素(注目要素54)に注目し、その全部又は一部のトレッドゴムコンパウンドを再現したミクロモデル60に対して、それに作用する変位勾配の時間変化履歴情報を境界条件として付与して、時間依存のシミュレーションを行った結果が図9に示される。このようなシミュレーション結果は、メモリ22に記憶される。なお、図9に示す要素分割において、周上の分割点の数では、得られる情報が粗すぎる場合には、ミクロモデルの移動が円滑にならず、タイヤのマクロ挙動の一部とならず、正確なミクロ挙動を解析できなくなるので、その分割点の間を補間するのが好ましい。補間方法は、上述の種々の補間方法を用いることができる。
Here, the time-dependent simulation performed on the micro model 60 and the dynamic change process of the deformation of the micro model 60 will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a micro model that reproduces a finite element of the tread center portion when the tire model 50 makes one rotation, for example, each position of the attention element 54 and the attention element 54 corresponding to each position or a part of the tread rubber compound. It is explanatory drawing which shows the time change log | history of the state of 60 deformation | transformation. Here, the tire model 50 is shown by a cross-sectional view cut along an equator plane orthogonal to the rotation axis, and includes eight micro models 60a to 60h showing the state of deformation in each time-varying process subjected to time-dependent simulation. Show.
In FIG. 9, the tire model 50 is, for example, divided into 36 meshes every 10 degrees in the circumferential direction, and within a range of ± 25 degrees with respect to the meridional section on the rigid road surface model 56 side (lower side) of the tire model 50. Is finely divided into meshes every 2.5 degrees. In this way, attention is paid to one finite element (the attention element 54) of the tire model 50 divided into meshes, and the displacement gradient acting on the micro model 60 that reproduces all or part of the tread rubber compound is affected. FIG. 9 shows a result of performing time-dependent simulation by giving time change history information as a boundary condition. Such a simulation result is stored in the memory 22. In addition, in the element division shown in FIG. 9, when the obtained information is too rough with the number of division points on the circumference, the movement of the micro model is not smooth and does not become a part of the macro behavior of the tire, Since accurate micro behavior cannot be analyzed, it is preferable to interpolate between the division points. As the interpolation method, the various interpolation methods described above can be used.

図9に示すように、タイヤモデル50の剛体路面モデル56と反対側(上側)の要素(注目要素54)では、ミクロモデル60aで示されるように変形がなくひずみが発生していない、略図4(a)に示すミクロモデルと同じであり、タイヤモデル50が、例えば90度時計回りに回転した時の要素でも、そのミクロモデル60bのように変形がなくひずみが発生していないが、接地する直前(例えば150度回転の要素)では、少し変形してひずみが少し発生したミクロモデル60cとなり、少し接地した状態(例えば160度回転の要素)では、かなり変形してひずみがかなり発生したミクロモデル60dとなり、接地の中心(タイヤモデル50の剛体路面モデル56側(下側)の要素)では、最も大きく変形しひずみが大きいミクロモデル60eとなり、タイヤモデル50がさらに回転し、要素がさらに周方向に移動する(例えば、200度、210度、270度回転)と、逆に、ミクロモデル60f、60g及び60hと徐々に変形が小さくなりひずみの発生も小さくなり、さらに回転して要素が元の位置(0度回転の位置)に戻ると、変形のない最初の状態のミクロモデル60aに戻る。
ここで、タイヤモデル50が1回転するときの回転角度と回転時間とは、回転速度を解して互いに変換されるので、ミクロモデル60a〜60hとして得られるミクロモデルの変形の回転角度変化履歴は、時間変化履歴として得ることができる。
As shown in FIG. 9, the element (target element 54) on the opposite side (upper side) of the rigid road surface model 56 of the tire model 50 has no deformation and no distortion as shown by the micro model 60a. It is the same as the micro model shown in (a), and even when the tire model 50 is rotated 90 degrees clockwise, for example, there is no deformation and no distortion as in the micro model 60b. Immediately before (for example, an element rotated by 150 degrees), the micro model 60c is slightly deformed and slightly strained. In a slightly grounded state (for example, an element rotated by 160 degrees), the micro model is considerably deformed and considerably strained. At the center of contact (the element on the rigid road surface model 56 side (lower side) of the tire model 50), 60e, the tire model 50 further rotates, and the element further moves in the circumferential direction (for example, 200 degrees, 210 degrees, and 270 degrees rotation), conversely, the micro models 60f, 60g, and 60h are gradually deformed. When the element is reduced and the occurrence of distortion is reduced and the element is further rotated to return to the original position (position of 0 degree rotation), the micro model 60a returns to the initial state without deformation.
Here, since the rotation angle and the rotation time when the tire model 50 makes one rotation are mutually converted by solving the rotation speed, the rotation angle change history of the deformation of the micro model obtained as the micro models 60a to 60h is Can be obtained as a time change history.

こうして、タイヤが一回転するときのタイヤのゴムコンパウンドのミクロモデルの各時間変化過程(各回転角度)におけるミクロモデルの変形状態から、それぞれ各時間変化過程(各回転角度)におけるミクロモデルの所望の有限要素の変形の物理量、例えばひずみ、応力、ひずみエネルギ等を求めることにより、ミクロモデルの要素のひずみ、応力、ひずみエネルギ等の変形の物理量の時間変化履歴情報を取得することができる。
このようにして求められた、図10(a)のミクロモデル60中に○印で示される要素Eの変形の物理量の時間変化履歴情報のグラフを図10(b)に示す。ここで、図10(a)は、ミクロモデル60の図中○印で示されるポリマー材料(ゴム)62である要素Eが時間依存シミュレーション結果を算出する要素であることを示し、図10(b)は、その要素Eに対して算出されたひずみの成分11の時間変化履歴情報のグラフを示す。
こうして、タイヤ転動時のゴムコンパウンドのミクロ挙動(ミクロ領域内の変形挙動)、すなわちゴムコンパウンド内に発生するミクロなひずみ、応力、ひずみエネルギ等の動的な変化過程を解析することができる。
Thus, from the deformation state of the micro model in each time change process (each rotation angle) of the micro model of the tire rubber compound when the tire makes one revolution, the desired micro model in each time change process (each rotation angle), respectively. By obtaining a physical quantity of deformation of a finite element, for example, strain, stress, strain energy, etc., it is possible to acquire time change history information of the physical quantity of deformation such as strain, stress, strain energy, etc. of the micro model element.
FIG. 10B shows a graph of the time change history information of the physical quantity of the deformation of the element E indicated by a circle in the micro model 60 of FIG. Here, FIG. 10A shows that the element E that is the polymer material (rubber) 62 indicated by a circle in the drawing of the micro model 60 is an element for calculating the time-dependent simulation result, and FIG. ) Shows a graph of the time change history information of the strain component 11 calculated for the element E.
In this way, it is possible to analyze the micro behavior (deformation behavior in the micro region) of the rubber compound at the time of rolling of the tire, that is, the dynamic change process such as micro strain, stress, strain energy, etc. generated in the rubber compound.

ところで、このステップS114でミクロモデルに対して実行される時間依存解析のシミュレーションにおいて、ミクロモデルに与える材料物性パラメータは、時間、変形及び場の少なくとも1つに依存するものであっても良い。例えば、時間に依存する材料物性パラメータの例としては、粘性特性などが挙げられ、変形に依存する材料物性パラメータの例としては、ひずみと応力の関係が非線形である弾性特性(超弾性特性など)が挙げられ、場に依存する材料物性パラメータの例としては、温度場や電磁場などが挙げられ、依存する材料物性パラメータの例としては、粘性特性や弾性特性が挙げられる。
このように、ミクロモデルに与える材料物性パラメータを時間、変形及び場の少なくとも1つに依存させることにより、ミクロモデルに発生する時間、変形、場の少なくとも1つに依存する物理量が算出可能となる。
By the way, in the simulation of the time-dependent analysis performed on the micro model in step S114, the material property parameter given to the micro model may depend on at least one of time, deformation, and field. For example, examples of material property parameters that depend on time include viscosity properties, and examples of material property parameters that depend on deformation include elastic properties (superelastic properties, etc.) in which the relationship between strain and stress is nonlinear. Examples of the material property parameter depending on the field include a temperature field and an electromagnetic field, and examples of the material property parameter depending on the viscosity include a viscous property and an elastic property.
Thus, by making the material physical property parameter given to the micro model depend on at least one of time, deformation, and field, a physical quantity that depends on at least one of time, deformation, and field generated in the micro model can be calculated. .

次に、ステップS116では、ミクロ挙動解析部44において、メモリ22に記憶されたミクロモデルの変形の物理量の時間変化履歴情報がメモリ22から呼び出され、ミクロモデル60の動的なミクロ挙動を解析するための解析結果を出力するための演算や変換や表示が行われる。すなわち、このステップS116では、ひずみ、応力、ひずみエネルギ等のミクロモデル60の変形の物理量(第2の物理量)の時間(回転角度)変化履歴情報から、ミクロモデル60のミクロ挙動を解析するためのミクロモデル60の第3の物理量の時間(回転角度)変化情報を演算する。
ここで、第3の物理量の時間変化情報としては、例えばミクロモデル60に発生したひずみエネルギ、粘弾性エネルギ損失、ひずみの振幅値、応力の振幅値等を挙げることができる。また、ミクロモデルでは不均質なコンパウンドをモデル化しているために、ミクロモデルの中に発生するひずみや応力が局所的に異なっているので、第3の物理量の時間変化情報として、ミクロモデルの中のひずみや応力の平均値や標準偏差等の統計値、すなわち上述の物理量の各々の統計値を求めることもできる。さらに、ひずみの値や応力の値として所定の範囲の値を持つ要素がミクロモデルの中に存在する個数を表すひずみヒストグラムや応力ヒストグラム等の上述の物理量の各々のヒストグラム等を挙げることができる。
Next, in step S116, the micro behavior analysis unit 44 calls the time change history information of the physical quantity of the deformation of the micro model stored in the memory 22 from the memory 22, and analyzes the dynamic micro behavior of the micro model 60. The calculation, conversion and display for outputting the analysis result is performed. That is, in this step S116, the micro behavior of the micro model 60 is analyzed from the time (rotation angle) change history information of the physical quantity (second physical quantity) of the deformation of the micro model 60 such as strain, stress, and strain energy. Time (rotation angle) change information of the third physical quantity of the micro model 60 is calculated.
Here, examples of the time change information of the third physical quantity include strain energy, viscoelastic energy loss, strain amplitude value, and stress amplitude value generated in the micro model 60. Also, since the micro model models inhomogeneous compounds, the strain and stress generated in the micro model are locally different. Therefore, as the time change information of the third physical quantity, It is also possible to obtain statistical values such as the average value and standard deviation of the strains and stresses, that is, the statistical values of the above-mentioned physical quantities. Furthermore, the above-mentioned histograms of physical quantities such as a strain histogram and a stress histogram representing the number of elements having values in a predetermined range as strain values and stress values in the micro model can be listed.

こうして、ステップS116で得られた第3の物理量の時間変化情報は、処理装置12によるシミュレーション演算結果として、I/Oポート24を介してディスプレイ16にソフトコピーとして表示され、プリンタ18にハードコピーとして出力される。
こうして、本発明の回転体シミュレーション方法においては、タイヤモデルとそのミクロモデル、特にゴムコンパウンド(不均質材)をモデル化したミクロモデルを用意し、図5に示すようなタイヤモデルの接地解析・転動解析から有限要素の変形の変化履歴情報を抽出し、その変形の変化履歴情報を、図7に示す変位勾配等の時間(回転角度)変化履歴情報に変換して、この情報をミクロモデルの境界条件としてミクロモデルの解析を行うことができるので、図8に示すような、タイヤ転動時のコンパウンド内に発生するミクロなひずみ・応力等の変形の物理量の動的な変化過程を解析することができる。すなわち、本発明では、タイヤのマクロ変形(動的転動状態を含む)の時刻履歴(回転角度履歴)をコンパウンドのミクロモデルへ入力してコンパウンドのミクロ変形挙動をシミュレーションすることができる。
本発明の回転体のシミュレーション方法は、基本的に以上のように構成される。
Thus, the time variation information of the third physical quantity obtained in step S116 is displayed as a soft copy on the display 16 via the I / O port 24 as a simulation calculation result by the processing device 12, and as a hard copy on the printer 18. Is output.
Thus, in the rotating body simulation method of the present invention, a tire model and its micro model, particularly a micro model in which a rubber compound (heterogeneous material) is modeled, are prepared. The change history information of the deformation of the finite element is extracted from the dynamic analysis, and the change history information of the deformation is converted into time (rotation angle) change history information such as a displacement gradient shown in FIG. Since the micro model can be analyzed as a boundary condition, the dynamic change process of the physical quantity of deformation such as micro strain and stress generated in the compound during rolling of the tire as shown in FIG. 8 is analyzed. be able to. That is, in the present invention, the time history (rotation angle history) of the macro deformation (including the dynamic rolling state) of the tire can be input to the compound micro model to simulate the micro deformation behavior of the compound.
The rotating body simulation method of the present invention is basically configured as described above.

上述した回転体のシミュレーション方法においては、タイヤモデルに付与する材料物性パラメータとして、予め、オペレータ等により入力された材料物性パラメータを用いているが、本発明はこれに限定されず、初めに、予め、ミクロモデルに所定の変形を与えた場合にミクロモデルに発生する変形の物理量から取得するようにしても良い。ここで、ミクロモデルに与える変形の例としては、一軸伸張や均等二軸伸張や純せん断等を挙げることができる。また、ミクロモデルに発生する変形の物理量の例としては、応力やひずみや粘弾性の損失正接(tanδ)などを挙げることができる。さらに、タイヤモデルに付与されるタイヤのゴムの材料物性パラメータの例としては、弾性定数や超弾性ポテンシャルパラメータ、粘弾性パラメータ等を挙げることができる。
このようにして、本発明においても、マルチスケールシミュレーションにおけるミクロモデルからマクロモデルへの均質化手法を用いることができる。その結果、ミクロモデルを利用してタイヤモデル(マクロモデル)の材料物性を決定することができる。
In the above-described rotating body simulation method, the material physical property parameter input by the operator or the like is used in advance as the material physical property parameter to be given to the tire model. In addition, when a predetermined deformation is given to the micro model, it may be obtained from a physical quantity of the deformation that occurs in the micro model. Here, examples of the deformation applied to the micro model include uniaxial stretching, uniform biaxial stretching, and pure shear. Examples of physical quantities of deformation that occur in the micro model include stress, strain, and loss tangent (tan δ) of viscoelasticity. Furthermore, examples of the material property parameter of the rubber of the tire provided to the tire model include an elastic constant, a superelastic potential parameter, a viscoelastic parameter, and the like.
Thus, also in the present invention, a homogenization technique from a micro model to a macro model in multi-scale simulation can be used. As a result, the material properties of the tire model (macro model) can be determined using the micro model.

このように、ミクロモデルを利用してタイヤモデルの材料物性パラメータを決定する方法について、具体的に説明する。
図11(a)に、図4(a)に示すミクロモデル60と同様にして作成したタイヤのトレッドセンタのゴムコンパウンド(不均質材)のミクロモデル70を示す。
ここでは、まず、図11(a)に示すミクロモデル70に対して一軸伸張解析を行う。すなわち、図11(a)に示すミクロモデル70に対して予め定められた材料相(例えば、ポリマー材料、カーボンブラック粒子、シリカ粒子)の材料定数及び所定の境界条件を付与して、所定の伸張条件で、図中矢印方向に一軸伸長処理を施し、ミクロモデル70を変形させ、図11(b)に示すようなミクロモデル70aの変形状態を取得し、応力−ひずみの関係(応力−ひずみ曲線(SS曲線))を求めるミクロスケールシミュレーションを行い、ミクロモデル70における応力分布又は歪分布、例えば、図12に示すSS曲線を算出する。さらに、算出された応力分布又は歪分布が所定の条件を満たさない場合、ミクロスケールモデルに与える境界条件を修正して、応力分布又は歪分布が所定の条件を満たすようにする。
Thus, a method for determining the material property parameter of the tire model using the micro model will be specifically described.
FIG. 11A shows a micro model 70 of a rubber compound (heterogeneous material) of a tread center of a tire created in the same manner as the micro model 60 shown in FIG. 4A.
Here, first, a uniaxial extension analysis is performed on the micro model 70 shown in FIG. That is, a predetermined material phase (for example, polymer material, carbon black particle, silica particle) and a predetermined boundary condition are given to the micro model 70 shown in FIG. Under the conditions, a uniaxial extension process is performed in the direction of the arrow in the figure, the micro model 70 is deformed, the deformation state of the micro model 70a as shown in FIG. 11B is obtained, and the stress-strain relationship (stress-strain curve) (SS curve)) is performed to calculate a stress distribution or strain distribution in the micro model 70, for example, an SS curve shown in FIG. Further, when the calculated stress distribution or strain distribution does not satisfy the predetermined condition, the boundary condition given to the microscale model is corrected so that the stress distribution or strain distribution satisfies the predetermined condition.

このようにして得られた、ミクロスケールシミュレーションの演算結果(図12に示すSS曲線)を用いて、ゴムコンパウンド(不均質材)の不均質なミクロ構造を均質な構造としたときの超弾性ポテンシャル及びこのポテンシャルに基づく材料定数パラメータを同定することができる。
例えば、コンパウンドゴムの材料物性パラメータを求める関数として、下記式(1)のようなArruda−Boyce超弾性ポテンシャル関数Uが例示される。このポテンシャル関数を用いて、図12に示すSS曲線から、材料物性パラメータμ及びλmを非線形最小二乗法により求めることができる。具体的には、材料物性パラメータμとλmの値を繰り返し変更しながら、下記式(2)に示す誤差関数が最小となる材料物性パラメータを算出することにより、例えば、タイヤのトレッドセンタ部のゴムコンパウンドの材料物性パラメータとして、μ=0.52、λm=1.16を同定することができる。
以上のようにして、ミクロモデルを利用して、タイヤモデル(マクロモデル)の材料物性パラメータを決定して、入力することができる。なお、この方法については、具体的には、特許文献2に開示の方法を用いることができる。
Using the calculation result of the microscale simulation (SS curve shown in FIG. 12) obtained in this way, the superelastic potential when the heterogeneous microstructure of the rubber compound (heterogeneous material) is made a homogeneous structure. And material constant parameters based on this potential can be identified.
For example, an Arruda-Boyce superelastic potential function U as shown in the following formula (1) is exemplified as a function for obtaining the material property parameter of the compound rubber. Using this potential function, the material property parameters μ and λ m can be obtained from the SS curve shown in FIG. 12 by the nonlinear least square method. Specifically, by repeatedly changing the values of the material physical property parameters μ and λ m and calculating the material physical property parameter that minimizes the error function shown in the following equation (2), for example, the tire tread center portion As a material property parameter of the rubber compound, μ = 0.52 and λ m = 1.16 can be identified.
As described above, the material property parameters of the tire model (macro model) can be determined and input using the micro model. For this method, specifically, the method disclosed in Patent Document 2 can be used.

なお、上述の回転体のシミュレーション方法は、プログラムを実行することによってコンピュータ上で処理することができる。
例えば、本発明の回転体のシミュレーションプログラムは、上述した回転体のシミュレーション方法の各ステップをコンピュータ、具体的にはそのCPU20(図1参照)に行わせる手順を有するものである。これらの手順からなるプログラムは、1つ又は複数のプログラムモジュールとして構成されていても良い。
これらのコンピュータが実行する手順からなる回転体のシミュレーションプログラムは、コンピュータ又はサーバのメモリ(記憶装置)内に記憶されるものであっても良いし、記録媒体に記憶されるものであっても良く、実行時に、当該コンピュータ(CPU20)又は他のコンピュータによって、メモリ又は記録媒体から読み出されて実行されるものである。したがって、本発明は、上記第1の態様の回転体のシミュレーション方法をコンピュータに実行させるための回転体のシミュレーションプログラムを記憶したコンピュータに読み取り可能なメモリもしくは記録媒体であっても良い。
Note that the above-described method of simulating a rotating body can be processed on a computer by executing a program.
For example, the rotating body simulation program of the present invention has a procedure for causing a computer, specifically, the CPU 20 (see FIG. 1) to perform each step of the above-described rotating body simulation method. The program composed of these procedures may be configured as one or a plurality of program modules.
The rotating body simulation program comprising the procedures executed by these computers may be stored in the memory (storage device) of the computer or server, or may be stored in a recording medium. At the time of execution, the program is read from the memory or the recording medium and executed by the computer (CPU 20) or another computer. Therefore, the present invention may be a computer-readable memory or recording medium storing a rotating body simulation program for causing a computer to execute the rotating body simulation method of the first aspect.

以上、本発明の回転体のシミュレーション方法、装置及びプログラム並びにこのプログラムを記載した記録媒体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 described above, the simulation method, apparatus, and program of the rotating body of the present invention and the recording medium on which the program is described have been described in detail. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the scope of the present invention is not deviated. Of course, various improvements and changes may be made.

10 シミュレーション装置
12 シミュレーション演算処理装置(処理装置)
14 入力操作系
16 ディスプレイ
18 プリンタ
20 CPU
22 メモリ
24 I/Oポート
26 ROM
30 条件設定部
32 タイヤモデル作成部
34 変形解析演算部
36 時間変換部
38 ミクロモデル作成部
40 境界条件設定部
42 ミクロモデル解析演算部
44 ミクロ挙動解析部
50、52 タイヤモデル
54 注目要素
56 剛体路面モデル
60、60A、60a、60b、60c、60d、60e、60f、60g、60h、70、70a ミクロモデル
62 ポリマー(ゴム)材料62
64 カーボンブラック
66 シリカ
10 simulation device 12 simulation calculation processing device (processing device)
14 Input operation system 16 Display 18 Printer 20 CPU
22 Memory 24 I / O port 26 ROM
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 Condition setting part 32 Tire model creation part 34 Deformation analysis calculation part 36 Time conversion part 38 Micro model creation part 40 Boundary condition setting part 42 Micro model analysis calculation part 44 Micro behavior analysis part 50, 52 Tire model 54 Target element 56 Rigid road surface Model 60, 60A, 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f, 60g, 60h, 70, 70a Micro model 62 Polymer (rubber) material 62
64 carbon black 66 silica

Claims (14)

数値解析可能な要素でモデル化された回転体及びそのミクロモデルの挙動を解析する回転体のシミュレーション方法であって、
前記回転体を、複数の有限要素を用いて再現する回転体モデルを作成する第1のステップと、
この第1ステップで作成された前記回転体モデルの回転軸を含む平面で切断した前記回転体モデルの子午断面上に位置する有限要素の1つを、注目要素として選択する第2のステップと、
予め設定されたシミュレーション条件を前記回転体モデルの周上の少なくとも一部分に付与して、有限要素法を用いて前記回転体の変形解析のシミュレーションを行い、前記回転体モデルの有限要素に作用する第1の物理量の変化情報を算出する第3のステップと、
前記第2のステップで選定された前記回転体モデルの前記注目要素に作用する、前記第3のステップによって算出された前記第1の物理量の変化情報を、前記第1の物理量の時間又は角度変化情報に変換して抽出する第4のステップと、
前記回転体の一部分であるミクロ構造を、複数の有限要素を用いて再現するミクロモデルを作成する第5のステップと、
前記第4のステップで抽出された前記第1の物理量の時間又は角度変化情報を境界条件として前記第5のステップで作成された前記ミクロモデルに付与して、前記ミクロモデルに対して有限要素法を用いて時間依存の解析のシミュレーションを行うことにより、前記ミクロモデルに発生する第2の物理量の時間又は角度履歴情報を算出する第6のステップと、
前記第6のステップによって算出された前記ミクロモデルの前記第2の物理量の時間又は角度履歴情報から前記ミクロモデルの第3の物理量の時間又は角度変化情報を演算し、又は表示し、若しくは演算して表示する第7のステップと、を有することを特徴とする回転体のシミュレーション方法。
A rotating body simulation method for analyzing the behavior of a rotating body modeled with elements capable of numerical analysis and its micro model,
A first step of creating a rotating body model that reproduces the rotating body using a plurality of finite elements;
A second step of selecting, as an element of interest, one of the finite elements located on the meridional section of the rotating body model cut by a plane including the rotation axis of the rotating body model created in the first step;
A simulation condition set in advance is applied to at least a part of the circumference of the rotating body model, a deformation analysis of the rotating body is performed using a finite element method, and a simulation is applied to the finite element of the rotating body model. A third step of calculating change information of one physical quantity;
The change information of the first physical quantity calculated by the third step, which acts on the element of interest of the rotating body model selected in the second step, is the time or angle change of the first physical quantity. A fourth step of converting to information and extracting;
A fifth step of creating a micro model that reproduces the microstructure that is part of the rotating body using a plurality of finite elements;
The time or angle change information of the first physical quantity extracted in the fourth step is given as a boundary condition to the micro model created in the fifth step, and the finite element method is applied to the micro model. A sixth step of calculating time or angle history information of the second physical quantity generated in the micro model by performing a time-dependent analysis simulation using
The time or angle change information of the third physical quantity of the micro model is calculated, displayed, or calculated from the time or angle history information of the second physical quantity of the micro model calculated by the sixth step. And a seventh step of displaying.
さらに、前記回転体モデルの前記注目要素が、前記回転体モデルの周方向に1周する周方向経路を定める第8のステップを有し、
前記第3のステップは、前記回転体モデルの有限要素に作用する、前記周方向経路に沿った前記第1の物理量の変化情報を算出し、
前記第4のステップは、前記注目要素に作用する、前記周方向経路に沿った前記第1の物理量の変化情報を、前記回転体が回転するときの回転周期に合せて、前記第1の物理量の時間又は角度変化情報に変換し、
前記第6のステップは、前記注目要素が前記周方向経路に沿って一周するときに前記ミクロモデルに発生する第2の物理量の時間又は角度履歴情報を算出することを特徴とする請求項1に記載の回転体のシミュレーション方法。
Furthermore, the element of interest of the rotating body model has an eighth step of defining a circumferential path that makes one round in the circumferential direction of the rotating body model,
The third step calculates change information of the first physical quantity along the circumferential path acting on the finite element of the rotating body model,
In the fourth step, the change information of the first physical quantity acting on the element of interest along the circumferential path is matched with the rotation period when the rotating body rotates, so that the first physical quantity is changed. Into time or angle change information
2. The sixth step of calculating time or angle history information of a second physical quantity generated in the micro model when the element of interest makes a round along the circumferential path. The rotating body simulation method described.
前記第4のステップでは、抽出する前記第1の物理量の変化情報が、前記回転体が1周するときの軌跡に沿った有限要素の回転体周方向情報から作成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の回転体のシミュレーション方法。   In the fourth step, the change information of the first physical quantity to be extracted is created from rotating body circumferential direction information of a finite element along a trajectory when the rotating body makes one round. Item 3. The rotating body simulation method according to Item 1 or 2. 前記第6のステップの前記ミクロモデルに対して行う前記時間依存の解析のシミュレーションにおいて前記ミクロモデルに与える境界条件は、相対変位を許容した周期境界条件であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の回転体のシミュレーション方法。   The boundary condition given to the micro model in the simulation of the time-dependent analysis performed on the micro model in the sixth step is a periodic boundary condition that allows relative displacement. The method of simulating a rotating body according to any one of the above. 前記第6のステップの前記ミクロモデルに対して行う前記時間依存の解析のシミュレーションにおいて、前記ミクロモデルに与える材料物性パラメータは、時間、変形および場の少なくとも1つに依存することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の回転体のシミュレーション方法。   The material property parameter given to the micro model in the simulation of the time-dependent analysis performed on the micro model in the sixth step depends on at least one of time, deformation, and field. Item 5. The rotating body simulation method according to any one of Items 1 to 4. 前記ミクロモデルは、材料特性の異なる複数の材料相が分散配置された、不均質材料のミクロ構造を、前記複数の有限要素を用いて再現したものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の回転体のシミュレーション方法。   6. The micro model is obtained by reproducing a microstructure of a heterogeneous material in which a plurality of material phases having different material properties are dispersedly arranged by using the plurality of finite elements. The method of simulating a rotating body according to any one of the above. 前記ミクロモデルは、ポリマー材料に少なくとも補強剤を充填した不均質複合材料であるゴムコンパウンドをモデル化したものであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の回転体のシミュレーション方法。   The rotating body according to any one of claims 1 to 6, wherein the micro model is a model of a rubber compound that is a heterogeneous composite material in which a polymer material is filled with at least a reinforcing agent. Simulation method. 前記ミクロモデルは、補強材を含むゴム系複合材料をモデル化したものであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の回転体のシミュレーション方法。   The method of simulating a rotating body according to claim 1, wherein the micro model is a model of a rubber-based composite material including a reinforcing material. 前記第3のステップの前記回転体モデルに対して行う前記回転体の変形解析のシミュレーションにおいて、前記回転体モデルに与える材料物性パラメータは、前記ミクロモデルに変形を与えた場合に前記ミクロモデルに発生する変形の前記第2の物理量から得られることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の回転体のシミュレーション方法。   In the simulation of deformation analysis of the rotating body performed on the rotating body model in the third step, material property parameters given to the rotating body model are generated in the micro model when the micro model is deformed. The method according to claim 1, wherein the method is obtained from the second physical quantity of deformation. 前記回転体は、タイヤであり、
前記第3のステップの前記回転体モデルに対して行う前記回転体の変形解析のシミュレーションは、少なくともタイヤと路面とを接触させた状態を含むことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の回転体のシミュレーション方法。
The rotating body is a tire,
The simulation of deformation analysis of the rotating body performed on the rotating body model in the third step includes at least a state in which a tire and a road surface are in contact with each other. The method for simulating a rotating body according to item.
前記第6のステップにおいて前記時間又は角度履歴情報が算出される前記ミクロモデルの前記第2の物理量は、ひずみ、変位勾配及び変形勾配の少なくとも1つであり、
前記第7のステップにおいて前記時間又は角度履歴情報が算出される前記ミクロモデルの前記第3の物理量は、前記ミクロモデルに発生したひずみエネルギ、粘弾性エネルギ損失、ひずみの振幅値、応力の振幅値、これらの物理量の各々の統計値、及びこれらの物理量の各々のヒストグラムの少なくとも1つであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の回転体のシミュレーション方法。
The second physical quantity of the micro model for which the time or angle history information is calculated in the sixth step is at least one of strain, displacement gradient, and deformation gradient,
The third physical quantity of the micro model for which the time or angle history information is calculated in the seventh step includes strain energy, viscoelastic energy loss, strain amplitude value, and stress amplitude value generated in the micro model. 11. The method of simulating a rotating body according to claim 1, wherein at least one of a statistical value of each of these physical quantities and a histogram of each of these physical quantities.
数値解析可能な有限要素でモデル化された回転体及びそのミクロモデルの挙動を解析する回転体のシミュレーション装置であって、
前記回転体を、複数の有限要素を用いて再現する回転体モデルを作成する回転体モデル作成手段と、
この第1ステップで作成された前記回転体モデルの回転軸を含む平面で切断した前記回転体モデルの子午断面上に位置する有限要素の1つを、注目要素として選択する注目要素選択手段と、
予め設定されたシミュレーション条件を前記回転体モデルの周上の少なくとも一部分に付与して、有限要素法を用いて前記回転体の変形解析のシミュレーションを行い、前記回転体モデルの有限要素に作用する第1の物理量の変化情報を算出する回転体モデルシミュレーション手段と、
前記第2のステップで選定された前記回転体モデルの前記注目要素に作用する、前記第3のステップによって算出された前記第1の物理量の変化情報を、前記第1の物理量の時間又は角度変化情報に変換して抽出する時間変換手段と、
前記回転体の一部分であるミクロ構造を、複数の有限要素を用いて再現するミクロモデルを作成するミクロモデル作成手段と、
前記第4のステップで抽出された前記第1の物理量の時間又は角度変化情報を境界条件として前記第5のステップで作成された前記ミクロモデルに付与して、前記ミクロモデルに対して有限要素法を用いて時間依存の解析のシミュレーションを行うことにより、前記ミクロモデルに発生する第2の物理量の時間又は角度履歴情報を算出するミクロモデルシミュレーション手段と、
前記第6のステップによって算出された前記ミクロモデルの前記第2の物理量の時間又は角度履歴情報から前記ミクロモデルの第3の物理量の時間又は角度変化情報を演算し、又は表示し、若しくは演算して表示するミクロ挙動解析手段と、を有することを特徴とする回転体のシミュレーション装置。
A rotating body simulation device for analyzing the behavior of a rotating body modeled by a finite element capable of numerical analysis and its micro model,
A rotating body model creating means for creating a rotating body model for reproducing the rotating body using a plurality of finite elements;
Attention element selection means for selecting, as an attention element, one of the finite elements located on the meridional section of the rotating body model cut at a plane including the rotation axis of the rotating body model created at the first step;
A simulation condition set in advance is applied to at least a part of the circumference of the rotating body model, a deformation analysis of the rotating body is performed using a finite element method, and a simulation is applied to the finite element of the rotating body model. A rotating body model simulation means for calculating change information of one physical quantity;
The change information of the first physical quantity calculated by the third step, which acts on the element of interest of the rotating body model selected in the second step, is the time or angle change of the first physical quantity. Time conversion means for converting to information and extracting;
A micro model creating means for creating a micro model that reproduces a microstructure that is a part of the rotating body using a plurality of finite elements;
The time or angle change information of the first physical quantity extracted in the fourth step is given as a boundary condition to the micro model created in the fifth step, and the finite element method is applied to the micro model. Micro model simulation means for calculating time or angle history information of the second physical quantity generated in the micro model by performing time-dependent analysis simulation using
The time or angle change information of the third physical quantity of the micro model is calculated, displayed, or calculated from the time or angle history information of the second physical quantity of the micro model calculated by the sixth step. And a micro-behavior analysis means for displaying the rotating body.
コンピュータに、請求項1〜11のいずれか1項に記載の回転体のシミュレーション方法の各ステップを実行させるためのプログラム。   The program for making a computer perform each step of the simulation method of the rotary body of any one of Claims 1-11. コンピュータに、請求項1〜11のいずれか1項に記載の回転体のシミュレーション方法の各ステップを実行させるためのプログラムを記載したコンピュータに読取可能な記録媒体。   The computer-readable recording medium which described the program for making a computer perform each step of the simulation method of the rotary body of any one of Claims 1-11.
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