JP2011122279A - Method for preparing twist structure model and computer program for preparing twist structure model - Google Patents
Method for preparing twist structure model and computer program for preparing twist structure model Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011122279A JP2011122279A JP2009282969A JP2009282969A JP2011122279A JP 2011122279 A JP2011122279 A JP 2011122279A JP 2009282969 A JP2009282969 A JP 2009282969A JP 2009282969 A JP2009282969 A JP 2009282969A JP 2011122279 A JP2011122279 A JP 2011122279A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- model
- solid
- base material
- wire
- twisted structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
- D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
- D07B2301/00—Controls
Landscapes
- Ropes Or Cables (AREA)
- Tires In General (AREA)
Abstract
Description
本発明は、タイヤの補強材である補強コードのような撚り構造体を、コンピュータで解析可能な解析モデル化することに関する。 The present invention relates to modeling a twisted structure such as a reinforcing cord, which is a reinforcing material for a tire, into an analysis model that can be analyzed by a computer.
従来のタイヤは、試作と試験との繰り返しによって開発されていたので、開発効率が悪いという問題点があった。この問題点を解決するために、近年ではコンピュータを用いた数値解析によって、試作品を製造しなくともタイヤの物理的性質、すなわちタイヤの性能を予測することができる手法が提案され、実用化されている。コンピュータを用いた数値解析によってタイヤの性能を予測する場合、タイヤをコンピュータで解析可能な解析モデル化する必要がある。タイヤは、ゴムをカーカスやベルトといった補強コードによって補強した構造体である。補強コードの解析モデル化については、例えば、特許文献1に、タイヤコードの二次元モデルを作成し、作成された二次元モデルをタイヤコードの長手方向に展開して3次元形状を作成するタイヤコードの解析モデル作成方法が開示されている。 Conventional tires have been developed through repeated trials and tests, which has the problem of poor development efficiency. In order to solve this problem, a method that can predict the physical properties of a tire, that is, the performance of the tire without producing a prototype by numerical analysis using a computer has been proposed and put into practical use in recent years. ing. When the performance of a tire is predicted by numerical analysis using a computer, it is necessary to make an analysis model that can be analyzed by the computer. The tire is a structure in which rubber is reinforced by a reinforcing cord such as a carcass or a belt. Regarding the analysis modeling of the reinforcement cord, for example, in Patent Document 1, a tire cord that creates a two-dimensional model of a tire cord and develops the created two-dimensional model in the longitudinal direction of the tire cord to create a three-dimensional shape An analysis model creation method is disclosed.
ところで、近年においては、マルチスケールシミュレーションと呼ばれる解析手法が用いられている。この解析手法は、スケールが大きく異なる二つの事象が関連し合っている問題を解析する際に用いられる。マルチスケールシミュレーションを用いてタイヤの補強コードの性能や特性を解析する場合、マルチスケールシミュレーションに適した形で、補強コードを解析モデル化する必要がある。しかし、また、特許文献2には、マルチスケールシミュレーションについては言及がなく、特許文献2に開示されている手法でタイヤの補強コードを解析モデル化したとしても、マルチスケールシミュレーションを適用することはできない。本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、マルチスケールシミュレーションに適した、補強コードのような撚り構造体の解析モデルを作成することを目的とする。 Incidentally, in recent years, an analysis technique called multi-scale simulation has been used. This analysis method is used to analyze a problem in which two events with greatly different scales are related to each other. When analyzing the performance and characteristics of a tire reinforcement cord using multiscale simulation, it is necessary to model the reinforcement cord in a form suitable for multiscale simulation. However, the patent document 2 does not mention the multi-scale simulation, and even if the tire reinforcement code is modeled by the method disclosed in the patent document 2, the multi-scale simulation cannot be applied. . The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to create an analysis model of a twisted structure such as a reinforcing cord suitable for multiscale simulation.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る撚り構造体モデルの作成方法は、母材と複数のモノフィラメント素線を撚った撚り線とが組み合わされるとともに、構造物に埋め込まれて、前記構造物を補強する撚り構造体について、コンピュータで解析可能な前記撚り構造体の解析モデルを作成するにあたり、前記コンピュータが、前記複数のモノフィラメント素線のソリッドモデルである素線ソリッドモデルと、前記母材のソリッドモデルである母材ソリッドモデルとを作成する手順と、前記コンピュータが、前記母材ソリッドモデルの内部に複数の前記素線ソリッドモデルから構成される撚り線ソリッドモデルを組み込む手順と、前記コンピュータが、前記素線ソリッドモデルの表面を複数の節点で構成される複数のメッシュで分割し、また、前記母材ソリッドモデルの対向する表面において、一方の表面に存在する複数のメッシュを他方の表面に投影すると、一方の表面のメッシュの節点が、他方の表面のメッシュの節点に重なるように、前記母材ソリッドモデルの表面を複数の節点で構成される複数のメッシュで分割する手順と、前記コンピュータが、前記素線ソリッドモデルの表面のメッシュを用いて前記素線ソリッドモデルの内部を複数の節点で構成される複数の四面体要素で分割して素線モデルを作成し、また、前記母材ソリッドモデルの表面のメッシュを用いて前記母材ソリッドモデルの内部を複数の節点で構成される複数の四面体要素で分割して母材モデルを作成し、前記素線モデルと前記母材モデルとで構成される撚り構造体モデルを作成する手順と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a method for creating a twisted structure model according to the present invention is a combination of a base material and a twisted wire obtained by twisting a plurality of monofilament strands. When creating an analysis model of the twisted structure that can be analyzed by a computer with respect to the twisted structure that is embedded and reinforces the structure, the computer is a solid solid that is a solid model of the plurality of monofilament strands. A base material solid model which is a solid model of the base material and the base material solid model, and the computer forms a stranded solid model composed of a plurality of the solid wire solid models inside the base material solid model. And the computer includes a plurality of meshes composed of a plurality of nodes on the surface of the solid wire model. When a plurality of meshes existing on one surface are projected onto the other surface on the opposite surfaces of the base material solid model, the nodes of the mesh on one surface become the meshes of the mesh on the other surface. Dividing the surface of the base material solid model with a plurality of meshes composed of a plurality of nodes so as to overlap the nodes, and the computer using the mesh of the surface of the element solid solid model, Create a wire model by dividing the interior of the model with a plurality of tetrahedron elements composed of a plurality of nodes, and use the mesh of the surface of the matrix solid model to create multiple interiors of the matrix solid model. A base material model is created by dividing a plurality of tetrahedron elements composed of nodal points, and a twisted structure model composed of the wire model and the base material model is created. Characterized in that it comprises a forward, a.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る撚り構造体モデルの作成方法は、母材と複数のモノフィラメント素線を撚った撚り線とが組み合わされるとともに、構造物に埋め込まれて、前記構造物を補強する撚り構造体について、コンピュータで解析可能な前記撚り構造体の解析モデルを作成するにあたり、前記コンピュータが、前記複数のモノフィラメント素線のソリッドモデルである素線ソリッドモデルと、前記母材のソリッドモデルである母材ソリッドモデルとを作成する手順と、前記コンピュータが、前記素線ソリッドモデルの表面を複数の節点で構成される複数のメッシュで分割し、また、前記母材ソリッドモデルの対向する表面において、一方の表面に存在する複数のメッシュを他方の表面に投影すると、一方の表面のメッシュの節点が、他方の表面のメッシュの節点に重なるように、前記母材ソリッドモデルの表面を複数の節点で構成される複数のメッシュで分割する手順と、前記コンピュータが、前記素線ソリッドモデルの表面のメッシュを用いて前記素線ソリッドモデルの内部を複数の節点で構成される複数の四面体要素で分割して素線モデルを作成し、また、前記母材ソリッドモデルの表面のメッシュを用いて前記母材ソリッドモデルの内部を複数の節点で構成される複数の四面体要素で分割して母材モデルを作成する手順と、前記コンピュータが、複数の前記素線モデルを前記母材モデルの内部に組み込んで、前記素線モデルと前記母材モデルとで構成される撚り構造体モデルを作成する手順と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a method for creating a twisted structure model according to the present invention is a combination of a base material and a twisted wire obtained by twisting a plurality of monofilament strands. When creating an analysis model of the twisted structure that can be analyzed by a computer with respect to the twisted structure that is embedded and reinforces the structure, the computer is a solid solid that is a solid model of the plurality of monofilament strands. A procedure for creating a model and a base material solid model that is a solid model of the base material, and the computer divides the surface of the wire solid model with a plurality of meshes composed of a plurality of nodes, When a plurality of meshes existing on one surface are projected onto the other surface of the opposite surfaces of the base material solid model, Dividing the surface of the base material solid model with a plurality of meshes composed of a plurality of nodes so that the nodes of the mesh on the surface overlap the nodes of the mesh on the other surface; Using the mesh of the surface of the solid model, the interior of the solid wire model is divided into a plurality of tetrahedral elements composed of a plurality of nodes to create a wire model, and the surface of the base material solid model A step of creating a base material model by dividing the interior of the base material solid model using a mesh into a plurality of tetrahedral elements composed of a plurality of nodes; and And a procedure for creating a twisted structure model composed of the wire model and the base material model by being incorporated in a material model.
本発明の望ましい態様としては、前記素線ソリッドモデルは、前記撚り線を構成する前記モノフィラメント素線の撚られた状態における中心軸と直交する複数の断面間において、いずれも同一の形状となることが好ましい。 As a desirable aspect of the present invention, the solid wire model has the same shape between a plurality of cross sections orthogonal to the central axis in the twisted state of the monofilament wire constituting the stranded wire. Is preferred.
本発明の望ましい態様としては、前記撚り構造体モデルは、当該撚り構造体モデルを構成する前記素線モデルと前記母材モデルとの間に、固着、剥離、接触のうち少なくとも一つの条件が付与されることが好ましい。 As a desirable mode of the present invention, in the twisted structure model, at least one condition among fixing, peeling, and contact is given between the wire model and the base material model constituting the twisted structure model. It is preferred that
本発明の望ましい態様としては、前記素線ソリッドモデルの表面に作成されるメッシュは、前記メッシュの辺の一つが前記撚り線を構成する前記モノフィラメント素線の撚られた状態における中心軸と直交する断面上に存在することが好ましい。 As a desirable mode of the present invention, the mesh created on the surface of the solid wire model is perpendicular to the central axis in the twisted state of the monofilament wire constituting one of the sides of the mesh. It is preferable that it exists on a cross section.
本発明の望ましい態様としては、前記撚り構造体モデルの長手方向と直交する断面において、前記母材モデルの表面における四面体要素は、前記素線モデルの表面における四面体要素よりも寸法が大きいことが好ましい。 As a desirable mode of the present invention, in a cross section orthogonal to the longitudinal direction of the twisted structure model, the tetrahedral element on the surface of the base material model has a larger dimension than the tetrahedral element on the surface of the strand model. Is preferred.
本発明の望ましい態様としては、前記母材はゴムであることが好ましい。 As a desirable mode of the present invention, the base material is preferably rubber.
本発明の望ましい態様としては、前記撚り構造体モデルの対向する面には、周期境界条件が付与されることが好ましい。 As a desirable mode of the present invention, it is preferable that a periodic boundary condition is given to the opposing surfaces of the twisted structure model.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る撚り構造体モデルの作成用コンピュータプログラムは、前記撚り構造体モデルの作成方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a computer program for creating a twisted structure model according to the present invention causes a computer to execute the method for creating a twisted structure model.
本発明は、マルチスケールシミュレーションに適した、補強コードのような撚り構造体の解析モデルを作成できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can create an analysis model of a twisted structure such as a reinforcement cord suitable for multiscale simulation.
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の内容によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。本発明の適用対象は、補強コードを有するタイヤであれば適用でき、空気入りタイヤに限られるものではない。以下においては、説明の便宜上、特に断りのない限り空気入りタイヤをタイヤという。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the following contents. The following constituent elements include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. The application target of the present invention is applicable to any tire having a reinforcing cord, and is not limited to a pneumatic tire. In the following, for convenience of explanation, a pneumatic tire is referred to as a tire unless otherwise specified.
図1は、タイヤの回転軸を通る子午断面を示す断面図である。図1に示すように、タイヤ1の子午断面には、カーカス2、ベルト3、ベルトカバー4、ビードコア5が現れている。タイヤ1は、母材であるゴムを、強化材であるカーカス2、ベルト3、あるいはベルトカバー4等の補強コードによって補強した複合材料の構造体である。ここで、カーカス2、ベルト3、ベルトカバー4等の、金属繊維や有機繊維等のコード材料で構成される補強コードの層を、コード層という。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a meridional section passing through a rotation axis of a tire. As shown in FIG. 1, a carcass 2, a belt 3, a belt cover 4, and a
カーカス2は、タイヤ1に空気を充填した際に圧力容器としての役目を果たす強度メンバーであり、その内圧によって荷重を支え、走行中の動的荷重に耐えるようになっている。ベルト3は、キャップトレッド6とカーカス2との間に配置されたゴム引きコードを束ねた補強コードの層である。なお、バイアスタイヤの場合にはブレーカと呼ぶ。ラジアルタイヤにおいて、ベルト3は形状保持及び強度メンバーとして重要な役割を担っている。
The carcass 2 is a strength member that serves as a pressure vessel when the tire 1 is filled with air. The carcass 2 supports a load by its internal pressure and withstands a dynamic load during traveling. The belt 3 is a layer of reinforcing cords in which rubberized cords arranged between the
ベルト3の接地面G側には、ベルトカバー4が配置されている。ベルトカバー4は、例えば有機繊維材料を層状に配置したものであり、ベルト3の保護層としての役割や、ベルト3の補強層としての役割を持つ。ビードコア5は、内圧によってカーカス2に発生するコード張力を支えているスチールワイヤの束である。ビードコア5は、カーカス2、ベルト3、ベルトカバー4及びトレッドとともに、タイヤ1の強度部材となる。キャップトレッド6の接地面G側には、溝7が形成される。これによって、雨天走行時の排水性を向上させる。また、タイヤ1の側部はサイドウォール8と呼ばれており、ビードコア5とキャップトレッド6との間を接続する。また、キャップトレッド6とサイドウォール8との間はショルダー部Shである。次に、本実施形態に係る撚り構造体モデルの作成方法を実行する装置について説明する。
A belt cover 4 is disposed on the ground surface G side of the belt 3. The belt cover 4 is formed by arranging, for example, organic fiber materials in layers, and has a role as a protective layer for the belt 3 and a role as a reinforcing layer for the belt 3. The
図2は、本実施形態に係る撚り構造体モデルの作成装置の構成を示す説明図である。図2に示す撚り構造体モデルの作成装置(以下、モデル作成装置という)50は、母材と複数のモノフィラメント素線を撚った撚り線とが組み合わされるとともに、構造物に埋め込まれて、その構造物を補強する撚り構造体について、コンピュータで解析可能な前記撚り構造体の解析モデルを作成するものである。そして、モデル作成装置50は、本実施形態に係る撚り構造体モデルの作成方法を実行して、撚り構造体の解析モデルを作成する。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of a twisted structure model creation device according to the present embodiment. The twisted structure model creation device (hereinafter referred to as model creation device) 50 shown in FIG. 2 is a combination of a base material and a twisted wire obtained by twisting a plurality of monofilament strands, and is embedded in a structure. An analysis model of the twisted structure that can be analyzed by a computer is created for the twisted structure that reinforces the structure. And the model creation apparatus 50 performs the creation method of the twist structure model which concerns on this embodiment, and produces the analysis model of a twist structure.
モデル作成装置50は、処理部50pと記憶部50mとを備えて構成される。処理部50pと記憶部50mとは、入出力部(I/O)59を介して接続してある。処理部50pは、ソリッドモデル作成部51と、モデル合成部52と、メッシュ分割部53と、要素分割部54とを含んで構成される。これらが本実施形態に係る撚り構造体モデルの作成方法を実行する。ソリッドモデル作成部51と、モデル合成部52と、メッシュ分割部53と、要素分割部54とは入出力部59に接続されており、相互にデータをやり取りできるように構成されている。また、モデル作成装置50には、入出力装置60が接続されており、これに入力装置61及び表示装置62が接続される。入出力装置60は、入出力部(I/O)59を介して撚り構造体モデルの作成に必要な情報を処理部50pや記憶部50mへ入力する。
The model creation device 50 includes a processing unit 50p and a
ソリッドモデル作成部51は、複数のモノフィラメント素線のソリッドモデルである素線ソリッドモデルと、母材のソリッドモデルである母材ソリッドモデルとを作成する。モデル合成部52は、ソリッドモデル作成部51が作成した母材ソリッドモデルの内部に、ソリッドモデル作成部51が作成した素線ソリッドモデルを組み込む。メッシュ分割部53は、素線ソリッドモデルの表面及び母材ソリッドモデルの表面を複数の節点で構成される複数のメッシュで分割する。このとき、母材ソリッドモデルの対向する表面において、一方の表面に存在する複数のメッシュを他方の表面に投影すると、一方の表面のメッシュの節点が、他方の表面のメッシュの節点に重なるように、前記母材ソリッドモデルの表面を分割する。要素分割部54は、素線ソリッドモデルの表面のメッシュを用いて、素線ソリッドモデルの内部を複数の節点で構成される複数の四面体要素で分割した素線モデルを作成する。また、要素分割部54は、母材ソリッドモデルの表面のメッシュを用いて、母材ソリッドモデルの内部を複数の節点で構成される複数の四面体要素で分割した母材モデルを作成する。これによって、要素分割部54は、素線モデルと母材モデルとで構成される撚り構造体モデルを作成する。
The solid model creation unit 51 creates a solid wire model that is a solid model of a plurality of monofilament wires and a base material solid model that is a solid model of the base material. The model synthesis unit 52 incorporates the solid wire model created by the solid model creation unit 51 inside the base material solid model created by the solid model creation unit 51. The mesh division unit 53 divides the surface of the solid wire model and the surface of the base material solid model with a plurality of meshes formed of a plurality of nodes. At this time, when a plurality of meshes existing on one surface are projected onto the other surface of the opposing surface of the base material solid model, the nodes of the mesh on one surface overlap the nodes of the mesh on the other surface. The surface of the base material solid model is divided. The
記憶部50mには、後述する本実施形態に係る撚り構造体モデルの作成方法の処理手順を含むコンピュータプログラムや、各種のデータ等が格納されている。ここで、記憶部50mは、RAM(Random Access Memory)のような揮発性のメモリ、不揮発性のメモリ、ハードディスク装置、あるいはこれらの組み合わせにより構成できる。また、処理部50pは、メモリ及びCPU(Central Processing Unit)により構成できる。
The
上記コンピュータプログラムは、処理部50pが備えるソリッドモデル作成部51やモデル合成部52等へ既に記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、本実施形態に係る撚り構造体モデルの作成方法の処理手順を実現できるものであってもよい。また、このモデル作成装置50は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、処理部50pが備えるソリッドモデル作成部51と、モデル合成部52と、メッシュ分割部53と、要素分割部54との機能を実現するものであってもよい。 The computer program is a combination of the computer program already recorded in the solid model creation unit 51, the model synthesis unit 52, etc. included in the processing unit 50p, and the processing procedure of the method for creating the twisted structure model according to the present embodiment. It may be realized. Further, the model creation apparatus 50 uses a dedicated hardware instead of the computer program, and uses a solid model creation unit 51, a model synthesis unit 52, a mesh division unit 53, an element division unit provided in the processing unit 50p. 54 may be realized.
図3−1は、タイヤの補強コードと母材であるゴムとを示す断面図である。図3−2は、タイヤの補強コードと母材であるゴムとを、コンピュータで解析可能なモデルとした例を示す断面図である。図3−1に示すように、タイヤは、ベルトやカーカス等の補強コードCが母材であるゴムLBに埋め込まれている。タイヤの転動解析や振動解析等においては、コンピュータで解析可能なモデル(解析モデル)を用いて、コンピュータで解析を実行する。このため、タイヤの転動解析や振動解析等では、解析に先立ち、解析対象を解析モデル化する必要がある。 FIG. 3-1 is a cross-sectional view showing a tire reinforcing cord and rubber as a base material. FIG. 3-2 is a cross-sectional view illustrating an example in which a tire reinforcement cord and a base rubber material are modeled by a computer. As shown in FIG. 3A, in the tire, a reinforcing cord C such as a belt or a carcass is embedded in a rubber LB that is a base material. In tire rolling analysis, vibration analysis, and the like, a computer-analyzed model (analysis model) is used to perform analysis by a computer. For this reason, in the rolling analysis and vibration analysis of the tire, it is necessary to convert the analysis target into an analysis model prior to the analysis.
例えば、補強コードCに着目してタイヤや補強コードCの構造を解析する場合、補強コードCの形状をできる限り忠実に解析モデル化することが好ましい。しかし、FEM(Finite Element Method:有限要素法)解析でタイヤの構造や挙動を解析する場合、図3−2に示すように、通常は補強コードCと類似の挙動を示す簡素な板要素CPで補強コードCをモデル化することが多い。なお、図3−2に示す例では、ゴムをソリッド要素LSでモデル化している。このような板要素CPでは、補強コードCの構造を検討するためには十分でない場合がある。 For example, when analyzing the structure of a tire or the reinforcement cord C with attention paid to the reinforcement cord C, it is preferable to make the shape of the reinforcement cord C an analysis model as faithfully as possible. However, when analyzing the structure and behavior of a tire by FEM (Finite Element Method) analysis, as shown in Fig. 3-2, a simple plate element CP that normally exhibits similar behavior to the reinforcement cord C is used. The reinforcement cord C is often modeled. In the example shown in FIG. 3-2, rubber is modeled by a solid element LS. Such a plate element CP may not be sufficient to study the structure of the reinforcing cord C.
さらに、補強コードCは、ワイヤや繊維の複雑な撚り構造であるとともに、構造によっては撚り方向やピッチ長も異なる。有限要素法を用いた解析では、そのような形状を忠実に再現し、有限要素法に基づく要素分割をして、解析モデルを作成する必要がある。また、補強コードCの新しい補強構造を検討する等、補強コードCに着目して解析する場合、タイヤと補強コードCとのスケールの違いを考慮して、特許文献2に開示されたようなシミュレーションを適用することが好ましい。しかしながら、単に補強コードCを有限要素法に基づいて要素分割しただけでは、特許文献2に開示されたようなマルチスケールシミュレーション(あるいはマルチスケール解析)を実行する際に支障がある。ここで、マルチスケールシミュレーションとは、ミクロ構造とマクロ構造とを連携させて解析することを可能にするものである。マルチスケールシミュレーションでは、例えば、顕微鏡レベルの材料の現象と、構造全体の現象とを関連付けて解析を行うような、桁違いにスケールが異なる二つの事象が関連し合っている問題を解析する。 Further, the reinforcing cord C has a complicated twisted structure of wires and fibers, and the twisting direction and pitch length differ depending on the structure. In the analysis using the finite element method, it is necessary to faithfully reproduce such a shape and perform element division based on the finite element method to create an analysis model. In addition, when analyzing by focusing on the reinforcing cord C, such as examining a new reinforcing structure of the reinforcing cord C, a simulation as disclosed in Patent Document 2 is considered in consideration of the difference in scale between the tire and the reinforcing cord C. Is preferably applied. However, simply dividing the reinforcing cord C into elements based on the finite element method may hinder the execution of multiscale simulation (or multiscale analysis) as disclosed in Patent Document 2. Here, the multi-scale simulation makes it possible to analyze the micro structure and the macro structure in cooperation with each other. In the multi-scale simulation, for example, a problem in which two phenomena having different orders of magnitude in scale are related to each other, for example, an analysis is performed by associating a phenomenon of a material at a microscope level with a phenomenon of the entire structure.
マルチスケールシミュレーションは、公知の汎用有限要素解析ソルバー、例えばABAQUS,Inc社製汎用有限要素解析プログラムを用いることができる。タイヤにおけるマルチスケールシミュレーションの一例としては、例えば、不均質材料の力学特性を求めるためのミクロモデルを用いたシミュレーション、例えば、不均質材料の一軸引張、圧縮試験等の引張、圧縮試験のシミュレーションが実行され、また、ゴム材料で構成されたタイヤを構造体としたタイヤのマクロモデルを用いた力学挙動のシミュレーションが実行される。 For the multi-scale simulation, a known general-purpose finite element analysis solver, for example, a general-purpose finite element analysis program manufactured by ABAQUS, Inc. can be used. As an example of multi-scale simulation in a tire, for example, simulation using a micro model for determining the mechanical properties of a heterogeneous material, for example, uniaxial tension of a heterogeneous material, simulation of a tensile test, compression test, etc. In addition, a simulation of dynamic behavior using a tire macro model having a tire made of a rubber material as a structure is executed.
タイヤを解析対象の構造体とした場合、撚り構造体である補強コード、あるいはトレッドゴムやビードゴム等のゴム材料を不均質材料とし、マクロモデルとしてタイヤモデルが作成される。そして、タイヤへの内圧充填の力学挙動を再現する内圧充填シミュレーションや、内圧充填されたタイヤを地面に押し付けて荷重を負荷したときの力学挙動を再現する接地シミュレーションが実行される。 When a tire is a structure to be analyzed, a tire model is created as a macro model by using a reinforcing cord that is a twisted structure or a rubber material such as tread rubber or bead rubber as a heterogeneous material. Then, an internal pressure filling simulation that reproduces the dynamic behavior of the internal pressure filling of the tire and a grounding simulation that reproduces the mechanical behavior when the tire filled with the internal pressure is pressed against the ground and a load is applied are executed.
さらに、構造体の上記力学挙動時、不均質材料のミクロ領域がどのような挙動を示しているかを再現するために、ミクロモデルを用いた力学挙動のシミュレーションが実行される。例えば、マクロモデルを用いたシミュレーション結果をミクロモデルに与えて、ミクロモデルにおける応力やひずみ等を計算する。 Furthermore, in order to reproduce the behavior of the micro region of the heterogeneous material during the mechanical behavior of the structure, a simulation of the mechanical behavior using a micro model is executed. For example, a simulation result using a macro model is given to the micro model, and stress, strain, and the like in the micro model are calculated.
なお、ミクロモデルを用いたシミュレーションの際、ミクロモデルにおける各材料相の材料定数は、内部変数値によって変更される。最初は、各材料相固有の材料特性が本来異なるにもかかわらず、略同一の材料特性の値を備えるようにミクロモデルの材料定数が設定される。そして、力、変位、応力及びひずみのいずれか1つを所定の位置に入力として与えてシミュレーションが実行される。この後、このシミュレーションによって変形したミクロモデルに対して、与えられた入力を保持したまま、内部変数値を変更して、各材料相固有の材料特性の値を備えるようにミクロモデルの材料定数が設定されて、シミュレーション結果が収束するまでシミュレーションが継続される。 In the simulation using the micro model, the material constant of each material phase in the micro model is changed according to the internal variable value. Initially, the material constants of the micro model are set so as to have substantially the same material property values even though the material properties unique to each material phase are inherently different. Then, any one of force, displacement, stress, and strain is given as an input to a predetermined position, and the simulation is executed. After that, with respect to the micro model deformed by this simulation, the internal variable value is changed while maintaining the given input, and the material constant of the micro model is set so as to have the value of the material characteristic unique to each material phase. Once set, the simulation continues until the simulation results converge.
本実施形態に係る撚り構造体モデルの作成方法は、補強コードCのような撚り構造体の解析モデルを作成するにあたり、マルチスケールシミュレーションに適した解析モデルを作成するものである。次に、本実施形態に係る撚り構造体モデルの作成方法を実現する手順を説明する。本実施形態に係る撚り構造体モデルの作成方法は、上述したモデル作成装置50によって実現できる。 The method for creating a twisted structure model according to the present embodiment creates an analysis model suitable for multi-scale simulation when creating an analysis model of a twisted structure like the reinforcement cord C. Next, a procedure for realizing a method for creating a twisted structure model according to the present embodiment will be described. The creation method of the twisted structure model according to the present embodiment can be realized by the model creation device 50 described above.
図4は、本実施形態に係る撚り構造体モデルの作成方法の手順を示すフローチャートである。図5は、撚り構造体を構成する母材のソリッドモデルを示す斜視図であり、図6は、撚り構造体を構成する撚り線のソリッドモデルを示す斜視図である。図7は、撚り線を構成するモノフィラメント素線の配置を示す正面図である。図8は、モノフィラメント素線のソリッドモデルを示す斜視図であり、図9は、モノフィラメント素線のソリッドモデルの断面形状を示す平面図である。 FIG. 4 is a flowchart showing a procedure of a method for creating a twisted structure model according to the present embodiment. FIG. 5 is a perspective view showing a solid model of a base material constituting the twisted structure, and FIG. 6 is a perspective view showing a solid model of a twisted line constituting the twisted structure. FIG. 7 is a front view showing the arrangement of monofilament strands constituting the stranded wire. FIG. 8 is a perspective view showing a solid model of a monofilament strand, and FIG. 9 is a plan view showing a cross-sectional shape of the solid model of the monofilament strand.
撚り構造体である補強コード(例えば、補強ベルトやカーカス等)は、母材(例えば、ゴム)と、複数のモノフィラメント素線を撚った撚り線とが組み合わされて構成される。そして、構造物(例えば、タイヤ等)に埋め込まれて、この構造物を補強する。補強コードは、有機繊維コード、スチールコード、ガラスコードを含む。また、モノフィラメントは、撚り構造体を構成する1本の要素である。例えば、補強コードがスチールコードである場合、モノフィラメントは各素線である。 A reinforcing cord (for example, a reinforcing belt or a carcass) that is a twisted structure is configured by combining a base material (for example, rubber) and a twisted wire obtained by twisting a plurality of monofilament strands. And it is embedded in a structure (for example, a tire etc.), and this structure is reinforced. The reinforcing cord includes an organic fiber cord, a steel cord, and a glass cord. The monofilament is one element constituting the twisted structure. For example, when the reinforcing cord is a steel cord, the monofilament is each strand.
本実施形態に係る撚り構造体モデルの作成方法を実行するにあたり、ステップS101において、図2に示すモデル作成装置50のソリッドモデル作成部51は、撚り構造体である補強コードの母材のソリッドモデルである母材ソリッドモデル10(図5参照)を作成するとともに、補強コードの撚り線を構成する複数のモノフィラメント素線のソリッドモデルである素線ソリッドモデル21(図6)を作成する。なお、複数の素線ソリッドモデル21により撚り線のソリッドモデルである撚り線ソリッドモデル20が構成される。ソリッドモデル作成部51は、作成した母材ソリッドモデル10及び素線ソリッドモデル21の情報(座標情報や材料定数等)をモデル作成装置50の記憶部50mへ一時的に格納する。
In executing the method for creating a twisted structure model according to the present embodiment, in step S101, the solid model creating unit 51 of the model creating apparatus 50 shown in FIG. A base material solid model 10 (see FIG. 5) is created, and a solid wire model 21 (FIG. 6), which is a solid model of a plurality of monofilament strands constituting the stranded wire of the reinforcing cord, is created. In addition, the strand
ここで、ソリッドモデルとは、3次元モデリングの一技法により作成されるモデルである。ソリッドとは固体を意味し、ワイヤーフレームモデルやサーフェイスモデルでは表現できない立体の内部構造の表現ができるものである。ソリッドモデルは、立体の面だけでなく、面で囲まれる中身の情報も備える。 Here, the solid model is a model created by one technique of three-dimensional modeling. A solid means a solid and can express a solid internal structure that cannot be expressed by a wire frame model or a surface model. The solid model includes not only a solid surface but also information on the contents surrounded by the surface.
本実施形態において、母材ソリッドモデル10は、直方体形状であり、両端面10Ta、10Tbに、図6に示す複数の素線ソリッドモデル21の両端面が現れる孔11が設けられる。母材ソリッドモデル10は、マルチスケールシミュレーションに適した撚り構造体モデルを作成するという観点からは直方体形状であることが好ましいが、複数の母材ソリッドモデル10を組み合わせたとき、隙間なく組み合わせることができる形状であればよい。このような形状としては、例えば、正六角柱形状があり、母材ソリッドモデル10を正六角柱形状としてもよい。図6に示すように、撚り線ソリッドモデル20は、複数本(本実施形態では3本)の素線ソリッドモデル21が螺旋状に撚り合わされて構成される。そして、図7に示すように、撚り線ソリッドモデル20は、それぞれの素線ソリッドモデル21の間隔Lが等しくなっている。
In the present embodiment, the base material
素線ソリッドモデル21は、撚り線を構成するモノフィラメント素線の撚られた状態における中心軸Zc(素線ソリッドモデル21の中心軸と同じ)と直交する複数の断面間において、いずれも同一の形状となることが好ましい。すなわち、素線ソリッドモデル21は、中心軸Zcと直交する断面が、素線ソリッドモデル21の全長にわたってすべて同じ形状であることが好ましい。前記断面における形状は、例えば、図9に示すような円形である。このように、素線ソリッドモデル21の中心軸Zcと直交する断面を、素線ソリッドモデル21の全長にわたってすべて同じ形状にすることにより、断面形状が場所毎に異なる撚り構造体モデルが作成されることを回避できる。その結果、マルチスケールシミュレーションに適した撚り構造体モデルを作成できる。
The strand
図10は、ユニットセルを示す斜視図である。ステップS101が終了したらステップS102へ進み、図2に示すモデル作成装置50のモデル合成部52は、母材ソリッドモデル10の内部に複数の素線ソリッドモデル21から構成される撚り線ソリッドモデル20を組み込んだユニットセル30を作成する。ユニットセル30は、母材ソリッドモデル10の端面に設けられた孔11から、複数の素線ソリッドモデル21の端面が現れている。モデル合成部52は、作成したユニットセル30の情報(座標情報や材料定数等)を記憶部50mへ一時的に格納する。次に、ステップS103へ進む。
FIG. 10 is a perspective view showing a unit cell. When step S101 is completed, the process proceeds to step S102, and the model synthesis unit 52 of the model creation device 50 shown in FIG. 2 installs the stranded
図11−1は、素線ソリッドモデルの表面をメッシュで分割した撚り線ソリッドモデルを示す斜視図である。図11−2は、表面をメッシュで分割した母材ソリッドモデルの斜視図である。図12は、素線ソリッドモデルの表面をメッシュで分割した状態を示す斜視図である。図13は、メッシュの説明図である。図14は、メッシュで分割した素線ソリッドモデルの表面の拡大図である。図15は、素線ソリッドモデルの表面をメッシュで分割した他の例を示す斜視図である。図16は、母材ソリッドモデルを説明するための斜視図である。図17は、表面をメッシュで分割した母材ソリッドモデルの表面の拡大図である。図18は、表面をメッシュで分割した母材ソリッドモデルの対向する面におけるメッシュの関係を示す模式図である。 FIG. 11A is a perspective view of a stranded wire solid model obtained by dividing the surface of the solid wire model with a mesh. FIG. 11B is a perspective view of a base material solid model whose surface is divided by a mesh. FIG. 12 is a perspective view showing a state in which the surface of the solid wire model is divided by a mesh. FIG. 13 is an explanatory diagram of a mesh. FIG. 14 is an enlarged view of the surface of the solid wire model divided by the mesh. FIG. 15 is a perspective view showing another example in which the surface of the solid wire model is divided by a mesh. FIG. 16 is a perspective view for explaining the base material solid model. FIG. 17 is an enlarged view of the surface of a base material solid model in which the surface is divided by a mesh. FIG. 18 is a schematic diagram showing a mesh relationship between opposing surfaces of a base material solid model whose surface is divided by a mesh.
ステップS103において、図2に示すモデル作成装置50のメッシュ分割部53は、図11−1、図11−2に示すように、撚り線ソリッドモデル20を構成する素線ソリッドモデル21の表面及び母材ソリッドモデル10の表面を、複数の節点で構成されるメッシュで分割(メッシュ分割)する。この場合、メッシュ分割部53は、記憶部50mに格納されている素線ソリッドモデル21及び母材ソリッドモデル10の情報を読み出し、それぞれの表面にメッシュを生成して分割する。
In step S103, the mesh dividing unit 53 of the model creating device 50 shown in FIG. 2 performs the surface and mother of the
図12に示すように、素線ソリッドモデル21の表面は、複数のメッシュ22で分割される。メッシュ22は、図13に示すように3個の節点24で構成される直角三角形形状である。図14に示すように、メッシュ分割部53は、メッシュ22の辺の一つが、撚り線を構成するモノフィラメント素線の撚られた状態における中心軸Zcと直交する断面21CS上に存在するように、素線ソリッドモデル21の表面にメッシュ22を生成する。このようにすると、素線ソリッドモデル21の表面にメッシュ22が規則正しく生成される。なお、隣接する断面21CS、21CS間の間隔は不等間隔であってもよいが、等間隔であることが好ましい。このようにすれば、素線ソリッドモデル21の表面にメッシュ22がより規則正しく生成される。
As shown in FIG. 12, the surface of the
図15は、表面にメッシュ122を規則正しく生成しなかった素線ソリッドモデル121を示すが、このようにすると、撚り構造体を構成するモノフィラメント素線上における応力分布やひずみの分布等を正確に評価できないおそれがある。しかし、本実施形態のように、素線ソリッドモデル21の表面にメッシュ22を規則正しく生成すると、モノフィラメント素線上における応力分布やひずみの分布等を正確に評価できる。
FIG. 15 shows the
図16に示すように、母材ソリッドモデル10の表面は、全部で6面ある。すなわち、側面13A、13B、13C、13Dと、端面13E、13Fである。図17に示すメッシュ12は、母材ソリッドモデル10の側面13A、13B、13C、13Dと、端面13E、13Fすべてに生成される。メッシュ12は、素線ソリッドモデル21の表面に形成されるメッシュ22と同様に、3個の節点14から構成される直角三角形形状である。
As shown in FIG. 16, the base material
本実施形態において、母材ソリッドモデル10の表面に生成されるメッシュ12は、一方の表面に存在する複数のメッシュ12を他方の表面に投影すると、一方の表面に生成されたメッシュ12の節点14が、他方の表面に生成されたメッシュ12の節点14に重なるように生成される。例えば、母材ソリッドモデル10の側面13Bと側面13Dとは対向するが、側面13Bに形成されたメッシュを符号12Bで表し、側面13Dに形成されたメッシュを符号12Dで表す。そして、メッシュ12Bは、3個の節点14Bで構成され、メッシュ12Dは3個の節点14Dで構成される。
In this embodiment, the
この場合、メッシュ12Bを構成するそれぞれの節点14Bを、メッシュ12Dを構成するそれぞれの節点14Dに投影すると、両者が重なる。すなわち、メッシュ12Bのそれぞれの節点14Bを、メッシュ12Bが生成された側面13Bと垂直な方向に移動させると、側面13Bと対向し、かつ平行な側面13Dの表面に生成されたメッシュ12Dの節点14Dに一致する。側面13Bの表面に生成されたすべてのメッシュ12Bと、側面13Dの表面に生成されたすべてのメッシュ12Dとが、このような関係にある。また、対向する側面13A、13Cの表面に生成されたすべてのメッシュ12、及び対向する端面13E、13Fの表面に生成されたすべてのメッシュ12についても同様である。このようにすることで、マルチスケールシミュレーションに適した撚り構造体モデルを作成できる。ステップS103において、母材ソリッドモデル10の表面及び素線ソリッドモデル21の表面に、それぞれメッシュ12、22が形成されたら、メッシュ分割部53は、その情報を記憶部50mに保存する。そして、ステップS104へ進む。
In this case, when the
図19は、撚り構造体モデルの側面図である。図20は、図19のA−A断面図である。図21は、撚り構造体モデルを構成する素線モデルの断面図である。図22−1、図22−2は、四面体要素の斜視図である。図23は、素線モデルと母材モデルとの境界の説明図である。ステップS104において、図2に示すモデル作成装置50の要素分割部54は、素線ソリッドモデル21の表面のメッシュ22を用いて、素線ソリッドモデル21の内部を複数の節点で構成される複数の四面体要素で分割して素線モデルを作成し、また、母材ソリッドモデル10の表面のメッシュ12を用いて母材ソリッドモデル10の内部を複数の節点で構成される複数の四面体要素で分割して母材モデルを作成する。これによって、図20に示すように、素線モデル21Mと母材モデル10Mとで構成される撚り構造体モデル30Mが作成される。
FIG. 19 is a side view of a twisted structure model. 20 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 21 is a cross-sectional view of the wire model constituting the twisted structure model. 22-1 and 22-2 are perspective views of the tetrahedral element. FIG. 23 is an explanatory diagram of the boundary between the wire model and the base material model. In step S104, the
図19に示すように、撚り構造体モデル30Mの外側は母材モデル10Mであり、表面には複数のメッシュ12が形成されている。そして、図20に示すように、撚り構造体モデル30Mは、母材モデル10Mの内部に、素線モデル21Mが配置されて構成される。母材モデル10Mは、複数の節点14で構成される四面体要素15(図22−1)で構成され、素線モデル21Mは、複数の節点24で構成される四面体要素25(図22−1参照)で構成される。図22−1に示す四面体要素15、25は、いずれも4個の節点14、24で構成される4節点四面体要素である。なお、四面体要素15、25は、図22−2に示すように、10個の節点14、24で構成される10節点四面体要素であってもよい。
As shown in FIG. 19, the outer side of the
要素分割部54は、素線モデル21Mを作成するにあたり、素線ソリッドモデル21の表面に形成されたメッシュ22を用いて、素線ソリッドモデル21の内部を四面体要素25で要素分割する。したがって、素線モデル21Mの表面には、四面体要素25の一面が現れることになる。このとき、要素分割部54は、記憶部50mに保存されている素線ソリッドモデル21の情報を読み出し、メッシュ22から素線ソリッドモデル21の内部に向かって要素分割していく。要素分割により生成されたそれぞれの四面体要素25の情報(座標情報や材料定数等)は、要素分割部54が記憶部50mに格納する。
In creating the
同様に、要素分割部54は、母材モデル10Mを作成するにあたり、母材ソリッドモデル10の表面に形成されたメッシュ12を用いて、母材ソリッドモデル10の内部を四面体要素15で要素分割する。したがって、母材モデル10Mの表面には、四面体要素15の一面が現れることになる。このとき、要素分割部54は、記憶部50mに保存されている母材ソリッドモデル10の情報を読み出し、メッシュ12から母材ソリッドモデル10の内部に向かって要素分割していく。要素分割により生成されたそれぞれの四面体要素15の情報(座標情報や材料定数等)は、要素分割部54が記憶部50mに格納する。
Similarly, when creating the
撚り構造体モデル30Mの長手方向と直交する断面、すなわち、図20に示す断面において、母材モデル10Mの表面における四面体要素15は、素線モデル21Mの表面における四面体要素25よりも寸法が大きいことが好ましい。このようにすることで、撚り構造体モデル30Mにおいて変形の大きい素線モデル21Mの近傍を小さい四面体要素でより細かく分割し、変形が比較的小さい母材モデル10Mの外側は比較的大きい四面体要素で分割できる。その結果、計算時間の増加を抑制しつつ、素線モデル21Mの近傍の計算精度を向上させることができる。
In the cross section orthogonal to the longitudinal direction of the
四面体要素15、25の寸法は、最も長い辺で比較する。また、母材モデル10Mの表面における四面体要素15の寸法は、素線モデル21Mの表面における四面体要素25の寸法の少なくとも2倍とすることが好ましい。このようにすれば、より確実に、計算時間の増加を抑制しつつ、計算精度を向上させることができる。また、母材モデル10Mの表面から素線モデル21Mの表面に向かって、母材モデル10Mを構成する四面体要素15の寸法を小さくしてもよい。このようにすれば、四面体要素15の急激な寸法変化を抑えることができるので、計算精度の低下を抑制できる。
The dimensions of the
なお、撚り構造体モデル30Mは、母材モデル10Mと素線モデル21Mとの境界31(図23参照)に、固着、剥離、接触のうち少なくとも一つの条件が付与されてもよい。これによって、撚り構造体の母材とモノフィラメント素線との間の固着、剥離、接触を評価できる。なお、この条件は、モデル作成装置50の処理部50pによって付与される。上記手順により、撚り構造体モデル30Mが完成する(ステップS105)。
In the
完成した撚り構造体モデル30Mは、例えば、タイヤの解析モデルの補強層に埋め込まれる。そして、撚り構造体モデル30Mが埋め込まれたタイヤの解析モデルを用いてマルチスケールシミュレーションが実行される。マルチスケールシミュレーションを実行するにあたっては、撚り構造体モデル30Mに周期対称条件が設定される。次に、周期対称条件について簡単に説明する。
The completed
図24は、撚り構造体モデルの一例を示す模式図である。図25は、撚り構造体モデルと座標系との関係を示す模式図である。図26は、撚り構造体モデルにひずみを付与して引張試験のシミュレーションを実行する例を示す模式図である。図24に示す撚り構造体モデル30Mは、上述した手順によって作成されたものである。撚り構造体モデル30Mは、力学特性の異なるモノフィラメント素線と母材とで構成される撚り構造体を解析モデル化したものであり、素線モデル21Mと母材モデル10Mとは、それぞれ力学的特性が異なる。
FIG. 24 is a schematic diagram illustrating an example of a twisted structure model. FIG. 25 is a schematic diagram showing a relationship between a twisted structure model and a coordinate system. FIG. 26 is a schematic diagram illustrating an example in which a tensile test simulation is performed by applying strain to a twisted structure model. The
このような撚り構造体モデル30Mにおいて、図26に示すような座標系を設定したとき、境界面F1及び境界面F2についての周期対称条件を説明すると、図26に示すように境界面F1とF2の相対向する節点A、Bが対応する節点として対応付けられる。この対応付けは、境界面F1、F2上の各節点について行われる。
In such a
例えば、図26中のy1方向に設定されたひずみを撚り構造体モデル30Mに付与して引張試験のシミュレーションを行う場合、すなわちひずみ制御によるシミュレーションの場合、この対応付けられた節点A、Bについて、変位勾配テンソルを用いた関係式が作成される。すなわち、ひずみによって作られる変位勾配テンソルが算出され、この変位勾配テンソルを節点A、Bの変位ベクトルとともに用いて、節点A、B間における変位ベクトルの差分と関係付けることができる。
For example, in the case of performing a tensile test simulation by applying the strain set in the y1 direction in FIG. 26 to the
すなわち、撚り構造体モデル30Mにおいて、ひずみの平均値が設定値になるように(平均ひずみとなるように)関係式を定める。関係式は、節点Aの変位ベクトル、節点Bの変位ベクトルをそれぞれWa、Wbとし、さらに、撚り構造体モデル30Mにおける節点と別個独立した仮想の節点Dを導入し、この節点Dの変位ベクトルをWdとし、節点A及び節点Bの位置ベクトルをそれぞれYa及びYbとし、上記変位勾配テンソルをHとする。このとき、下記式(2)の右辺の値(節点A、Bの変位ベクトルの差分に変位勾配テンソルを作用させた値)を節点Dにおける変位ベクトルとすることにより、下記式(1)が定まる。
Wb−Wa=Wd・・・(1)
Wd=H・(Yb−Ya)・・・(2)
このように、シミュレーションに際して、仮想の節点Dを導入し、式(1)の関係式を節点A、B、D間の拘束条件として与えることで、式(2)に示す値を節点Dの変位ベクトルとして与えるだけで、ミクロモデルにおける周期対称条件を設定することになる。
That is, in the
Wb−Wa = Wd (1)
Wd = H · (Yb−Ya) (2)
As described above, in the simulation, a virtual node D is introduced, and the relational expression of the expression (1) is given as a constraint condition between the nodes A, B, and D, so that the value shown in the expression (2) is the displacement of the node D. Simply giving it as a vector sets the cyclic symmetry condition in the micro model.
(変形例)
図27は、本実施形態の変形例に係る撚り構造体モデルの作成方法の手順を示すフローチャートである。本変形例に係る撚り構造体モデルの作成方法は、図2に示すモデル作成装置50によって実現できる。本変形例に係る撚り構造体モデルの作成方法は、上述した撚り構造体モデルの作成方法と略同様であるが、素線ソリッドモデル21と母材ソリッドモデル10とからそれぞれ別個に素線モデル21Mと母材モデル10Mとを作成した後、両者を組み合わせる点が異なる。
(Modification)
FIG. 27 is a flowchart showing a procedure of a method for creating a twisted structure model according to a modification of the present embodiment. The creation method of the twisted structure model according to this modification can be realized by the model creation device 50 shown in FIG. The method for creating the twisted structure model according to the present modification is substantially the same as the method for creating the twisted structure model described above, but the
このため、本変形例に係る撚り構造体モデルの作成方法をモデル作成装置50が実行する場合、要素分割部54は、表面にメッシュが形成された素線ソリッドモデル21と母材ソリッドモデル10とを、それぞれ別個に四面体要素25、15で要素分割する。また、モデル合成部52は、要素分割部54が作成した複数の素線モデル21Mから構成される撚り線モデルを母材モデル10Mの内部に組み込んで、撚り構造体モデル30Mを作成する。
For this reason, when the model creation device 50 executes the creation method of the twisted structure model according to the present modification, the
本変形例に係る撚り構造体モデルの作成方法を実行するにあたり、ステップS201は、上述した撚り構造体モデルの作成方法におけるステップS101と同一である。ステップS202において、モデル作成装置50のメッシュ分割部53は、作成された素線ソリッドモデル21の表面及び母材ソリッドモデル10の表面を、複数の節点で構成されるメッシュ22、12で分割(メッシュ分割)する。メッシュ分割については上述した通りである。
In executing the method for creating a twisted structure model according to this modification, Step S201 is the same as Step S101 in the method for creating a twisted structure model described above. In step S202, the mesh dividing unit 53 of the model creating apparatus 50 divides the surface of the created
次に、ステップS203において、モデル作成装置50の要素分割部54は、素線ソリッドモデル21の表面のメッシュ22を用いて、素線ソリッドモデル21の内部を複数の節点で構成される複数の四面体要素で分割して素線モデルを作成し、また、母材ソリッドモデル10の表面のメッシュ12を用いて母材ソリッドモデル10の内部を複数の節点で構成される複数の四面体要素で分割する。この手法は、上述した通りである。
Next, in step S <b> 203, the
次に、ステップS204において、モデル作成装置50のモデル合成部52は、要素分割部54が作成した複数の素線モデル21Mから構成される撚り線モデルを母材モデル10Mの内部に組み込んで、撚り構造体モデル30Mを作成する。これによって、撚り構造体モデル30Mが完成する(ステップS205)。
Next, in step S204, the model synthesis unit 52 of the model creation device 50 incorporates a stranded wire model composed of the plurality of
以上、本実施形態及びその変形例では、母材と複数のモノフィラメント素線とで構成される撚り構造体の解析モデルを作成するにあたり、モノフィラメント素線及び母材のソリッドモデル(母材ソリッドモデルの内部に素線ソリッドモデル)を作成する。そして、素線ソリッドモデルの表面及び母材ソリッドモデルの表面を複数の節点で構成される複数のメッシュで分割する。このとき、母材ソリッドモデルの対向する表面において、一方の表面に存在する複数のメッシュを他方の表面に投影すると、一方の表面に形成されたメッシュの節点が、他方の表面に形成されたメッシュの節点に重なるようにする。その後、素線ソリッドモデルの表面及び母材ソリッドモデルの表面のメッシュを用いて素線のソリッドモデルの内部及び母材のソリッドモデルの内部を、複数の節点で構成される複数の四面体要素で分割する。これによって、本実施形態及びその変形例では、マルチスケールシミュレーションに適した、補強コードのような撚り構造体の解析モデルを作成できる。 As described above, in the present embodiment and its modification, in creating an analysis model of a twisted structure composed of a base material and a plurality of monofilament strands, the solid model of the monofilament strand and the base material Create a solid wire model inside. Then, the surface of the solid wire model and the surface of the base material solid model are divided by a plurality of meshes composed of a plurality of nodes. At this time, when a plurality of meshes existing on one surface are projected onto the other surface on the opposing surfaces of the base material solid model, the mesh nodes formed on one surface are meshes formed on the other surface. It overlaps with the node of. Then, using the mesh of the surface of the solid wire model and the surface of the base metal solid model, the inside of the solid wire model and the inside of the solid material model are composed of multiple tetrahedron elements composed of multiple nodes. To divide. Thereby, in this embodiment and its modification, the analysis model of a twist structure like a reinforcement cord suitable for multiscale simulation can be created.
以上のように、本発明に係る撚り構造体モデルの作成方法及び撚り構造体モデルの作成用コンピュータプログラムは、タイヤの補強材である補強コードのような撚り構造体を、コンピュータで解析可能な解析モデル化することに有用であり、特に、マルチスケールシミュレーションに適した解析モデルを作成することに適している。 As described above, the method for creating a twisted structure model and the computer program for creating a twisted structure model according to the present invention can analyze a twisted structure such as a reinforcement cord, which is a reinforcing material for a tire, with a computer. It is useful for modeling, and is particularly suitable for creating an analysis model suitable for multiscale simulation.
1 タイヤ
2 カーカス
3 ベルト
4 ベルトカバー
10 母材ソリッドモデル
10M 母材モデル
10Ta、10Tb 両端面
12、12B、12D、22、122 メッシュ
13A、13B、13C、13D 側面
14、14B、14D、24 節点
15、25 四面体要素
20 撚り線ソリッドモデル
21 素線ソリッドモデル
21M 素線モデル
21CS 断面
30 ユニットセル
30M 撚り構造体モデル
31 境界
50 モデル作成装置(撚り構造体モデルの作成装置)
50m 記憶部
50p 処理部
51 ソリッドモデル作成部
52 モデル合成部
53 メッシュ分割部
54 要素分割部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Tire 2 Carcass 3 Belt 4
50m storage unit 50p processing unit 51 solid model creation unit 52 model synthesis unit 53
Claims (9)
前記コンピュータが、前記複数のモノフィラメント素線のソリッドモデルである素線ソリッドモデルと、前記母材のソリッドモデルである母材ソリッドモデルとを作成する手順と、
前記コンピュータが、前記母材ソリッドモデルの内部に複数の前記素線ソリッドモデルから構成される撚り線ソリッドモデルを組み込む手順と、
前記コンピュータが、前記素線ソリッドモデルの表面を複数の節点で構成される複数のメッシュで分割し、また、前記母材ソリッドモデルの対向する表面において、一方の表面に存在する複数のメッシュを他方の表面に投影すると、一方の表面のメッシュの節点が、他方の表面のメッシュの節点に重なるように、前記母材ソリッドモデルの表面を複数の節点で構成される複数のメッシュで分割する手順と、
前記コンピュータが、前記素線ソリッドモデルの表面のメッシュを用いて前記素線ソリッドモデルの内部を複数の節点で構成される複数の四面体要素で分割して素線モデルを作成し、また、前記母材ソリッドモデルの表面のメッシュを用いて前記母材ソリッドモデルの内部を複数の節点で構成される複数の四面体要素で分割して母材モデルを作成し、前記素線モデルと前記母材モデルとで構成される撚り構造体モデルを作成する手順と、
を含むことを特徴とする撚り構造体モデルの作成方法。 An analysis model of the twisted structure that can be analyzed by a computer with respect to a twisted structure that is combined with a base material and a twisted wire obtained by twisting a plurality of monofilament strands and is embedded in the structure to reinforce the structure In creating
A step of creating a solid wire model that is a solid model of the plurality of monofilament wires and a base material solid model that is a solid model of the base material;
The computer incorporates a stranded solid model composed of a plurality of the strand solid models inside the matrix solid model;
The computer divides the surface of the solid solid model with a plurality of meshes composed of a plurality of nodes, and the plurality of meshes existing on one surface of the opposing surfaces of the base material solid model are divided into the other. Dividing the surface of the base material solid model with a plurality of meshes composed of a plurality of nodes such that the nodes of the mesh on one surface overlap the nodes of the mesh on the other surface when projected onto the surface of ,
The computer creates a wire model by dividing the interior of the wire solid model into a plurality of tetrahedral elements composed of a plurality of nodes using a mesh of the surface of the wire solid model, and A matrix model is created by dividing the interior of the matrix solid model into a plurality of tetrahedral elements composed of a plurality of nodes using a mesh of the surface of the matrix solid model, and the wire model and the matrix Creating a twisted structure model composed of the model;
A method for creating a twisted structure model, comprising:
前記コンピュータが、前記複数のモノフィラメント素線のソリッドモデルである素線ソリッドモデルと、前記母材のソリッドモデルである母材ソリッドモデルとを作成する手順と、
前記コンピュータが、前記素線ソリッドモデルの表面を複数の節点で構成される複数のメッシュで分割し、また、前記母材ソリッドモデルの対向する表面において、一方の表面に存在する複数のメッシュを他方の表面に投影すると、一方の表面のメッシュの節点が、他方の表面のメッシュの節点に重なるように、前記母材ソリッドモデルの表面を複数の節点で構成される複数のメッシュで分割する手順と、
前記コンピュータが、前記素線ソリッドモデルの表面のメッシュを用いて前記素線ソリッドモデルの内部を複数の節点で構成される複数の四面体要素で分割して素線モデルを作成し、また、前記母材ソリッドモデルの表面のメッシュを用いて前記母材ソリッドモデルの内部を複数の節点で構成される複数の四面体要素で分割して母材モデルを作成する手順と、
前記コンピュータが、複数の前記素線モデルを前記母材モデルの内部に組み込んで、前記素線モデルと前記母材モデルとで構成される撚り構造体モデルを作成する手順と、
を含むことを特徴とする撚り構造体モデルの作成方法。 An analysis model of the twisted structure that can be analyzed by a computer with respect to a twisted structure that is combined with a base material and a twisted wire obtained by twisting a plurality of monofilament strands and is embedded in the structure to reinforce the structure In creating
A step of creating a solid wire model that is a solid model of the plurality of monofilament wires and a base material solid model that is a solid model of the base material;
The computer divides the surface of the solid solid model with a plurality of meshes composed of a plurality of nodes, and the plurality of meshes existing on one surface of the opposing surfaces of the base material solid model are divided into the other. Dividing the surface of the base material solid model with a plurality of meshes composed of a plurality of nodes such that the nodes of the mesh on one surface overlap the nodes of the mesh on the other surface when projected onto the surface of ,
The computer creates a wire model by dividing the interior of the wire solid model into a plurality of tetrahedral elements composed of a plurality of nodes using a mesh of the surface of the wire solid model, and A procedure for creating a base material model by dividing the inside of the base material solid model with a plurality of tetrahedral elements composed of a plurality of nodes using a mesh of the surface of the base material solid model;
The computer incorporates a plurality of the wire models inside the base material model to create a twisted structure model composed of the wire model and the base material model;
A method for creating a twisted structure model, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009282969A JP5434554B2 (en) | 2009-12-14 | 2009-12-14 | Method for creating twisted structure model and computer program for creating twisted structure model |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009282969A JP5434554B2 (en) | 2009-12-14 | 2009-12-14 | Method for creating twisted structure model and computer program for creating twisted structure model |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011122279A true JP2011122279A (en) | 2011-06-23 |
JP5434554B2 JP5434554B2 (en) | 2014-03-05 |
Family
ID=44286421
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009282969A Expired - Fee Related JP5434554B2 (en) | 2009-12-14 | 2009-12-14 | Method for creating twisted structure model and computer program for creating twisted structure model |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5434554B2 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013007709A (en) * | 2011-06-27 | 2013-01-10 | Bridgestone Corp | Tire performance simulation method, tire performance simulation device, and tire performance simulation program |
JP2014092989A (en) * | 2012-11-05 | 2014-05-19 | Sumitomo Rubber Ind Ltd | Method of creating simulation model |
JP2015044574A (en) * | 2013-08-02 | 2015-03-12 | 住友電気工業株式会社 | Numerical analysis method of cord with rubber, and computer program |
JP2016057232A (en) * | 2014-09-11 | 2016-04-21 | 住友ゴム工業株式会社 | Analysis method of rubber product and computer program for analyzing rubber product |
JP2017102592A (en) * | 2015-11-30 | 2017-06-08 | ラトックシステムエンジニアリング株式会社 | Method for forming mesh for analyzing substance contained in composite material, and program |
JP2020187590A (en) * | 2019-05-15 | 2020-11-19 | 横浜ゴム株式会社 | Twist structure model generating apparatus, twist structure model simulation method, and twist structure model generating program |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11201875A (en) * | 1998-01-19 | 1999-07-30 | Sumitomo Rubber Ind Ltd | Method for simulating tire performance |
JP2004093530A (en) * | 2002-09-04 | 2004-03-25 | Yokohama Rubber Co Ltd:The | Dynamic characteristics simulation method of composite material |
JP2007034728A (en) * | 2005-07-27 | 2007-02-08 | Mitsuboshi Belting Ltd | Cord and method for preparing finite element model of its complex |
JP2008231605A (en) * | 2007-03-19 | 2008-10-02 | Bridgestone Corp | Method, apparatus and program for preparation of analysis model of tire cord |
JP2010229559A (en) * | 2009-03-25 | 2010-10-14 | Yokohama Rubber Co Ltd:The | Method for making twist structure model and computer program for making twist structure model |
-
2009
- 2009-12-14 JP JP2009282969A patent/JP5434554B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11201875A (en) * | 1998-01-19 | 1999-07-30 | Sumitomo Rubber Ind Ltd | Method for simulating tire performance |
JP2004093530A (en) * | 2002-09-04 | 2004-03-25 | Yokohama Rubber Co Ltd:The | Dynamic characteristics simulation method of composite material |
JP2007034728A (en) * | 2005-07-27 | 2007-02-08 | Mitsuboshi Belting Ltd | Cord and method for preparing finite element model of its complex |
JP2008231605A (en) * | 2007-03-19 | 2008-10-02 | Bridgestone Corp | Method, apparatus and program for preparation of analysis model of tire cord |
JP2010229559A (en) * | 2009-03-25 | 2010-10-14 | Yokohama Rubber Co Ltd:The | Method for making twist structure model and computer program for making twist structure model |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013007709A (en) * | 2011-06-27 | 2013-01-10 | Bridgestone Corp | Tire performance simulation method, tire performance simulation device, and tire performance simulation program |
JP2014092989A (en) * | 2012-11-05 | 2014-05-19 | Sumitomo Rubber Ind Ltd | Method of creating simulation model |
JP2015044574A (en) * | 2013-08-02 | 2015-03-12 | 住友電気工業株式会社 | Numerical analysis method of cord with rubber, and computer program |
JP2016057232A (en) * | 2014-09-11 | 2016-04-21 | 住友ゴム工業株式会社 | Analysis method of rubber product and computer program for analyzing rubber product |
JP2017102592A (en) * | 2015-11-30 | 2017-06-08 | ラトックシステムエンジニアリング株式会社 | Method for forming mesh for analyzing substance contained in composite material, and program |
JP2020187590A (en) * | 2019-05-15 | 2020-11-19 | 横浜ゴム株式会社 | Twist structure model generating apparatus, twist structure model simulation method, and twist structure model generating program |
JP7343752B2 (en) | 2019-05-15 | 2023-09-13 | 横浜ゴム株式会社 | Twisted structure model creation device, twisted structure model simulation method, and twisted structure model creation program |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5434554B2 (en) | 2014-03-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5434554B2 (en) | Method for creating twisted structure model and computer program for creating twisted structure model | |
JP4081330B2 (en) | Mechanical property simulation method and mechanical property simulation apparatus for composite material | |
JP5128857B2 (en) | Tire code analysis model creation method, apparatus, program, and tire performance analysis method | |
JP5169114B2 (en) | How to create a tire model | |
JP2010111271A (en) | Tire model forming method and computer program for forming tire model | |
JP5211549B2 (en) | Tire model creation method, tire model performance prediction method, and tire design method | |
JP5104042B2 (en) | Tire performance prediction method, tire performance prediction computer program, and tire design method | |
JP4967466B2 (en) | Tire performance prediction method, tire performance prediction computer program, and tire performance prediction apparatus | |
JP5834456B2 (en) | Tire simulation method, computer program for simulation, and structure simulation method | |
JP5572946B2 (en) | Tire performance prediction method and tire performance prediction computer program | |
JP4933924B2 (en) | Tire code analysis model creation method, apparatus, and program | |
JP5316154B2 (en) | Method for creating twisted structure model and computer program for creating twisted structure model | |
JP2009196598A (en) | Method, device and program for preparing analytic model of tire cord | |
JP4581539B2 (en) | Structure analysis model creation apparatus and computer program for creating structure analysis model | |
JP5526599B2 (en) | Tread model creation method and computer program therefor, tire model creation method and computer program therefor | |
JP5636856B2 (en) | Structure simulation method | |
JP5316155B2 (en) | Method for creating twisted structure model and computer program for creating twisted structure model | |
JP5029370B2 (en) | Tire evaluation method and tire evaluation computer program | |
JP5584004B2 (en) | Tire performance prediction method and tire performance prediction apparatus | |
JP7343752B2 (en) | Twisted structure model creation device, twisted structure model simulation method, and twisted structure model creation program | |
JP6487646B2 (en) | Numerical analysis method and computer program for cord with rubber | |
JP5785457B2 (en) | Prediction method of tire durability | |
JP5745952B2 (en) | Tire performance simulation method, tire performance simulation apparatus, and tire performance simulation program | |
JP2012148653A (en) | Simulation method of tire and computer program for simulation of tire | |
JP5262488B2 (en) | Method for creating assembly model and computer program for creating assembly model |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20121112 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131029 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20131112 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131125 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5434554 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |