JP2015044574A - Numerical analysis method of cord with rubber, and computer program - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make easy creation of an analysis model used for numerical analysis of a cord with rubber for a rubber-made tire.SOLUTION: A numerical analysis method of numerically analyzing a cord with rubber 10 in which a cord bundle 20 formed by stranding plural cords 21 is covered with rubber 30, by a computer device 5 through modeling of the cord with rubber 10. The method comprises: a model creation step to create a three-dimensional analysis model M of the cord with rubber 10; and an analysis step to implement numerical analysis on the three-dimensional analysis model M. The model creation step includes: a cord model creation step St11 to create a cord model C in which the cord bundle 20 is divided into plural elements; a rubber model creation step St12 to create a three-dimensional rubber model G in which the rubber 30 is divided into plural elements, separately from the cord model C; and an embedding step St13 to embed the cord model C into the rubber model G.

Description

本発明は、複数本のコードが撚り合わされたコード束にゴムを被覆したゴム製タイヤ用ゴム付きコードをモデル化して数値解析する方法、及び、ゴム付きコードをモデル化する処理をコンピュータに行わせるためのコンピュータプログラムに関する。   The present invention allows a computer to perform a method of modeling and numerically analyzing a rubber cord for a rubber tire in which a cord bundle in which a plurality of cords are twisted and covered with rubber is coated, and a process for modeling the cord with rubber Relates to a computer program.

自動車に用いられるゴム製タイヤは、補強部材としてカーカス、ベルト、ビードコア等を備えており、これら補強部材によって母材であるゴムが補強されている。カーカスやベルトは、複数本の金属製コードが撚り合わされたコード束を複数有しており、これらコード束が一方向(トレッドの幅方向)に間隔をあけて並べて設けられ、これらコード束にゴムを被覆させている。   Rubber tires used in automobiles are provided with carcass, belt, bead core and the like as reinforcing members, and rubber as a base material is reinforced by these reinforcing members. A carcass or belt has a plurality of cord bundles in which a plurality of metal cords are twisted together, and these cord bundles are arranged side by side in one direction (tread width direction). Is covered.

近年、このようなゴム製タイヤの開発期間の短縮及び開発コストの低減を図るために、カーカスやベルト等の補強部材の性能を、コンピュータによる数値解析を用いて評価している(例えば、非特許文献1参照)。   In recent years, in order to shorten the development period of such rubber tires and reduce development costs, the performance of reinforcing members such as carcass and belts has been evaluated using numerical analysis by a computer (for example, non-patent) Reference 1).

高橋秀雄、外3名、「撚りコードを有するFRP柱の引張剛性」、[online]、2008年2月26日、日本機械学会、[2012年9月21日検索]、インターネット<URL:https://www.jstage.jst.go.jp/article/kikaic1979/66/651/66_651_3690/_pdf>Hideo Takahashi, 3 others, “Tensile rigidity of FRP columns with twisted cords”, [online], February 26, 2008, Japan Society of Mechanical Engineers, [Search September 21, 2012], Internet <URL: https: //www.jstage.jst.go.jp/article/kikaic1979/66/651/66_651_3690/_pdf>

前記のようなゴム製タイヤの補強部材(カーカスやベルト)を構成する、複数本のコードが撚り合わされたコード束にゴムを被覆したゴム付きコードを、コンピュータにより数値解析(FEM解析)するためには、このゴム付きコードをモデル化する必要がある。
解析対象をモデル化するために、様々な方法が考えられるが、ゴム製タイヤ用のゴム付きコードのように、物性値が異なる金属製コードとゴムとを含む複合材料の場合、例えば、次のようにしてモデル化することができる。
In order to perform numerical analysis (FEM analysis) with a computer on a rubber-coated cord, which is a reinforcing member (carcass or belt) of a rubber tire as described above, in which a cord bundle in which a plurality of cords are twisted is covered with rubber. Needs to model this rubberized cord.
Various methods are conceivable for modeling the analysis target. In the case of a composite material including a metal cord and rubber having different physical property values, such as a cord with rubber for a rubber tire, for example, the following In this way, it can be modeled.

実際のゴム付きコードの横断面画像を所定ピッチで複数取得し、横断面画像毎に二次元解析モデルを生成する。この二次元解析モデルの生成は、取得した横断面画像に基づいて、先ず、図19(A)に示すように、コード束90を構成する複数本のコード91(コードの領域)それぞれを複数の要素に分割する。
次に、図19(B)に示すように、各コード91の周りに存在するゴム92(ゴムの領域)を複数の要素に分割する。この際、ゴム92と各コード91との境界では、コード91の要素の節点(91a)とゴム92の要素の節点(92a)とを一致させ、ゴム92の領域を複数の要素に分割する。
このようにして横断面画像それぞれに基づいてゴム付きコードの二次元解析モデルを生成し、隣り合う二次元解析モデルの要素同士の関連付けを行ってゴム付きコードの三次元解析モデルを生成する。
A plurality of cross-sectional images of actual rubberized cords are acquired at a predetermined pitch, and a two-dimensional analysis model is generated for each cross-sectional image. The generation of the two-dimensional analysis model is based on the acquired cross-sectional image. First, as shown in FIG. 19 (A), a plurality of codes 91 (code areas) constituting the code bundle 90 are each a plurality of codes. Split into elements.
Next, as shown in FIG. 19B, the rubber 92 (rubber region) existing around each cord 91 is divided into a plurality of elements. At this time, at the boundary between the rubber 92 and each cord 91, the node (91a) of the element of the cord 91 and the node (92a) of the element of the rubber 92 are matched to divide the region of the rubber 92 into a plurality of elements.
In this way, a two-dimensional analysis model of a cord with rubber is generated on the basis of each cross-sectional image, and elements of adjacent two-dimensional analysis models are associated with each other to generate a three-dimensional analysis model of a cord with rubber.

しかし、ゴム付きコードには複数本(例えば4本〜12本)のコード91が含まれており、コード91とゴム92との境界の形状が複雑であり、さらに、複数本のコード91は撚られて長手方向に沿って螺旋状となっていることから、横断面毎でコード91の位置が不規則になる。
したがって、前記のとおり、コード91の要素の節点(91a)とゴム92の要素の節点(92a)とを一致させて、ゴム92の領域を複数の要素に分割して解析モデルを生成する作業は、コンピュータの機能を用いても非常に難しい。
However, the cord with rubber includes a plurality of cords 91 (for example, 4 to 12 cords), the shape of the boundary between the cord 91 and the rubber 92 is complicated, and the plurality of cords 91 are twisted. Since it is spiral along the longitudinal direction, the position of the cord 91 is irregular for each cross section.
Therefore, as described above, the operation of generating the analysis model by matching the node (91a) of the element of the code 91 with the node (92a) of the element of the rubber 92 and dividing the region of the rubber 92 into a plurality of elements. Even using computer functions is very difficult.

そこで、本発明は、ゴム製タイヤ用のゴム付きコードの数値解析に用いられる解析モデルの生成が容易となる技術的手段を含む数値解析方法、及び、解析モデルの生成を容易とさせるためのコンピュータプログラムを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a numerical analysis method including technical means that facilitates generation of an analysis model used for numerical analysis of a rubber-equipped cord for a rubber tire, and a computer for facilitating generation of the analysis model The purpose is to provide a program.

本発明の一態様に係るゴム付きコードの数値解析方法は、複数本のコードが撚り合わされたコード束にゴムを被覆したゴム製タイヤ用ゴム付きコードをモデル化してコンピュータにより数値解析する方法であって、前記ゴム付きコードの三次元解析モデルを生成するモデル生成ステップと、前記三次元解析モデルに対して各種条件を設定する設定ステップと、前記各種条件が設定された前記三次元解析モデルについて数値解析を行う解析ステップとを備え、前記モデル生成ステップは、前記コード束が複数の要素に分割されたコードモデルを生成するコードモデル生成ステップと、前記ゴムが複数の要素に分割された三次元のゴムモデルを、前記コードモデルとは別に、生成するゴムモデル生成ステップと、前記コードモデルを前記ゴムモデルに埋め込む埋め込みステップとを含み、前記埋め込みステップでは、前記コードモデルと前記ゴムモデルとの要素同士が重なり合うことを許容して前記コードモデル及び前記ゴムモデルを有する前記ゴム付きコードの三次元解析モデルを生成する。   The numerical analysis method for a rubber-attached cord according to an aspect of the present invention is a method of modeling a rubber-attached cord for a rubber tire in which a cord bundle in which a plurality of cords are twisted is covered with rubber, and performing a numerical analysis by a computer. A model generation step for generating a three-dimensional analysis model of the cord with rubber, a setting step for setting various conditions for the three-dimensional analysis model, and numerical values for the three-dimensional analysis model in which the various conditions are set An analysis step for performing analysis, wherein the model generation step includes: a code model generation step for generating a code model in which the code bundle is divided into a plurality of elements; and a three-dimensional model in which the rubber is divided into a plurality of elements. A rubber model generating step for generating a rubber model separately from the code model; and the code model for the rubber model. An embedding step, and in the embedding step, an element of the code model and the rubber model is allowed to overlap with each other, and the three-dimensional analysis model of the cord with rubber having the code model and the rubber model is provided. Generate.

また、本発明の一態様に係るコンピュータプログラムは、複数本のコードが撚り合わされたコード束にゴムを被覆したゴム製タイヤ用ゴム付きコードの三次元解析モデルを、コンピュータにより生成させるためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータを、前記コード束が複数の要素に分割された三次元のコードモデルを生成するコードモデル生成手段、前記ゴムが複数の要素に分割された三次元のゴムモデルを、前記コードモデルとは別に、生成するゴムモデル生成手段、前記コードモデルを前記ゴムモデルに埋め込む埋め込み手段として機能させるためのプログラムであり、前記埋め込み手段は、前記コードモデルと前記ゴムモデルとの要素同士が重なり合うことを許容して前記コードモデル及び前記ゴムモデルを有する前記ゴム付きコードの三次元解析モデルを生成する。   The computer program according to one aspect of the present invention is a computer program for causing a computer to generate a three-dimensional analysis model of rubber cords for rubber tires in which a cord bundle in which a plurality of cords are twisted is covered with rubber. The computer includes a code model generating means for generating a three-dimensional code model in which the code bundle is divided into a plurality of elements, a three-dimensional rubber model in which the rubber is divided into a plurality of elements, Separately from the code model, a rubber model generating means for generating, a program for causing the code model to function as an embedding means for embedding the code model in the rubber model, and the embedding means includes elements of the code model and the rubber model. Before having the cord model and the rubber model allowing overlapping To generate a three-dimensional analysis model of the rubber with a code.

また、本発明の一態様に係るコンピュータプログラムは、複数本のコードが撚り合わされたコード束にゴムを被覆したゴム製タイヤ用ゴム付きコードの三次元解析モデルの生成、及び、当該三次元解析モデルについての数値解析を、コンピュータにより実行させるためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータを、前記コード束が複数の要素に分割されたコードモデルを生成するコードモデル生成手段、前記ゴムが複数の要素に分割された角柱形状となる三次元のゴムモデルを、前記コードモデルとは別に、生成するゴムモデル生成手段、前記コードモデルを前記ゴムモデルに埋め込み前記三次元解析モデルを生成する埋め込み手段、及び、前記三次元解析モデルについて数値解析を行う解析手段として機能させるためのプログラムであり、前記埋め込み手段は、前記コードモデルの長手方向と角柱形状である前記ゴムモデルの長手方向とを一致させ、かつ、前記コードモデルと前記ゴムモデルとの要素同士が重なり合うことを許容して前記コードモデル及び前記ゴムモデルを有する前記ゴム付きコードの三次元解析モデルを角柱形状モデルとして生成し、前記解析手段は、前記角柱形状モデルの一側面に平行な方向を剪断方向として剪断数値解析を行うコンピュータプログラム。   In addition, the computer program according to one aspect of the present invention is a method for generating a three-dimensional analysis model of a cord with rubber for a rubber tire in which a cord bundle in which a plurality of cords are twisted is covered with rubber, and the three-dimensional analysis model A computer program for causing a computer to perform numerical analysis on the computer, the computer comprising a code model generating means for generating a code model in which the code bundle is divided into a plurality of elements, and the rubber being a plurality of elements A rubber model generating means for generating a three-dimensional rubber model having a divided prismatic shape separately from the code model, an embedding means for embedding the code model in the rubber model and generating the three-dimensional analysis model, and A program for causing the three-dimensional analysis model to function as an analysis means for performing numerical analysis And the embedding means allows the longitudinal direction of the cord model to coincide with the longitudinal direction of the rubber model having a prismatic shape, and allows the elements of the cord model and the rubber model to overlap each other. A three-dimensional analysis model of the cord with rubber having the cord model and the rubber model is generated as a prismatic shape model, and the analysis means performs a shear numerical analysis with a direction parallel to one side of the prismatic shape model as a shear direction. A computer program that does.

本発明の数値解析方法によれば、ゴム付きコードの三次元解析モデルの生成が容易となり、解析時間の短縮化が可能となる。
また、本発明のコンピュータプログラムによれば、ゴム付きコードの三次元解析モデルの生成が容易となる。
According to the numerical analysis method of the present invention, it is easy to generate a three-dimensional analysis model of a cord with rubber, and the analysis time can be shortened.
In addition, according to the computer program of the present invention, it becomes easy to generate a three-dimensional analysis model of a cord with rubber.

本発明のゴム付きコードの数値解析方法を実行するコンピュータ装置の説明図である。It is explanatory drawing of the computer apparatus which performs the numerical analysis method of the cord with rubber | gum of this invention. ゴム付きコードの説明図である。It is explanatory drawing of a cord with rubber | gum. ゴム付きコードの数値解析方法を説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the numerical analysis method of the cord with rubber. モデル生成ステップのフロー図である。It is a flowchart of a model production | generation step. コードモデル(ソリッド要素の場合)の説明図である。It is explanatory drawing of a code model (in the case of a solid element). ゴムモデルの説明図である。It is explanatory drawing of a rubber model. ゴム付きコードの三次元解析モデル(コードモデルがソリッド要素の場合)の説明図である。It is explanatory drawing of the three-dimensional analysis model (when a code model is a solid element) of a cord with rubber. コード束の製造をシミュレーションしてコードモデルを生成する場合の説明図である。It is explanatory drawing in the case of producing | generating a code model by simulating manufacture of a code bundle. コードモデル(梁要素の場合)の説明図である。It is explanatory drawing of a code model (in the case of a beam element). ゴム付きコードの三次元解析モデル(コードモデルが梁要素の場合)の説明図である。It is explanatory drawing of the three-dimensional analysis model (when a code model is a beam element) of a cord with rubber. 三次元解析モデルの一部を簡略化した説明図である。It is explanatory drawing which simplified a part of three-dimensional analysis model. 三次元解析モデルの一部を簡略化した説明図である。It is explanatory drawing which simplified a part of three-dimensional analysis model. 実際の自動車のゴム製タイヤの構成部材を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the structural member of the rubber tire of an actual motor vehicle. 剪断数値解析のイメージ図である。It is an image figure of a shear numerical analysis. 剪断数値解析のために設定ステップにおいて設定される条件を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the conditions set in a setting step for a shear numerical analysis. 引っ張り数値解析のイメージ図である。It is an image figure of tensile numerical analysis. 引っ張り数値解析のために設定ステップにおいて設定される条件を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the conditions set in a setting step for tensile numerical analysis. コンピュータ装置が生成したデータの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the data which the computer apparatus produced | generated. 従来のゴム付きコードの三次元解析モデルの生成方法を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the production | generation method of the three-dimensional analysis model of the conventional cord with rubber | gum.

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
(1)本発明の一態様に係るゴム付きコードの数値解析方法は、複数本のコードが撚り合わされたコード束にゴムを被覆したゴム製タイヤ用ゴム付きコードをモデル化してコンピュータにより数値解析する方法であって、前記ゴム付きコードの三次元解析モデルを生成するモデル生成ステップと、前記三次元解析モデルに対して各種条件を設定する設定ステップと、前記各種条件が設定された前記三次元解析モデルについて数値解析を行う解析ステップとを備え、前記モデル生成ステップは、前記コード束が複数の要素に分割されたコードモデルを生成するコードモデル生成ステップと、前記ゴムが複数の要素に分割された三次元のゴムモデルを、前記コードモデルとは別に、生成するゴムモデル生成ステップと、前記コードモデルを前記ゴムモデルに埋め込む埋め込みステップとを含み、前記埋め込みステップでは、前記コードモデルと前記ゴムモデルとの要素同士が重なり合うことを許容して前記コードモデル及び前記ゴムモデルを有する前記ゴム付きコードの三次元解析モデルを生成する。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described.
(1) In the numerical analysis method for a cord with rubber according to an aspect of the present invention, a cord with rubber for a rubber tire in which a cord bundle in which a plurality of cords are twisted is covered with rubber is modeled and numerical analysis is performed by a computer. A method for generating a three-dimensional analysis model of the cord with rubber, a setting step for setting various conditions for the three-dimensional analysis model, and the three-dimensional analysis in which the various conditions are set An analysis step for performing numerical analysis on the model, wherein the model generation step includes a code model generation step for generating a code model in which the code bundle is divided into a plurality of elements, and the rubber is divided into a plurality of elements. A rubber model generating step for generating a three-dimensional rubber model separately from the code model; and An embedding step for embedding in a model, and in the embedding step, the code model and the rubber model are allowed to overlap with each other and the three-dimensional analysis model of the cord with rubber having the rubber model Is generated.

この構成によれば、コードモデルを生成し、このコードモデルとは別に三次元のゴムモデルを生成し、コードモデルをゴムモデルに埋め込むことでゴム付きコードの三次元解析モデルを生成するため、この三次元解析モデルの生成が容易となる。つまり、コードの要素(節点)に関係なく、ゴムの要素分割を行うことができるので、特にゴムモデルの生成が容易となる。   According to this configuration, a code model is generated, a three-dimensional rubber model is generated separately from the code model, and a three-dimensional analysis model of a cord with rubber is generated by embedding the code model in the rubber model. Generation of a three-dimensional analysis model is facilitated. In other words, since the rubber element can be divided regardless of the code elements (nodes), it is particularly easy to generate a rubber model.

(2)また、前記埋め込みステップでは、前記ゴムモデルのゴム要素に重なる前記コードモデルのコード節点を、当該ゴム要素内における当該コード節点の幾何学的な位置に基づいて決定される重み係数を用いて、当該ゴム要素のゴム節点に拘束させるのが好ましい。
これにより、コードとゴムとの複合材料からなるゴム付きコードの数値解析の精度を高めることが可能となる。
(2) In the embedding step, a weighting factor determined based on a geometric position of the code node in the rubber element is used for the code node of the code model overlapping the rubber element of the rubber model. Thus, it is preferable to restrain the rubber element at the rubber node.
As a result, it is possible to improve the accuracy of numerical analysis of a cord with rubber made of a composite material of cord and rubber.

(3)また、前記コードモデル生成ステップでは、所定ピッチで複数取得された前記ゴム付きコードの横断面画像に基づいて、前記コードモデルを生成するのが好ましい。
この場合、実際のゴム付きコードに基づいてコードモデルを生成することが可能となる。
(4)または、前記コードモデル生成ステップでは、コード束とする前の各コードを要素分割したコード単体モデルを生成し、このコード単体モデルを複数本撚り合わせる動作をコンピュータによりシミュレーションして前記コードモデルを生成するのが好ましい。
この場合、複数本のコードを撚り合わせてコード束を製造することにより各コードに付与される残留応力を、前記シミュレーションにより取得することが可能となり、前記解析ステップでは、この残留応力を考慮して前記三次元解析モデルについての数値解析を行うことが可能となる。
(3) Further, in the code model generation step, it is preferable that the code model is generated based on a plurality of cross-sectional images of the rubberized cords obtained at a predetermined pitch.
In this case, it is possible to generate a code model based on the actual cord with rubber.
(4) Or, in the code model generation step, a code unit model obtained by dividing each code before forming a code bundle is generated, and an operation of twisting a plurality of the code unit models is simulated by a computer to generate the code model Is preferably produced.
In this case, by producing a cord bundle by twisting a plurality of cords, it is possible to obtain the residual stress applied to each cord by the simulation. In the analysis step, the residual stress is taken into consideration. Numerical analysis of the three-dimensional analysis model can be performed.

(5)また、前記設定ステップでは、前記ゴムモデル内の一部に物性値がゼロである要素を設定するのが好ましい。
実際のゴム付きコードの製造において、例えばコード間の隙間にゴムが充填されずにゴムが欠損する小空間が生じることが仮に生じても、前記設定ステップによれば、このようなゴムが欠損する小空間を、物性値がゼロである要素としてモデル化することができる。
(5) In the setting step, an element having a physical property value of zero is preferably set in a part of the rubber model.
In actual production of a cord with rubber, for example, even if a small space in which the rubber is lost without being filled in the gap between the cords is generated, such rubber is lost according to the setting step. A small space can be modeled as an element having a physical property value of zero.

(6)また、前記(4)の数値解析方法において、前記コードモデル生成ステップでは、複数本の前記コード単体モデルのうちの少なくとも1本を波付きコード単体モデルとし、この波付きコード単体モデルを他のコード単体モデルと撚り合わせる動作をコンピュータによりシミュレーションするのが好ましい。
実際のゴム付きコードの製造において、少なくとも1本のコードを波付きコードとする場合があり、コードモデル生成ステップにおいて、これをモデル化することができる。
(6) In the numerical analysis method of (4), in the code model generation step, at least one of the plurality of code unit models is a waved code unit model, and the waved code unit model is It is preferable to simulate the operation of twisting with another single cord model by a computer.
In actual production of a cord with rubber, at least one cord may be a corrugated cord, and this can be modeled in the code model generation step.

(7)また、前記コードモデル生成ステップでは、前記コード束が複数の梁要素に分割されたコードモデルを生成するのが好ましい。この場合、コードモデルの生成が簡単となり、また、節点数を減らすことが可能となり、解析ステップにおける数値解析の時間短縮が可能となる。
(8)または、前記コードモデル生成ステップでは、前記コード束が複数のソリッド要素に分割された三次元のコードモデルを生成するのが好ましい。この場合、コード同士が接触することによるコードの変形を考慮した解析が可能となり、例えば、高ひずみの引っ張り数値解析を行う場合に特に有効となる。
(7) Preferably, in the code model generation step, a code model in which the code bundle is divided into a plurality of beam elements is generated. In this case, the generation of the code model is simplified, the number of nodes can be reduced, and the time for numerical analysis in the analysis step can be shortened.
(8) Alternatively, in the code model generation step, it is preferable to generate a three-dimensional code model in which the code bundle is divided into a plurality of solid elements. In this case, it is possible to perform analysis in consideration of the deformation of the cord due to the contact between the cords, which is particularly effective when performing a high strain tensile numerical analysis, for example.

(9)また、前記のとおり、前記モデル生成ステップでは、ゴムモデルとコードモデルとは別々に生成される。したがって、コード束(コードモデル)の影響を受けないでゴムモデルを生成することができるため、ゴムモデルを任意の形状に生成することが可能であり、例えば、ゴムモデルを角柱形状のモデルに生成することが可能である。そこで、前記モデル生成ステップでは、前記ゴムモデル生成ステップにおいて角柱形状となる前記ゴムモデルを生成し、前記埋め込みステップにおいて前記コードモデルの長手方向と角柱形状である前記ゴムモデルの長手方向とを一致させて前記ゴム付きコードの三次元解析モデルを角柱形状モデルとして生成し、前記解析ステップでは、前記角柱形状モデルの一側面に平行な方向を剪断方向として剪断数値解析を行うことができる。
従来のような横断面が円形となるゴム付きコードの三次元解析モデルの場合、剪断数値解析を行うことは不可能であるが、前記構成のように、ゴム付きコードの三次元解析モデルを角柱形状モデルとして生成することで、剪断数値解析を行うことが可能となる。なお、この剪断数値解析を行うことにより、その解析結果として、例えば、コードとゴムとの界面における剛性(界面剛性)を求めることが可能となる。
(9) As described above, in the model generation step, the rubber model and the code model are generated separately. Therefore, the rubber model can be generated without being affected by the cord bundle (code model), so the rubber model can be generated in an arbitrary shape. For example, the rubber model is generated into a prismatic model. Is possible. Therefore, in the model generation step, the rubber model that has a prismatic shape is generated in the rubber model generation step, and in the embedding step, the longitudinal direction of the code model and the longitudinal direction of the rubber model that is a prismatic shape are matched. Then, a three-dimensional analysis model of the cord with rubber is generated as a prismatic shape model, and in the analysis step, a shear numerical analysis can be performed with a direction parallel to one side of the prismatic shape model as a shear direction.
In the case of a three-dimensional analysis model of a rubber cord with a circular cross section as in the past, it is impossible to perform a shear numerical analysis, but the three-dimensional analysis model of a rubber cord is a prism as in the above configuration. By generating as a shape model, it is possible to perform a shear numerical analysis. By performing this shear numerical analysis, it is possible to obtain, for example, the rigidity (interface rigidity) at the interface between the cord and the rubber as the analysis result.

(10)また、前記解析ステップでは、更に、前記コード束の長手方向を引っ張り方向として引っ張り数値解析を行うと共に、前記剪断数値解析の結果と前記引っ張り数値解析の結果とを示すデータを生成するのが好ましい。
この構成によれば、例えば、引っ張り剛性を縦軸とし、剪断剛性(前記界面剛性)を横軸とした場合の解析結果の値に基づいてマップ化したデータが生成され、このデータを基にしてゴム製タイヤ用ゴム付きコードの性能評価を行うことが可能となる。
(10) In the analysis step, further, a tensile numerical analysis is performed with the longitudinal direction of the cord bundle as a tensile direction, and data indicating the result of the shear numerical analysis and the result of the tensile numerical analysis is generated. Is preferred.
According to this configuration, for example, mapped data is generated based on the value of the analysis result when the tensile stiffness is the vertical axis and the shear stiffness (the interface stiffness) is the horizontal axis. Based on this data, It becomes possible to evaluate the performance of the rubber cord for rubber tires.

(11)また、本発明の一態様に係るコンピュータプログラムは、複数本のコードが撚り合わされたコード束にゴムを被覆したゴム製タイヤ用ゴム付きコードの三次元解析モデルを、コンピュータにより生成させるためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータを、前記コード束が複数の要素に分割された三次元のコードモデルを生成するコードモデル生成手段、前記ゴムが複数の要素に分割された三次元のゴムモデルを、前記コードモデルとは別に、生成するゴムモデル生成手段、前記コードモデルを前記ゴムモデルに埋め込む埋め込み手段として機能させるためのプログラムであり、前記埋め込み手段は、前記コードモデルと前記ゴムモデルとの要素同士が重なり合うことを許容して前記コードモデル及び前記ゴムモデルを有する前記ゴム付きコードの三次元解析モデルを生成する。   (11) In addition, the computer program according to one aspect of the present invention causes a computer to generate a three-dimensional analysis model of a rubber tire cord with rubber covered with a cord bundle in which a plurality of cords are twisted. A computer model comprising: a code model generating means for generating a three-dimensional code model in which the code bundle is divided into a plurality of elements; and a three-dimensional rubber model in which the rubber is divided into a plurality of elements. Separately from the code model, a rubber model generating means for generating, and a program for causing the code model to function as an embedding means for embedding the code model in the rubber model, wherein the embedding means includes the code model and the rubber model. The cord model and the rubber model are allowed to overlap with each other. Wherein generating a three-dimensional analytical model of rubberized code.

この構成によれば、三次元のコードモデルを生成し、このコードモデルとは別に三次元のゴムモデルを生成し、コードモデルをゴムモデルに埋め込むことでゴム付きコードの三次元解析モデルを生成することができるので、この三次元解析モデルの生成が容易となる。つまり、コードの要素(節点)に関係なく、ゴムの要素分割を行うことができるので、特にゴムモデルの生成が容易となる。   According to this configuration, a three-dimensional code model is generated, a three-dimensional rubber model is generated separately from the code model, and a three-dimensional analysis model of the cord with rubber is generated by embedding the code model in the rubber model. This makes it easy to generate this three-dimensional analysis model. In other words, since the rubber element can be divided regardless of the code elements (nodes), it is particularly easy to generate a rubber model.

また、前記埋め込み手段は、前記ゴムモデルのゴム要素に重なる前記コードモデルのコード節点を、当該ゴム要素内における当該コード節点の幾何学的な位置に基づいて決定される重み係数を用いて、当該ゴム要素のゴム節点に拘束させるのが好ましい。
これにより、コードとゴムとの複合材料からなるゴム付きコードの数値解析の精度を高めることのできる三次元解析モデルを生成することが可能となる。
Further, the embedding means uses the weighting coefficient determined based on the geometric position of the code node in the rubber element, the code node of the code model overlapping the rubber element of the rubber model, It is preferable to constrain to the rubber node of the rubber element.
This makes it possible to generate a three-dimensional analysis model that can improve the accuracy of numerical analysis of a cord with rubber made of a composite material of cord and rubber.

(12)また、本発明の一態様に係るコンピュータプログラムは、複数本のコードが撚り合わされたコード束にゴムを被覆したゴム製タイヤ用ゴム付きコードの三次元解析モデルの生成、及び、当該三次元解析モデルについての数値解析を、コンピュータにより実行させるためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータを、前記コード束が複数の要素に分割されたコードモデルを生成するコードモデル生成手段、前記ゴムが複数の要素に分割された角柱形状となる三次元のゴムモデルを、前記コードモデルとは別に、生成するゴムモデル生成手段、前記コードモデルを前記ゴムモデルに埋め込み前記三次元解析モデルを生成する埋め込み手段、及び、前記三次元解析モデルについて数値解析を行う解析手段として機能させるためのプログラムであり、前記埋め込み手段は、前記コードモデルの長手方向と角柱形状である前記ゴムモデルの長手方向とを一致させ、かつ、前記コードモデルと前記ゴムモデルとの要素同士が重なり合うことを許容して前記コードモデル及び前記ゴムモデルを有する前記ゴム付きコードの三次元解析モデルを角柱形状モデルとして生成し、前記解析手段は、前記角柱形状モデルの一側面に平行な方向を剪断方向として剪断数値解析を行う。   (12) In addition, the computer program according to one aspect of the present invention generates a three-dimensional analysis model of a cord with rubber for a rubber tire in which a cord bundle in which a plurality of cords are twisted is covered with rubber, and the tertiary A computer program for causing a computer to perform numerical analysis on an original analysis model, the computer comprising a code model generating means for generating a code model in which the code bundle is divided into a plurality of elements, and a plurality of the rubbers A rubber model generating means for generating a three-dimensional rubber model having a prismatic shape divided into the elements in addition to the code model, and an embedding means for embedding the code model in the rubber model and generating the three-dimensional analysis model And for functioning as an analysis means for performing numerical analysis on the three-dimensional analysis model. The embedding means allows the longitudinal direction of the code model and the longitudinal direction of the rubber model having a prismatic shape to coincide with each other, and allows the elements of the code model and the rubber model to overlap each other. A three-dimensional analysis model of the cord with rubber having the cord model and the rubber model is generated as a prismatic shape model, and the analysis means performs a shear numerical analysis with a direction parallel to one side of the prismatic shape model as a shear direction. I do.

この構成によれば、ゴムモデルをコードモデルとは別に生成することから、コードの要素(節点)に関係なく、ゴムの要素分割を行うことができるので、特にゴムモデルの生成が容易となる。
また、ゴムモデルとコードモデルとは別々に生成されるため、コード束(コードモデル)の影響を受けないでゴムモデルを生成することができ、角柱形状となるゴムモデルを生成することが可能である。このため、ゴム付きコードの三次元解析モデルを角柱形状モデルとして生成することができ、この角柱形状モデルを用いることで、剪断数値解析を行うことが可能となる。
According to this configuration, since the rubber model is generated separately from the code model, the rubber element can be divided regardless of the elements (nodes) of the code, so that it is particularly easy to generate the rubber model.
In addition, since the rubber model and the code model are generated separately, the rubber model can be generated without being affected by the cord bundle (code model), and a rubber model having a prismatic shape can be generated. is there. For this reason, a three-dimensional analysis model of a cord with rubber can be generated as a prismatic shape model, and by using this prismatic shape model, a shear numerical analysis can be performed.

[本発明の実施形態の詳細]
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
〔1. 全体構成〕
本実施形態に係る数値解析方法は、ゴム製タイヤ用のゴム付きコードを、コンピュータにより有限要素法を用いて数値解析(FEM解析)する方法である。この数値解析方法には、ゴム付きコードの三次元解析モデルをコンピュータにより生成する工程が含まれる。
[Details of the embodiment of the present invention]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[1. overall structure〕
The numerical analysis method according to the present embodiment is a method of performing numerical analysis (FEM analysis) on a rubber-equipped cord for a rubber tire using a finite element method by a computer. This numerical analysis method includes a step of generating a three-dimensional analysis model of a cord with rubber by a computer.

図2に示すように、解析対象となるゴム付きコード10は、自動車のゴム製タイヤの構成部材(カーカス、ブレーカ又はベルト)の一部であり、複数本のコード(ワイヤ)21を撚り合わせてコード束20とし、このコード束20にゴム30を被覆したものである。本実施形態では、4本のコード21が撚り合わされている。図2に示すゴム付きコード10が、コード束20の長手方向に直交する方向に複数並んでゴム製タイヤのカーカスやベルトが構成される。図2に示す範囲のゴム付きコード10が、数値解析の対象となる。   As shown in FIG. 2, the cord with rubber 10 to be analyzed is a part of a constituent member (carcass, breaker or belt) of a rubber tire of an automobile, and a plurality of cords (wires) 21 are twisted together. A cord bundle 20 is formed, and the cord bundle 20 is covered with a rubber 30. In the present embodiment, four cords 21 are twisted together. A plurality of the cords 10 with rubber shown in FIG. 2 are arranged in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the cord bundle 20 to constitute a carcass or belt of a rubber tire. The rubberized cord 10 in the range shown in FIG. 2 is the object of numerical analysis.

四本のコード21のうちの少なくとも1本は、二次元の波又は三次元の螺旋によるくせ付けがされており、くせ付けされたコード21を撚り合わせてコード束20が製造される。コード束20に、くせ付けされたコード21が含まれることにより、ゴム付きコード10を製造する際、コード21間にゴム30を侵入させやすくする。   At least one of the four cords 21 is attached by a two-dimensional wave or a three-dimensional spiral, and the cord bundle 20 is manufactured by twisting the attached cords 21. Since the cord bundle 20 includes the cord 21 that is attached, the rubber 30 can be easily inserted between the cords 21 when the cord 10 with rubber is manufactured.

コード21は、鋼製であり、このコード21を含むゴム付きコード10により、タイヤの母材であるゴム30が補強される。本実施形態に係る数値解析方法では、ゴム製タイヤの補強部材となるゴム付きコード10の性能を、コンピュータによる数値解析を用いて評価することができる。
コード束20を被覆するゴム30は、ゴム製タイヤ用として広く用いられる材質からなる。
The cord 21 is made of steel, and the rubber 30 that is a base material of the tire is reinforced by the rubber-equipped cord 10 including the cord 21. In the numerical analysis method according to the present embodiment, the performance of the rubberized cord 10 serving as the reinforcing member of the rubber tire can be evaluated using numerical analysis by a computer.
The rubber 30 covering the cord bundle 20 is made of a material widely used for rubber tires.

数値解析方法は、図1に示すコンピュータ装置5を用いて行われる。コンピュータ装置5は、本体6と、解析に必要な情報を入力する入力手段としてのキーボード7及びマウス8と、解析結果の情報を出力する出力手段としてのディスプレイ装置9とを備えている。本体6は、演算処理装置(CPU)6a、ハードディスク等からなる記憶装置6b、及び、各種の情報を取り込む情報入力インタフェース6cを有している。記憶装置6bには、数値解析方法を実行するためのコンピュータプログラムが記憶されている。このコンピュータプログラムが演算処理装置6aによって実行されることで、このコンピュータ装置5を数値解析装置として機能させる。つまり、このコンピュータプログラムは、コード束20にゴム30を被覆したゴム製タイヤ用ゴム付きコード10の三次元解析モデルの生成、及び、この三次元解析モデルについての数値解析を、コンピュータ装置5により実行させるためのコンピュータプログラムである。   The numerical analysis method is performed using the computer apparatus 5 shown in FIG. The computer device 5 includes a main body 6, a keyboard 7 and a mouse 8 as input means for inputting information necessary for analysis, and a display device 9 as output means for outputting analysis result information. The main body 6 has an arithmetic processing unit (CPU) 6a, a storage device 6b composed of a hard disk, etc., and an information input interface 6c for capturing various information. The storage device 6b stores a computer program for executing the numerical analysis method. When this computer program is executed by the arithmetic processing unit 6a, the computer apparatus 5 is caused to function as a numerical analysis apparatus. That is, this computer program executes the generation of a three-dimensional analysis model of the rubber tire cord 10 with the rubber bundle 30 coated on the cord bundle 20 and the numerical analysis of the three-dimensional analysis model by the computer device 5. It is a computer program for making it happen.

〔2. 数値解析方法〕
以下、このコンピュータ装置5により、図2に示すゴム付きコード10をモデル化して数値解析する方法について説明する。
以下の説明において、ゴム付きコード、ゴム、コード束及びそのモデルの横断面において一方の直線方向をX方向とし、このX方向に直交する前記横断面上の直線方向をY方向と定義する。ゴム付きコードの長手方向をZ方向と定義する。Z方向は、X方向及びY方向に直交する。そして、X方向のX軸、Y方向のY軸及びZ方向のZ軸からなる座標系が定義される。
[2. (Numerical analysis method)
Hereinafter, a method of modeling and numerically analyzing the rubberized cord 10 shown in FIG.
In the following description, one linear direction in the cross section of the cord with rubber, rubber, cord bundle, and model thereof is defined as the X direction, and the linear direction on the cross section orthogonal to the X direction is defined as the Y direction. The longitudinal direction of the cord with rubber is defined as the Z direction. The Z direction is orthogonal to the X direction and the Y direction. Then, a coordinate system including the X axis in the X direction, the Y axis in the Y direction, and the Z axis in the Z direction is defined.

図3は、ゴム付きコード10の数値解析方法を説明するフロー図である。この数値解析方法は、ゴム付きコード10の三次元解析モデルM(図7参照)を生成するモデル生成ステップSt10と、この三次元解析モデルMに対して荷重条件及び境界条件等の各種条件を設定する設定ステップSt20と、各種条件が設定された三次元解析モデルMについて数値解析を行い、解析結果を出力する解析ステップSt30とを備えている。   FIG. 3 is a flowchart for explaining a numerical analysis method for the cord 10 with rubber. In this numerical analysis method, a model generation step St10 for generating a three-dimensional analysis model M (see FIG. 7) of the cord with rubber 10 and various conditions such as a load condition and a boundary condition are set for the three-dimensional analysis model M. A setting step St20, and a three-dimensional analysis model M in which various conditions are set are analyzed numerically and an analysis step St30 for outputting an analysis result is provided.

〔2.1 モデル生成ステップSt10〕
図4は、モデル生成ステップSt10のフロー図である。モデル生成ステップSt10は、解析対象となるゴム付きコード10の内のコード束20を複数の要素に分割したコードモデルC(図5又は図9参照)を生成するコードモデル生成ステップSt11と、解析対象となるゴム付きコード10の内のゴム30を複数の要素に分割した三次元のゴムモデルG(図6参照)を生成するゴムモデル生成ステップSt12とを有している。
図5及び図6に示すように、コードモデルCとゴムモデルGとは、それぞれ別々に独立して生成される。
[2.1 Model generation step St10]
FIG. 4 is a flowchart of the model generation step St10. The model generation step St10 includes a code model generation step St11 for generating a code model C (see FIG. 5 or FIG. 9) obtained by dividing the code bundle 20 of the cord with rubber 10 to be analyzed into a plurality of elements, and an analysis target. A rubber model generation step St12 for generating a three-dimensional rubber model G (see FIG. 6) obtained by dividing the rubber 30 in the rubber-equipped cord 10 into a plurality of elements.
As shown in FIGS. 5 and 6, the code model C and the rubber model G are generated separately and independently.

なお、図5に示すコードモデルCは、コード束20を構成するコード21を複数のソリッド要素(三次元ソリッド要素)に分割して得た三次元のコードモデルである。
これに対して、図9に示すコードモデルCは、コード束20を構成する各コード21を複数の梁要素(一次元梁要素)に分割して得たコードモデルである。なお、この場合、コード21は梁要素からなるが、これらコード21が束となるコード束20は、三次元のコードモデルであると言える。
A code model C shown in FIG. 5 is a three-dimensional code model obtained by dividing the code 21 constituting the code bundle 20 into a plurality of solid elements (three-dimensional solid elements).
On the other hand, the code model C shown in FIG. 9 is a code model obtained by dividing each code 21 constituting the code bundle 20 into a plurality of beam elements (one-dimensional beam elements). In this case, the cords 21 are composed of beam elements, but the cord bundle 20 in which these cords 21 are bundled can be said to be a three-dimensional code model.

そして、コードモデルCが複数のソリッド要素からなる場合、モデル生成ステップSt10は、更に、複数のソリッド要素からなるコードモデルCをゴムモデルGに埋め込み、ゴム付きコード10の三次元解析モデルM(図7参照)を生成する埋め込みステップSt13を有している。
また、コードモデルCが複数の梁要素からなる場合、モデル生成ステップSt10は、複数の梁要素からなるコードモデルCをゴムモデルGに埋め込み、ゴム付きコード10の三次元解析モデルM(図10参照)を生成する埋め込みステップSt13を有している。なお、図10では、コードモデルCを見えやすくするため、ゴムモデルGのメッシュを省略している。
When the code model C is composed of a plurality of solid elements, the model generation step St10 further embeds the code model C composed of a plurality of solid elements in the rubber model G, and the three-dimensional analysis model M (see FIG. 7) is generated.
When the code model C is composed of a plurality of beam elements, the model generation step St10 embeds the code model C composed of a plurality of beam elements in the rubber model G, and a three-dimensional analysis model M of the cord 10 with rubber (see FIG. 10). ) To generate an embedding step St13. In FIG. 10, the mesh of the rubber model G is omitted in order to make the code model C easily visible.

〔2.1.1 ゴムモデル生成ステップSt12〕
図2に示すゴム付きコード10のうちゴム30が占める領域を、複数のソリッド要素に分割しゴムモデルG(図6参照)を生成する。本実施形態では、X方向、Y方向及びZ方向それぞれに沿って所定の長さを有する立方体のゴム要素Egに分割される。なお、ゴム要素Egは、隣り合うコード21間に形成される隙間よりも小さく設定される。この要素分割は、XYZ軸からなる座標系を基準として行われる。
[2.1.1 Rubber Model Generation Step St12]
The region occupied by the rubber 30 in the cord with rubber 10 shown in FIG. 2 is divided into a plurality of solid elements to generate a rubber model G (see FIG. 6). In this embodiment, it is divided into cubic rubber elements Eg having a predetermined length along each of the X direction, the Y direction, and the Z direction. The rubber element Eg is set smaller than the gap formed between the adjacent cords 21. This element division is performed with reference to a coordinate system composed of XYZ axes.

このゴムモデル生成ステップSt12では、コード21の存在を無視してゴムモデルGを生成する。つまり、図2に示すゴム付きコード10が占める領域全体を、複数のゴム要素Egに分割する。
また、このゴムモデルGは、有限要素法による数値解析を行うために用いられるメッシュモデルであり、連続体であるゴム30が有限個の要素(ゴム要素Eg)に分割されたものである。
In this rubber model generation step St12, the rubber model G is generated ignoring the presence of the code 21. That is, the entire region occupied by the rubber cord 10 shown in FIG. 2 is divided into a plurality of rubber elements Eg.
The rubber model G is a mesh model used for numerical analysis by a finite element method, and is a rubber 30 that is a continuous body divided into a finite number of elements (rubber elements Eg).

また、このゴムモデル生成ステップSt12では、図6に示すように、ゴムモデルGを角柱形状のモデルとして生成する。特に本実施形態のゴムモデルGは、横断面が四角形となる四角柱形状のモデルである。この四角柱形状のゴムモデルGは、X方向及びY方向よりも、Z方向(コード束20の長手方向と同方向)に長いモデルとなる。   In the rubber model generation step St12, as shown in FIG. 6, the rubber model G is generated as a prismatic model. In particular, the rubber model G of the present embodiment is a quadrangular prism model whose cross section is a quadrangle. This square columnar rubber model G is a model longer in the Z direction (the same direction as the longitudinal direction of the cord bundle 20) than in the X direction and the Y direction.

〔2.1.2 コードモデル生成ステップSt11〕
〔2.1.2.1 コードモデルCを複数のソリッド要素から得る場合〕
図2に示すゴム付きコード10のうちコード21が占める領域を、複数のソリッド要素に分割しコードモデルC(図5参照)を生成する。
このステップSt11では、コード21を、X方向、Y方向及びZ方向に沿って要素が分割されていなくてもよく、前記XYZ軸からなる座標系とは異なる座標系を基準として要素分割が行われてもよい。しかし、この場合、生成されたコードモデルCの各節点の座標をXYZ軸からなる座標系の座標に変換する。
[2.1.2 Code Model Generation Step St11]
[2.1.2.1 When obtaining code model C from multiple solid elements]
The area occupied by the cord 21 in the cord with rubber 10 shown in FIG. 2 is divided into a plurality of solid elements to generate a code model C (see FIG. 5).
In this step St11, the elements of the code 21 may not be divided along the X direction, the Y direction, and the Z direction, and the elements are divided on the basis of a coordinate system different from the coordinate system composed of the XYZ axes. May be. However, in this case, the coordinates of each node of the generated code model C are converted to the coordinates of the coordinate system composed of the XYZ axes.

コードモデルCの具体的な生成方法として、実際のゴム付きコード10の横断面画像に基づいて生成する方法(方法1)と、複数本のコード21を撚り合わせてコード束20を製造する工程をコンピュータによりシミュレーションした結果に基づいて生成する方法(方法2)とがある。   As a specific generation method of the code model C, a method of generating the cord bundle 20 by twisting a plurality of cords 21 (method 1) based on a cross-sectional image of the actual cord 10 with rubber 10 There is a method (method 2) of generating based on a result of simulation by a computer.

ゴム付きコード10の横断面画像に基づく方法(方法1)について説明する。
実際のゴム付きコード10の製品を、CTスキャン装置等の撮像装置を用いて、ゴム付きコード10の横断面画像を複数取得する。CTスキャン装置は、予め定めたZ方向のピッチ(数ミリピッチ)毎に、ゴム付きコード10の横断面画像を撮影する。
各横断面画像のデータは、コンピュータ装置5の情報入力インタフェース6cによりコンピュータ装置5に取り込まれ、撮像開始から撮像終了まで順番に付された画像番号と対応付けて、記憶装置6bに記憶される。
A method (method 1) based on the cross-sectional image of the cord with rubber 10 will be described.
A plurality of cross-sectional images of the cord with rubber 10 are acquired from an actual product with the cord with rubber 10 using an imaging device such as a CT scanning device. The CT scanning device captures a cross-sectional image of the rubberized cord 10 for each predetermined pitch in the Z direction (several millimeter pitch).
The data of each cross-sectional image is taken into the computer device 5 by the information input interface 6c of the computer device 5, and stored in the storage device 6b in association with the image numbers assigned in order from the start of imaging to the end of imaging.

コンピュータ装置5は、取得した各横断面画像について、コード21とゴム30との色相差や明度差を利用した画像解析を行うことにより、コード21の領域とゴム30の領域とを区別して認識する。そして、コード21の領域についてのみ複数の要素に分割し、二次元のコード断面モデルを生成する。
二次元のコード断面モデルに含まれる要素は、例えば四辺形要素であり、分割された要素について、各々の節点の座標、要素の番号等が記憶装置6bに蓄積される。
また、各横断面画像から、画像処理によって各コード21の断面中心(図心)の座標を求め、これらコード21の断面中心の座標から、コード束20の断面中心の座標を求める。本実施形態では、4本のコード21を有するため、4本のコード21それぞれの断面中心を頂点とする四辺形が得られ、この四辺形の重心位置をコード束20の断面中心とみなし、その座標を求める。
The computer device 5 recognizes the area of the code 21 and the area of the rubber 30 by performing image analysis using the hue difference or brightness difference between the code 21 and the rubber 30 for each acquired cross-sectional image. . Then, only the area of the code 21 is divided into a plurality of elements, and a two-dimensional code section model is generated.
The elements included in the two-dimensional code section model are, for example, quadrilateral elements, and for the divided elements, the coordinates of the respective nodes, the element numbers, and the like are stored in the storage device 6b.
Further, the coordinates of the cross-sectional center (centroid) of each code 21 are obtained from each cross-sectional image by image processing, and the coordinates of the cross-sectional center of the code bundle 20 are obtained from the coordinates of the cross-sectional centers of these codes 21. In the present embodiment, since the four cords 21 are provided, a quadrilateral having apexes at the cross-sectional centers of the four cords 21 is obtained, and the center of gravity of the quadrilateral is regarded as the cross-sectional center of the cord bundle 20. Find the coordinates.

そして、このような処理を、各横断面画像について行い、各横断面画像におけるコード束20の断面中心を基準として、各横断面画像から生成した前記二次元のコード断面モデルの各節点を、隣りの二次元のコード断面モデルの各節点と接続して、ソリッド要素による三次元のコードモデルC(図5)を生成する。   Then, such processing is performed for each cross-sectional image, and each node of the two-dimensional code cross-sectional model generated from each cross-sectional image is adjacent to the cross-sectional center of the code bundle 20 in each cross-sectional image. The three-dimensional code model C (FIG. 5) using solid elements is generated by connecting to the nodes of the two-dimensional code section model.

以上のように、コードモデル生成ステップSt11において、ゴム付きコード10の横断面画像に基づく方法(方法1)では、CTスキャン装置によって所定ピッチで複数のゴム付きコード10の横断面画像が取得され、これら横断面画像に基づいてコードモデルCを生成している。この方法の場合、実際のゴム付きコード10に基づいてコードモデルCを生成することが可能となる。   As described above, in the code model generation step St11, in the method (method 1) based on the cross-sectional image of the rubber-attached cord 10, cross-sectional images of the plurality of rubber-attached cords 10 are acquired at a predetermined pitch by the CT scanning device. A code model C is generated based on these cross-sectional images. In the case of this method, it is possible to generate the code model C based on the actual rubberized cord 10.

コード束20の製造をシミュレーションした結果に基づく方法(方法2)について説明する。
コード束20とする前の直線状の4本のコード21それぞれを先ずモデル化する。つまり、コード束20とする前の直線状の4本のコード21それぞれをソリッド要素に分割して、4つのコード単体モデルTを生成する(図8(A)参照)。
そして、図8(A)から図8(B)に示すように、これら4本のコード単体モデルTそれぞれを、その長手方向に繰り出しながら、これらコード単体モデルTを一カ所で撚り合わせる動作を、コンピュータ装置5によってシミュレーションする。このシミュレーションは、有限要素法による数値解析である。この解析では、荷重条件として各コード単体モデルTに張力が与えられる。その他に実際にコード束を製造する場合の製造条件が、シミュレーションの入力条件として設定される。
A method (method 2) based on the result of simulating the production of the cord bundle 20 will be described.
Each of the four linear cords 21 before the cord bundle 20 is modeled first. That is, each of the four linear codes 21 before forming the code bundle 20 is divided into solid elements to generate four code unit models T (see FIG. 8A).
Then, as shown in FIGS. 8 (A) to 8 (B), the operation of twisting these single cord models T in one place while feeding out each of these four cord simple models T in the longitudinal direction, Simulation is performed by the computer device 5. This simulation is a numerical analysis by the finite element method. In this analysis, a tension is applied to each cord single unit model T as a load condition. In addition, the manufacturing conditions for actually manufacturing the code bundle are set as simulation input conditions.

これにより、4本のコード単体モデルTから構成されたコード束のモデル、つまり、ソリッド要素による三次元のコードモデルC(図5参照)が生成される。そして、このシミュレーション結果から、コードモデルCに含まれる各コード21の節点の座標、要素の番号等の情報を取得し、これら情報が記憶装置6bに蓄積される。また、シミュレーション結果として、各要素における応力や歪みについての情報も取得することができ、この情報も記憶装置6bに蓄積される。   As a result, a code bundle model composed of four code unit models T, that is, a three-dimensional code model C (see FIG. 5) using solid elements is generated. Then, from this simulation result, information such as the coordinates of the nodes of each code 21 included in the code model C, the element numbers, and the like are acquired, and these information are stored in the storage device 6b. Further, as a simulation result, information on stress and strain in each element can be acquired, and this information is also stored in the storage device 6b.

また、前記のとおり、実際のゴム付きコード10の製造において、少なくとも1本のコード21を波付きコードとする場合がある。波付きコードとは、二次元の波又は三次元の螺旋のくせ付けがされたコードである。
そこで、前記方法(方法2)において、コードモデル生成ステップSt11では、4本のコード単体モデルTのうちの少なくとも1本を、予め波付きコード単体モデルとして生成している。そして、この波付きコード単体モデルTを、他のコード単体モデルTと撚り合わせる動作をコンピュータ装置5によりシミュレーションする。
これにより、実際のコード21は少なくとも一本が波付きとなっていることから、シミュレーションにおいても波付きコード単体モデルを採用することにより、実際のコード束20の形態をモデル化することができる。
Further, as described above, in the actual production of the cord with rubber 10, at least one cord 21 may be used as a corrugated cord. A corrugated code is a code with a two-dimensional wave or a three-dimensional spiral.
Therefore, in the method (method 2), in the code model generation step St11, at least one of the four code unit models T is generated in advance as a waved code unit model. Then, the computer device 5 simulates the operation of twisting the corrugated cord single model T with another cord single model T.
As a result, at least one of the actual codes 21 is wavy, and therefore, the form of the actual code bundle 20 can be modeled by adopting the wavy code simple model in the simulation.

以上のように、コードモデル生成ステップSt11において、シミュレーションに基づく方法(方法2)では、コード束20とする前の各コード21をソリッド要素(三次元要素)に分割したコード単体モデルTを生成し、このコード単体モデルTを撚り合わせる動作を、コンピュータ装置5によりシミュレーションして、コードモデルCを生成している。この方法の場合、4本のコード21を撚り合わせてコード束20を製造することにより各コード21に付与される残留応力を、シミュレーションにより取得することが可能となり、後の解析ステップ(図3のSt30)において、この残留応力を考慮して、ゴム付きコード10の三次元解析モデルMについての数値解析を行うことが可能となる。   As described above, in the code model generation step St11, in the simulation-based method (method 2), the code unit model T in which each code 21 before the code bundle 20 is divided into solid elements (three-dimensional elements) is generated. The operation of twisting the single cord model T is simulated by the computer device 5 to generate the code model C. In the case of this method, by manufacturing the cord bundle 20 by twisting the four cords 21, it is possible to obtain the residual stress applied to each cord 21 by simulation, and the subsequent analysis step (FIG. 3). In St30), it is possible to perform a numerical analysis on the three-dimensional analysis model M of the cord with rubber 10 in consideration of the residual stress.

なお、前記方法(方法1)及び方法(方法2)それぞれによって生成されるコードモデルC(図5参照)は、有限要素法による数値解析を行うために用いられるメッシュモデルであり、連続体であるコード21が有限個の要素(コード要素Ec)に分割されたものである。   The code model C (see FIG. 5) generated by each of the method (method 1) and the method (method 2) is a mesh model used for performing numerical analysis by the finite element method, and is a continuum. The code 21 is divided into a finite number of elements (code elements Ec).

〔2.1.2.2 コードモデルCを複数の梁要素から得る場合〕
図2に示すゴム付きコード10のうちコード21を、複数の梁要素に分割しコードモデルC(図9参照)を生成する(図4のコードモデル生成ステップSt11)。
このステップSt11では、コード21を、その長手方向に沿って複数の梁要素に分割しており、また、各節点の座標をXYZ軸からなる座標系の座標として取得する。
[2.1.2.2 When obtaining code model C from multiple beam elements]
2 is divided into a plurality of beam elements to generate a code model C (see FIG. 9) (code model generation step St11 in FIG. 4).
In this step St11, the code 21 is divided into a plurality of beam elements along its longitudinal direction, and the coordinates of each node are acquired as coordinates of a coordinate system composed of XYZ axes.

コードモデルCの具体的な生成方法としては、ソリッド要素の場合と同様に、実際のゴム付きコード10の横断面画像に基づいて生成する方法(その3)と、複数本のコード21を撚り合わせてコード束20を製造する工程をコンピュータによりシミュレーションした結果に基づいて生成する方法(その4)とがある。   As a specific method for generating the code model C, as in the case of the solid element, a method (part 3) for generating based on the cross-sectional image of the actual cord 10 with rubber, and a plurality of cords 21 are twisted together. Then, there is a method (part 4) of generating the code bundle 20 based on the result of simulation by a computer.

ゴム付きコード10の横断面画像に基づく方法(方法3)について説明する。
実際のゴム付きコード10の製品を、CTスキャン装置等の撮像装置を用いて、ゴム付きコード10の横断面画像を複数取得する。CTスキャン装置は、予め定めたZ方向のピッチ(数ミリピッチ)毎に、ゴム付きコード10の横断面画像を撮影する。
各横断面画像のデータは、コンピュータ装置5の情報入力インタフェース6cによりコンピュータ装置5に取り込まれ、撮像開始から撮像終了まで順番に付された画像番号と対応付けて、記憶装置6bに記憶される。
A method (method 3) based on the cross-sectional image of the cord with rubber 10 will be described.
A plurality of cross-sectional images of the cord with rubber 10 are acquired from an actual product with the cord with rubber 10 using an imaging device such as a CT scanning device. The CT scanning device captures a cross-sectional image of the rubberized cord 10 for each predetermined pitch in the Z direction (several millimeter pitch).
The data of each cross-sectional image is taken into the computer device 5 by the information input interface 6c of the computer device 5, and stored in the storage device 6b in association with the image numbers assigned in order from the start of imaging to the end of imaging.

コンピュータ装置5は、取得した各横断面画像について、コード21とゴム30との色相差や明度差を利用した画像解析を行うことにより、コード21の領域とゴム30の領域とを区別して認識する。
そして、各横断面画像から、画像処理によって各コード21の断面中心(図心)の座標を求め、複数の横断面画像それぞれから取得される各コード21の断面中心を結ぶ曲線を取得する。本実施形態では、コード21が4本であるため、4本の曲線が得られる。そして、各曲線を複数の梁要素に分割することで、図9に示すコードモデルCが生成される。
複数の梁要素からなる各コード21の各節点の座標、要素の番号等が記憶装置6bに蓄積される。
The computer device 5 recognizes the area of the code 21 and the area of the rubber 30 by performing image analysis using the hue difference or brightness difference between the code 21 and the rubber 30 for each acquired cross-sectional image. .
Then, the coordinates of the cross-sectional center (centroid) of each code 21 are obtained from each cross-sectional image by image processing, and a curve connecting the cross-sectional centers of each code 21 acquired from each of the plurality of cross-sectional images is acquired. In the present embodiment, since there are four cords 21, four curves are obtained. Then, by dividing each curve into a plurality of beam elements, a code model C shown in FIG. 9 is generated.
The coordinates of each node of each cord 21 composed of a plurality of beam elements, the element numbers, and the like are stored in the storage device 6b.

以上のように、コードモデル生成ステップSt11において、ゴム付きコード10の横断面画像に基づく方法(方法3)では、CTスキャン装置によって所定ピッチで複数のゴム付きコード10の横断面画像が取得され、これら横断面画像に基づいてコードモデルCを生成している。この方法の場合、実際のゴム付きコード10に基づいてコードモデルCを生成することが可能となる。   As described above, in the code model generation step St11, in the method (method 3) based on the cross-sectional image of the rubber-attached cord 10, cross-sectional images of the plurality of rubber-attached cords 10 are acquired at a predetermined pitch by the CT scanning device. A code model C is generated based on these cross-sectional images. In the case of this method, it is possible to generate the code model C based on the actual rubberized cord 10.

コード束20の製造をシミュレーションした結果に基づく方法(方法4)について説明する。
コード束20とする前の直線状の4本のコード21それぞれを先ずモデル化する。つまり、コード束20とする前の直線状の4本のコード21それぞれを梁要素(一次元梁要素)に分割して、4つのコード単体モデルTを生成する(図8(A)参照)。
そして、図8(A)から図8(B)に示すように、これら4本のコード単体モデルTそれぞれを、その長手方向に繰り出しながら、これらコード単体モデルTを一カ所で撚り合わせる動作を、コンピュータ装置5によってシミュレーションする。このシミュレーションは、有限要素法による数値解析である。この解析では、荷重条件として各コード単体モデルTに張力が与えられる。その他に実際にコード束を製造する場合の製造条件が、シミュレーションの入力条件として設定される。
A method (method 4) based on the result of simulating the production of the cord bundle 20 will be described.
Each of the four linear cords 21 before the cord bundle 20 is modeled first. That is, each of the four linear codes 21 before forming the cord bundle 20 is divided into beam elements (one-dimensional beam elements) to generate four code unit models T (see FIG. 8A).
Then, as shown in FIGS. 8 (A) to 8 (B), the operation of twisting these single cord models T in one place while feeding out each of these four cord simple models T in the longitudinal direction, Simulation is performed by the computer device 5. This simulation is a numerical analysis by the finite element method. In this analysis, a tension is applied to each cord single unit model T as a load condition. In addition, the manufacturing conditions for actually manufacturing the code bundle are set as simulation input conditions.

これにより、4本のコード単体モデルTから構成されたコード束のモデル、つまり、梁要素によるコードモデルC(図9参照)が生成される。そして、このシミュレーション結果から、コードモデルCに含まれる各コード21の節点の座標、要素の番号等の情報を取得し、これら情報が記憶装置6bに蓄積される。また、シミュレーション結果として、各要素における応力や歪みについての情報も取得することができ、この情報も記憶装置6bに蓄積される。   As a result, a cord bundle model composed of the four cord single models T, that is, a cord model C (see FIG. 9) using beam elements is generated. Then, from this simulation result, information such as the coordinates of the nodes of each code 21 included in the code model C, the element numbers, and the like are acquired, and these information are stored in the storage device 6b. Further, as a simulation result, information on stress and strain in each element can be acquired, and this information is also stored in the storage device 6b.

また、この(方法4)においても、前記方法(方法2)と同様に、コードモデル生成ステップSt11では、4本のコード単体モデルTのうちの少なくとも1本を、予め波付きコード単体モデルとして生成している。そして、この波付きコード単体モデルTを、他のコード単体モデルTと撚り合わせる動作をコンピュータ装置5によりシミュレーションする。   Also in this (Method 4), as in the method (Method 2), in the code model generation step St11, at least one of the four code unit models T is generated in advance as a waved code unit model. doing. Then, the computer device 5 simulates the operation of twisting the corrugated cord single model T with another cord single model T.

以上のように、コードモデル生成ステップSt11において、シミュレーションに基づく方法(方法2)では、コード束20とする前の各コード21を梁要素(一次元要素)に分割したコード単体モデルTを生成し、このコード単体モデルTを撚り合わせる動作を、コンピュータ装置5によりシミュレーションして、コードモデルCを生成している。この方法の場合、4本のコード21を撚り合わせてコード束20を製造することにより各コード21に付与される残留応力を、シミュレーションにより取得することが可能となり、後の解析ステップ(図3のSt30)において、この残留応力を考慮して、ゴム付きコード10の三次元解析モデルMについての数値解析を行うことが可能となる。   As described above, in the code model generation step St11, in the method based on the simulation (method 2), the code unit model T in which each code 21 before the code bundle 20 is divided into beam elements (one-dimensional elements) is generated. The operation of twisting the single cord model T is simulated by the computer device 5 to generate the code model C. In the case of this method, by manufacturing the cord bundle 20 by twisting the four cords 21, it is possible to obtain the residual stress applied to each cord 21 by simulation, and the subsequent analysis step (FIG. 3). In St30), it is possible to perform a numerical analysis on the three-dimensional analysis model M of the cord with rubber 10 in consideration of the residual stress.

なお、前記方法(方法3)及び方法(方法4)それぞれによって生成されるコードモデルC(図9参照)は、有限要素法による数値解析を行うために用いられるメッシュモデルであり、連続体であるコード21が有限個の要素(コード要素Ec)に分割されたものである。   The code model C (see FIG. 9) generated by each of the method (method 3) and the method (method 4) is a mesh model used for performing numerical analysis by the finite element method, and is a continuum. The code 21 is divided into a finite number of elements (code elements Ec).

〔2.1.3 埋め込みステップSt13〕
前記のとおり、コードモデルC(図5又は図9)とゴムモデルG(図6)とは、それぞれ別々に独立して生成される。そこで、コードモデルCをゴムモデルGにオーバーラップさせ、コードモデルCをゴムモデルGに埋め込み、図7又は図10に示すように、ゴム付きコード10の三次元解析モデルMを生成する。つまり、コードモデルCとゴムモデルGとを、XYZの三次元座標上で重ね合わせる。この際、コードモデルCとゴムモデルGとの要素(コード要素、ゴム要素)同士が重なり合うことを許容して、コードモデルC及びゴムモデルGを有する三次元解析モデルMを生成する。
[2.1.3 Embedding Step St13]
As described above, the code model C (FIG. 5 or 9) and the rubber model G (FIG. 6) are generated separately and independently. Therefore, the code model C is overlapped with the rubber model G, the code model C is embedded in the rubber model G, and a three-dimensional analysis model M of the cord 10 with rubber is generated as shown in FIG. That is, the code model C and the rubber model G are superimposed on the three-dimensional coordinates of XYZ. At this time, elements (code elements, rubber elements) of the code model C and the rubber model G are allowed to overlap each other, and a three-dimensional analysis model M having the code model C and the rubber model G is generated.

そして、この埋め込みステップSt13では、次に説明するように、各節点の並進自由度を拘束する処理が、コンピュータ装置5(演算処理装置6a)によって行われる。
ここで、図11は、三次元解析モデルMの一部を簡略化した説明図であり、このモデルMは、コードモデルCを複数のソリッド要素から構成した場合のものである。
In the embedding step St13, as will be described next, processing for constraining the degree of freedom of translation of each node is performed by the computer device 5 (the arithmetic processing device 6a).
Here, FIG. 11 is an explanatory diagram in which a part of the three-dimensional analysis model M is simplified, and this model M is a case where the code model C is composed of a plurality of solid elements.

図11に示すように、ゴムモデルGに含まれる一つゴム要素Egは、節点i,j,k,l,m,n,o,pから構成されている。そして、コードモデルCに含まれるソリッド要素からなるコード要素Ec(の一部)の節点はS,T,U,V,W,X,Y,Zから構成されている。 As shown in FIG. 11, one rubber element Eg 2 contained in the rubber model G are nodes i, j, k, l, m, n, o, and a p. The nodes of the code element Ec 2 (part) of the solid elements included in the code model C are composed of S, T, U, V, W, X, Y, and Z.

前記拘束処理として、コードモデルCがゴムモデルGに埋め込まれていることにより、ゴム要素Egの領域内に、コード要素Ecの節点が存在しているか否かの判定を行う。図11に示す実施形態では、ソリッド要素からなるコード要素Ec(の一部)が、ゴム要素Egの中に存在しており、このような存在の判定を、各節点の座標値に基づいて行う。
そして、図11において、例えば、コード要素Ecの節点Yが、ゴム要素Egの辺k−o上(の近く)に存在していることを検出すると、ゴム要素Egの辺k−o上での節点Yの幾何学的な位置に基づいて重み係数を決定し、この重み係数を用いて節点Yのすべての自由度(並進自由度)を節点k,oに拘束する。
As the restraining process, it is determined whether or not the node of the code element Ec 2 exists in the region of the rubber element Eg 2 because the code model C is embedded in the rubber model G. In the embodiment shown in FIG. 11, the code element Ec 2 (part) of the solid element exists in the rubber element Eg 2 , and such presence is determined based on the coordinate value of each node. Do it.
Then, in FIG. 11, for example, node Y code element Ec 2 has detected that it is present on the side k-o of the rubber element Eg 2 (near), the rubber element Eg 2 sides k-o A weighting factor is determined based on the geometric position of the node Y above, and all the degrees of freedom (translational degrees of freedom) of the node Y are constrained to the nodes k and o using this weighting factor.

そして、このような処理を、他の節点及び他のソリッド要素についても行う。
なお、コード要素の節点の周囲には、ゴム要素の節点が複数存在するが、ゴム要素の節点との距離と、重み係数の大きさとは反比例の関係があり、ゴム要素の節点に近いほど強く拘束される。
Such processing is also performed for other nodes and other solid elements.
There are multiple rubber element nodes around the code element node, but the distance from the rubber element node and the weighting factor are inversely proportional, and the closer to the rubber element node, the stronger the node. Be bound.

図12は、三次元解析モデルMの一部を簡略化した説明図であり、このモデルMは、コードモデルCを複数の梁要素から構成した場合のものである。この場合も、埋め込みステップSt13では、次に説明するように、各節点の並進自由度を拘束する処理が、コンピュータ装置5(演算処理装置6a)によって行われる。   FIG. 12 is an explanatory diagram in which a part of the three-dimensional analysis model M is simplified, and this model M is a case where the code model C is composed of a plurality of beam elements. Also in this case, in the embedding step St13, as will be described below, the computer device 5 (the arithmetic processing device 6a) performs processing for constraining the translational freedom of each node.

図12に示すように、ゴムモデルGに含まれる一つのゴム要素Egは、節点a,b,c,d,e,f,g,hから構成されている。そして、コードモデルCに含まれる梁要素からなるコード要素Ec(の一部)の節点はQ,Rである。 As shown in FIG. 12, one of the rubber elements Eg 1 contained in the rubber model G are nodes a, b, c, d, e, f, g, and a h. The nodes of the code element Ec 1 (part) of the beam elements included in the code model C are Q and R.

前記拘束処理として、コードモデルCがゴムモデルGに埋め込まれていることにより、ゴム要素Egの領域内に、コード要素Ecの節点が存在しているか否かの判定を行う。図12に示す実施形態では、梁要素からなるコード要素Ec(の一部)が、ゴム要素Egの中に存在しており、このような存在の判定を、各節点の座標値に基づいて行う。
そして、図12において、例えば、コード要素Ecの節点Qが、ゴム要素Egの面abfe上(の近く)に存在していることを検出すると、ゴム要素Eg内での節点Qの幾何学的な位置に基づいて重み係数を決定し、この重み係数を用いて節点Qのすべての自由度(並進自由度)を節点a,b,f,eに拘束する。
また、節点Rが、ゴム要素Eg内に存在していることを検出すると、ゴム要素Eg内での節点Rの幾何学的な位置に基づいて重み係数を決定し、この重み係数を用いて節点Rのすべての自由度(並進自由度)を節点a,b,c,d,e,f,g,hに拘束する。
As the restraining process, it is determined whether or not the node of the code element Ec 1 exists in the region of the rubber element Eg 1 because the code model C is embedded in the rubber model G. In the embodiment shown in FIG. 12, the code element Ec 1 (part) of the beam element is present in the rubber element Eg 1 , and such presence is determined based on the coordinate value of each node. Do it.
Then, in FIG. 12, for example, node Q code element Ec 1 has detected that they are present on the surface abfe rubber element Eg 1 (near) geometry node Q of within the rubber element Eg 1 A weighting factor is determined based on the geometric position, and all the degrees of freedom (translational freedom) of the node Q are constrained to the nodes a, b, f, and e using this weighting factor.
Further, the node R has detected that it is present in the gum element Eg 1, to determine the weighting factor based on the geometric positions of the node R in within the rubber element Eg 1, using the weighting factor All the degrees of freedom (translational degrees of freedom) of the node R are constrained to the nodes a, b, c, d, e, f, g, and h.

そして、このような処理を、他の梁要素についても行う。
なお、コード要素の節点の周囲には、ゴム要素の節点が複数存在するが、ゴム要素の節点との距離と、重み係数の大きさとは反比例の関係があり、ゴム要素の節点に近いほど強く拘束される。
Such processing is also performed for other beam elements.
There are multiple rubber element nodes around the code element node, but the distance from the rubber element node and the weighting factor are inversely proportional, and the closer to the rubber element node, the stronger the node. Be bound.

以上のように、ゴムモデルGのゴム要素Egに重なるコードモデルCの各節点(コード節点)を、ゴム要素Eg内におけるコード節点の幾何学的な位置に基づいて決定される重み係数を用いて、ゴム要素Egのゴム節点に拘束させる処理を行う。
これにより、後の解析ステップ(図3のSt30)において、コード21とゴム30との複合材料からなるゴム付きコード10の数値解析の精度を高めることが可能となる。
As described above, each node (code node) of the code model C that overlaps the rubber element Eg of the rubber model G is used using the weighting coefficient determined based on the geometric position of the code node in the rubber element Eg. Then, a process of restraining to the rubber node of the rubber element Eg is performed.
Thereby, in the subsequent analysis step (St30 in FIG. 3), it is possible to increase the accuracy of numerical analysis of the cord with rubber 10 made of the composite material of the cord 21 and the rubber 30.

以上のモデル生成ステップSt10に含まれるコードモデル生成ステップSt11、ゴムモデル生成ステップSt12及び埋め込みステップSt13は、コンピュータ装置5の記憶装置6bに記憶されているモデル生成用のコンピュータプログラムが、演算処理装置6aによって実行されることにより進められる。   The code model generation step St11, the rubber model generation step St12, and the embedding step St13 included in the model generation step St10 described above are executed by a computer program for model generation stored in the storage device 6b of the computer device 5 by the arithmetic processing unit 6a. It is advanced by being executed by.

つまり、このコンピュータプログラムは、図1に示すコンピュータ装置5を、解析対象となるゴム付きコード10の内のコード束20を複数の要素に分割したコードモデルC(図5又は図9参照)を生成するコードモデル生成手段11、解析対象となるゴム付きコード10の内のゴム30を複数の要素に分割した三次元のゴムモデルG(図6参照)を、コードモデルCとは別に、生成するゴムモデル生成手段12、及び、コードモデルCをゴムモデルGに埋め込む埋め込み手段13として機能させるためのプログラムである。
そして、このコンピュータ装置5の機能である前記コードモデル生成手段11、ゴムモデル生成手段12、及び埋め込み手段13により、前記モデル生成ステップSt10が実行される。
埋め込み手段13は、コードモデルCの長手方向と四角柱形状であるゴムモデルGの長手方向とを一致させ、かつ、コードモデルCとゴムモデルGとの要素同士が重なり合うことを許容してコードモデルC及びゴムモデルGを有するゴム付きコード10の三次元解析モデルM(図7参照)を、角柱形状モデルとして生成する。
That is, this computer program generates a code model C (see FIG. 5 or FIG. 9) in which the computer device 5 shown in FIG. 1 is divided into a plurality of elements from the cord bundle 20 of the rubberized cord 10 to be analyzed. A rubber model for generating a three-dimensional rubber model G (see FIG. 6) obtained by dividing the rubber 30 of the cord with rubber 10 to be analyzed into a plurality of elements separately from the code model C. This is a program for causing the model generation means 12 and the embedding means 13 to embed the code model C in the rubber model G.
Then, the model generation step St10 is executed by the code model generation means 11, the rubber model generation means 12, and the embedding means 13, which are functions of the computer device 5.
The embedding means 13 matches the longitudinal direction of the code model C with the longitudinal direction of the rubber model G having a quadrangular prism shape, and allows the elements of the code model C and the rubber model G to overlap with each other. A three-dimensional analysis model M (see FIG. 7) of the rubberized cord 10 having C and a rubber model G is generated as a prismatic shape model.

〔2.2 設定ステップSt20〕
設定ステップSt20では、前記モデル生成ステップSt10により生成された三次元解析モデルMに入力する荷重条件を設定し、また、このモデルMの端部の節点の境界条件等を設定する。なお、荷重条件の設定は、実際のゴム製タイヤ(ゴム付きコード10を含むカーカスやベルト)に作用する荷重(設計荷重)に基づく。境界条件は、初期設定にしたがって、コンピュータ装置5によって自動的に設定される。
[2.2 Setting step St20]
In the setting step St20, the load conditions to be input to the three-dimensional analysis model M generated in the model generation step St10 are set, and the boundary conditions of the nodes at the ends of the model M are set. The setting of the load condition is based on a load (design load) acting on an actual rubber tire (a carcass or a belt including the rubber cord 10). The boundary condition is automatically set by the computer device 5 according to the initial setting.

また、この設定ステップSt20では、ゴム要素Eg及びコード要素Ecの物性値が設定される。物性値としては、ゴム30及びコード21を構成する素材の密度、弾性係数、ポアソン比等であり、後の解析ステップSt30における有限要素法を用いた弾性変形解析に必要となる情報が設定される。
なお、コードモデルCが梁要素からなる場合、そのコード要素Ecの物性値として、更に、断面積、断面2次モーメント、ねじり定数、形状係数等が設定される。
In this setting step St20, the physical property values of the rubber element Eg and the cord element Ec are set. The physical property values are the density, elastic coefficient, Poisson's ratio, etc. of the material constituting the rubber 30 and the cord 21, and information necessary for the elastic deformation analysis using the finite element method in the later analysis step St30 is set. .
When the code model C is composed of beam elements, a cross-sectional area, a secondary moment of section, a torsional constant, a shape factor, and the like are further set as physical property values of the code element Ec.

図6に示すゴムモデルGでは、前記のとおり、図2に示すゴム付きコード10の全体を複数のゴム要素Egに分割するとしたが、この設定ステップSt20では、このゴムモデルG内の一部に物性値(密度、弾性係数)がゼロである要素を設定する。
これは、実際のゴム付きコード10の製造において、例えば、隣り合うコード21,21間に形成される隙間に、ゴム30が充填されずに、ゴム30が欠損する小空間が生じる場合があるためである。そこで、この設定ステップSt20では、このようなゴム30が欠損する小空間を、物性値がゼロである要素としてモデル化する。
In the rubber model G shown in FIG. 6, as described above, the entire cord with rubber 10 shown in FIG. 2 is divided into a plurality of rubber elements Eg. However, in this setting step St20, a part of the rubber model G is included. The element whose physical property values (density and elastic modulus) are zero is set.
This is because, in actual manufacture of the cord 10 with rubber, for example, a gap formed between the adjacent cords 21 and 21 may not be filled with the rubber 30 and a small space may be formed in which the rubber 30 is lost. It is. Therefore, in this setting step St20, such a small space in which the rubber 30 is missing is modeled as an element having a physical property value of zero.

なお、ゴム要素Egのうち物性値をゼロとする要素は、次のようにして決定される。前記のとおりCTスキャン装置によってゴム付きコード10の横断面画像を取得した場合、この横断面画像からゴム30が欠損している小空間を、色相差や明度差を利用した画像解析により判定し、その小空間に対応する要素を、物性値をゼロとする要素としてコンピュータ装置5が決定する。   In addition, the element which makes a physical property value zero among the rubber elements Eg is determined as follows. When a cross-sectional image of the cord 10 with rubber is acquired by the CT scanning device as described above, a small space in which the rubber 30 is missing from the cross-sectional image is determined by image analysis using a hue difference or a brightness difference, The computer device 5 determines an element corresponding to the small space as an element having a physical property value of zero.

また、図11、図12において説明したように、ゴム要素の領域内にコード要素(の一部)が埋め込まれていることから、その部分の物性値は、ゴムの物性値そのままとしないで、コードの占有割合に応じて補正するのが好ましい。
そこで、この設定ステップSt20では、補正処理として、ゴム要素のうち、コード要素と重なる特定要素の物性値を、その特定要素におけるコードとゴムとの存在比に基づいて求める処理を行う。存在比としては、例えば体積比であり、この比により比例配分した物性値を、特定要素の物性値として採用する。
Further, as described in FIGS. 11 and 12, since the code element (part) is embedded in the region of the rubber element, the physical property value of the portion is not left as it is, It is preferable to correct according to the occupation ratio of the code.
Therefore, in this setting step St20, as a correction process, a process of obtaining a physical property value of a specific element that overlaps with the code element among the rubber elements based on the abundance ratio of the code and the rubber in the specific element is performed. The abundance ratio is, for example, a volume ratio, and a physical property value proportionally distributed by this ratio is adopted as the physical property value of the specific element.

以上の設定ステップSt20は、コンピュータ装置5の記憶装置6bに記憶されている設定用のコンピュータプログラムが、演算処理装置6aによって実行されることにより進められる。つまり、このコンピュータプログラムは、図1に示すコンピュータ装置5を、前記設定ステップSt20の処理を実行する設定手段14として機能させるためのプログラムである。   The above setting step St20 is advanced by executing the setting computer program stored in the storage device 6b of the computer device 5 by the arithmetic processing device 6a. That is, this computer program is a program for causing the computer device 5 shown in FIG. 1 to function as the setting means 14 that executes the processing of the setting step St20.

〔2.3 解析ステップSt30〕
このようにしてゴム付きコード10の三次元解析モデルM(図7、図10参照)が生成され、荷重条件等の設定が行われると、コンピュータ装置5は、有限要素法を用いた構造解析を行う。例えば、圧縮・引張の解析、剪断の解析を行い、モデルMの各部に作用する応力、歪み、及び剛性等の特性を求める。
[2.3 Analysis step St30]
When the three-dimensional analysis model M (see FIGS. 7 and 10) of the cord with rubber 10 is generated in this way and the load conditions and the like are set, the computer device 5 performs the structural analysis using the finite element method. Do. For example, compression / tension analysis and shear analysis are performed, and characteristics such as stress, strain, and rigidity acting on each part of the model M are obtained.

コードモデルCを前記方法(方法2、方法4)によって生成した場合、この方法(方法2、方法4)のシミュレーション結果として、各要素における応力や歪みについての情報が取得され、記憶装置6bに蓄積されている。そこで、この方法(方法2、方法4)によって得たコードモデルCを含む三次元解析モデルMの構造解析を行う場合、初期値としてコードモデルCの各要素に、方法(方法2、方法4)のシミュレーションにより得た応力や歪みが初期値として設定される。つまり、初期値として入力される応力(歪み)は、コード10の残留応力(残留歪み)として用いられる。
これにより、この解析ステップにおいて、コード21の残留応力等を考慮して、ゴム付きコード10の三次元解析モデルMについての数値解析を行うことができる。
When the code model C is generated by the method (method 2 and method 4), information on stress and strain in each element is acquired and stored in the storage device 6b as a simulation result of the method (method 2 and method 4). Has been. Therefore, when the structure analysis of the three-dimensional analysis model M including the code model C obtained by this method (method 2 and method 4) is performed, the method (method 2 and method 4) is applied to each element of the code model C as an initial value. The stress and strain obtained by this simulation are set as initial values. That is, the stress (strain) input as the initial value is used as the residual stress (residual strain) of the cord 10.
Thereby, in this analysis step, the numerical analysis of the three-dimensional analysis model M of the cord with rubber 10 can be performed in consideration of the residual stress of the cord 21 and the like.

この解析ステップSt30は、コンピュータ装置5の記憶装置6bに記憶されている数値解析用のコンピュータプログラムが、演算処理装置6aによって実行されることにより進められる。つまり、このコンピュータプログラムは、図1に示すコンピュータ装置5を、以下に説明する解析ステップSt30(後述する剪断数値解析及び引っ張り数値解析)を実行する解析手段15として機能させるためのプログラムである。   This analysis step St30 is advanced when the computer program for numerical analysis stored in the storage device 6b of the computer device 5 is executed by the arithmetic processing device 6a. That is, this computer program is a program for causing the computer device 5 shown in FIG. 1 to function as the analysis unit 15 that executes the analysis step St30 (shear numerical analysis and tensile numerical analysis described later) described below.

〔2.3.1 解析ステップSt30(数値解析)の具体例〕
数値解析の対象について説明する。図13は、自動車のゴム製タイヤの構成部材を説明する説明図である。本実施形態の数値解析の対象となる構成部材は、図13に示すベルトBの一部b1であり、この一部b1が、図2に示すゴム付きコード10に相当する。そして、実際のゴム製タイヤの場合、このゴム付きコード10には円周方向の荷重が作用する。つまり、ゴム付きコード10には引っ張り荷重が作用し、また、ベルトBは半径方向に複数層(2層)重なっているため、積層方向のベルトB,B間には剪断荷重が作用する。
[2.3.1 Specific Example of Analysis Step St30 (Numerical Analysis)]
The target of numerical analysis will be described. FIG. 13 is an explanatory view illustrating components of a rubber tire for an automobile. The component to be numerically analyzed in this embodiment is a part b1 of the belt B shown in FIG. 13, and this part b1 corresponds to the cord with rubber 10 shown in FIG. In the case of an actual rubber tire, a circumferential load acts on the cord 10 with rubber. That is, a tensile load acts on the cord 10 with rubber, and since the belt B overlaps with a plurality of layers (two layers) in the radial direction, a shear load acts between the belts B and B in the lamination direction.

そこで、ゴム付きコード10の引っ張り強度として引っ張り剛性を求めるために、1本のゴム付きコード10に相当する図7又は図10に示す三次元解析モデルMを用いた引っ張り数値解析を行う。また、ベルトBに含まれるゴム付きコード10の剪断強度として剪断剛性(後述する界面剛性)を求めるために、1本のゴム付きコード10に相当する図7又は図10に示す三次元解析モデルMを用いた剪断数値解析を行う。なお、引っ張り数値解析で用いる三次元解析モデルMと、剪断数値解析で用いる三次元解析モデルMとは同じものである。   Therefore, in order to obtain the tensile rigidity as the tensile strength of the cord 10 with rubber, a numerical numerical analysis using a three-dimensional analysis model M shown in FIG. 7 or 10 corresponding to one cord 10 with rubber is performed. Further, in order to obtain the shear stiffness (interface stiffness described later) as the shear strength of the cord with rubber 10 included in the belt B, the three-dimensional analysis model M shown in FIG. Shear numerical analysis using. Note that the three-dimensional analysis model M used in the tensile numerical analysis and the three-dimensional analysis model M used in the shear numerical analysis are the same.

このような解析の対象となる三次元解析モデルMを生成するモデル生成ステップSt10ついて、再度、説明する。前記のとおり、モデル生成ステップSt10では、ゴムモデルGとコードモデルCとは別々に生成される。このため、本実施形態のように、横断面が四角形である四角柱形状のゴムモデルGを生成することができる。なお、従来では、図19に示すように、横断面が円形のゴムモデルGしか生成することができない。
そして、本実施形態の埋め込みステップSt13では、コードモデルC(コード束20)の長手方向と四角柱形状であるゴムモデルGの長手方向とを一致させて、これらコードモデルCとゴムモデルGとを統合し、ゴム付きコード10の三次元解析モデルMを四角柱形状モデルとして生成している(図7、図10参照)。
The model generation step St10 for generating the three-dimensional analysis model M to be analyzed will be described again. As described above, in the model generation step St10, the rubber model G and the code model C are generated separately. For this reason, as in the present embodiment, a quadrangular prism-shaped rubber model G having a quadrangular cross section can be generated. Conventionally, only a rubber model G having a circular cross section can be generated as shown in FIG.
In the embedding step St13 of the present embodiment, the longitudinal direction of the code model C (cord bundle 20) and the longitudinal direction of the rubber model G having a quadrangular prism shape are matched, and the code model C and the rubber model G are combined. The three-dimensional analysis model M of the cord with rubber 10 is integrated as a quadrangular prism shape model (see FIGS. 7 and 10).

そして、前記設定ステップSt20を経て、解析ステップST30が実行される。つまり、前記四角柱形状モデル(三次元解析モデルM)に対して境界条件等が設定され、この四角柱モデルを用いた有限要素法による数値解析(構造解析)をコンピュータ装置5により行う。本実施形態では、数値解析として、以下に示す剪断数値解析及び引っ張り数値解析がそれぞれ行われる。   Then, the analysis step ST30 is executed through the setting step St20. That is, boundary conditions and the like are set for the quadrangular prism shape model (three-dimensional analysis model M), and numerical analysis (structural analysis) by the finite element method using the quadrangular prism model is performed by the computer device 5. In this embodiment, as numerical analysis, the following shear numerical analysis and tensile numerical analysis are performed.

〔2.3.2 剪断数値解析〕
図14は、剪断数値解析のイメージ図である。図14では、埋め込まれているコード束20については記載を省略している。本実施形態の剪断数値解析は、図14に示すように、三次元解析モデル(四角柱形状モデル)Mの一つの側面K1と、この一つの側面K1に平行な他の側面K2とに、同じ大きさであるが反対方向の荷重(+f1,−f1)が作用する場合の数値解析(シミュレーション)である。
図15は、この剪断数値解析のために設定ステップSt20において設定される条件を説明する説明図である。四角柱形状モデルである三次元解析モデルMの一つの側面K1における各節点(全ての節点)の変位を拘束する。そして、荷重条件として、他の側面K2における各節点(全ての節点)に対して同じ量の変位を与える。この変位の方向は、側面K2の面に沿った方向であり、四角柱形状モデルの長手方向に沿った方向(Z方向)である。なお、前記荷重条件としては、例えば、剪断歪が数十パーセント程度発生する変位が設定される。
[2.3.2 Numerical shear analysis]
FIG. 14 is an image diagram of the shear numerical analysis. In FIG. 14, the description of the embedded code bundle 20 is omitted. As shown in FIG. 14, the shear numerical analysis of the present embodiment is the same for one side K1 of a three-dimensional analysis model (square prism shape model) M and another side K2 parallel to the one side K1. This is a numerical analysis (simulation) when a load in the opposite direction (+ f1, -f1) is applied.
FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining the conditions set in the setting step St20 for the shear numerical analysis. The displacement of each node (all nodes) on one side K1 of the three-dimensional analysis model M, which is a quadrangular prism shape model, is constrained. As a load condition, the same amount of displacement is applied to each node (all nodes) on the other side face K2. The direction of this displacement is the direction along the surface of the side surface K2, and is the direction along the longitudinal direction of the quadrangular prism shape model (Z direction). In addition, as the load condition, for example, a displacement that generates a shear strain of about several tens of percent is set.

このように三次元解析モデルMが角柱形状モデルとして生成され、設定ステップSt20を経て、コンピュータ装置5が有限要素法による数値解析として、この角柱形状モデル(三次元解析モデルM)に関して、当該角柱形状モデルの一つの側面K1に平行な方向を剪断方向とした剪断数値解析が行われる。
この剪断数値解析を行うことにより、その解析結果として、コード21(コード束20)とゴム30との界面における剛性(つまり、界面剛性)を求めることが可能となる。
なお、図19に示す従来の横断面が円形となるゴム付きコードの三次元解析モデルの場合、平行な2つの平面(側面)を定義することができないため、剪断数値解析を行うことは不可能である。
In this way, the three-dimensional analysis model M is generated as a prismatic shape model, and after the setting step St20, the computer device 5 performs numerical analysis by the finite element method, and the prismatic shape of the prismatic shape model (three-dimensional analysis model M) is obtained. Shear numerical analysis is performed with the direction parallel to one side K1 of the model as the shear direction.
By performing this shearing numerical analysis, it is possible to obtain the rigidity (that is, the interface rigidity) at the interface between the cord 21 (cord bundle 20) and the rubber 30 as the analysis result.
In the case of the conventional three-dimensional analysis model of the cord with rubber having a circular cross section shown in FIG. 19, two parallel planes (side surfaces) cannot be defined, and thus it is impossible to perform a shear numerical analysis. It is.

〔2.3.3 引っ張り数値解析〕
図16は、引っ張り数値解析のイメージ図である。図16では、埋め込まれているコード束20については記載を省略している。本実施形態の引っ張り数値解析は、図16に示すように、三次元解析モデル(四角柱形状モデル)Mの長手方向一方側の端面M1と、他方側の端面M2とに、同じ大きさであるが反対方向の荷重(+f3,−f4)が作用する場合の数値解析(シミュレーション)である。
図17は、この引っ張り数値解析のために設定ステップSt20において設定される条件を説明する説明図である。四角柱形状モデルである三次元解析モデルMの一方の端面M1における各節点の変位を拘束する。そして、荷重条件として、他方の端面M2における各節点に対して同じ量の変位を与える。この変位の方向は、端面M2に直交する方向(Z方向)である。なお、前記荷重条件としては、例えば、引っ張り歪が1%未満程度の微小歪が発生する変位が設定される。
[2.3.3 Tensile numerical analysis]
FIG. 16 is an image diagram of tensile numerical analysis. In FIG. 16, the description of the embedded code bundle 20 is omitted. As shown in FIG. 16, the tensile numerical analysis of the present embodiment has the same size on the end surface M1 on the one side in the longitudinal direction of the three-dimensional analysis model (square prism shape model) M and the end surface M2 on the other side. Is a numerical analysis (simulation) when a load (+ f3, -f4) in the opposite direction is applied.
FIG. 17 is an explanatory diagram for explaining the conditions set in the setting step St20 for the tensile numerical analysis. The displacement of each node on one end face M1 of the three-dimensional analysis model M that is a quadrangular prism shape model is constrained. As a load condition, the same amount of displacement is applied to each node on the other end face M2. The direction of this displacement is a direction (Z direction) orthogonal to the end face M2. In addition, as the load condition, for example, a displacement at which a micro strain with a tensile strain of less than 1% is set is set.

なお、端面M1における節点の変位の拘束は、端面M1における全ての節点に対して行ってもよいが、端面M1におけるコードモデルCの節点のみとするのが好ましい。つまり、三次元解析モデルMの一方の端面M1におけるコードモデルCに含まれる全ての節点の変位が拘束され、ゴムモデルGに含まれる節点の変位は自由である(拘束されない)。
これと同様に、端面M2における節点の変位の付与は、端面M2における全ての節点に対して行ってもよいが、端面M2におけるコードモデルCのる節点のみとするのが好ましい。つまり、三次元解析モデルMの他方の端面M2におけるコードモデルCに含まれる全ての節点に変位が与えられ、ゴムモデルGに含まれる節点には変位が与えられない。
これは、実際のゴム製タイヤの構成部材である例えばベルトB(図13参照)が有するゴム付きコード10には、タイヤの円周方向の荷重が作用するが、その荷重のほぼ全体が、コード束20(コード21)に負荷され、負荷されたコード束20に付着しているゴム30が、コード束20の変形に伴って変形するという態様が、実際の態様となるためである。つまり、前記のように、コードモデルCに含まれる節点に対してのみ拘束しかつ変位を付与する数値解析が、実際の態様に近い解析となるためである。
In addition, although the restriction | limiting of the displacement of the node in the end surface M1 may be performed with respect to all the nodes in the end surface M1, it is preferable to make it only the node of the code model C in the end surface M1. That is, the displacement of all the nodes included in the code model C on one end face M1 of the three-dimensional analysis model M is constrained, and the displacement of the nodes included in the rubber model G is free (not constrained).
Similarly, the node displacement on the end face M2 may be applied to all the nodes on the end face M2, but it is preferable that only the nodes of the code model C on the end face M2 are provided. That is, displacement is given to all the nodes included in the code model C on the other end face M2 of the three-dimensional analysis model M, and no displacement is given to the nodes included in the rubber model G.
This is because a load in the circumferential direction of the tire acts on the cord 10 with rubber that the belt B (see FIG. 13), which is a constituent member of an actual rubber tire, has, for example. This is because the mode in which the rubber 30 loaded on the bundle 20 (the cord 21) and attached to the loaded cord bundle 20 is deformed along with the deformation of the cord bundle 20 becomes an actual mode. That is, as described above, the numerical analysis in which only the nodes included in the code model C are constrained and the displacement is given becomes an analysis close to an actual mode.

このように三次元解析モデルMが角柱形状モデルとして生成され、設定ステップSt20を経て、コンピュータ装置5が有限要素法による数値解析として、この角柱形状モデル(三次元解析モデルM)に関して、コード束20(コードモデルC)の長手方向を引っ張り方向とした引っ張り数値解析が行われる。
この引っ張り数値解析を行うことにより、その解析結果として、ゴム付きコード10における引っ張り剛性を求めることが可能となる。
In this way, the three-dimensional analysis model M is generated as a prismatic shape model, and after the setting step St20, the computer apparatus 5 performs code analysis on the prismatic shape model (three-dimensional analysis model M) as a numerical analysis by the finite element method. Tensile numerical analysis is performed with the longitudinal direction of (code model C) as the tensile direction.
By performing this numerical tensile analysis, it is possible to obtain the tensile stiffness in the cord with rubber 10 as the analysis result.

〔2.3.4 ゴム付きコード10の評価処理〕
そして、コンピュータ装置5は、剪断数値解析及び引っ張り数値解析を実行し、ゴム付きコード10の界面剛性(剪断剛性)及び引っ張り剛性の各値を求めると、更に、これらの両値を指標として、このゴム付きコード10の性能評価を行うためのデータを生成する。図18は、コンピュータ装置5が生成した前記データの一例を示す説明図である。
図18に示すように、引っ張り剛性を縦軸とし、界面剛性を横軸とした場合の二次元マップにおいて、求められた界面剛性及び引っ張り剛性の各値がプロットされる。なお、図18における各形状のプロットは、様々な特性のゴム付きコード10に関して数値解析を行った結果である。
このように、コンピュータ装置5は、剪断数値解析の結果と引っ張り数値解析の結果との関係を示すデータを生成する。このデータは、例えば、図1に示すディスプレイ装置9に出力される。そして、このデータを基にしてゴム製タイヤ用のゴム付きコード10の性能評価を行うことが可能となる。
[2.3.4 Evaluation process of cord 10 with rubber]
And the computer apparatus 5 performs a shear numerical analysis and a tensile numerical analysis, and when each value of the interface rigidity (shear rigidity) and the tensile rigidity of the cord 10 with rubber | gum is calculated | required, further, using these both values as an index, Data for performing performance evaluation of the cord with rubber 10 is generated. FIG. 18 is an explanatory diagram illustrating an example of the data generated by the computer apparatus 5.
As shown in FIG. 18, each value of the obtained interface stiffness and tensile stiffness is plotted in a two-dimensional map in which the tensile stiffness is the vertical axis and the interface stiffness is the horizontal axis. In addition, the plot of each shape in FIG. 18 is the result of having performed the numerical analysis regarding the cord 10 with rubber | gum of various characteristics.
As described above, the computer device 5 generates data indicating the relationship between the result of the shear numerical analysis and the result of the tensile numerical analysis. This data is output to, for example, the display device 9 shown in FIG. And based on this data, it becomes possible to perform performance evaluation of the cord 10 with rubber | gum for rubber tires.

〔2.4. その他〕
以上の本実施形態に係るゴム付きコードの数値解析方法によれば、コードモデルCを生成し、このコードモデルCとは別に独立して三次元のゴムモデルGを生成し、コードモデルCをゴムモデルGに埋め込むことで、ゴム付きコードの三次元解析モデルMを生成することができるため、三次元解析モデルMの生成が容易となる。特に、コードの要素(節点)に関係なく、ゴムの要素分割を行うことができるので、ゴムモデルの生成が容易となる。また、ゴムモデルGを任意の立体形状とすることができ、この結果、ゴムモデルGとコードモデルCとを組み合わせた三次元解析モデルMを、任意の立体形状モデルとすることが可能となる。
なお、前記のとおり、ゴム要素Egは、コード21間に形成される隙間よりも小さく設定されることから、ゴム要素Egの数は多くなるが、このような場合であっても、ゴムモデルGの生成は容易であり、モデルMの生成時間が短縮される。
[2.4. Others]
According to the above-described numerical analysis method for a cord with rubber according to the present embodiment, a code model C is generated, a three-dimensional rubber model G is generated independently from the code model C, and the code model C is converted into rubber. By embedding in the model G, the three-dimensional analysis model M of the cord with rubber can be generated, so that the generation of the three-dimensional analysis model M is facilitated. In particular, since the rubber element can be divided regardless of the element (node) of the cord, the rubber model can be easily generated. Moreover, the rubber model G can be made into an arbitrary three-dimensional shape, and as a result, the three-dimensional analysis model M combining the rubber model G and the code model C can be made into an arbitrary three-dimensional shape model.
As described above, since the rubber element Eg is set to be smaller than the gap formed between the cords 21, the number of the rubber elements Eg increases. Even in such a case, the rubber model G Is easy to generate, and the generation time of the model M is shortened.

また、本実施形態の埋め込みステップSt13では、図12(図11)により説明したように、ゴムモデルGのゴム要素Egに重なるコードモデルCのコード節点Qを、ゴム要素Eg内におけるコード節点Qの幾何学的な位置に基づいて決定される重み係数を用いて、このゴム要素Egのゴム節点a,b,f,eに拘束させる。これにより、コードとゴムとの複合材料からなるゴム付きコード10の数値解析の精度を高めることのできる三次元解析モデルMを生成することが可能となる。 Further, in the embedding step St13 of this embodiment, FIG. 12 as described with reference to (11), the code node Q code model C which overlaps the rubber element Eg 1 rubber model G, code node in the rubber element Eg 1 The rubber nodes a, b, f and e of the rubber element Eg 1 are constrained using a weighting factor determined based on the geometric position of Q. This makes it possible to generate a three-dimensional analysis model M that can increase the accuracy of numerical analysis of the cord with rubber 10 made of a composite material of cord and rubber.

また、前記コードモデル生成ステップSt11において、コード束20を複数の梁要素に分割したコードモデルCとして生成する場合、各コード21の断面中心を通る線(曲線)を複数の梁要素に分割すればよく、コードモデルCの作成が容易となり、モデル化の時間を短縮することができる。また、ソリッド要素の場合に比べて、節点の数が減り、解析ステップSt30における数値解析の時間短縮が可能となる。   In the code model generation step St11, when the code bundle 20 is generated as the code model C divided into a plurality of beam elements, a line (curve) passing through the center of the cross section of each cord 21 is divided into the plurality of beam elements. The code model C can be easily created, and the modeling time can be shortened. Further, the number of nodes is reduced as compared with the case of the solid element, and the time required for the numerical analysis in the analysis step St30 can be shortened.

ゴム付きコード10に対する荷重(Z方向の引っ張り荷重)が大きく、高ひずみの解析を行う場合、前記コードモデル生成ステップSt11において、コード束20を複数のソリッド要素に分割した三次元のコードモデルCとして生成するのが好ましい場合がある。これは、ゴム付きコード10(モデルM)に作用させる荷重が大きいと、コード束20に含まれるコード21同士が接触することがあり、この接触によるコード21の変形を考慮した解析を可能とさせるためである。つまり、コード21同士の接触によるコード21の変形を考慮するためには、ソリッド要素とするのが好ましい。   In the case where the load on the rubberized cord 10 (tensile load in the Z direction) is large and high strain analysis is performed, in the code model generation step St11, the code bundle 20 is divided into a plurality of solid elements as a three-dimensional code model C. It may be preferable to produce. This is because when the load applied to the rubber cord 10 (model M) is large, the cords 21 included in the cord bundle 20 may come into contact with each other, and the analysis considering the deformation of the cord 21 due to this contact is made possible. Because. That is, in order to consider the deformation of the cord 21 due to the contact between the cords 21, it is preferable to use a solid element.

また、剪断数値解析を行うために、三次元解析モデルMとして、図15に示すような平行な二面(K1,K2)を有する立体モデル(角柱形状モデル)を生成すればよく、三次元解析モデルMは、四角柱以外に六角柱であってもよい。この場合において、この立体モデルの一面(K1)に含まれる節点の変位を拘束し、この一面(K1)に平行の他面(K2)に含まれる節点を変位させればよい。ただし、その立体モデルは、図14を参考に説明すると、前記平行な二面(K1,K2)それぞれの幅D2を、コード束20の全幅D1よりも大きくする(D2>D1)。   Further, in order to perform the shear numerical analysis, a three-dimensional model (rectangular shape model) having two parallel surfaces (K1, K2) as shown in FIG. The model M may be a hexagonal column other than the square column. In this case, the displacement of the nodes included in one surface (K1) of the three-dimensional model may be restricted, and the nodes included in the other surface (K2) parallel to the surface (K1) may be displaced. However, in the three-dimensional model, referring to FIG. 14, the width D2 of each of the two parallel surfaces (K1, K2) is made larger than the total width D1 of the cord bundle 20 (D2> D1).

今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
例えば、上述の実施形態では、コード21の数を4本としたが、これ以外であってもよく、例えば12本とすることができる。このようにコード21の数が増えると、ゴム付きコード10の構造はより複雑となるが、本実施形態のモデル生成方法(モデル生成ステップ)によれば、容易にモデル化が可能となる。
また、前記コンピュータプログラムは、CD−ROM等の記録媒体に記憶させることができる。
The embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of rights of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes all modifications within the scope equivalent to the configurations described in the claims.
For example, in the above-described embodiment, the number of the cords 21 is four, but the number may be other than this, for example, twelve. As the number of the cords 21 increases as described above, the structure of the rubber-equipped cord 10 becomes more complicated. However, according to the model generation method (model generation step) of the present embodiment, modeling can be easily performed.
The computer program can be stored in a recording medium such as a CD-ROM.

〔付記〕
以下、参考として開示する発明(参考発明)について説明する。
この参考発明が解決しようとする課題は、次のとおりである。すなわち、ゴム製タイヤの補強部材(カーカスやベルト)を構成する、複数本のコードが撚り合わされたコード束にゴムを被覆したゴム付きコードを、コンピュータにより数値解析(FEM解析)するためには、このゴム付きコードをモデル化する必要がある。
解析対象をモデル化するために、様々な方法が考えられるが、ゴム製タイヤ用のゴム付きコードのように、物性値が異なる金属製コードとゴムとを含む複合材料の場合、例えば、次のようにしてモデル化することができる。
[Appendix]
The invention disclosed for reference (reference invention) will be described below.
Problems to be solved by this reference invention are as follows. That is, in order to perform numerical analysis (FEM analysis) with a computer, a rubber-attached cord in which a cord bundle in which a plurality of cords are twisted and constituting rubber reinforcing members (carcass and belt) is covered by a computer This rubberized cord needs to be modeled.
Various methods are conceivable for modeling the analysis target. In the case of a composite material including a metal cord and rubber having different physical property values, such as a cord with rubber for a rubber tire, for example, the following In this way, it can be modeled.

実際のゴム付きコードの横断面画像を取得し、この横断面画像から二次元解析モデルを生成する。この二次元解析モデルの生成は、取得した横断面画像に基づいて、先ず、図19(A)に示すように、コード束90を構成する複数本のコード91(コードの領域)それぞれを複数の要素に分割する。
次に、図19(B)に示すように、各コード91の周りに存在するゴム92(ゴムの領域)を複数の要素に分割する。この際、ゴム92と各コード91との境界では、コード91の要素の節点(91a)とゴム92の要素の節点(92a)とを一致させ、ゴム92の領域を複数の要素に分割する。このようにして横断面画像それぞれに基づいてゴム付きコードの二次元解析モデルを生成する。
A cross-sectional image of the actual cord with rubber is acquired, and a two-dimensional analysis model is generated from the cross-sectional image. The generation of the two-dimensional analysis model is based on the acquired cross-sectional image. First, as shown in FIG. 19 (A), a plurality of codes 91 (code areas) constituting the code bundle 90 are each a plurality of codes. Split into elements.
Next, as shown in FIG. 19B, the rubber 92 (rubber region) existing around each cord 91 is divided into a plurality of elements. At this time, at the boundary between the rubber 92 and each cord 91, the node (91a) of the element of the cord 91 and the node (92a) of the element of the rubber 92 are matched to divide the region of the rubber 92 into a plurality of elements. In this way, a two-dimensional analysis model of the cord with rubber is generated based on each cross-sectional image.

実際のゴム付きコードのコード束に含まれる各コードは、螺旋状となっていることから、前記生成した二次元解析モデルを、コード束の長手方向に沿って所定寸法について移動させる毎に所定角度ずつ回転させ、隣り合う二次元解析モデルの各要素の節点同士を繋いで、三次元解析モデルを生成すればよい。
しかし、このようなモデルの生成方法の場合、生成される三次元解析モデルは、円柱形状モデルとなるが、円柱形状モデルの場合、その長手方向を引っ張り方向とする引っ張り数値解析については実行可能であるが、剪断数値解析を行うことができない。
Each cord included in the cord bundle of the actual cord with rubber has a spiral shape, so that each time the generated two-dimensional analysis model is moved along the longitudinal direction of the cord bundle with a predetermined dimension, a predetermined angle is obtained. The three-dimensional analysis model may be generated by rotating the nodes one by one and connecting the nodes of adjacent elements of the two-dimensional analysis model.
However, in the case of such a model generation method, the generated three-dimensional analysis model is a cylindrical model, but in the case of a cylindrical model, it is feasible to perform numerical numerical analysis with the longitudinal direction as the tensile direction. Although there is no shear numerical analysis.

そこで、参考発明は、ゴム製タイヤ用ゴム付きコードに関して、剪断数値解析を行うことが可能となる数値解析方法を提供することを目的とする。
[参考発明]
複数本のコードが撚り合わされたコード束にゴムを被覆したゴム製タイヤ用ゴム付きコードをモデル化してコンピュータにより数値解析する方法であって、
前記ゴム付きコードの三次元解析モデルを生成するモデル生成ステップと、
前記三次元解析モデルに対して各種条件を設定する設定ステップと、
前記各種条件が設定された前記三次元解析モデルについて数値解析を行う解析ステップと、を備え、
前記モデル生成ステップでは、前記ゴム付きコードの三次元解析モデルを角柱形状モデルとして生成し、
前記解析ステップでは、前記角柱形状モデルの一側面に平行な方向を剪断方向として剪断数値解析を行うゴム付きコードの数値解析方法。
なお、前記参考発明における各ステップのために、図1〜図18により説明した事項を適用することが可能である。
また、図1〜図18により説明した事項(実施形態)の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
Then, a reference invention aims at providing the numerical analysis method which becomes possible to perform a shear numerical analysis about the cord with rubber for rubber tires.
[Reference invention]
A method of modeling a rubber cord for a rubber tire in which a cord bundle in which a plurality of cords are twisted and covered with rubber is modeled and numerically analyzed by a computer,
A model generation step of generating a three-dimensional analysis model of the rubberized cord;
A setting step for setting various conditions for the three-dimensional analysis model;
An analysis step for performing numerical analysis on the three-dimensional analysis model in which the various conditions are set,
In the model generation step, a three-dimensional analysis model of the cord with rubber is generated as a prismatic shape model,
In the analyzing step, a numerical analysis method for a cord with rubber, which performs a shear numerical analysis with a direction parallel to one side of the prismatic model as a shear direction.
The items described with reference to FIGS. 1 to 18 can be applied to each step in the reference invention.
Moreover, you may combine arbitrarily at least one part of the matter (embodiment) demonstrated by FIGS.

5 コンピュータ装置
6 本体
6b 記憶装置
6c 情報入力インタフェース
6a 演算処理装置
6a 処理装置
7 キーボード
8 マウス
9 ディスプレイ装置
10 ゴム付きコード
11 コードモデル生成手段
12 ゴムモデル生成手段
13 埋め込み手段
14 設定手段
15 解析手段
20 コード束
21 コード
30 ゴム
B ベルト
b1 一部
C コードモデル
D1 コード束の全幅
D2 面の幅
Eg ゴム要素
Ec コード要素
G ゴムモデル
K1 側面
K2 側面
M:ゴム付きコードの三次元解析モデル
M1 端面
M2 端面
T:コード単体モデル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Computer apparatus 6 Main body 6b Memory | storage device 6c Information input interface 6a Arithmetic processing apparatus 6a Processing apparatus 7 Keyboard 8 Mouse 9 Display apparatus 10 Code with rubber 11 Code model generation means 12 Rubber model generation means 13 Embedding means 14 Setting means 15 Analysis means 20 Cord bundle 21 Cord 30 Rubber B Belt b1 Partial C Code model D1 Full width of cord bundle D2 Face width Eg Rubber element Ec Cord element G Rubber model K1 Side face K2 Side face M: Three-dimensional analysis model of cord with rubber M1 End face M2 End face T: Code unit model

Claims (12)

複数本のコードが撚り合わされたコード束にゴムを被覆したゴム製タイヤ用ゴム付きコードをモデル化してコンピュータにより数値解析する方法であって、
前記ゴム付きコードの三次元解析モデルを生成するモデル生成ステップと、
前記三次元解析モデルに対して各種条件を設定する設定ステップと、
前記各種条件が設定された前記三次元解析モデルについて数値解析を行う解析ステップと、を備え、
前記モデル生成ステップは、
前記コード束が複数の要素に分割されたコードモデルを生成するコードモデル生成ステップと、
前記ゴムが複数の要素に分割された三次元のゴムモデルを、前記コードモデルとは別に、生成するゴムモデル生成ステップと、
前記コードモデルを前記ゴムモデルに埋め込む埋め込みステップと、
を含み、
前記埋め込みステップでは、前記コードモデルと前記ゴムモデルとの要素同士が重なり合うことを許容して前記コードモデル及び前記ゴムモデルを有する前記ゴム付きコードの三次元解析モデルを生成するゴム付きコードの数値解析方法。
A method of modeling a rubber cord for a rubber tire in which a cord bundle in which a plurality of cords are twisted and covered with rubber is modeled and numerically analyzed by a computer,
A model generation step of generating a three-dimensional analysis model of the rubberized cord;
A setting step for setting various conditions for the three-dimensional analysis model;
An analysis step for performing numerical analysis on the three-dimensional analysis model in which the various conditions are set,
The model generation step includes:
A code model generation step of generating a code model in which the code bundle is divided into a plurality of elements;
A rubber model generating step for generating a three-dimensional rubber model in which the rubber is divided into a plurality of elements, separately from the code model,
An embedding step of embedding the code model in the rubber model;
Including
In the embedding step, numerical analysis of the cord with rubber that generates a three-dimensional analysis model of the cord with rubber and the cord with rubber model by allowing the elements of the cord model and the rubber model to overlap each other Method.
前記埋め込みステップでは、前記ゴムモデルのゴム要素に重なる前記コードモデルのコード節点を、当該ゴム要素内における当該コード節点の幾何学的な位置に基づいて決定される重み係数を用いて、当該ゴム要素のゴム節点に拘束させる請求項1に記載のゴム付きコードの数値解析方法。   In the embedding step, a code node of the code model that overlaps a rubber element of the rubber model is determined using a weight coefficient determined based on a geometric position of the code node in the rubber element. The numerical analysis method of the cord with rubber | gum of Claim 1 to which it restrains to the rubber node of this. 前記コードモデル生成ステップでは、所定ピッチで複数取得された前記ゴム付きコードの横断面画像に基づいて、前記コードモデルを生成する請求項1又は2に記載のゴム付きコードの数値解析方法。   The numerical analysis method for a cord with rubber according to claim 1 or 2, wherein, in the code model generation step, the code model is generated based on a cross-sectional image of the cord with rubber acquired at a predetermined pitch. 前記コードモデル生成ステップでは、コード束とする前の各コードを要素分割したコード単体モデルを生成し、このコード単体モデルを複数本撚り合わせる動作をコンピュータによりシミュレーションして前記コードモデルを生成する請求項1又は2に記載のゴム付きコードの数値解析方法。   The code model generation step generates a code single model obtained by dividing each code before the code bundle into elements, and generates the code model by simulating an operation of twisting a plurality of the single code models by a computer. The numerical analysis method of the cord with rubber | gum as described in 1 or 2. 前記設定ステップでは、前記ゴムモデル内の一部に物性値がゼロである要素を設定する請求項1〜4のいずれか一項に記載のゴム付きコードの数値解析方法。   The numerical analysis method for a cord with rubber according to any one of claims 1 to 4, wherein, in the setting step, an element having a physical property value of zero is set in a part of the rubber model. 前記コードモデル生成ステップでは、
複数本の前記コード単体モデルのうちの少なくとも1本を波付きコード単体モデルとし、この波付きコード単体モデルを他のコード単体モデルと撚り合わせる動作をコンピュータによりシミュレーションする請求項4に記載のゴム付きコードの数値解析方法。
In the code model generation step,
5. The rubber-attached unit according to claim 4, wherein at least one of the plurality of cord unit models is a corrugated cord unit model, and the operation of twisting the corrugated cord unit model with another cord unit model is simulated by a computer. The numerical analysis method of the code.
前記コードモデル生成ステップでは、前記コード束が複数の梁要素に分割されたコードモデルを生成する請求項1〜6のいずれか一項に記載のゴム付きコードの数値解析方法。   The numerical analysis method for a cord with rubber according to any one of claims 1 to 6, wherein in the code model generation step, a code model in which the cord bundle is divided into a plurality of beam elements is generated. 前記コードモデル生成ステップでは、前記コード束が複数のソリッド要素に分割された三次元のコードモデルを生成する請求項1〜6のいずれか一項に記載のゴム付きコードの数値解析方法。   The numerical analysis method for a cord with rubber according to any one of claims 1 to 6, wherein in the code model generation step, a three-dimensional code model in which the code bundle is divided into a plurality of solid elements is generated. 前記モデル生成ステップでは、
前記ゴムモデル生成ステップにおいて角柱形状となる前記ゴムモデルを生成し、前記埋め込みステップにおいて前記コードモデルの長手方向と角柱形状である前記ゴムモデルの長手方向とを一致させて前記ゴム付きコードの三次元解析モデルを角柱形状モデルとして生成し、
前記解析ステップでは、
前記角柱形状モデルの一側面に平行な方向を剪断方向として剪断数値解析を行う請求項1〜8のいずれか一項に記載のゴム付きコードの数値解析方法。
In the model generation step,
In the rubber model generation step, the rubber model having a prismatic shape is generated, and in the embedding step, the longitudinal direction of the cord model is matched with the longitudinal direction of the rubber model in the shape of a prism, and the three-dimensional cord Generate an analysis model as a prismatic model,
In the analysis step,
The numerical analysis method for a cord with rubber according to any one of claims 1 to 8, wherein a shearing numerical analysis is performed with a direction parallel to one side of the prismatic model as a shearing direction.
前記解析ステップでは、
更に、前記コード束の長手方向を引っ張り方向として引っ張り数値解析を行うと共に、
前記剪断数値解析の結果と前記引っ張り数値解析の結果とを示すデータを生成する請求項9に記載のゴム付きコードの数値解析方法。
In the analysis step,
Furthermore, while performing the tensile numerical analysis with the longitudinal direction of the cord bundle as the tensile direction,
The numerical analysis method of the cord with rubber according to claim 9 which generates data which shows a result of said shear numerical analysis, and a result of said tensile numerical analysis.
複数本のコードが撚り合わされたコード束にゴムを被覆したゴム製タイヤ用ゴム付きコードの三次元解析モデルを、コンピュータにより生成させるためのコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータを、
前記コード束が複数の要素に分割されたコードモデルを生成するコードモデル生成手段、
前記ゴムが複数の要素に分割された三次元のゴムモデルを、前記コードモデルとは別に、生成するゴムモデル生成手段、
前記コードモデルを前記ゴムモデルに埋め込む埋め込み手段、
として機能させるためのプログラムであり、
前記埋め込み手段は、前記コードモデルと前記ゴムモデルとの要素同士が重なり合うことを許容して前記コードモデル及び前記ゴムモデルを有する前記ゴム付きコードの三次元解析モデルを生成するコンピュータプログラム。
A computer program for causing a computer to generate a three-dimensional analysis model of a rubberized cord for a rubber tire in which a cord bundle in which a plurality of cords are twisted is covered with rubber,
The computer,
Code model generating means for generating a code model in which the code bundle is divided into a plurality of elements;
A rubber model generating means for generating a three-dimensional rubber model in which the rubber is divided into a plurality of elements, separately from the code model,
Embedding means for embedding the code model in the rubber model;
As a program to function as
The embedding means allows the elements of the code model and the rubber model to overlap each other and generates a three-dimensional analysis model of the code with rubber and the rubber-attached cord having the rubber model.
複数本のコードが撚り合わされたコード束にゴムを被覆したゴム製タイヤ用ゴム付きコードの三次元解析モデルの生成、及び、当該三次元解析モデルについての数値解析を、コンピュータにより実行させるためのコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータを、
前記コード束が複数の要素に分割されたコードモデルを生成するコードモデル生成手段、
前記ゴムが複数の要素に分割された角柱形状となる三次元のゴムモデルを、前記コードモデルとは別に、生成するゴムモデル生成手段、
前記コードモデルを前記ゴムモデルに埋め込み前記三次元解析モデルを生成する埋め込み手段、
及び、前記三次元解析モデルについて数値解析を行う解析手段
として機能させるためのプログラムであり、
前記埋め込み手段は、前記コードモデルの長手方向と角柱形状である前記ゴムモデルの長手方向とを一致させ、かつ、前記コードモデルと前記ゴムモデルとの要素同士が重なり合うことを許容して前記コードモデル及び前記ゴムモデルを有する前記ゴム付きコードの三次元解析モデルを角柱形状モデルとして生成し、
前記解析手段は、前記角柱形状モデルの一側面に平行な方向を剪断方向として剪断数値解析を行う
コンピュータプログラム。
A computer for generating a three-dimensional analysis model of a rubber-equipped cord for a rubber tire in which a cord bundle in which a plurality of cords are twisted is covered with rubber, and causing a computer to execute numerical analysis on the three-dimensional analysis model A program,
The computer,
Code model generating means for generating a code model in which the code bundle is divided into a plurality of elements;
A rubber model generating means for generating a three-dimensional rubber model having a prismatic shape in which the rubber is divided into a plurality of elements, separately from the code model,
Embedding means for embedding the code model in the rubber model and generating the three-dimensional analysis model;
And a program for causing the three-dimensional analysis model to function as an analysis means for performing numerical analysis,
The embedding means matches the longitudinal direction of the code model with the longitudinal direction of the rubber model having a prismatic shape, and allows the elements of the code model and the rubber model to overlap each other. And generating a three-dimensional analysis model of the rubberized cord having the rubber model as a prismatic shape model,
The computer program according to claim 1, wherein the analysis means performs a shear numerical analysis with a direction parallel to one side of the prismatic model as a shear direction.
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