JP2019093566A - Engineering method of duct line of viscoelastic body, engineering program, and evaluation method - Google Patents

Engineering method of duct line of viscoelastic body, engineering program, and evaluation method Download PDF

Info

Publication number
JP2019093566A
JP2019093566A JP2017222252A JP2017222252A JP2019093566A JP 2019093566 A JP2019093566 A JP 2019093566A JP 2017222252 A JP2017222252 A JP 2017222252A JP 2017222252 A JP2017222252 A JP 2017222252A JP 2019093566 A JP2019093566 A JP 2019093566A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
section
wall surface
cross
distribution
elongation strain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017222252A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6930392B2 (en
Inventor
真悟 伊田
Shingo Ida
真悟 伊田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Rubber Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Rubber Industries Ltd filed Critical Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority to JP2017222252A priority Critical patent/JP6930392B2/en
Publication of JP2019093566A publication Critical patent/JP2019093566A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6930392B2 publication Critical patent/JP6930392B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

To provide an engineering method of a duct line good in process tolerance in extrusion molding of a viscoelastic body.SOLUTION: The invention has: a step for setting an initial shape of an inner wall surface of a duct line; a step for modeling the viscoelastic body as a fluid; a step for dividing a flow pass defined by the inner wall surface into prescribed elements; a step for setting a boundary condition at an inner wall surface, an inlet cross section and an outlet cross section defined by the inner wall surface; a step for setting an initial value of physical value at each element; a step for calculating the physical value of the fluid at each element; a step for generating a plurality of flow lines; a step for calculating cumulative elongation strain E showing the degree of elongation deformation which the viscoelastic body flowed in from the inlet cross section receives until it flows out from the outlet cross section based on the calculated physical amount; a step for calculating the distribution of the cumulative elongation strain E at the outlet cross section; and a step for changing at least a part of the initial shape of the inner wall surface so that the distribution of the cumulative elongation strain E is changed.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、粘弾性体の管路の設計方法、設計プログラム、及び評価方法に関する。   The present invention relates to a method of designing a conduit of a viscoelastic body, a design program, and an evaluation method.

従来より、粘弾性体の挙動をシミュレーションし、その結果に基づいて粘弾性体の管路を評価することが行われている。このようなシミュレーションに基づく評価は、主として、粘弾性体の管路を有する産業機械の設計に役立てられる。粘弾性体とは、弾性体と粘性体との性質を兼ね備えている物体いい、高分子材料が代表的である。より具体的な例として加硫前のゴム等が挙げられる。   Conventionally, it has been practiced to simulate the behavior of a visco-elastic body and to evaluate the conduit of the visco-elastic body based on the result. Such simulation-based evaluation is mainly useful for the design of industrial machines having lines of viscoelastic material. The viscoelastic body is an object having properties of an elastic body and a viscous body, and a polymer material is representative. More specific examples include rubber before vulcanization and the like.

例えば、特許文献1には、粘弾性体の流動シミュレーション結果に基づき、未加硫のゴムの押出成型に用いられる口金等の流路断面形状を効率的に設計することが開示されている。より具体的には、この特許文献1には、流路内における粘弾性体の速度勾配を小さくするように設計することが開示されている。また、特許文献2には、架橋前のゴムや樹脂といった可塑性を有する材料が、バンバリーミキサー等で混錬される際の挙動の解析について開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses that, based on the flow simulation result of a viscoelastic body, efficiently designing a flow passage cross-sectional shape such as a die used for extrusion molding of an unvulcanized rubber is disclosed. More specifically, Patent Document 1 discloses that the design is made to reduce the velocity gradient of the visco-elastic body in the flow path. Further, Patent Document 2 discloses analysis of behavior when a material having plasticity such as rubber or resin before crosslinking is kneaded with a Banbury mixer or the like.

特許第5946627号Patent No. 5946627 特許第5564074号Patent No. 5564074

しかしながら、上記特許文献1のように、速度勾配を小さくするアプローチのみでは、押出成型等の加工精度が十分に向上しない可能性がある。このため、粘弾性体の管路をより定量的に解析し、所望の形状に粘弾性材料を成形することができる、管路の設計方法が要望されていた。   However, as in the case of Patent Document 1 described above, there is a possibility that the processing accuracy such as extrusion molding may not be sufficiently improved only by the approach of reducing the speed gradient. For this reason, there has been a demand for a conduit design method that can analyze the conduit of the viscoelastic body more quantitatively and form the viscoelastic material into a desired shape.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、より精度よく、所望の形状に粘弾性体を成形するための、粘弾性体の管路の設計方法、設計プログラム及び管路の評価方法を提供する。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a method of designing a conduit of a viscoelastic body, a design program, and a conduit for forming a viscoelastic body into a desired shape with higher accuracy. Provide an evaluation method.

本発明の第1観点に係る管路の設計方法は、粘弾性体が流動する管路の設計方法であって、以下のステップを備える。
(1)前記管路の内壁面の初期形状を設定するステップ
(2)前記粘弾性体を流体としてモデル化するステップ
(3)前記内壁面によって規定される流路を所定の要素に分割するステップ
(4)前記内壁面、前記内壁面によって規定される入口断面及び出口断面における境界条件を設定するステップ
(5)前記各要素における前記流体の速度、圧力を含む物理量の初期値を設定するステップ
(6)前記各要素における前記流体の前記物理量を算出するステップ
(7)前記流路において、複数の流線又は流跡線を生成するステップ
(8)前記各流線又は流跡線に沿って、前記入口断面から流入した前記粘弾性体が前記出口断面から流出するまでの間に受ける伸長変形の度合いを示す累積伸長ひずみΕを前記算出された物理量に基づいて算出するステップ
(9)前記出口断面又は前記出口断面付近における前記累積伸長ひずみΕの分布を算出するステップ
(10)前記累積伸長ひずみΕの分布が変化するように前記内壁面の少なくとも一部の初期形状を変更するステップ
A method of designing a conduit according to a first aspect of the present invention is a method of designing a conduit through which a viscoelastic body flows, and includes the following steps.
(1) setting an initial shape of the inner wall surface of the pipe line (2) modeling the viscoelastic body as a fluid (3) dividing the flow path defined by the inner wall surface into predetermined elements (4) setting boundary conditions in the inlet cross section and the outlet cross section defined by the inner wall surface and the inner wall surface (5) setting initial values of physical quantities including velocity and pressure of the fluid in each element 6) calculating the physical quantity of the fluid in each of the elements (7) generating a plurality of streamlines or trajectories in the flow path (8) along the respective streamlines or trajectories, Based on the calculated physical quantity, the cumulative elongation strain 伸長, which indicates the degree of elongation and deformation that the viscoelastic body flowing from the inlet cross section receives during the time it flows out from the outlet cross section, is calculated (9) calculating the distribution of the accumulated elongation strain Ε at or near the outlet cross section (10) initial shape of at least a part of the inner wall surface so that the distribution of the accumulated elongation strain 変 化 changes Step to change

本発明の第2観点に係る管路の設計方法は、第1観点に係る管路の設計方法であって、前記累積伸長ひずみΕを算出するステップは、以下のステップを含む。
前記各流線又は流跡線上に、複数の点Qk(1≦k≦N、N≧2)を、順に設定するステップ
前記流体が点Qkから前記点Qkの隣の点まで移動するのに要する時間tkを算出するステップ
前記時間tk及び前記算出された物理量に基づいて、前記粘弾性体が前記点Qkから前記点Qkの隣の点に移動するまでの間に受ける伸長変形の度合いを示す伸長ひずみεkを算出するステップ
前記伸長ひずみεkを用いて前記累積伸長ひずみΕを算出するステップ
なお、点Q1又は点QNのうちいずれか一方は前記入口断面上又は前記入口断面付近に設定され、前記点Q1又は前記点QNの他方は前記出口断面上又は前記出口断面付近に設定される。
なお、ここいう時間tkを算出するステップには、単位時間tを設定することも含まれるものとする。また、複数の点Qkを順に設定するステップ及び時間tkを算出するステップの順序は、上記の順序に限定されるものではない。
A method of designing a conduit according to a second aspect of the present invention is the method of designing a conduit according to the first aspect, wherein the step of calculating the cumulative elongation strain 含 む includes the following steps.
Wherein on each streamline or trajectories, a plurality of points Q k (1 ≦ k ≦ N , N ≧ 2) a step wherein the fluid to be set in order to move from the point Q k to a point next to the point Q k based on the step the time t k and the calculated physical quantity for calculating the time t k required to undergo during the viscoelastic body from the point Q k until you reach the point next to the point Q k Step of calculating extension strain ε k indicating degree of extension deformation Step of calculating the cumulative extension strain Ε using the extension strain ε k Note that any one of the point Q 1 and the point Q N is on the inlet cross section or said set near the entrance section, the other of the point Q 1 or the point Q N is set near or on the outlet sectional said outlet section.
Note that the step of calculating the time t k includes setting a unit time t. Further, the order of setting the plurality of points Q k in order and calculating the time t k is not limited to the above order.

本発明の第3観点に係る管路の設計方法は、第2観点に係る管路の設計方法であって、前記粘弾性体の緩和時間はτであり、前記累積伸長ひずみΕは、以下の式(1)により算出される。
ただし、式(1)中の“TO”は前記流体が前記各流線又は流跡線に沿って前記点Q1と前記点QNとの間を移動するのに要する時間を表し、“Tk”は前記流体が前記各流線又は流跡線に沿って前記点Q1又は前記点QNから前記点Qkまで移動するのに要する時間を表す。
A method of designing a conduit according to a third aspect of the present invention is the method of designing a conduit according to the second aspect, wherein the relaxation time of the visco-elastic body is τ, and the cumulative elongation strain Ε is It is calculated by equation (1).
However, “T O ” in the equation (1) represents the time required for the fluid to move between the point Q 1 and the point Q N along the streamlines or the trajectory, “ T k ′ ′ represents the time it takes for the fluid to travel from the point Q 1 or the point Q N to the point Q k along the streamlines or trajectory lines.

本発明の第4観点に係る管路の設計方法は、第2観点に係る管路の設計方法であって、前記累積伸長ひずみΕは、以下の式(2)により算出される。
The method for designing a conduit according to a fourth aspect of the present invention is the method for designing a conduit according to the second aspect, wherein the accumulated elongation strain Ε is calculated by the following equation (2).

本発明の第5観点に係る管路の設計方法は、第2観点から第4観点のいずれかに係る管路の設計方法であって、以下のステップをさらに備える。
前記伸長ひずみεkの分布を算出するステップ
前記伸長ひずみεkの分布に基づいて、前記内壁面のうち、初期形状を変更する範囲を決定するステップ
A method for designing a conduit according to a fifth aspect of the present invention is a method for designing a conduit according to any one of the second to fourth aspects, and further includes the following steps.
Based on the distribution of the step the elongation strain epsilon k to calculate the distribution of the elongation strain epsilon k, among the inner wall surface, determining a range of changing the initial shape

本発明の第6観点に係る管路の設計方法は、第1観点から第5観点のいずれかに係る管路の設計方法であって、前記内壁面の少なくとも一部の初期形状を変更するステップは、前記累積伸長ひずみΕの分布が均一になるように前記内壁面の少なくとも一部の初期形状を変更するステップであり、前記累積伸長ひずみΕを増加させたい前記流線又は流跡線の近傍においては、前記流路の断面形状の変化が大きくなるように前記内壁面の初期形状を変更すること、及び前記累積伸長ひずみΕを減少させたい前記流線又は流跡線の近傍においては、前記流路の断面形状の変化が小さくなるように前記内壁面の初期形状を変更すること、の少なくとも一方を含む。   A method of designing a conduit according to a sixth aspect of the present invention is the method of designing a conduit according to any one of the first through fifth aspects, wherein the step of changing the initial shape of at least a part of the inner wall surface Is a step of changing the initial shape of at least a part of the inner wall surface so that the distribution of the accumulated elongation strain 均一 becomes uniform, and the vicinity of the streamline or trajectory to which the accumulated elongation strain た い is to be increased Changing the initial shape of the inner wall surface so that the change in the cross-sectional shape of the flow path is large, and in the vicinity of the streamline or trajectory where the accumulated elongation strain is to be reduced. Changing at least one of the initial shape of the inner wall surface so as to reduce a change in the cross-sectional shape of the flow path.

本発明の第7観点に係る管路の設計方法は、第6観点に係る管路の設計方法であって、前記初期形状が変更された後の内壁面によって規定される流路の断面は、前記初期形状の流路の断面よりも面積が小さい。   The method for designing a conduit according to the seventh aspect of the present invention is the method for designing a conduit according to the sixth aspect, wherein the cross section of the flow path defined by the inner wall surface after the initial shape is changed is The area is smaller than the cross section of the flow channel in the initial shape.

本発明の第8観点に係る管路の設計方法は、第1観点から第7観点のいずれかに係る管路の設計方法であって、以下のステップをさらに備える。
前記出口断面又は前記出口断面付近における速度分布を算出するステップ
前記速度分布が均一になるように、前記内壁面の少なくとも一部において、前記入口断面と前記出口断面との間の距離を変更するステップ
A method of designing a conduit according to an eighth aspect of the present invention is a method of designing a conduit according to any one of the first through seventh aspects, and further includes the following steps.
Calculating the velocity distribution near the outlet cross section or the outlet cross section changing the distance between the inlet cross section and the outlet cross section on at least a portion of the inner wall surface so that the velocity distribution is uniform

本発明の第9観点に係る管路の設計方法は、第1観点から第5観点のいずれかに係る管路の設計方法であって、以下のステップをさらに備える。
前記出口断面又は前記出口断面付近における前記流体の速度分布を算出するステップ
前記出口断面又は前記出口断面付近における速度に対する前記累積伸長ひずみΕの相対指標値の分布を算出するステップ
前記速度分布が変化するように、前記内壁面の少なくとも一部において、前記入口断面と前記出口断面との間の距離を変更するステップ
なお、前記累積伸長ひずみΕの分布が変化するように前記内壁面の少なくとも一部の初期形状を変更するステップは、前記相対指標値分布が変化するように前記内壁面の少なくとも一部の初期形状を変更するステップであり、前記初期形状が変更された後の流路の断面は、前記初期形状の流路の断面よりも面積が小さい。
A method for designing a conduit according to a ninth aspect of the present invention is a method for designing a conduit according to any one of the first to fifth aspects, and further includes the following steps.
Calculating velocity distribution of the fluid in the outlet cross section or in the vicinity of the outlet cross section; calculating in the distribution of the relative index value of the accumulated extension strain に 対 す る relative to the velocity in the outlet cross section or in the vicinity of the outlet cross section; And changing the distance between the inlet cross section and the outlet cross section in at least a portion of the inner wall surface, wherein at least a portion of the inner wall surface is changed such that the distribution of the accumulated elongation strain Ε changes. The step of changing the initial shape is a step of changing the initial shape of at least a part of the inner wall surface so that the relative index value distribution changes, and the cross section of the flow path after the initial shape is changed is The area is smaller than the cross section of the flow channel in the initial shape.

本発明の第10観点に係る管路の設計方法は、第9観点に係る管路の設計方法であって、前記相対指標値は、以下の式(3)により算出される。
ただし、式(3)中の“v”は前記出口断面又は前記出口断面付近における前記流体の速度である。
The pipe design method according to a tenth aspect of the present invention is the pipe design method according to the ninth aspect, wherein the relative index value is calculated by the following formula (3).
Where "v" in equation (3) is the velocity of the fluid at or near the outlet cross section.

本発明の第11観点に係る管路の設計方法は、第1観点から第10観点のいずれかに係る管路の設計方法であって、前記管路は、押出機の吐出口に設けられる金型であり、前記粘弾性体は、架橋前のゴム又は樹脂材料である。   The method for designing a conduit according to an eleventh aspect of the present invention is the method for designing a conduit according to any one of the first to tenth aspects, wherein the conduit is a gold provided at a discharge port of an extruder. It is a mold and the visco-elastic body is a rubber or resin material before crosslinking.

本発明の第12観点に係る管路の設計プログラムは、粘弾性体が流動する管路の設計プログラムであって、以下のステップをコンピュータに実行させる。
(1)前記管路の内壁面の初期形状を設定するステップ
(2)前記粘弾性体を流体としてモデル化するステップ
(3)前記内壁面によって規定される流路を所定の要素に分割するステップ
(4)前記内壁面、前記内壁面によって規定される入口断面及び出口断面における境界条件を設定するステップ
(5)前記各要素における前記粘弾性体の速度、圧力を含む物理量の初期値を設定するステップ
(6)前記各要素における前記流体の前記物理量を算出するステップ
(7)前記流路において、複数の流線又は流跡線を生成するステップ
(8)前記各流線又は流跡線に沿って、前記入口断面から流入した前記粘弾性体が前記出口断面から流出するまでの間に受けた伸長変形の度合いを示す累積伸長ひずみΕを前記算出された物理量に基づいて算出するステップ
(9)前記出口断面又は前記出口断面付近における前記累積伸長ひずみΕの分布を算出するステップ
(10)前記累積伸長ひずみΕの分布が変化するように前記内壁面の少なくとも一部の初期形状を変更するステップ
A conduit design program according to a twelfth aspect of the present invention is a conduit design program in which a viscoelastic body flows, and causes a computer to execute the following steps.
(1) setting an initial shape of the inner wall surface of the pipe line (2) modeling the viscoelastic body as a fluid (3) dividing the flow path defined by the inner wall surface into predetermined elements (4) setting boundary conditions in the inlet cross section and the outlet cross section defined by the inner wall surface and the inner wall surface (5) setting initial values of physical quantities including velocity and pressure of the viscoelastic body in each element Step (6) Step of calculating the physical quantity of the fluid in each element (7) Step of generating a plurality of streamlines or trajectory lines in the flow path (8) Along each of the streamlines or trajectory lines Based on the calculated physical quantity, based on the calculated physical quantity, indicating the degree of extensional deformation received by the viscoelastic body flowing from the inlet cross section until it flows out from the outlet cross section (9) calculating the distribution of the accumulated elongation strain in the outlet cross section or the vicinity of the outlet cross section (10) initial stage of at least a part of the inner wall surface so that the distribution of the accumulated elongation strain is changed Step of changing shape

本発明の第13観点に係る管路の評価方法は、粘弾性体が流動する管路の評価方法であって、以下のステップを備える。
(1)前記管路の内壁面の形状をモデル化するステップ
(2)前記粘弾性体を流体としてモデル化するステップ
(3)前記内壁面によって規定される流路を所定の要素に分割するステップ
(4)前記内壁面、前記内壁面によって規定される入口断面及び出口断面における境界条件を設定するステップ
(5)前記各要素における前記流体の速度、圧力を含む物理量の初期値を設定するステップ
(6)前記各要素における前記流体の前記物理量を算出するステップ
(7)前記流路において、複数の流線又は流跡線を生成するステップ
(8)前記各流線又は流跡線に沿って、前記入口断面から流入した前記粘弾性体が前記出口断面から流出するまでの間に受ける伸長変形の度合いを示す累積伸長ひずみΕを前記算出された物理量に基づいて算出するステップ
(9)前記出口断面又は前記出口断面付近における前記累積伸長ひずみΕの分布を算出するステップ
(10)前記累積伸長ひずみΕの分布のバラツキを所定の閾値に基づいて評価するステップ
The conduit evaluation method according to a thirteenth aspect of the present invention is an evaluation method of a conduit through which a visco-elastic body flows, and includes the following steps.
(1) modeling the shape of the inner wall surface of the pipeline (2) modeling the viscoelastic body as a fluid (3) dividing the flow path defined by the inner wall into predetermined elements (4) setting boundary conditions in the inlet cross section and the outlet cross section defined by the inner wall surface and the inner wall surface (5) setting initial values of physical quantities including velocity and pressure of the fluid in each element 6) calculating the physical quantity of the fluid in each of the elements (7) generating a plurality of streamlines or trajectories in the flow path (8) along the respective streamlines or trajectories, Based on the calculated physical quantity, the cumulative elongation strain 伸長, which indicates the degree of elongation and deformation that the viscoelastic body flowing from the inlet cross section receives during the time it flows out from the outlet cross section, is calculated Step be evaluated based on that step (9) the outlet cross section or step (10) for calculating a distribution of the accumulated elongation strain Ε near the outlet section the accumulated elongation strain predetermined threshold variation in the distribution of Ε

本発明によれば、より精度よく、所望の形状に粘弾性体を成形することができる、粘弾性体の管路の設計方法、設計プログラム及び管路の評価方法が提供される。   According to the present invention, it is possible to provide a method of designing a conduit of a visco-elastic body, a design program, and a method of evaluating a conduit, which can form a visco-elastic body into a desired shape more accurately.

本実施形態に係る設計方法の対象となる管路を含む押出機の概略図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic of the extruder containing the pipeline used as the object of the design method which concerns on this embodiment. (a)本実施形態に係る設計方法の対象となる管路の形状を示す概略斜視図。(b)左方向から見た管路の端面図。(c)右方向から見た管路の端面図。(A) The schematic perspective view which shows the shape of the pipeline used as the object of the design method which concerns on this embodiment. (B) An end view of the pipeline viewed from the left direction. (C) End view of the pipeline viewed from the right. 初期流路D1に作成したメッシュの一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the mesh created to the initial stage flow path D1. 生成した流線の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the produced streamline. 流線上に設定する点の説明図。Explanatory drawing of the point set to a streamline. 初期流路D1における伸長ひずみεの分布を説明する説明図。Explanatory drawing explaining distribution of the elongation distortion (epsilon) in the initial stage flow path D1. 出口断面Oにおける累積伸長ひずみΕの分布を説明する説明図。Explanatory drawing explaining distribution of the accumulation elongation strain Ε in the exit cross section O. FIG. (a)初期流路D1を右側から見た概略斜視図。(b)流体モデルの速度変化の説明図。(c)流体モデルの速度変化の説明図。(A) The schematic perspective view which looked at the initial stage flow path D1 from the right side. (B) Explanatory drawing of the speed change of a fluid model. (C) Explanatory drawing of the speed change of a fluid model. 出口断面Oにおける速度分布を説明する説明図。Explanatory drawing explaining the velocity distribution in the exit cross section O. FIG. (a)流路D1′の概略斜視図。(b)変更流路D2の概略斜視図。(A) Schematic perspective view of flow path D1 '. (B) The schematic perspective view of the change flow path D2. 金型2から吐出されるゴム組成物1を説明する図。FIG. 2 is a view for explaining a rubber composition 1 discharged from a mold 2; 出口断面Oにおける速度と相対指標値の理想的な分布の説明図。Explanatory drawing of the ideal distribution of the speed | velocity and relative index value in the exit cross section O. FIG. (a)〜(h)初期流路と変更流路の例を示す図。(A)-(h) The figure which shows the example of an initial stage flow path and a change flow path. 実施例における管路のモデル及び生成されたメッシュを示す図。The figure which shows the model of the pipeline in the Example, and the generated mesh. (a)〜(c)実施例におけるシミュレーション結果を示す図。(A)-(c) The figure which shows the simulation result in an Example. (a)〜(c)実施例におけるシミュレーション結果を示す図。(A)-(c) The figure which shows the simulation result in an Example. 実施例において作成した初期流路と変更流路の例を示す図。The figure which shows the example of the initial stage flow path created in the Example, and a change flow path. (a)〜(h)実施例におけるシミュレーション結果を示すグラフ。(A)-(h) The graph which shows the simulation result in an Example.

以下、本発明に係る粘弾性体の管路の設計方法の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, an embodiment of a method for designing a conduit of a viscoelastic body according to the present invention will be described with reference to the drawings.

[本実施形態に係る管路設計方法の原理]
本実施形態に係る設計方法の説明をする前に、本実施形態が対象とする原理ないし論理的背景について説明する。材料を押出機等により押出成形する場合、材料の仕上げ断面形状は、押出機の吐出口に設置された金型の出口断面形状により決定される。しかしながら、材料が粘弾性を示すゴムや樹脂など粘弾性体である場合、この材料は、金型から吐出された後、部分的に収縮を起こすことがある。その結果、材料が全体として湾曲したり、断面形状が、意図した形状にならない場合がある。そこで、本発明者は、この問題を解決するために、管路内で流動する粘弾性体の流線又は流跡線(以下、「流線等」と称することとする)方向の伸長変形と、伸長ひずみの累積量に着目した。すなわち、流動方向の伸長変形を解析するために、粘弾性体をモデル化したモデル流体を設定し、管路内におけるモデル流体の流体解析を行い、流線等を生成する。そして、この流線に沿って、粘弾性体が圧力を受けて元の長さから伸長変形した度合いを表す伸長ひずみを算出する。さらに、粘弾性体が金型に注入されてから吐出される間の伸長ひずみの累積量を算出する。その結果、流線等ごとに、伸長ひずみのばらつきが発生し、伸長ひずみの累積量(以下、「累積伸長ひずみ」と称する)が金型出口において不均一になることに起因して、金型離脱後に材料が収縮することを見出した。この知見のもと、鋭意研究・検討を重ねた結果、本発明に係る管路設計方法を完成するに至った。
[Principle of pipeline design method according to the present embodiment]
Before describing the design method according to the present embodiment, the principle or logical background targeted by the present embodiment will be described. When the material is extruded by an extruder or the like, the finished cross-sectional shape of the material is determined by the outlet cross-sectional shape of the mold installed at the discharge port of the extruder. However, when the material is a visco-elastic body such as rubber or resin exhibiting visco-elasticity, this material may partially shrink after being discharged from the mold. As a result, the material may be curved as a whole, or the cross-sectional shape may not be the intended shape. Therefore, in order to solve this problem, the inventor of the present invention relates to extension deformation in the direction of streamlines or trajectories (hereinafter referred to as “streamlines etc.”) of a visco-elastic body flowing in a pipeline. And focused on the accumulated amount of elongation strain. That is, in order to analyze the extension deformation in the flow direction, a model fluid obtained by modeling a visco-elastic body is set, fluid analysis of the model fluid in the conduit is performed, and streamlines and the like are generated. Then, along this streamline, an elongation strain is calculated that represents the degree to which the visco-elastic body has been subjected to pressure and has been stretched and deformed from its original length. Furthermore, the accumulated amount of elongation strain during injection and discharge of the viscoelastic body is calculated. As a result, variations in elongation strain occur for each streamline, etc., and the amount of accumulated extension strain (hereinafter referred to as "accumulated elongation strain") becomes uneven at the die exit, so that the mold The material was found to shrink after detachment. Based on this finding, as a result of intensive studies and studies, we have completed the conduit design method according to the present invention.

より具体的には、例えば、粘弾性体の流れる(流動する)流路に急激に縮小する部分が存在すると、当該縮小部分付近において、粘弾性体の速度が大きくなり、伸長変形が発生し、伸長ひずみが生じる。さらに、伸長変形を受けてから金型の出口に達するまでの間に、伸長変形による応力が緩和されなければ、その分の伸長ひずみが累積していく。そして、材料が金型から吐出された後、累積伸長ひずみが比較的大きい部分はより収縮し、累積伸長ひずみが比較的小さい部分はそれよりも収縮しないことを見出した。このため、押出成形の仕上げ精度を向上させるためには、金型出口又は出口付近における材料の速度分布を均一にするだけでなく、累積伸長ひずみ分布も均一にすることが必要であるという知見が得られた。また、仕上げ寸法の精度を向上させる以外にも、押出成形後の材料を特定の方向へと曲げたい場合には、特定の累積伸長ひずみ分布が発生するように金型を設計すると、材料を所望の方向へと曲げさせることができることも確認された。   More specifically, for example, if there is a rapidly shrinking portion in the flow (flowing) flow path of the visco-elastic body, the velocity of the visco-elastic body becomes large near the shrinking portion, and elongation deformation occurs. Stretch strain occurs. Furthermore, if the stress due to the elongation deformation is not relieved during the time from the elongation deformation to the exit of the mold, the elongation strain of that amount accumulates. And, after the material was discharged from the mold, it was found that the portion where the accumulated elongation strain is relatively large shrinks more, and the portion where the accumulated elongation strain is relatively smaller shrinks less. For this reason, in order to improve the finishing accuracy of extrusion molding, it has been found that it is necessary to make not only the velocity distribution of the material at or near the die exit uniform, but also the cumulative elongation strain distribution uniform. It was obtained. Also, if you want to bend the material after extrusion molding in a specific direction other than to improve the accuracy of finishing dimensions, design the mold so that a specific cumulative elongation strain distribution occurs, and the material is desired. It was also confirmed that it could be bent in the direction of.

以下、上記知見に基づいて、本実施形態に係る管路の設計方法の具体的な方法について説明する。以下では、本実施形態に係る管路の設計方法の対象として、押出機を例として説明する。   Hereinafter, based on the said knowledge, the concrete method of the design method of the pipeline concerning this embodiment is demonstrated. Below, an extruder is demonstrated as an example as an object of the design method of the pipe line which concerns on this embodiment.

<1.押出機の概要>
図1は、押出機100全体の概略図である。図1に示すように、この押出機は、円筒状の本体部101と、この本体部101の内部に配置されたスクリュー102と、本体部101の外周面に配置されたホッパー103と、を備えている。本体部101の軸方向の端部には吐出口104が形成されており、これとは反対側の端部の外周面に上述したホッパー103が配置されている。そして、ホッパー103からゴム組成物1が、本体部101に投入されると、スクリュー102によってゴム組成物1は混練されながら、吐出口104へと移動する。また、吐出口104の周辺のヘッド部分100aには、プリフォーマー及びダイプレート(以下、金型2と称することとする)が取付けられている。金型2の入口21は吐出口104と連通しており、吐出口104から吐出されたゴム組成物1が、入口21から金型2内へと移動し、所定の形状に成形されつつ金型2の出口22から排出される。以下では、この金型2の設計方法について説明する。
<1. Outline of extruder>
FIG. 1 is a schematic view of the entire extruder 100. As shown in FIG. 1, the extruder includes a cylindrical main body portion 101, a screw 102 disposed inside the main body portion 101, and a hopper 103 disposed on the outer peripheral surface of the main body portion 101. ing. A discharge port 104 is formed at an end portion in the axial direction of the main body portion 101, and the hopper 103 described above is disposed on the outer peripheral surface of the end portion on the opposite side. Then, when the rubber composition 1 is introduced into the main body portion 101 from the hopper 103, the rubber composition 1 is moved to the discharge port 104 while being kneaded by the screw 102. In addition, a preformer and a die plate (hereinafter, referred to as a mold 2) are attached to the head portion 100a around the discharge port 104. The inlet 21 of the mold 2 communicates with the discharge port 104, and the rubber composition 1 discharged from the discharge port 104 moves from the inlet 21 into the mold 2 and is molded into a predetermined shape while the mold It is discharged from the outlet 22 of 2. Below, the design method of this metal mold | die 2 is demonstrated.

<2.管路設計方法>
以下では、2通りの方法、すなわち、A)ゴム組成物1の仕上げ断面形状が、金型2の出口断面Oの形状と一致するように金型2の形状を設計する方法(設計方法1)、及び、B)吐出後のゴム組成物1を、所望の方向に曲げさせる方法(設計方法2)について説明する。まず、A)の方法について説明する。
<2. Pipe design method>
In the following, there are two methods: A) A method of designing the shape of the mold 2 such that the finished cross-sectional shape of the rubber composition 1 matches the shape of the outlet cross section O of the mold 2 (design method 1) And B) A method (design method 2) of bending the rubber composition 1 after discharge in a desired direction will be described. First, the method A) will be described.

<A.設計方法1>
<A−1.初期形状の設定>
本実施形態に係る管路の設計方法には、コンピュータによるシミュレーションを用いることができる。従って、対象となる管路(金型2)をモデル化する。まず、入口21及び出口22を有する金型2の内壁面20の形状を設定する。入口21は、内壁面20の周縁によって規定される開口であり、押出機100の吐出口104と連通する。一方、出口22は、内壁面20の別の周縁によって規定される開口であり、ゴム組成物1が成形されて吐出される。従って、出口22の形状(スクリュー102の軸方向から見た形状)は、ゴム組成物1の仕上げ形状である。モデル化した形状の設定には、従来用いられている金型2の寸法データ等を利用することができる。ここで設定した内壁面20の形状、及び内壁面20によって規定されるゴム組成物1の流路を、初期形状及び初期流路D1とそれぞれ称する。また、入口21を規定する内壁面20の周縁によって囲まれる面を入口断面I、出口22を規定する内壁面20の周縁によって囲まれる面を出口断面Oと称する(図2参照)。初期流路D1において、入口断面Iと出口断面Oとは平行である。なお、初期流路D1は、金型2で規定される管路をモデル化したものであるが、説明の便宜上、内壁面20、入口21、出口22等の符号を金型2と共通で用いることとする。
<A. Design method 1>
<A-1. Initial shape setting>
A computer simulation can be used for the method of designing a conduit according to the present embodiment. Therefore, the target pipeline (mold 2) is modeled. First, the shape of the inner wall surface 20 of the mold 2 having the inlet 21 and the outlet 22 is set. The inlet 21 is an opening defined by the periphery of the inner wall surface 20, and communicates with the discharge port 104 of the extruder 100. On the other hand, the outlet 22 is an opening defined by another peripheral edge of the inner wall surface 20, and the rubber composition 1 is formed and discharged. Therefore, the shape of the outlet 22 (the shape viewed from the axial direction of the screw 102) is the finished shape of the rubber composition 1. For setting of the modeled shape, dimension data and the like of the mold 2 used conventionally can be used. The flow path of the rubber composition 1 defined by the shape of the inner wall surface 20 set here and the inner wall surface 20 is referred to as an initial shape and an initial flow passage D1, respectively. Further, a surface surrounded by the peripheral edge of the inner wall surface 20 defining the inlet 21 is referred to as an inlet cross section I, and a surface surrounded by the peripheral edge of the inner wall surface 20 defining the outlet 22 is referred to as an outlet cross section O (see FIG. 2). In the initial flow path D1, the inlet cross section I and the outlet cross section O are parallel. Although the initial flow path D1 is a model of a pipeline defined by the mold 2, for convenience of explanation, the reference numerals of the inner wall surface 20, the inlet 21, the outlet 22, etc. are used in common with the mold 2. To be.

図2(a)に、初期流路D1の一例の概略斜視図を示す。そして、後述する計算の結果に基づいて、この初期流路D1の形状を変更した変更流路D2を設計し、ゴム組成物1が所望の形状で吐出されるようにする。初期流路D1の入口断面Iは矩形状であり、入口21は、押出機100の吐出口104と連通する。出口断面Oは、左右方向に延びる、左側が最も鋭角となる三角形状であり、出口22から成形されたゴム組成物1が吐出される。   FIG. 2A shows a schematic perspective view of an example of the initial flow path D1. And based on the result of the calculation mentioned later, the change flow path D2 which changed the shape of this initial flow path D1 is designed, and the rubber composition 1 is discharged in a desired shape. The inlet cross section I of the initial flow passage D1 is rectangular, and the inlet 21 communicates with the discharge port 104 of the extruder 100. The outlet cross section O is in the form of a triangle extending in the left-right direction and having the most acute angle on the left side, and the rubber composition 1 molded from the outlet 22 is discharged.

図2(b)は初期流路D1を左方向から見たときの端面図である。図2(b)に示すように、左端面では、流れ方向に向かって上面20aが水平に連続する水平部分23a、水平部分23aから上面20aが上方向に急拡大する急拡大部分23bを有する。そして、急拡大部分23bから出口22に向かって上面20aが一定の勾配で傾斜し、初期流路D1が上下方向に縮小する。一方、図2(c)は初期流路D1を右方向から見たときの端面図である。図2(c)に示すように、右端面では、流れ方向に向かって上面20aが一定の勾配で傾斜することで初期流路D1が上下方向に縮小する。上面20aが曲折部分24まで達すると、より緩やかな勾配で傾斜して、初期流路D1がさらに上下方向に縮小する。曲折部分24の付近には、上面20aが階段状に形成されることで、初期流路D1が局所的に縮小する急縮小部分20bが存在する(図2(a)参照)。以下、特に断らない限り、「流れ方向」は入口断面Iから出口断面Oに向かって金型2が伸びる方向をいうものとする。また、流れ方向に概ね直交する方向かつ上下方向に直交する方向から見た面を金型2の「側面」といい、「上」「下」「左」「右」というときは、図2(a)に示す方向をいうものとする。なお、金型2内に存在するゴム組成物1についても同様とする。   FIG. 2B is an end view of the initial flow passage D1 as viewed from the left. As shown in FIG. 2B, the left end surface has a horizontal portion 23a in which the upper surface 20a continues horizontally in the flow direction, and a rapidly expanding portion 23b in which the upper surface 20a is rapidly expanded upward from the horizontal portion 23a. Then, the upper surface 20a is inclined at a constant gradient from the rapidly expanding portion 23b toward the outlet 22, and the initial flow passage D1 is reduced in the vertical direction. On the other hand, FIG. 2 (c) is an end view of the initial flow passage D1 as viewed from the right. As shown in FIG. 2C, in the right end face, the initial flow path D1 is reduced in the vertical direction by the upper surface 20a being inclined at a constant slope in the flow direction. When the upper surface 20a reaches the bent portion 24, the initial flow passage D1 is further reduced in the vertical direction by being inclined at a gentle gradient. The upper surface 20a is formed in a step shape in the vicinity of the bent portion 24, so that there is a sharply reduced portion 20b in which the initial flow passage D1 is locally reduced (see FIG. 2A). Hereinafter, unless otherwise specified, the “flow direction” refers to the direction in which the mold 2 extends from the inlet cross section I toward the outlet cross section O. In addition, a surface viewed from a direction substantially orthogonal to the flow direction and a direction orthogonal to the vertical direction is referred to as a “side surface” of the mold 2 and “upper”, “lower”, “left”, “right”, FIG. We shall refer to the direction shown in a). The same applies to the rubber composition 1 present in the mold 2.

<A−2.メッシュの生成>
次に、初期流路D1を所定の三次元空間からなる複数の要素(オイラー要素)に分割する。要素の分割態様は特に限定されず、四面体、六面体等の他、多面体セル(ポリヘドラルグリッド)といった三次元要素で行われる。また、要素の体積(サイズ)も適宜設定することができる。この要素の集合をメッシュと称する。図3は、初期流路D1について生成されたメッシュの一例である。本実施形態では、図3のようなポリヘドラルメッシュを生成する。解析の対象となる領域をこのような要素に分割して、流体の基礎方程式の離散化を行うことで、流体の速度や圧力等の物理量を算出することが可能になる。離散化の方法は、有限要素法、有限差分法、有限体積法、境界要素法等の公知の方法を適宜用いることができる。
<A-2. Mesh generation>
Next, the initial flow path D1 is divided into a plurality of elements (Euler elements) consisting of a predetermined three-dimensional space. The division mode of the element is not particularly limited, and it is performed by a three-dimensional element such as a polyhedral cell (polyhedral grid) other than a tetrahedron, a hexahedron or the like. Also, the volume (size) of the element can be set appropriately. This set of elements is called a mesh. FIG. 3 is an example of a mesh generated for the initial flow path D1. In the present embodiment, a polyhedral mesh as shown in FIG. 3 is generated. By dividing the area to be analyzed into such elements and discretizing the basic equation of the fluid, it becomes possible to calculate physical quantities such as fluid velocity and pressure. As a method of discretization, known methods such as a finite element method, a finite difference method, a finite volume method, and a boundary element method can be appropriately used.

<A−3.ゴム組成物のモデル化>
続いて、解析のためにゴム組成物1をモデル化する。後述する解析では、ゴム組成物1を非圧縮性の粘性流体として扱う。そのために、ゴム組成物1の密度、粘性係数といった物性値を必要に応じて設定する。本実施形態では、ゴム組成物1の密度、粘性係数、比熱、熱伝導率を設定する。以下では、粘性流体としてモデル化したゴム組成物1を流体モデル1と称するが、説明の便宜上、符号は共通とする。
<A-3. Modeling of rubber composition>
Subsequently, rubber composition 1 is modeled for analysis. In the analysis described later, the rubber composition 1 is treated as an incompressible viscous fluid. For that purpose, physical property values such as density and viscosity coefficient of the rubber composition 1 are set as necessary. In the present embodiment, the density, viscosity coefficient, specific heat, and thermal conductivity of the rubber composition 1 are set. Hereinafter, although the rubber composition 1 modeled as a viscous fluid is referred to as a fluid model 1, for convenience of explanation, the reference numerals are common.

ゴム組成物1の比熱や熱伝導率の測定方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、比熱については断熱型連続法を、熱伝導率については熱線法を用いることができる。   The measuring method of the specific heat of the rubber composition 1 or a thermal conductivity is not specifically limited, A well-known method can be used. For example, an adiabatic continuous method can be used for specific heat, and a heat wire method can be used for thermal conductivity.

本実施形態で設定する粘性係数μは、ゴム組成物1の温度F及びゴム組成物1のひずみ速度Vを含む関数として設定される。なお、本明細書中で「ひずみ速度」とは、粘弾性体が引っ張られたときのひずみが時間変化する割合をいい、一定の割合でひずみを増加させ続けるとき、ひずみ速度は定数となる。具体的には、粘性係数μは以下の式により定義される。
ただし、a、b、cはそれぞれ正の定数であり、粘弾性体に固有の値である。
The coefficient of viscosity μ set in the present embodiment is set as a function including the temperature F of the rubber composition 1 and the strain rate V of the rubber composition 1. In the present specification, “strain rate” refers to a rate at which strain when a viscoelastic body is pulled changes with time, and when the strain is continuously increased at a constant rate, the strain rate becomes a constant. Specifically, the viscosity coefficient μ is defined by the following equation.
However, a, b and c are positive constants respectively, and are values unique to the visco-elastic body.

<A−4.シミュレーション条件の設定>
続いて、シミュレーション・解析を行う上で必要な条件の設定を行う。具体的には、入口断面I、出口断面O、及び初期流路D1の内壁面20における境界条件、各要素における初期条件を設定する。本実施形態では、入口断面Iにおける境界条件として流体モデル1の圧力、質量流量、温度を設定するまた、出口断面Oにおける境界条件として、流体モデル1の圧力を設定する(大気圧開放)。内壁面20における境界条件としては、内壁面20の壁面温度及び流体モデル1の速度を設定する。特に、流体モデル1の粘性係数が大きく、内壁面20における流れ方向の速度を考慮する必要がある場合は、流体モデル1のスリップ速度を設定する。スリップ速度の設定方法については、特には限定されないが、本実施形態では、本出願人の特許第5564074号明細書に記載の方法を用い、以下のようにスリップ速度vslipを設定する。
slip=αvt+(1−α)・vwall
ただし、vslipはスリップ速度、vtは内壁面20から法線方向に距離dwallを隔てた位置での流体モデル1の内壁面20と平行な速度成分、vwallは0、αはスリップ率で、下式を満たす。
α/(1−α)=μ/{(dwall・Fslip)|vslip−vwall|eslip-1}(0≦α≦1)
ただし、μは流体モデル1の粘性係数、Fslip及びeslipは材料に固有の定数である。
<A-4. Setting simulation conditions>
Subsequently, conditions necessary for performing simulation and analysis are set. Specifically, boundary conditions of the inlet cross section I, the outlet cross section O, and the inner wall surface 20 of the initial channel D1, and initial conditions of the respective elements are set. In the present embodiment, the pressure, mass flow rate, and temperature of the fluid model 1 are set as boundary conditions in the inlet cross section I, and the pressure of the fluid model 1 is set as boundary conditions in the outlet cross section O (atmospheric pressure release). As boundary conditions in the inner wall surface 20, the wall surface temperature of the inner wall surface 20 and the velocity of the fluid model 1 are set. In particular, when the viscosity coefficient of the fluid model 1 is large and the velocity in the flow direction on the inner wall surface 20 needs to be taken into consideration, the slip velocity of the fluid model 1 is set. The method of setting the slip speed is not particularly limited, but in the present embodiment, the slip speed v slip is set as follows using the method described in the applicant's patent 5564074.
v slip = αv t + (1-α) · v wall
Where v slip is the slip velocity, v t is a velocity component parallel to the inner wall surface 20 of the fluid model 1 at a position separated by a distance d wall from the inner wall surface 20 in the normal direction, v wall is 0, and α is the slip ratio In the following formula.
α / (1-α) = μ / {(d wall · F slip ) | v slip −v wall | es lip-1 } (0 ≦ α ≦ 1)
Where μ is the viscosity coefficient of fluid model 1, and F slip and es lip are constants inherent to the material.

各要素における初期条件としては、流体モデル1の物理量の初期値を設定する。本実施形態では、物理量は、速度、圧力及び温度である。   As an initial condition in each element, an initial value of physical quantity of fluid model 1 is set. In the present embodiment, the physical quantities are velocity, pressure and temperature.

<A−5.解析計算の実行>
上述した金型2のモデルである初期流路D1、境界条件、初期条件を用いて、シミュレーションによる流体解析を行う。解析の結果、算出される物理量は、設定した条件や使用する方程式にもよるが、各要素における流体モデル1の速度、圧力、温度等である。本実施形態では、方程式として特許文献2に開示されている非圧縮性流れの場合のナビエ―ストークス方程式、質量保存の式(連続の式)、エネルギー方程式を用い、初期流路D1内における流体モデル1の速度分布及び圧力分布を算出している。なお、特許文献2では、VOF法を用いており、気相モデル(空気)と材料モデル(可塑性材料)とを混合した混相流モデルを1つの流体として扱っている。本実施形態では、単相流、すなわち初期流路D1の各要素における流体モデル1の体積分率が100%の場合について解析を行う。しかしながら、初期流路D1内にゴム組成物1及び空気等が混在するような混相流モデルを別途設定し、特許文献2に開示される方法で解析を行ってもよい。以下に具体的な方程式を示す。
<A-5. Execution of analysis calculation>
Fluid analysis by simulation is performed using the initial flow path D1 which is a model of the mold 2 described above, the boundary conditions, and the initial conditions. As a result of analysis, the physical quantities calculated are the velocity, pressure, temperature, etc. of the fluid model 1 in each element, depending on the set conditions and the equation used. In this embodiment, a Navier-Stokes equation in the case of incompressible flow disclosed in Patent Document 2 as an equation, an equation of mass conservation (an equation of continuity), an energy equation, and a fluid model in the initial flow passage D1. The velocity distribution and pressure distribution of 1 are calculated. In Patent Document 2, the VOF method is used, and a multiphase flow model in which a gas phase model (air) and a material model (plastic material) are mixed is treated as one fluid. In this embodiment, analysis is performed on a single-phase flow, that is, a case where the volume fraction of the fluid model 1 in each element of the initial flow passage D1 is 100%. However, a multiphase flow model in which the rubber composition 1 and air are mixed in the initial flow path D1 may be separately set, and analysis may be performed by the method disclosed in Patent Document 2. Specific equations are shown below.

[ナビエ―ストークス方程式]
3次元(x,y,z)方向のそれぞれについて設定される運動方程式である。
ただし、ρは混相流モデルの密度、uは混相流モデルの速度、pは混相流モデルの圧力、Tは混相流モデルの絶対温度、gは重力加速度、Fは外力である。
[Navier-Stokes equation]
It is an equation of motion set for each of the three-dimensional (x, y, z) directions.
Is the density of the multiphase flow model, u is the velocity of the multiphase flow model, p is the pressure of the multiphase flow model, T is the absolute temperature of the multiphase flow model, g is the gravitational acceleration, and F is the external force.

[質量保存の式]
本実施形態では、流体モデル1の密度を一定とする。そのため、非圧縮性流体の連続の式を用いる。
[Form of mass conservation]
In the present embodiment, the density of the fluid model 1 is made constant. Therefore, the equation of continuity of incompressible fluid is used.

[エネルギー方程式]
流体モデル1の熱の移動を支配する方程式であり、本実施形態では、この式により流体モデル1の温度を算出する。
ただし、Hはエンタルピ、kは熱伝導率、Sはソース項である。
[Energy equation]
The equation governs the heat transfer of the fluid model 1, and in this embodiment, the temperature of the fluid model 1 is calculated by this equation.
Where H is enthalpy, k is the thermal conductivity, and S is the source term.

<A−6.流線の生成>
次に、解析で算出された速度分布に基づき、初期流路D1に所定の数の流線を生成する。流線の始点を入口断面I上に設定し、各要素における速度ベクトルの方向が接線の方向となるような線を作成する。このような流線は、様々なプログラム等を用いて作成することができる。流線の数は、初期流路D1の寸法等に応じて、適宜設定することができる。図4はその一例である。流線とは、ある瞬間における各点の速度ベクトルを結んだ線である。初期流路D1内のゴム組成物1は、各点における速度ベクトルの向きに伸長変形すると考えることができる。すなわち、ゴム組成物1は、入口断面Iから流入して出口断面Oから流出するまでに、流線に沿った方向の伸長変形を受ける。従って、累積的な伸長変形の分布を評価するために流線を生成する。
<A-6. Streamline generation>
Next, based on the velocity distribution calculated by analysis, a predetermined number of streamlines are generated in the initial flow passage D1. The starting point of the streamline is set on the inlet cross section I, and a line is created such that the direction of the velocity vector in each element is in the tangential direction. Such streamlines can be created using various programs and the like. The number of streamlines can be appropriately set in accordance with the size and the like of the initial flow passage D1. FIG. 4 is an example thereof. A streamline is a line connecting the velocity vectors of each point at a certain moment. It can be considered that the rubber composition 1 in the initial flow passage D1 elongates and deforms in the direction of the velocity vector at each point. That is, before the rubber composition 1 flows in from the inlet cross section I and flows out from the outlet cross section O, the rubber composition 1 is subjected to elongation deformation in the direction along the streamline. Therefore, streamlines are generated to evaluate the distribution of cumulative elongational deformation.

なお、一般に、流線とは、ある瞬間における各点の速度ベクトルを結んだ線をいう。一方、流跡線とは、特定の粒子が流れた軌跡をいう。流れに時間変化のない場合、すなわち流体の流れが定常流である場合には、流線と流跡線とは一致する。これに対して、流れに時間変化のある場合、すなわち非定常流である場合には流線と流跡線とは一致しない。本実施形態では、流体モデル1の流れを定常であると仮定し、流線(流跡線)を生成する。しかしながら、これに限定されるものではなく、流線又は流跡線のいずれを生成してもよい。以下では、説明の便宜上、流線を生成する場合について説明する。   In general, a streamline refers to a line connecting the velocity vectors of each point at a certain moment. On the other hand, a trajectory refers to a trajectory in which a specific particle flows. If there is no time change in the flow, that is, if the fluid flow is a steady flow, the streamlines and the trajectories coincide. On the other hand, when there is a time change in the flow, that is, in the case of an unsteady flow, the streamlines and the trajectories do not coincide. In the present embodiment, assuming that the flow of the fluid model 1 is steady, streamlines (trajectories) are generated. However, it is not limited to this, and any of streamlines or trajectories may be generated. Below, the case where a streamline is produced | generated is demonstrated for convenience of explanation.

続いて、上述した各々の流線上に複数の点Q1、…、QN(N≧2)を順に設定する。具体的には、図5に示すように、点Q1を流線上の入口断面I上又は入口断面I付近の位置に設定し、同一の流線上に、点Q1から出口断面Оに向かって順次点Q2、…、QNを配置し、点QNが出口断面O上又は出口断面O付近に位置するように設定する。なお、図5では一本の流線について示しているが、実際は生成した各流線に対して同様の操作を行う。この操作によって、流線はそれぞれ(N―1)個の区間に分割される。なお、Nは流線ごとに異なっていてもよい。隣り合う点Q同士の距離Lは、点Qの位置によって異なり、本実施形態では、距離Lを要素のサイズに概ね対応する程度に設定する。距離Lが要素のサイズに対して大きすぎる場合、後述する伸長ひずみの計算精度が低下し、小さすぎる場合は有意な伸長ひずみの計算が阻害されるためである。ある流線上における点QKから点QK+1間の距離をLKとすれば、距離LKは、ゴム組成物1が点QKから点QK+1まで移動する間に受ける伸長変形に対する基準長さとすることができる。なお、後述する通り、出口断面Oにおける累積伸長ひずみΕの分布を評価するため、点QNの位置は出口断面Oに近い程望ましい。 Subsequently, a plurality of points Q 1 ,..., Q N (N ≧ 2) are sequentially set on each of the aforementioned streamlines. Specifically, as shown in FIG. 5, and set the point Q 1 on the inlet section I of the flow line or at a position near the inlet section I, on the same flow line, from the point Q 1 to the outlet section О The points Q 2 ,..., Q N are sequentially arranged, and set so that the point Q N is located on the outlet cross section O or near the outlet cross section O. Although one streamline is shown in FIG. 5, the same operation is actually performed on each generated streamline. By this operation, the streamlines are divided into (N-1) sections respectively. N may be different for each streamline. The distance L between adjacent points Q differs depending on the position of the point Q, and in the present embodiment, the distance L is set to approximately correspond to the size of the element. If the distance L is too large relative to the size of the element, the calculation accuracy of elongation strain to be described later is reduced, and if it is too small, the calculation of significant elongation strain is hindered. From a point Q K on certain streamlines the distance between the points Q K + 1 and L K, the distance L K is extended deformation encountered during the rubber composition 1 is moved from point Q K to the point Q K + 1 Can be a reference length for Incidentally, as described later, in order to evaluate the distribution of Ε strain accumulated elongation at the outlet cross section O, the position of the point Q N is desirable closer to the outlet cross-section O.

上述した点Qの設定は、まず点Q1を流線上の出口断面О上又は出口断面О付近の位置に設定し、同一の流線上に、点Q1から入口断面Iに向かって順次点Q2、…、QNを配置し、点QNが入口断面I上又は入口断面I付近に位置するようにすることも可能である。この場合はゴム組成物1が点QK+1から点QKまで移動する間に受ける伸長変形を算出することにより、後述する出口断面O上又は出口断面O付近における累積伸長ひずみΕを算出することができる。 Setting Q points described above, first set the point Q 1 to the outlet section О on or a position near the outlet section О on streamline, on the same flow line, successively the point Q from the point Q 1 toward the inlet section I It is also possible to arrange 2 ,..., Q N so that the point Q N is located on or near the inlet cross section I. By this the rubber composition 1 If calculates the elongation deformation experienced during the movement from point Q K + 1 to the point Q K, to calculate the cumulative elongation strain Ε at the outlet cross-section O on or outlet cross section near O below be able to.

また、点Qの設定方法としては、単位時間を設定し、ゴム組成物1が単位時間に点Qkから流線上を移動する距離だけ離れた点を点Qk+1に設定していく方法も可能である。 Further, as a method of setting the point Q, a method of setting a unit time and setting a point separated by a distance that the rubber composition 1 moves on the streamline from the point Q k at the unit time is set to the point Q k + 1 Is also possible.

<A−7.伸長ひずみの算出>
流体解析の段階では、ゴム組成物1は粘性流体として扱われるが、ここでは、ゴム組成物1を粘弾性体として扱う。上述したように、初期流路D1内におけるゴム組成物1は、速度ベクトルの方向と同じ方向の伸長変形を受け、また、その度合いはモデル流体の速度の大きさの変化率に対応する。すなわち、速度が急激に増加する箇所では、ゴム組成物1はより大きな伸長変形を受け、その部分の吐出後の収縮度合いがより大きくなる。初期流路D1のどの部分でどの程度の伸長ひずみが生じているか、また、その伸長ひずみが出口断面Oにおける累積伸長ひずみにどの程度影響を与えるかに注目することで、吐出後のゴム組成物1の収縮を効率的に制御することができる。
<A-7. Calculation of elongation strain>
In the fluid analysis stage, the rubber composition 1 is treated as a viscous fluid, but here, the rubber composition 1 is treated as a visco-elastic body. As described above, the rubber composition 1 in the initial flow passage D1 undergoes extension deformation in the same direction as the direction of the velocity vector, and the degree thereof corresponds to the rate of change of the velocity of the model fluid. That is, at a portion where the speed increases rapidly, the rubber composition 1 is subjected to a larger elongation and deformation, and the degree of contraction after discharge of that portion becomes larger. The rubber composition after discharge by noticing how much elongation strain occurs in which part of the initial flow path D1 and how much the elongation strain affects the cumulative elongation strain at the outlet cross section O The contraction of 1 can be efficiently controlled.

点Qの設定に続いて、上述の点Qkから点Qk+1へと移動する間にゴム組成物1が受ける伸長変形の度合いを示す伸長ひずみεkを、各流線の区間ごとに算出する。つまり、伸長ひずみεkは、ゴム組成物1の局所的な流線方向の伸長変形の度合いを示す。よって、初期流路D1内の伸長ひずみεkの分布を算出することで、初期流路D1内でゴム組成物1が受ける伸長変形の履歴を、初期流路D1内の位置と関連して把握することが可能になる。同一の流線上で、ゴム組成物1が点Qkから点Qk+1まで移動する時間tkの間に、速度がvkからvk+1へと変化したとすると、ゴム組成物1の伸びは(vk+1−vk)×tkと表すことができ、これを基準長さである距離LKに対して評価するのが伸長ひずみεkである。従って、伸長ひずみεkは、次の式で表される。なお、速度vkは点Qkが存在する要素における粘性流体の速度vkであり、時間tkはLK/vkで計算される。
Subsequent to setting of point Q, an elongation strain ε k indicating the degree of elongation deformation received by the rubber composition 1 while moving from the point Q k to the point Q k + 1 as described above, for each section of each streamline calculate. That is, the elongation strain ε k indicates the degree of elongation deformation in the local streamline direction of the rubber composition 1. Therefore, by calculating the distribution of the extension strain ε k in the initial flow passage D1, the history of the extension deformation received by the rubber composition 1 in the initial flow passage D1 is grasped in relation to the position in the initial flow passage D1. It will be possible to On the same flow line, during the time t k to the rubber composition 1 is moved from point Q k to the point Q k + 1, when the speed is changed to v k + 1 from v k, the rubber composition 1 elongation is (v k + 1 -v k) × t k and may be represented, elongation strain epsilon k is to evaluate this for the distance L K reference length. Therefore, the extension strain ε k is expressed by the following equation. Incidentally, the speed v k is the velocity v k of the viscous fluid in the element point Q k is present, the time t k is calculated as L K / v k.

このようにして初期流路D1内の伸長ひずみεkの分布を算出すると、伸長ひずみεkが他の部分と比較して大きい領域や、反対に小さい領域を特定することができる。図6に、初期流路D1で特定される領域の例を示す。破線で囲われた領域R1は、伸長ひずみεkが比較的大きな領域である。領域R1は、上面20aが階段状に形成されており(図8(b)参照)、初期流路D1が局所的に縮小する急縮小部分20bの付近に存在する。急縮小部分20b付近における内壁面20では、流体モデル1の速度が急増することから、ゴム組成物1は急縮小部分20bの付近で大きな伸長変形を受ける。これにより、領域R1は伸長ひずみεkが比較的大きな領域となる。 Thus, when the distribution of the extension strain ε k in the initial flow passage D1 is calculated, it is possible to identify a region in which the extension strain ε k is large compared to the other part, and a region in which the extension strain ε k is small. FIG. 6 shows an example of the area specified by the initial flow path D1. The region R1 enclosed by the broken line is a region where the extension strain ε k is relatively large. In the region R1, the upper surface 20a is formed in a step-like shape (see FIG. 8B), and the initial flow passage D1 is present in the vicinity of the sharply reduced portion 20b which is locally reduced. Since the velocity of the fluid model 1 increases rapidly on the inner wall surface 20 near the rapid contraction portion 20b, the rubber composition 1 is subjected to a large elongation deformation near the rapid contraction portion 20b. Thus, the region R1 is a region where the extension strain ε k is relatively large.

これに対して、一点鎖線で囲われた領域R2は、伸長ひずみεkが比較的小さい領域である。領域R2は、上面20aが水平に連続する、水平部分23aの付近に存在する。水平部分23aを有することにより、初期流路D1の内壁面20の形状が上下方向に変化していないため、領域R2における流体モデル1の速度変化は比較的小さい。従って、ゴム組成物1の受ける伸長変形は比較的小さく、領域R2は伸長ひずみεkが比較的小さな領域となる。こうして特定された領域と、その領域における伸長ひずみεkの大きさに基づいて、初期流路D1の形状を変更する箇所を決定し、変更流路D2を設計することができる。 On the other hand, the region R2 surrounded by the alternate long and short dash line is a region in which the extension strain ε k is relatively small. The region R2 is present near the horizontal portion 23a where the upper surface 20a is horizontally continuous. Since the shape of the inner wall surface 20 of the initial flow passage D1 does not change in the vertical direction by having the horizontal portion 23a, the change in velocity of the fluid model 1 in the region R2 is relatively small. Therefore, the elongation deformation to which the rubber composition 1 is subjected is relatively small, and the region R2 is a region where the elongation strain ε k is relatively small. Based on the region thus identified and the magnitude of the extension strain ε k in that region, it is possible to determine the location where the shape of the initial flow passage D1 is to be changed, and to design the changed flow passage D2.

<A−8.累積伸長ひずみの算出>
続いて、伸長ひずみεkの累積量である累積伸長ひずみΕを流線ごとに算出する。累積伸長ひずみΕは、入口断面Iから流入するゴム組成物1が、最終的に出口断面Oから流出する間に伸長変形する度合いを示す量である。吐出後のゴム組成物1の収縮は、累積伸長ひずみΕが残留することによって起こり、収縮の程度は、累積伸長ひずみΕが大きい程大きくなる。また、出口断面Oにおける累積伸長ひずみΕの分布のバラツキが大きい程、吐出後のゴム組成物1の収縮度合いも部分によってばらつくため、ゴム組成物1全体の曲げが生じるおそれがある。
<A-8. Calculation of cumulative elongation strain>
Subsequently, an accumulated elongation strain で あ る, which is a cumulative amount of the elongation strain ε k , is calculated for each streamline. The cumulative elongation strain Ε is an amount that indicates the degree to which the rubber composition 1 flowing from the inlet cross section I undergoes elongation deformation while finally flowing out from the outlet cross section O. The contraction of the rubber composition 1 after discharge is caused by the residual of the cumulative elongation strain, and the degree of the contraction becomes larger as the accumulated elongation strain is larger. Further, as the variation in the distribution of the cumulative elongation strain に お け る at the outlet cross section O is larger, the degree of contraction of the rubber composition 1 after discharge also varies depending on the part, and thus the entire rubber composition 1 may be bent.

ところで、ゴム組成物1は、固有の緩和時間τを持つ。緩和時間τとは、ゴム組成物1に引張力を与えたときに生じた応力が、時間の経過とともに減少して、ある閾値以下(初期応力の約1/e、ただしeは自然対数)までに緩和されるまでの時間をいう。つまり、緩和時間τが短ければ短い程、伸長変形したゴム組成物1の応力が短時間で緩和されて、ゴム組成物1が受けた伸長変形が累積伸長ひずみΕに及ぼす影響が減少しやすい。これに対して、緩和時間τが長ければ長い程、伸長変形したゴム組成物1の応力が残留しやすく、ゴム組成物1が受けた伸長変形が累積伸長ひずみΕに及ぼす影響が大きくなる。よって、後述するように、ゴム組成物1が金型2の入口21から入って出口22から出るまでの時間Tの、緩和時間τに対する長さに応じて、伸長変形が累積伸長ひずみΕに及ぼす影響を考慮することが望ましい。なお、緩和時間τを規定する方法は、特に限定されない。例えば、ムーニー粘度計による応力緩和測定による方法、NMR緩和測定による方法、シミュレーションによる方法等を使用することができる。   By the way, the rubber composition 1 has an inherent relaxation time τ. The relaxation time τ is the stress generated when tensile force is applied to the rubber composition 1 decreases with the passage of time to a certain threshold or less (about 1 / e of the initial stress, where e is a natural logarithm) It is the time until it is alleviated. That is, as the relaxation time τ is shorter, the stress of the elongated and deformed rubber composition 1 is relieved in a short time, and the influence of the extension deformation received by the rubber composition 1 on the cumulative extension strain tends to be reduced. On the other hand, as the relaxation time τ is longer, the stress of the stretched and deformed rubber composition 1 is more likely to remain, and the effect of the stretching deformation received by the rubber composition 1 on the cumulative extension strain 大 き く becomes larger. Therefore, as described later, the elongation deformation affects the cumulative elongation strain 応 じ according to the length with respect to the relaxation time τ of the time T until the rubber composition 1 enters from the inlet 21 of the mold 2 and exits from the outlet 22. It is desirable to consider the impact. The method of defining the relaxation time τ is not particularly limited. For example, a method by stress relaxation measurement with a Mooney viscometer, a method by NMR relaxation measurement, a method by simulation, etc. can be used.

時間Tに対して緩和時間τが比較的短く、伸長変形により生じた応力が、ゴム組成物1が出口22から吐出されるまでに一部緩和されると考えられる場合、累積伸長ひずみΕは、次の式(1)で表すことができる。
ただし、“TO”はゴム組成物1が金型2の入口21から入り、前記流線又は流跡線上を移動して出口22から吐出されるまでに要する時間を表す。“Tk”は前記粘弾性体が前記入口断面から前記点Qkまで前記流線又は流跡線上を移動するのに要する時間を表す。
“TO”は流体モデル1が点Q1から点QNまで流れる時間(Σtk)とすることができる。また、“Tk”は、流体モデル1が点Q1から点Qkまで流れる時間(t1+・・・+tk-1)とすることができる。式(1)は、例えば、(Tk−TO)がτと等しい場合、ゴム組成物1が点Qk-1と点Qkとの間で受ける伸長ひずみεk-1は、出口22から吐出される時点で、概ね1/e倍に緩和されることを表している。
If the relaxation time τ is relatively short relative to the time T, and it is considered that the stress caused by the elongation deformation is partially relieved before the rubber composition 1 is discharged from the outlet 22, the cumulative elongation strain Ε is It can be represented by the following equation (1).
However, “T O ” represents the time required for the rubber composition 1 to enter from the inlet 21 of the mold 2, move on the streamline or the trajectory, and be discharged from the outlet 22. “T k ” represents the time it takes the visco-elastic body to travel on the streamline or trajectory from the inlet cross section to the point Q k .
“T o ” can be the time (Σt k ) at which fluid model 1 flows from point Q 1 to point Q N. Further, “T k ” can be set to the time (t 1 +... + T k−1 ) in which the fluid model 1 flows from the point Q 1 to the point Q k . Equation (1) shows that, for example, when (T k −T o ) is equal to τ, the elongation strain ε k-1 that the rubber composition 1 receives between the point Q k-1 and the point Q k is the outlet 22 At the time of discharge from the ink, it is shown to be relaxed by approximately 1 / e.

これに対して、時間Tに対して緩和時間τが十分長く、伸長変形により生じた応力が概ね出口22から吐出されるゴム組成物1に残留すると考えられる場合、累積伸長ひずみΕは、次の式(2)で表すことができる。
On the other hand, when it is considered that the relaxation time τ is sufficiently long relative to the time T, and the stress caused by the elongation deformation substantially remains in the rubber composition 1 discharged from the outlet 22, the cumulative elongation strain Ε is It can be expressed by equation (2).

本実施形態では、上記式(2)を用いて累積伸長ひずみΕ及び累積伸長ひずみΕの出口断面Oにおける分布を算出する。この分布によって、部分的に生じる伸長ひずみεkが結果的にゴム組成物1の仕上げ形状にどのように影響を及ぼすかを検討することができる。初期流路D1について算出される出口断面Oにおける累積伸長ひずみΕの分布の一例を図7に示す。領域S1は累積伸長ひずみΕが比較的大きい領域であり、図7では斜線部分で示す。領域S2は累積伸長ひずみΕが比較的小さい領域であり、図7では示す網掛部分で示す。領域S1は、出口断面Oの右よりの上面20a、内壁面20の右側面及び下面の一部に生じ、中でも上面20aに生じるものが顕著である。領域S2は、出口断面Oの左端に、内壁面20に囲まれるように生じる。前述した図6に示す伸長ひずみεkの分布と合わせて確認すると、領域R1で生じた大きな伸長ひずみεkが、その下流に該当する領域S1において累積伸長ひずみΕに影響を及ぼしていることが分かる。また、伸長ひずみεkが比較的生じていない領域R2の下流に該当する領域S2では、累積伸長ひずみΕも小さくなることが分かる。 In the present embodiment, the distributions of the cumulative elongation strain Ε and the cumulative elongation strain に お け る at the outlet cross section O are calculated using the above equation (2). This distribution makes it possible to study how the partially generated elongation strain ε k consequently affects the finished shape of the rubber composition 1. An example of the distribution of the accumulated extension strain Ε at the outlet cross section O calculated for the initial flow passage D1 is shown in FIG. The region S1 is a region where the accumulated elongation strain Ε is relatively large, and is shown by hatched portions in FIG. The region S2 is a region where the cumulative elongation strain Ε is relatively small, and is indicated by a shaded portion shown in FIG. The region S1 is generated on the right of the outlet cross section O on the right side 20a and a part of the right side surface and the lower surface of the inner wall surface 20, and among them, the generation on the upper surface 20a is remarkable. The region S2 is formed at the left end of the outlet cross section O so as to be surrounded by the inner wall surface 20. When confirmed together with the distribution of the extension strain ε k shown in FIG. 6 described above, the large extension strain ε k generated in the region R1 affects the cumulative extension strain に お い て in the region S1 corresponding to the downstream thereof. I understand. In addition, in the region S2 corresponding to the downstream of the region R2 in which the extension strain ε k is not relatively generated, it is understood that the cumulative extension strain 小 さ く な る also becomes small.

なお、本実施形態では、出口断面Oにおけるすべての累積伸長ひずみΕの値のバラツキが±5%以下の範囲であれば概ね均一と判断する。ゴム組成物1の仕上げ断面形状が、金型2の出口断面Oの形状と一致するように金型2の形状を設計する方法(設計方法1)において、累積伸長ひずみΕの分布が均一であると判断された場合は、累積伸長ひずみΕの分布を均一化させるための初期流路D1の形状変更は行わない。一方、バラツキが±5%を超える場合は累積伸長ひずみΕの分布が均一でなく、初期流路D1の形状変更が必要であると判断する。従って、累積伸長ひずみΕの分布を算出し、そのバラツキを所定の閾値や、他の管路におけるバラツキと比較することは、加工精度という観点から管路の評価をすることであると言える。なお、バラツキの閾値はこれに限られるものではなく、ゴム組成物1の性質等に応じて、適宜変更することが可能である。また、具体的な閾値を設定せず、累積伸長ひずみΕの分布がより均一になるように初期流路D1の形状変更を行うこととしてもよい。以下では、初期流路D1を変更して、変更流路D2を設計する具体的な手順について説明する。   In the present embodiment, if the variation of all the values of the accumulated elongation strain Ε in the outlet cross section O is in the range of ± 5% or less, it is judged as substantially uniform. In the method (design method 1) of designing the shape of the mold 2 so that the finished cross-sectional shape of the rubber composition 1 matches the shape of the exit cross section O of the mold 2, the distribution of cumulative elongation strain Ε is uniform If it is determined that the shape of the initial flow passage D1 is not changed in order to make the distribution of the accumulated elongation strain 均一 uniform. On the other hand, when the variation exceeds ± 5%, it is judged that the distribution of the accumulated elongation strain Ε is not uniform, and it is necessary to change the shape of the initial flow passage D1. Therefore, it can be said that the calculation of the distribution of the accumulated elongation strain Ε and the comparison of the variation with the predetermined threshold value or the variation in other pipelines is to evaluate the pipeline from the viewpoint of processing accuracy. Note that the threshold value of variation is not limited to this, and can be changed as appropriate depending on the properties of the rubber composition 1 and the like. Further, the shape of the initial flow passage D1 may be changed so as to make the distribution of the accumulated elongation strain Ε even more without setting a specific threshold value. Below, the specific procedure which changes the initial stage flow path D1 and designs the change flow path D2 is demonstrated.

<A−9.流路形状の設計>
累積伸長ひずみΕの分布を均一にするには、領域S1の累積伸長ひずみΕがより小さくなる一方で、領域S2の累積伸長ひずみΕがより大きくなるようにする。あるいは、累積伸長ひずみΕのバラツキの程度によっては、いずれかの領域の累積伸長ひずみΕのみを調整して分布を均一にすることとしてもよい。そして、そのためには終端が領域S1及び領域S2に含まれる流線の近傍で内壁面20の形状を変更する。流線の近傍としては色々な部分が考えられるが、望ましくは、累積伸長ひずみΕに影響を及ぼしている領域R1及び領域R2の近傍の内壁面20の形状を変更する。なお、ゴム組成物1の緩和時間τによっては、結果的に累積伸長ひずみΕにほとんど影響を及ぼさないと考えられる伸長ひずみεkが生じている領域の形状変更を省略することができる。
<A-9. Flow path shape design>
In order to make the distribution of the cumulative elongation strain 均一 uniform, the cumulative elongation strain 領域 in the region S2 is made larger while the cumulative elongation strain Ε in the region S1 becomes smaller. Alternatively, depending on the degree of variation of the accumulated elongation strain Ε, only the accumulated elongation strain Ε in any region may be adjusted to make the distribution uniform. And for that purpose, the shape of the inner wall surface 20 is changed in the vicinity of the streamline which an end includes in area | region S1 and area | region S2. Although various portions can be considered as the vicinity of the streamline, desirably, the shapes of the inner wall surface 20 in the vicinity of the region R1 and the region R2 which affect the cumulative elongation strain are changed. Depending on the relaxation time τ of the rubber composition 1, it is possible to omit the change in shape of the region in which the extension strain ε k is considered to have little influence on the cumulative extension strain Ε.

図8(a)は、初期流路D1を右側面から見た概略斜視図である。上述したように、領域R1は、初期流路D1が流れ方向に急激に縮小する急縮小部分20bの付近に存在する。本実施形態では、領域R1付近の伸長ひずみεkを減少させるため、領域R1付近の形状を速度の急激な増加が生じにくい形状に変更する。すなわち、領域Rの形状を、図8(c)に示すように、急縮小部分20bをなくし、流れ方向に緩やかに縮小する形状に変更する。このようにすれば、領域R1における伸長ひずみεkが小さくなり、結果的に領域R1の下流に存在する領域S1における累積伸長ひずみΕを減少させることになる。 FIG. 8A is a schematic perspective view of the initial flow passage D1 as viewed from the right side. As described above, the region R1 is present in the vicinity of the sharply reduced portion 20b where the initial flow passage D1 sharply shrinks in the flow direction. In the present embodiment, in order to reduce the extension strain ε k in the vicinity of the region R1, the shape in the vicinity of the region R1 is changed to a shape in which a rapid increase in velocity is less likely to occur. That is, as shown in FIG. 8C, the shape of the region R is changed to a shape in which the sharp reduction portion 20b is eliminated and the shape is gradually reduced in the flow direction. In this way, the extension strain ε k in the region R1 is reduced, and as a result, the cumulative extension strain に お け る in the region S1 located downstream of the region R1 is reduced.

また、累積伸長ひずみΕが相対的に小さい領域R2付近の初期流路D1の形状を変更することによっても累積伸長ひずみΕの分布を調整する。領域R2では、伸長ひずみεkがほとんど生じておらず、領域R2の下流域に存在する領域S2においても累積伸長ひずみΕが比較的小さい。そこで、水平部分23aの形状を、初期流路D1が流れ方向に向かって緩やかに縮小するような形状に変更する。このようにすると、領域R2における流体モデル1の速度が元よりも大きくなるので、伸長ひずみεkが生じるようになり、出口断面Oの左側の領域S2における累積伸長ひずみΕを増加させることができる。あるいは、初期流路D1の内壁面20に、流れに対する抵抗となるような少なくとも1つの突部を形成することで、より大きな伸長ひずみεkを生じさせてもよい。こうして、累積伸長ひずみΕの分布が均一(例えば、上述した5%以内のバラツキ)になるように変更した流路を流路D1′と称する(図10(a)参照)。 Further, the distribution of the accumulated elongation strain Ε is also adjusted by changing the shape of the initial flow passage D1 in the vicinity of the region R2 where the accumulated elongation strain Ε is relatively small. In the region R2, the extension strain ε k hardly occurs, and the cumulative extension strain Ε is relatively small also in the region S2 existing in the lower region of the region R2. Therefore, the shape of the horizontal portion 23a is changed to a shape such that the initial flow passage D1 gradually reduces in the flow direction. In this way, since the velocity of the fluid model 1 in the region R2 becomes larger than the original, the extension strain ε k is generated, and the cumulative extension strain に お け る in the region S2 on the left side of the outlet cross section O can be increased. . Alternatively, by forming at least one protrusion on the inner wall surface 20 of the initial flow passage D1 so as to be resistant to flow, a larger elongation strain ε k may be generated. Thus, the flow channel changed so that the distribution of the accumulated elongation strain 均一 becomes uniform (for example, the variation within 5% described above) is referred to as a flow channel D1 ′ (see FIG. 10A).

なお、初期流路D1の断面形状に変更を加える場合は、流路D1′の流路断面積が、初期流路D1の流路断面積よりも小さくなるようにすることが望ましく、また、流れ方向に向かって縮小していくように変更を加えることが望ましい。なお、本実施形態では、累積伸長ひずみΕの分布を変化させることを目的として内壁面20の形状を変更する際には、入口断面Iに対する出口断面Oの距離又は位置関係が変更されるような内壁面20の形状変更は行わないものとする。内壁面20の一部又は全部を流れ方向に延長したり、短縮して入口断面Iに対する出口断面Oの距離又は位置関係を変更すると、初期流路D1の流路長が変更される。このような変更は、累積伸長ひずみΕの分布を若干変化させるものの、出口断面Oにおける流体モデル1の速度分布に与える影響の方が遥かに大きい。このため、速度分布を変化させることを目的とした形状変更(後述する)により適しているからである。   When a change is made to the cross-sectional shape of the initial flow passage D1, it is desirable that the flow passage cross-sectional area of the flow passage D1 'be smaller than the flow passage cross-sectional area of the initial flow passage D1. It is desirable to make changes to shrink in the direction. In the present embodiment, when changing the shape of the inner wall surface 20 for the purpose of changing the distribution of the accumulated elongation strain Ε, the distance or the positional relationship of the outlet cross section O with respect to the inlet cross section I is changed. The shape change of the inner wall surface 20 is not performed. When a part or all of the inner wall surface 20 is extended in the flow direction or shortened to change the distance or positional relationship of the outlet cross section O to the inlet cross section I, the flow path length of the initial flow path D1 is changed. Although such a change slightly changes the distribution of the accumulated strain strain, the influence on the velocity distribution of the fluid model 1 at the outlet cross section O is much larger. For this reason, it is because it is more suitable for shape change (described later) for the purpose of changing the velocity distribution.

さらに、吐出後のゴム組成物1の仕上げ寸法を精度よく成形するためには、出口断面Oでの流体モデル1の速度分布が均一になるように流路D1′の形状に変更を加える。なお、均一とみなす速度分布のバラツキの閾値は、適宜設定することができるため、ここでは説明を省略する。本実施形態では、初期流路D1における出口断面Oの速度のバラツキがより小さくなるように流路D1′の内壁面20の形状を変更する。具体的には、入口断面Iから出口断面Oまでの距離、すなわち流路D1′の流路長を変更する。例えば、図7に示すように、出口断面Oは、左側が狭く右側が広い形状となっている。このため、出口22付近の内壁面20の左側においては流体モデル1の壁面摩擦による圧力損失が大きく、右側においては比較的圧力損失が少ない。そのため、流体モデル1の速度は、出口断面Oの左側で小さく、右側で大きくなる。実際に解析を行って出口断面Oにおける速度分布を算出すると、概ね左側から右側に向かって速度が大きくなり、やや右側よりの部分が最も速度が大きい分布となる(図9参照)。そこで、流路D1′の左側の内壁面20を流れ方向に短縮する、及び/又は右側の内壁面20を流れ方向に延長する、ことで、速度分布をより均一にすることができる。図10(b)には、右側の内壁面20を延長して設計した変更流路D2を示す。初期流路D1及び流路D1′において、入口断面Iと出口断面Oは平行であったが、変更流路D2では入口断面Iに対し、出口断面Oが一定の角度を為すような位置関係に変更されている。また、左側面を除き、入口断面Oを規定する内壁面20の周縁上の点Iaから、出口断面Oを規定する内壁面20の周縁上の点Oaまでの、内壁面20上における距離KIOが、流路D1′と変更流路D2とで変更されている。 Furthermore, in order to accurately shape the finished dimensions of the rubber composition 1 after discharge, the shape of the flow path D1 'is changed so that the velocity distribution of the fluid model 1 at the outlet cross section O becomes uniform. In addition, since the threshold value of the variation of the velocity distribution regarded as uniform can be set appropriately, the description is omitted here. In the present embodiment, the shape of the inner wall surface 20 of the flow passage D1 'is changed so that the variation in the velocity of the outlet cross section O in the initial flow passage D1 is further reduced. Specifically, the distance from the inlet cross section I to the outlet cross section O, that is, the flow path length of the flow path D1 'is changed. For example, as shown in FIG. 7, the outlet cross section O is narrow on the left side and wide on the right side. Therefore, on the left side of the inner wall 20 near the outlet 22, the pressure loss due to the wall friction of the fluid model 1 is large, and on the right side, the pressure loss is relatively small. Therefore, the velocity of the fluid model 1 is small on the left side of the outlet cross section O and large on the right side. When the velocity distribution in the outlet cross section O is calculated by actually performing the analysis, the velocity is generally increased from the left to the right, and the portion slightly more to the right has the largest velocity distribution (see FIG. 9). Therefore, the velocity distribution can be made more uniform by shortening the left inner wall surface 20 of the flow path D1 'in the flow direction and / or extending the right inner wall surface 20 in the flow direction. FIG. 10 (b) shows a modified flow passage D <b> 2 designed by extending the right inner wall surface 20. In the initial flow path D1 and the flow path D1 ', the inlet cross section I and the outlet cross section O were parallel, but in the modified flow path D2, the outlet cross section O has a certain angle with the inlet cross section I has been changed. In addition, the distance K IO on the inner wall 20 from the point Ia on the periphery of the inner wall 20 defining the inlet cross section O to the point Oa on the periphery of the inner wall 20 defining the outlet cross section O except for the left side Is changed between the flow path D1 'and the change flow path D2.

なお、累積伸長ひずみΕの増加を抑制するように初期流路D1の形状を変更することによっても、速度分布が変化するものと考えられる。従って、流路D1′について、再度出口断面Oにおける速度分布を求め、この速度分布を均一にするように流路D1′の流路長を変更することとしてもよい。   The velocity distribution is considered to change also by changing the shape of the initial flow passage D1 so as to suppress the increase in the cumulative elongation strain Ε. Therefore, for the flow passage D1 ', the velocity distribution at the outlet cross section O may be obtained again, and the flow passage length of the flow passage D1' may be changed so as to make the velocity distribution uniform.

このように、伸長ひずみεkの分布と、累積伸長ひずみΕの分布とを算出することによって、どの流線上のどの部分でゴム組成物1がより多く伸長変形を受けたのかを確認することができる。その結果、初期流路D1において内壁面20の形状を変更する部分と、内壁面20の形状をどのように変更するかを決定することができる。これにより、経験等に頼って管路を設計し、テスト実験を繰り返す必要がなくなるため、効率的な管路の設計が可能になる。また、単に管路の出口断面における速度分布を均一にするよりも精度の良い押出成形加工を行うことができる。さらに、この方法では、管路とは別異の構造体を管路の内壁面に設置する必要がないため、粘弾性体が構造体に付着することによるコンタミネーションを発生させる虞がない。 Thus, by calculating the distribution of the extension strain ε k and the distribution of the cumulative extension strain 確認, it is confirmed which part of the flow line the rubber composition 1 is subjected to more extension deformation. it can. As a result, it is possible to determine a portion for changing the shape of the inner wall surface 20 in the initial flow path D1 and how to change the shape of the inner wall surface 20. This makes it possible to design an efficient conduit because it is not necessary to design a conduit based on experience etc. and repeat test experiments. In addition, it is possible to perform extrusion molding with higher accuracy than simply making the velocity distribution in the outlet cross section of the conduit uniform. Furthermore, in this method, there is no need to install a structure different from the conduit on the inner wall surface of the conduit, so there is no possibility of causing contamination due to the adhesion of the visco-elastic body to the structure.

<B.設計方法2>
次に、設計方法2として、吐出後の材料を所定の方向に曲げる場合について説明する。設計方法2においても、ゴム組成物1をモデル化し、流体モデル1について流体解析を行い、出口断面Oにおける累積伸長ひずみΕの分布を算出する処理は設計方法1と共通である。以下では、一例として、図2の金型2(初期流路D1)を用いて、押出後のゴム組成物1を右側方向へと曲げる場合について説明する。図11は、金型2から吐出されるゴム組成物1が所定の方向へと曲がる様子を金型2の下方向から見たときの図である。この場合、図11に示すように、押出後のゴム組成物1の右側が左側より大きな収縮を起こし、なおかつ左側が右側よりも早く押し出されるようにする必要がある。よって、出口断面Oにおける累積伸長ひずみΕの分布は、概ね左側から右側に向かって累積伸長ひずみΕが大きくなるような分布とする必要がある。さらに、出口断面Oにおける速度vの分布は、概ね左側から右側に向かって速度vが小さくなるような分布とする必要がある(図12参照)。
<B. Design method 2>
Next, as Design Method 2, the case where the material after discharge is bent in a predetermined direction will be described. Also in the design method 2, the process of modeling the rubber composition 1, performing the fluid analysis on the fluid model 1, and calculating the distribution of the cumulative elongation strain Ε at the outlet cross section O is the same as the design method 1. Below, the case where the rubber composition 1 after extrusion is bent to the right direction is demonstrated as an example using the metal mold | die 2 (initial stage flow path D1) of FIG. FIG. 11 is a view when the rubber composition 1 discharged from the mold 2 is bent in a predetermined direction as viewed from the lower side of the mold 2. In this case, as shown in FIG. 11, it is necessary that the right side of the extruded rubber composition 1 shrinks more than the left side, and the left side is extruded earlier than the right side. Therefore, the distribution of the accumulated elongation strain 累積 at the outlet cross section O needs to be a distribution such that the accumulated elongation strain 大 き く increases from the left side to the right side. Furthermore, the distribution of the velocity v at the outlet cross section O needs to be a distribution such that the velocity v becomes smaller from the left side to the right side (see FIG. 12).

しかしながら、一般に、流体モデル1の速度が急激に増加すると、ゴム組成物1において大きな伸長ひずみεkが生じやすくなる。そして、出口断面Oにおける速度vが大きくなるようにすると、それに伴い、伸長ひずみεkが大きくなる傾向がある。つまり、速度vが大きくなるようにすることと、累積伸長ひずみΕが小さくなるようにすることはトレードオフの関係にある。 However, in general, when the velocity of the fluid model 1 is rapidly increased, a large elongation strain ε k tends to occur in the rubber composition 1. Then, as the velocity v at the outlet cross section O increases, the extension strain ε k tends to increase accordingly. That is, there is a trade-off relationship between increasing the velocity v and decreasing the accumulated elongation strain Ε.

そこで、出口断面Oにおける速度vに対する累積伸長ひずみΕの相対指標値αによって出口断面Oにおける速度v及び累積伸長ひずみΕの分布を扱うものとする。指標値α[s/m]は、次の式(3)で定義される。
すなわち、指標値αが、概ね出口断面Oの左側から右側に向かって増加していくような分布に変更流路D2を設計することが必要になる(図12参照)。このような変更流路D2の設計方法としては、以下の態様が考えられる。速度分布の観点からは、出口断面Oの右側で速度vが相対的に小さくなるよう、初期流路D1の左側の流路長を短縮する、及び/又は右側の流路長を延長する。また、累積伸長ひずみΕの分布の観点からは、累積伸長ひずみΕが出口断面Oの右側で相対的に大きくなるよう、出口断面Oの右側付近に存在する流線の上流に、急縮小部分を付加する、等の方法が考えられる。なお、指標値αの分布は出口断面Oの全体に亘って算出されてもよいが、上下方向の所定の位置における分布のみが算出されてもよい。本実施形態では、図12に示すような直線m上の分布を算出している。直線mは、出口断面Oを上下方向に概ね二分する直線である。しかしながら、算出する位置はこれに限定されるものではなく、出口断面Oの形状によって、適宜変更が可能である。また、左右方向の同じ位置における上下方向の指標値αの平均や加重平均等を算出することもできる。
Therefore, the distribution index of the velocity v and the cumulative elongation strain に お け る at the outlet cross section O is treated by the relative index value α of the cumulative elongation strain に 対 す る with respect to the velocity v at the outlet cross section O. The index value α [s / m] is defined by the following equation (3).
That is, it is necessary to design the modified flow passage D2 in such a distribution that the index value α generally increases from the left side to the right side of the outlet cross section O (see FIG. 12). The following aspect can be considered as a design method of such a change flow path D2. From the viewpoint of the velocity distribution, the channel length on the left side of the initial channel D1 is shortened and / or the channel length on the right side is extended so that the velocity v becomes relatively small on the right side of the outlet cross section O. In addition, from the viewpoint of the distribution of the accumulated elongation strain Ε, a rapidly shrinking portion is provided upstream of the streamline existing near the right side of the outlet cross section O so that the accumulated elongation strain Ε becomes relatively large on the right side of the outlet cross section O A method such as adding is conceivable. The distribution of the index value α may be calculated over the entire exit cross section O, but only the distribution at a predetermined position in the vertical direction may be calculated. In the present embodiment, the distribution on the straight line m as shown in FIG. 12 is calculated. The straight line m is a straight line which roughly divides the outlet cross section O in the vertical direction. However, the position to be calculated is not limited to this, and can be changed as appropriate depending on the shape of the outlet cross section O. Further, it is also possible to calculate an average or weighted average of the index values α in the vertical direction at the same position in the horizontal direction.

図13に、流路の形状の変更の例を示す。図13(a)は初期流路D1である。図13(b)〜(h)は、それぞれ変更流路D2b〜変更流路D2hであり、変更流路D2の7通りの例である。内壁面20の主要な形状変更となる部分を、それぞれ点線で囲んで示す。変更流路D2b〜変更流路D2hの特徴は、以下の表1に示す通りである。
FIG. 13 shows an example of changing the shape of the flow path. FIG. 13A shows an initial flow passage D1. FIGS. 13 (b) to 13 (h) show the modified flow channel D2b to the modified flow channel D2h, respectively, and there are seven examples of the modified flow channel D2. The main shape change parts of the inner wall surface 20 are shown surrounded by dotted lines. The features of the change flow path D2b to the change flow path D2h are as shown in Table 1 below.

このように、相対指標値αという指標を導入することにより、速度に対する累積伸長ひずみΕの大小を判断することが可能になる。その結果、出口断面Oの同じ位置において実質的にモデル流体の速度vを大きくしつつ累積伸長ひずみΕを小さくすること、及び実質的にモデル流体の速度vを小さくしつつ累積伸長ひずみΕを大きくすることができる。これによって、吐出後のゴム組成物1を所望の方向に曲げることができる。この設計方法2によれば、例えば、吐出後のゴム組成物1をリング状に巻き取る工程等がある場合に、巻き取る方向と同一の方向にゴム組成物1を曲げておくことができるので、巻き取り作業が効率化される。   Thus, by introducing the index of the relative index value α, it becomes possible to determine the magnitude of the accumulated elongation strain Ε with respect to the speed. As a result, at the same position of the outlet cross section O, the cumulative elongation strain モ デ ル is reduced while the velocity v of the model fluid is substantially increased while the velocity v of the model fluid is substantially reduced while the cumulative elongation strain 大 き く is increased. can do. By this, the rubber composition 1 after discharge can be bent in a desired direction. According to this design method 2, for example, when there is a step of winding the rubber composition 1 after discharge into a ring, the rubber composition 1 can be bent in the same direction as the winding direction. , The winding work is streamlined.

<変形例>
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の態様に変更して実施することができる。
<Modification>
As mentioned above, although the embodiment of the present invention was explained in full detail, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and can be changed into various modes and can carry out.

例えば、累積伸長ひずみΕを算出する式は、式(1)及び式(2)に限られるものではない。流体モデルの流体解析により算出される速度、圧力、温度等の物理量に基づいて累積伸長ひずみΕが算出されるのであれば、式(1)及び式(2)を適宜変形した式を用いることも可能である。   For example, the equation for calculating the cumulative elongation strain Ε is not limited to the equations (1) and (2). If the cumulative elongation strain Ε is calculated based on physical quantities such as velocity, pressure, and temperature calculated by fluid analysis of the fluid model, it is also possible to use equations obtained by appropriately modifying the equations (1) and (2) It is possible.

本実施形態では、ゴム組成物1の局所的な伸長ひずみεkを算出する式として、式(5)を用いた。式(5)は流体モデル1の解析結果を用いて、点Qkにおける速度vk及び点Qkから点Qk+1まで移動する時間tkからゴム組成物1の伸長ひずみεkを算出する式である。しかしながら、伸長ひずみεkの算出方法は式(5)による方法に限定されない。例えば、流線又は流跡線上の点におけるひずみテンソルの流線方向の成分(速度方向の成分)を算出することにより、伸長ひずみεkを算出することも可能である。 In the present embodiment, the equation (5) is used as a equation for calculating the local elongation strain ε k of the rubber composition 1. Using an analysis result of Equation (5) is fluid model 1, calculate the elongation strain epsilon k of the rubber composition 1 from the time t k to move from the speed v k and the point Q k at point Q k to the point Q k + 1 It is an expression that However, the method of calculating the extension strain ε k is not limited to the method by equation (5). For example, it is also possible to calculate the extension strain ε k by calculating the component (component in the velocity direction) of the strain tensor in the streamline direction at a point on the streamline or trajectory.

上記実施形態では、管路の設計方法について説明した。しかしながら、本発明は、管路の設計方法のみならず、既存の管路又は設計中の管路等の評価方法としても用いることが可能である。上述したように、出口断面Oにおける累積伸長ひずみΕの分布のバラツキを算出し、閾値と比較することで、管路の性能を評価することができる。また、管路ごとに累積伸長ひずみΕの分布のバラツキを比較し、バラツキが小さいものを加工精度の高い管路と評価すること等も可能である。   In the above embodiment, the method of designing a conduit has been described. However, the present invention can be used not only as a method of designing a pipeline, but also as a method of evaluating an existing pipeline or a pipeline being designed. As described above, it is possible to evaluate the performance of the conduit by calculating the variation in the distribution of the accumulated elongation strain Ε at the outlet cross section O and comparing with the threshold value. Moreover, it is also possible to compare the variation in the distribution of the accumulated elongation strain Ε for each pipe line, and to evaluate a pipe line with small variation as a pipe line with high processing accuracy.

以下、本発明の実施例について説明する。但し、本発明は、以下の実施例に限定されない。   Hereinafter, examples of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1.ゴム組成物の加工精度を向上させる場合の例)
本発明に係る実施例として、図14のような金型モデルを初期流路D1とし、上述した解析に基づいて、変更流路D2を設計した。以下、詳細に説明する。
Example 1 Example of Improving Processing Accuracy of Rubber Composition
As an example according to the present invention, a mold model as shown in FIG. 14 was used as an initial flow path D1, and a change flow path D2 was designed based on the above analysis. The details will be described below.

解析の主な条件は、次のとおりである。
ゴム組成物の密度[kg/m3]:1121
ゴム組成物の比熱[J/(kg・K)]:1430
ゴム組成物の熱伝導率[W/mK]:0.32
ゴム組成物の粘性係数:10.797×exp(4220.2/Temperature)×Strainrate-0.833
ただし、Temperatureはゴム組成物の温度、Strainrateはひずみ速度である。
ゴム組成物の初期温度[K]:356
初期流路D1の壁面温度[K]:353
入口温度[K]:356
入口流量[Kg/s]:0.0227
壁面でのスリップ速度を与える定数Fslip:496342
壁面でのスリップ速度を与える定数eslip:0.121105
メッシュの要素の大きさ[mm]:0.2〜4
流線[本]:1306
また、解析プログラムはstar ccm+を使用している。
The main conditions of analysis are as follows.
Density of rubber composition [kg / m 3 ]: 1121
Specific heat of rubber composition [J / (kg · K)]: 1430
Thermal conductivity [W / mK] of rubber composition: 0.32
Viscosity coefficient of rubber composition: 10.797 × exp (4220.2 / Temperature) × Strainrate -0.833
Where Temperature is the temperature of the rubber composition and Strainrate is the strain rate.
Initial temperature of rubber composition [K]: 356
Wall temperature [K] of initial flow path D1: 353
Inlet temperature [K]: 356
Inlet flow rate [Kg / s]: 0.0227
Constant F slip giving the slip speed on the wall: 496342
Constant e slip giving the slip speed on the wall: 0.121105
Mesh element size [mm]: 0.2 to 4
Streamline [book]: 1306
Also, the analysis program uses star ccm +.

本実施例のゴム組成物1が入口21から金型2内に入り込み、出口2から吐出されるまでの時間は、十数秒程度である。これに対して、加硫前のゴム材料の緩和時間は、その種類にもよるが、数分〜数十分程度のものが大半である。このため、ゴム組成物1の緩和時間τが累積伸長ひずみΕに与える影響は限定的であるものと考えられる。このような理由により、本実施例では、累積伸長ひずみΕの算出には上述の式(2)を用いている。   The time taken for the rubber composition 1 of this embodiment to enter the mold 2 from the inlet 21 and to be discharged from the outlet 2 is about a dozen seconds. On the other hand, the relaxation time of the rubber material before vulcanization, which depends on the type, is mostly several minutes to several tens of minutes. Therefore, it is considered that the influence of the relaxation time τ of the rubber composition 1 on the cumulative elongation strain 限定 is limited. For this reason, in the present embodiment, the above-mentioned equation (2) is used to calculate the cumulative elongation strain Ε.

上記のような条件において設定された初期流路D1及び初期流路D1に生成されたメッシュの一例を図14に示す。ただし、本実施例では、初期流路D1は押出機100のヘッド部分100a(図1参照)を含んでいる。そして、上記解析に基づいて、初期流路D1における累積伸長ひずみΕと、流体モデル1の速度を算出した。結果は、図15及び図16に示すとおりである。ここで、図15(a)はヘッド部分100aの一部と、金型2に相当する管路内における各流線の伸長ひずみεの分布を示す斜視図、図15(b)は出口断面での累積伸長ひずみΕの分布、図15(c)は出口断面での速度vの分布を示す。図15(a)に示すように、流路の急縮小部分20b付近には伸長ひずみεが0.12〜0.2程度と、比較的大きい領域G1が形成されている。これに対し、流路の水平部分23aの付近では伸長ひずみεが0.0000〜0.0267程度と、比較的小さい領域G2が形成されている。そして、図15(b)に示すように、出口断面Oの右側の内壁面において、累積伸長ひずみΕが約4.0000と極端に大きい領域H1が複数生じている。一方、出口断面Oの左側では、累積伸長ひずみΕが3.0000〜3.2000程度と、相対的に小さくなっている。また、図15(c)に示すように、出口断面Oの右側の領域J1では、速度vが0.12〜0.15(m/s)程度と相対的に大きいのに対し、左側の領域J2では、速度vが0.030〜0.060程度と相対的に小さい。つまり、出口断面における速度v及び累積伸長ひずみΕにバラツキが生じている。その結果、初期流路D1の金型では、押出後のゴム組成物に収縮が発生し、仕上げ断面形状が出口断面Oの形状と異なる。   An example of the initial flow path D1 set under the above conditions and the mesh generated in the initial flow path D1 is shown in FIG. However, in the present embodiment, the initial flow passage D1 includes the head portion 100a (see FIG. 1) of the extruder 100. Then, based on the above analysis, the accumulated elongation strain に お け る in the initial flow path D1 and the velocity of the fluid model 1 were calculated. The results are as shown in FIG. 15 and FIG. Here, FIG. 15 (a) is a perspective view showing a part of the head portion 100a and distribution of the extension strain ε of each streamline in the pipeline corresponding to the mold 2, and FIG. 15 (b) is an outlet cross section. FIG. 15 (c) shows the distribution of the velocity v at the exit cross section. As shown in FIG. 15 (a), a relatively large region G1 having an extension strain ε of about 0.12 to 0.2 is formed near the rapid contraction portion 20b of the flow passage. On the other hand, in the vicinity of the horizontal portion 23a of the flow passage, a relatively small region G2 of about 20000 to 0.0267 in the extension strain ε is formed. And as shown in FIG.15 (b), in the inner wall surface of the right side of the outlet cross section O, multiple area | region H1 with extremely large accumulated extension strain (xi) is generated with about 4.0000. On the other hand, on the left side of the outlet cross section O, the cumulative elongation strain 相 対 的 に is relatively small at about 3.0000 to 3.2000. Further, as shown in FIG. 15C, in the region J1 on the right side of the outlet cross section O, the velocity v is relatively large at about 0.12 to 0.15 (m / s), while in the region J2 on the left side v is relatively small, about 0.030 to 0.060. That is, there is a variation in the velocity v and the cumulative elongation strain に お け る at the outlet cross section. As a result, in the mold of the initial flow passage D1, shrinkage occurs in the rubber composition after extrusion, and the finished cross-sectional shape is different from the shape of the outlet cross-section O.

そこで、図10(b)に示すような変更流路D2を設計した。ここでは、初期流路D1の右側の内壁面Fを長くし、領域G1(急縮小部分20b)付近の流路の断面を緩やかに縮小し、流体モデル1の速度の急激な増加を緩和する。さらに、領域G2(水平部分23a)付近の流路の断面を初期流路D1よりも縮小し、領域G2付近では速度及び伸長ひずみΕが増加するようにする。変更流路D2について、初期流路D1と同様の解析を行い、変更流路D2における伸長ひずみεの分布、出口断面Oにおける累積伸長ひずみΕ及び速度vの分布を算出した。その結果、伸長ひずみεの分布は図16(a)のようになった。領域G2の伸長ひずみεは0.04000〜0.0533程度、領域G1の伸長ひずみεは0.02000〜0.04667程度であり、領域G1と領域G2との伸長ひずみεの差が概ね解消している。出口断面Oにおける累積伸長ひずみΕの分布は、図16(b)に示すように、金型の左側の領域で累積伸長ひずみΕが3.8000〜3.95000程度に増加し、その他の領域では3.6000〜3.8000程度の範囲に収束している。また、金型の右側の内壁面で累積伸長ひずみΕが大きい領域H1が概ね消失した。これにより、金型の出口断面における累積伸長ひずみΕが概ね均一な分布となった(なお、図16(b)では、説明の便宜上、累積伸長ひずみΕを示す線図の1目盛りを大きくして示している。従って、実際は累積伸長ひずみΕのバラツキは図16(b)に示すよりもさらに小さくなっている)。また、図16(c)に示すように、出口断面の右側における速度vが減少し、左側における速度vが増加した結果、全体として速度vが0.090〜0.15(m/s)程度となり、初期流路D1に比較して、バラツキが減少しているのが分かる。したがって、変更流路D2の金型では、押出後のゴム組成物の収縮のバラツキは概ね解消され、仕上げ断面形状が出口断面の形状と一致する。   Therefore, a modified flow passage D2 as shown in FIG. 10 (b) was designed. Here, the inner wall F on the right side of the initial flow passage D1 is lengthened, the cross section of the flow passage near the region G1 (the rapidly shrinking portion 20b) is gradually reduced, and the rapid increase in the velocity of the fluid model 1 is alleviated. Furthermore, the cross section of the flow path in the vicinity of the region G2 (horizontal portion 23a) is reduced as compared with the initial flow passage D1, and the velocity and the extension strain Ε are increased in the vicinity of the region G2. The same analysis as in the initial flow passage D1 was performed on the changed flow passage D2, and the distribution of the extension strain ε in the changed flow passage D2 and the distribution of the cumulative extension strain Ε and the velocity v in the outlet cross section O were calculated. As a result, the distribution of the extension strain ε was as shown in FIG. The extension strain ε of the area G2 is about 0.04000-0.533, and the extension strain ε of the area G1 is about 0.02000-0.04667, and the difference between the extension strain ε between the area G1 and the area G2 is almost eliminated. As shown in FIG. 16 (b), the distribution of the cumulative elongation strain に お け る at the outlet cross section O is increased to about 3.8000 to 3.95000 in the region on the left side of the mold, and about 3.6000 to 3.8000 in the other region. It converges to the range of In addition, the region H1 where the accumulated elongation strain 大 き い is large almost disappeared on the inner wall surface on the right side of the mold. As a result, the cumulative elongation strain Ε in the exit cross section of the mold becomes a substantially uniform distribution (note that in FIG. 16B, one scale of the diagram showing the cumulative elongation strain 大 き く is enlarged for convenience of explanation). Therefore, in fact, the variation in the cumulative strain strain is smaller than that shown in FIG. Also, as shown in FIG. 16C, the velocity v at the right side of the outlet cross section decreases and the velocity v at the left side increases, resulting in an overall velocity v of about 0.090 to 0.15 (m / s), and an initial flow It can be seen that the variation is reduced compared to the road D1. Therefore, in the mold of the modified flow passage D2, the variation in shrinkage of the rubber composition after extrusion is substantially eliminated, and the finished cross-sectional shape matches the shape of the outlet cross-section.

(実施例2.ゴム組成物を所定の方向に曲げる場合)
次に、設計方法2の実施例について説明する。実施例2では、吐出後のゴム組成物1に均一でない収縮を発生させて、ゴム組成物1が図11に示す方向に曲がるように金型2を設計する。ここで、初期流路D1、ゴム組成物1(モデル流体1)、境界条件及び初期条件は実施例1と共通である。また、出口断面Oにおける流体モデル1の速度分布及び累積伸長ひずみΕの分布を算出する手順までは実施例1と共通である。なお、本実施例では実施例1と同様の理由により、累積伸長ひずみΕの算出には上述の式(2)を用いている。
(Example 2. In the case of bending a rubber composition in a predetermined direction)
Next, an embodiment of the design method 2 will be described. In Example 2, the die 2 is designed such that the rubber composition 1 after discharge is caused to generate non-uniform shrinkage and the rubber composition 1 bends in the direction shown in FIG. Here, the initial channel D1, the rubber composition 1 (model fluid 1), the boundary conditions and the initial conditions are the same as in the first embodiment. Further, the procedure up to the step of calculating the velocity distribution of the fluid model 1 and the distribution of the accumulated elongation strain に お け る at the outlet cross section O is the same as that of the first embodiment. In the present embodiment, for the same reason as that of the first embodiment, the above-mentioned equation (2) is used to calculate the cumulative elongation strain Ε.

実施例2では、図12に示すような出口断面Oを上下方向に概ね二分する直線mにおける速度分布及び相対指標値αの分布を評価する。図11に示す方向にゴム組成物1が曲がるためには、図12に示すように、速度vが出口断面Oの左から右に向かう程小さくなり、相対指標値αが出口断面Oの左から右に向かう程大きくなるように変更流路D2を設計する。   In the second embodiment, the velocity distribution and the distribution of the relative index value α in a straight line m which roughly divides the outlet cross section O in the vertical direction as shown in FIG. 12 are evaluated. In order for the rubber composition 1 to bend in the direction shown in FIG. 11, as shown in FIG. 12, the velocity v decreases from the left to the right of the outlet cross section O, and the relative index value α from the left of the outlet cross section O The modified flow passage D2 is designed to be larger toward the right.

初期流路D1について、速度v及び相対指標値αの分布を算出したところ、図18(a)のようになった。図18(a)の横軸は規格化された出口断面Oの左右方向の位置を示し、左端が0、右端が1である。縦軸は速度v及び相対指標値αであり、共に0から1までの値に規格化している。速度vを2点鎖線、相対指標値αを実線で示す。このように、初期流路D1では出口断面Oの左から右に行くほど速度vが大きくなるのに対して、相対指標値αが小さくなっているため、吐出後のゴム組成物1の収縮部分や収縮度合いを予測し難い。   When the distribution of the velocity v and the relative index value α was calculated for the initial flow passage D1, the results are as shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 18A indicates the position in the left-right direction of the normalized outlet cross section O, where the left end is 0 and the right end is 1. The vertical axis represents the velocity v and the relative index value α, both of which are normalized to values from 0 to 1. The velocity v is indicated by a two-dot chain line, and the relative index value α is indicated by a solid line. As described above, in the initial flow passage D1, the velocity v increases as going from the left to the right of the outlet cross section O, but the relative index value α decreases, so the contraction portion of the rubber composition 1 after discharge It is difficult to predict the degree of contraction.

次に、図18(a)の結果を基に、変更流路D2を7通り作成し、初期流路D1の結果と比較した。ただし、7通りの変更流路D2はあくまで一例である。図17の一番上の列に初期流路D1、以下作成した変更流路D2b〜D2hの形状を示す。ただし、押出機100のヘッド部分100aに相当する部分の形状は変更されず、全て初期流路D1と共通である。変更流路D2b〜D2hの金型部分の形状は、それぞれ図13(b)〜(h)に示す形状であり、初期流路D1からの変更箇所は実施形態で説明した通りである。変更流路D2b〜D2hについて、それぞれ初期流路D1と同様の解析を行って速度v及び相対指標値αの分布を比較した。その結果、それぞれ図18(b)〜(h)に示す通りの分布となった。変更流路D2bは、初期流路D1における急拡大部分23bをなくした形状であるが、図18(b)に示すように、速度v及び相対指標値αの分布は初期流路D1のものと比較して顕著な変化に乏しい。一方、図18(h)に示すように、変更流路D2hにおける速度v及び相対指標値αの分布は図12に示す分布に近いものとなった。変更流路D2hは、初期流路D1から急拡大部分23bをなくし、両側の内壁面20を最も短縮した形状であり、初期流路D1に比べて全体的に流路が短い。また、急縮小部分25を有する。このように、速度v及び相対指標値αの分布を合わせて評価することで、急縮小部分の付加や、流路長の増減といった金型の形状変更がどの程度吐出後のゴム組成物1の形状に影響を及ぼすかを知ることができる。その結果、ゴム組成物1に発生する伸長ひずみを制御し、吐出後のゴム組成物1を特定の方向に曲げさせるような金型を効率的に設計することが可能になる。   Next, seven modified flow channels D2 were created based on the results of FIG. 18A, and compared with the results of the initial flow channel D1. However, seven types of change flow paths D2 are just an example. The top row of FIG. 17 shows the shapes of the initial flow passage D1, and the changed flow passages D2b to D2h created below. However, the shape of the portion corresponding to the head portion 100 a of the extruder 100 is not changed, and all is common to the initial flow passage D 1. The shapes of the mold portions of the change flow channels D2b to D2h are the shapes shown in FIGS. 13B to 13H, respectively, and the change from the initial flow channel D1 is as described in the embodiment. For the change channels D2b to D2h, the same analysis as in the initial channel D1 was performed to compare the distribution of the velocity v and the relative index value α. As a result, the distributions were as shown in FIGS. 18 (b) to 18 (h), respectively. The changed flow path D2b has a shape in which the rapidly expanding portion 23b in the initial flow path D1 is eliminated, but as shown in FIG. 18 (b), the distribution of the velocity v and the relative index value .alpha. There are few remarkable changes in comparison. On the other hand, as shown in FIG. 18 (h), the distribution of the velocity v and the relative index value α in the changed flow passage D2h is close to the distribution shown in FIG. The changed flow path D2h is a shape in which the rapidly expanding portion 23b is eliminated from the initial flow path D1 and the inner wall surfaces 20 on both sides are shortened most, and the flow path is shorter overall than the initial flow path D1. Also, it has a sharp reduction portion 25. As described above, by evaluating the distribution of the velocity v and the relative index value α together, the rubber composition 1 after the discharge is added to the extent of the change of the shape of the mold such as the addition of the rapid contraction and the increase or decrease of the flow path length. You can know if it affects the shape. As a result, it is possible to control the elongation strain generated in the rubber composition 1 and efficiently design a mold that causes the rubber composition 1 after discharge to bend in a specific direction.

1 ゴム組成物(モデル流体)
2 金型
20 内壁面
20a 上面
20b 急縮小部分
21 入口
22 出口
23a 水平部分
23b 急拡大部分
100 押出機
100a 押出機ヘッド
102 スクリュー
103 供給口
104 吐出口
D1 初期流路
D2 変更流路
L 距離
I 入口断面
O 出口断面
k 速度
v 出口断面Oにおける速度
ε 伸長ひずみ
Ε 累積伸長ひずみ
α 指標値
τ 緩和時間
1 Rubber composition (model fluid)
2 mold 20 inner wall surface 20a upper surface 20b sudden contraction portion 21 inlet 22 outlet 23a horizontal portion 23b abrupt expansion portion 100 extruder 100a extruder head 102 screw 103 supply port 104 discharge port D1 initial flow path D2 changed flow path L distance I entrance Cross-section O Outlet cross-section v k Speed v Outlet cross-section O Speed ε Elongation strain 累積 Cumulative extension strain α Index value τ Relaxation time

Claims (13)

粘弾性体が流動する管路の設計方法であって、
前記管路の内壁面の初期形状を設定するステップと、
前記粘弾性体を流体としてモデル化するステップと、
前記内壁面によって規定される流路を所定の要素に分割するステップと、
前記内壁面、前記内壁面によって規定される入口断面及び出口断面における境界条件を設定するステップと、
前記各要素における前記流体の速度、圧力を含む物理量の初期値を設定するステップと、
前記各要素における前記流体の前記物理量を算出するステップと、
前記流路において、複数の流線又は流跡線を生成するステップと、
前記各流線又は流跡線に沿って、前記入口断面から流入した前記粘弾性体が前記出口断面から流出するまでの間に受ける伸長変形の度合いを示す累積伸長ひずみΕを前記算出された物理量に基づいて算出するステップと、
前記出口断面又は前記出口断面付近における前記累積伸長ひずみΕの分布を算出するステップと、
前記累積伸長ひずみΕの分布が変化するように前記内壁面の少なくとも一部の初期形状を変更するステップと、
を備える、管路の設計方法。
It is a design method of a pipeline through which a viscoelastic body flows,
Setting an initial shape of the inner wall surface of the pipeline;
Modeling the visco-elastic body as a fluid;
Dividing the flow path defined by the inner wall surface into predetermined elements;
Setting boundary conditions in the inlet cross section and the outlet cross section defined by the inner wall surface and the inner wall surface;
Setting an initial value of a physical quantity including the velocity and pressure of the fluid in each of the elements;
Calculating the physical quantity of the fluid in each of the elements;
Generating a plurality of streamlines or trajectories in the flow path;
The calculated physical quantity is a cumulative elongation strain 示 す, which indicates the degree of elongation and deformation that the visco-elastic body that has flowed in from the inlet cross section along the streamlines or the trajectory line receives during the time it flows out from the outlet cross section. Calculating on the basis of
Calculating a distribution of the accumulated elongation strain Ε at or near the outlet cross section;
Changing an initial shape of at least a part of the inner wall surface so as to change a distribution of the accumulated elongation strain 変 化;
A method of designing a conduit comprising:
前記累積伸長ひずみΕを算出するステップは、
前記各流線又は流跡線上に、複数の点Qk(1≦k≦N、N≧2)を、順に設定するステップと、
前記流体が点Qkから前記点Qkの隣の点まで移動するのに要する時間tkを算出するステップと、
前記時間tk及び前記算出された物理量に基づいて、前記粘弾性体が前記点Qkから前記点Qkの隣の点に移動するまでの間に受ける伸長変形の度合いを示す伸長ひずみεkを算出するステップと、
前記伸長ひずみεkを用いて前記累積伸長ひずみΕを算出するステップと、
を含み、
点Q1又は点QNのうちいずれか一方は前記入口断面上又は前記入口断面付近に設定され、
前記点Q1又は前記点QNの他方は前記出口断面上又は前記出口断面付近に設定される、
請求項1に記載の管路の設計方法。
The step of calculating the accumulated elongation strain Ε
Setting a plurality of points Q k (1 ≦ k ≦ N, N ≧ 2) in order on the streamlines or the trajectory;
A step of said fluid to calculate the time t k required to move from point Q k to a point next to the point Q k,
Based on the time t k and the calculated physical quantity, elongation strain epsilon k the viscoelastic body indicates the degree of elongation deformation experienced between the said point Q k until you reach the point next to the point Q k Calculating the
Calculating the accumulated elongation strain Ε using the elongation strain ε k ;
Including
Either the point Q 1 or the point Q N is set on the inlet cross section or in the vicinity of the inlet cross section,
The other of the point Q 1 or the point Q N is set on or near the outlet cross section,
A method of designing a conduit according to claim 1.
前記粘弾性体の緩和時間はτであり、
前記累積伸長ひずみΕは、以下の式(1)により算出される、請求項2に記載の管路の設計方法。
ただし、式(1)中の“TO”は前記流体が前記各流線又は流跡線に沿って前記点Q1と前記点QNとの間を移動するのに要する時間を表し、“Tk”は前記流体が前記各流線又は流跡線に沿って前記点Q1又は前記点QNから前記点Qkまで移動するのに要する時間を表す。
The relaxation time of the viscoelastic body is τ,
The method for designing a conduit according to claim 2, wherein the cumulative elongation strain Ε is calculated by the following equation (1).
However, “T O ” in the equation (1) represents the time required for the fluid to move between the point Q 1 and the point Q N along the streamlines or the trajectory, “ T k ′ ′ represents the time it takes for the fluid to travel from the point Q 1 or the point Q N to the point Q k along the streamlines or trajectory lines.
前記累積伸長ひずみΕは、以下の式(2)により算出される、請求項2に記載の管路の設計方法。
The method for designing a conduit according to claim 2, wherein the cumulative elongation strain Ε is calculated by the following equation (2).
前記伸長ひずみεkの分布を算出するステップと、
前記伸長ひずみεkの分布に基づいて、前記内壁面のうち、初期形状を変更する範囲を決定するステップと、
をさらに備える、
請求項2から4のいずれかに記載の管路の設計方法。
Calculating a distribution of the elongation strain ε k ;
Determining the range in which the initial shape is changed among the inner wall surfaces based on the distribution of the extension strain ε k ;
Further comprising
A method of designing a conduit according to any one of claims 2 to 4.
前記内壁面の少なくとも一部の初期形状を変更するステップは、前記累積伸長ひずみΕの分布が均一になるように前記内壁面の少なくとも一部の初期形状を変更するステップであり、
前記累積伸長ひずみΕを増加させたい前記流線又は流跡線の近傍においては、前記流路の断面形状の変化が大きくなるように前記内壁面の初期形状を変更すること、及び
前記累積伸長ひずみΕを減少させたい前記流線又は流跡線の近傍においては、前記流路の断面形状の変化が小さくなるように前記内壁面の初期形状を変更すること、の少なくとも一方を含む、
請求項1から5のいずれかに記載の管路の設計方法。
The step of changing the initial shape of at least a part of the inner wall surface is a step of changing the initial shape of at least a part of the inner wall surface so that the distribution of the accumulated elongation strain Ε becomes uniform,
In the vicinity of the streamline or trajectory where it is desired to increase the cumulative elongation strain 変 更, changing the initial shape of the inner wall surface so that the change in cross-sectional shape of the flow path becomes large, and the cumulative elongation strain Changing at least one of the initial shape of the inner wall surface so as to reduce the change in the cross-sectional shape of the flow path in the vicinity of the streamline or trajectory where it is desired to reduce wrinkles;
A method of designing a conduit according to any one of claims 1 to 5.
前記初期形状が変更された後の内壁面によって規定される流路の断面は、前記初期形状の内壁面によって規定される流路の断面よりも面積が小さい、請求項6に記載の管路の設計方法。   The conduit according to claim 6, wherein the cross section of the flow path defined by the inner wall surface after the change of the initial shape has a smaller area than the cross section of the flow passage defined by the inner wall surface of the initial shape. How to design. 前記出口断面又は前記出口断面付近における前記流体の速度分布を算出するステップと、
前記速度分布が均一になるように、前記内壁面の少なくとも一部において、前記入口断面と前記出口断面との間の距離を変更するステップと、
をさらに備える、
請求項1から7のいずれかに記載の管路の設計方法。
Calculating the velocity distribution of the fluid at or near the outlet cross section;
Changing the distance between the inlet cross section and the outlet cross section at least in part of the inner wall surface so that the velocity distribution is uniform;
Further comprising
The design method of the pipeline according to any one of claims 1 to 7.
前記出口断面又は前記出口断面付近における前記流体の速度分布を算出するステップと、
前記出口断面又は前記出口断面付近における速度に対する前記累積伸長ひずみΕの相対指標値の分布を算出するステップと、
前記速度分布が変化するように、前記内壁面の少なくとも一部において、前記入口断面と前記出口断面との間の距離を変更するステップと、
をさらに備え、
前記累積伸長ひずみΕの分布が変化するように前記内壁面の少なくとも一部の初期形状を変更するステップは、前記相対指標値分布が変化するように前記内壁面の少なくとも一部の初期形状を変更するステップであり、
前記初期形状が変更された後の流路の断面は、前記初期形状の流路の断面よりも面積が小さい、
請求項1から5のいずれかに記載の管路の設計方法。
Calculating the velocity distribution of the fluid at or near the outlet cross section;
Calculating a distribution of relative indicator values of the accumulated elongation strain に 対 す る with respect to the velocity at or near the outlet cross section;
Changing the distance between the inlet cross section and the outlet cross section on at least a portion of the inner wall surface such that the velocity distribution changes.
And further
The step of changing the initial shape of at least a part of the inner wall surface so as to change the distribution of the accumulated elongation strain 、 changes the initial shape of at least a part of the inner wall surface so as to change the relative index value distribution Step to
The cross section of the flow path after the change of the initial shape has a smaller area than the cross section of the flow path of the initial shape,
A method of designing a conduit according to any one of claims 1 to 5.
前記相対指標値は、以下の式(3)により算出される、請求項9に記載の管路の設計方法。
ただし、式(3)中の“v”は前記出口断面又は前記出口断面付近における前記流体の速度である。
The method of designing a conduit according to claim 9, wherein the relative index value is calculated by the following equation (3).
Where "v" in equation (3) is the velocity of the fluid at or near the outlet cross section.
前記管路は、押出機の吐出口に設けられる金型であり、
前記粘弾性体は、架橋前のゴム又は樹脂材料である、
請求項1から10のいずれかに記載の管路の設計方法。
The pipe line is a mold provided at the discharge port of the extruder,
The viscoelastic body is a rubber or resin material before crosslinking.
A method of designing a conduit according to any one of claims 1 to 10.
粘弾性体が流動する管路の設計プログラムであって、
コンピュータに、
前記管路の内壁面の初期形状を設定するステップと、
前記粘弾性体を流体としてモデル化するステップと、
前記内壁面によって規定される流路を所定の要素に分割するステップと、
前記内壁面、前記内壁面によって規定される入口断面及び出口断面における境界条件を設定するステップと、
前記各要素における前記流体の速度、圧力を含む物理量の初期値を設定するステップと、
前記各要素における前記流体の前記物理量を算出するステップと、
前記流路において、複数の流線又は流跡線を生成するステップと、
前記各流線又は流跡線に沿って、前記入口断面から流入した前記粘弾性体が前記出口断面から流出するまでの間に受けた伸長変形の度合いを示す累積伸長ひずみΕを前記算出された物理量に基づいて算出するステップと、
前記出口断面又は前記出口断面付近における前記累積伸長ひずみΕの分布を算出するステップと、
前記累積伸長ひずみΕの分布が変化するように前記内壁面の少なくとも一部の初期形状を変更するステップと、
を実行させる、管路の設計プログラム。
It is a design program of a pipeline through which a viscoelastic body flows,
On the computer
Setting an initial shape of the inner wall surface of the pipeline;
Modeling the visco-elastic body as a fluid;
Dividing the flow path defined by the inner wall surface into predetermined elements;
Setting boundary conditions in the inlet cross section and the outlet cross section defined by the inner wall surface and the inner wall surface;
Setting an initial value of a physical quantity including the velocity and pressure of the fluid in each of the elements;
Calculating the physical quantity of the fluid in each of the elements;
Generating a plurality of streamlines or trajectories in the flow path;
The accumulated elongation strain 示 す, which indicates the degree of the elongation deformation received during the time when the visco-elastic body flowing from the inlet cross section flows out from the outlet cross section, is calculated along the streamlines or the trajectories. Calculating based on physical quantities;
Calculating a distribution of the accumulated elongation strain Ε at or near the outlet cross section;
Changing an initial shape of at least a part of the inner wall surface so as to change a distribution of the accumulated elongation strain 変 化;
A pipeline design program that lets you run
粘弾性体が流動する管路の評価方法であって、
前記管路の内壁面の形状をモデル化するステップと、
前記粘弾性体を流体としてモデル化するステップと、
前記内壁面によって規定される流路を所定の要素に分割するステップと、
前記内壁面、前記内壁面によって規定される入口断面及び出口断面における境界条件を設定するステップと、
前記各要素における前記流体の速度、圧力を含む物理量の初期値を設定するステップと、
前記各要素における前記流体の前記物理量を算出するステップと、
前記流路において、複数の流線又は流跡線を生成するステップと、
前記各流線又は流跡線に沿って、前記入口断面から流入した前記粘弾性体が前記出口断面から流出するまでの間に受ける伸長変形の度合いを示す累積伸長ひずみΕを前記算出された物理量に基づいて算出するステップと、
前記出口断面又は前記出口断面付近における前記累積伸長ひずみΕの分布を算出するステップと、
前記累積伸長ひずみΕの分布のバラツキを所定の閾値に基づいて評価するステップと、
を備える、管路の評価方法。
It is an evaluation method of a pipeline through which a viscoelastic body flows, and
Modeling the shape of the inner wall surface of the pipeline;
Modeling the visco-elastic body as a fluid;
Dividing the flow path defined by the inner wall surface into predetermined elements;
Setting boundary conditions in the inlet cross section and the outlet cross section defined by the inner wall surface and the inner wall surface;
Setting an initial value of a physical quantity including the velocity and pressure of the fluid in each of the elements;
Calculating the physical quantity of the fluid in each of the elements;
Generating a plurality of streamlines or trajectories in the flow path;
The calculated physical quantity is a cumulative elongation strain 示 す, which indicates the degree of elongation and deformation that the visco-elastic body that has flowed in from the inlet cross section along the streamlines or the trajectory line receives during the time it flows out from the outlet cross section. Calculating on the basis of
Calculating a distribution of the accumulated elongation strain Ε at or near the outlet cross section;
Evaluating the variation in the distribution of the accumulated strain strain based on a predetermined threshold value;
A method of evaluating a conduit comprising:
JP2017222252A 2017-11-17 2017-11-17 Viscoelastic conduit design method, design program, and evaluation method Active JP6930392B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017222252A JP6930392B2 (en) 2017-11-17 2017-11-17 Viscoelastic conduit design method, design program, and evaluation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017222252A JP6930392B2 (en) 2017-11-17 2017-11-17 Viscoelastic conduit design method, design program, and evaluation method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019093566A true JP2019093566A (en) 2019-06-20
JP6930392B2 JP6930392B2 (en) 2021-09-01

Family

ID=66970584

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017222252A Active JP6930392B2 (en) 2017-11-17 2017-11-17 Viscoelastic conduit design method, design program, and evaluation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6930392B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112836450A (en) * 2021-02-22 2021-05-25 徐远禄 Flow channel section body type, design method thereof, storage medium and computer equipment
JP2022542735A (en) * 2020-06-18 2022-10-07 中国長江三峡集団有限公司 How to calculate the distribution of head loss coefficients and branch pipe discharges for multi-point intakes

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013184367A (en) * 2012-03-07 2013-09-19 Sumitomo Rubber Ind Ltd Method and device for simulation of plastic material extrusion
JP2017189957A (en) * 2016-04-15 2017-10-19 横浜ゴム株式会社 Viscoelastic body simulation method, viscoelastic body simulation apparatus, and program

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013184367A (en) * 2012-03-07 2013-09-19 Sumitomo Rubber Ind Ltd Method and device for simulation of plastic material extrusion
JP2017189957A (en) * 2016-04-15 2017-10-19 横浜ゴム株式会社 Viscoelastic body simulation method, viscoelastic body simulation apparatus, and program

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022542735A (en) * 2020-06-18 2022-10-07 中国長江三峡集団有限公司 How to calculate the distribution of head loss coefficients and branch pipe discharges for multi-point intakes
CN112836450A (en) * 2021-02-22 2021-05-25 徐远禄 Flow channel section body type, design method thereof, storage medium and computer equipment
CN112836450B (en) * 2021-02-22 2024-04-16 徐远禄 Flow channel section body shape, method of designing the same, storage medium, and computer apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP6930392B2 (en) 2021-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Heller et al. Planar deposition flow modeling of fiber filled composites in large area additive manufacturing
Ghoreishy A state-of-the-art review on the mathematical modeling and computer simulation of rubber vulcanization process
WO2013042600A1 (en) Stress-strain relation simulation method, stress-strain relation simulation system, and stress-strain relation simulation program which use chaboche model
JP6930392B2 (en) Viscoelastic conduit design method, design program, and evaluation method
JP4800776B2 (en) Viscoelastic fluid flow simulation method
JP5498523B2 (en) Method and apparatus for simulation of extrusion of plastic material
Ngamaramvaranggul et al. Viscoelastic simulations of stick‐slip and die‐swell flows
Barborik et al. Effect of die exit stress state, Deborah number, uniaxial and planar extensional rheology on the neck-in phenomenon in polymeric flat film production
Mu et al. Continuous modeling and simulation of flow-swell-crystallization behaviors of viscoelastic polymer melts in the hollow profile extrusion process
Alonzo-García et al. Computational fluid dynamics in turbulent flow applications
Ko et al. Prediction of fiber orientation in the thickness plane during flow molding of short fiber composites
JP5623859B2 (en) Elastic response performance prediction method, design method, and elastic response performance prediction apparatus for rubber products
de Miranda et al. Analysis of numerical modeling strategies to improve the accuracy of polymer injection molding simulations
Dai et al. Inverse designing simulation of extrusion die of auto rubber seal and verifications
Sharma et al. Computational fluid dynamics modeling of multicomponent elastomeric complex profile while flowing through extrusion die
Gupta Estimation of elongational viscosity of polymers from entrance loss data using individual parameter optimization
Pepliński et al. Design of extrusion die for plastic profile using ansys polyflow software
Lebaal et al. Design of optimal extrusion die for a range of different materials
Mu et al. Numerical study of nonisothermal polymer extrusion flow with a differential viscoelastic model
EP3511149B1 (en) Curvature deformation prevention design method for resin molded article, program, recording medium, and curvature deformation prevention design apparatus for resin molded article
Wang et al. Effects of local fiber orientation state on thermal-mechanical behaviors of composite parts made by large area polymer deposition additive manufacturing
JP2003320577A (en) Numeral value analyzing method and device for blow- molding material behavior
JP7469644B2 (en) Parameter determination method
JP7320153B1 (en) Internal bubble estimation device and cross-linking reaction simulation device
JP6950477B2 (en) Simulation method of viscoelastic material

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200918

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210511

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210512

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210615

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210713

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210726

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6930392

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150