JP3314082B2 - How to create a tire finite element model - Google Patents

How to create a tire finite element model

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JP3314082B2 JP2001129940A JP2001129940A JP3314082B2 JP 3314082 B2 JP3314082 B2 JP 3314082B2 JP 2001129940 A JP2001129940 A JP 2001129940A JP 2001129940 A JP2001129940 A JP 2001129940A JP 3314082 B2 JP3314082 B2 JP 3314082B2
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To precisely simulate the performance of a tire. SOLUTION: This method for preparing a tire finite element model for preparing a tire finite element model obtained by dividing a tire to be evaluated into a finite large number of elements includes: processing for dividing a tire body part, where a code reinforcing material including the carcass and a belt, a rubber part including side wall rubber and bead rubber and a bead core are formed continuously in the peripheral direction of the tire and in the state of the same cross section on the basis of a finite element method to set a tire body element model; processing for setting a tread pattern part element model obtained by dividing the tread pattern of the tire into the infinitely large number of elements through the whole periphery of the peripheral direction of the tire; and processing for connecting the tread pattern part element model to the tire body part element model.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、精度良くタイヤ性
能をシミュレートしうるのに役立つタイヤ有限要素モデ
ルの作成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for creating a tire finite element model which is useful for accurately simulating tire performance.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
タイヤの開発は、試作品を作り、それを実験し、実験結
果から改良品をさらに試作するという繰り返し作業で行
われていた。この方法では、試作品の製造や実験に多く
の費用と時間を要するため、開発効率の向上には限界が
ある。かかる問題点を克服するために、近年では近似解
析手法などを用いたコンピューターシミューションによ
り、タイヤを試作しなくてもある程度の性能を予測・解
析する方法が提案されている。
2. Description of the Related Art
The development of tires was an iterative process of creating prototypes, testing them, and producing further prototypes based on the results of the experiments. This method requires a lot of cost and time for prototype production and experimentation, and thus limits the improvement of development efficiency. In order to overcome such a problem, a method of predicting and analyzing a certain level of performance without prototyping a tire by computer simulation using an approximate analysis method or the like has recently been proposed.

【0003】コンピュータシミュレーションには、種々
の解析法が用いられ、例えば有限要素法を用いたものが
良く知られている。有限要素法(Finite Element Metho
d )は、構造物を有限要素と呼ばれる有限の大きさの多
数の領域に分割し、各有限要素に比較的簡単な特性を与
えて系全体を解析する手法である。
[0003] Various analysis methods are used in computer simulation. For example, a method using a finite element method is well known. Finite Element Metho
d) is a method in which a structure is divided into a large number of areas of finite size called finite elements, and each finite element is given relatively simple characteristics to analyze the entire system.

【0004】従来のタイヤ性能の有限要素法による解析
は、タイヤの非転動状態での荷重負荷解析であったり、
またトレッドパターンについては、溝のない、いわゆる
プレーントレッドが多く、タイヤのトレッドパターン全
てを有限要素にモデル化したものは知られていない。ま
た、タイヤの内部には、カーカス、ベルトなどのコード
材を角度を変えて積層した補強層などが設けられるが、
これらについても1枚の平面シェル要素などで簡略モデ
ル化した解析がほとんどであった。
The conventional analysis of tire performance by the finite element method is a load analysis in a non-rolling state of a tire,
As for the tread pattern, there are many so-called plain treads without grooves, and there is no known tread pattern in which all tread patterns of a tire are modeled as finite elements. In addition, inside the tire, there is provided a reinforcing layer or the like in which cord materials such as a carcass and a belt are stacked at different angles.
Most of these analyzes were simplified models using a single plane shell element.

【0005】このため、これまでのシミュレーションで
は、タイヤの挙動をおおまかに予測・解析することはで
きるが、製品に付するトレッドパターンによる影響につ
いては解析不能であった。
[0005] For this reason, in the conventional simulation, the behavior of the tire can be roughly predicted and analyzed, but the influence of the tread pattern applied to the product cannot be analyzed.

【0006】本発明では、評価しようとするタイヤの有
限要素モデルは、タイヤボディ部要素モデルに、これと
は別個に設定したトレッドパターン部要素モデルを結合
することを基本として、トレッドパターンを考慮に入れ
た実際の開発に適用可能な精度の良いタイヤ性能をシミ
ュレートしうるのに役立つタイヤ有限要素モデルの作成
方法を提供することを目的としている。
In the present invention, the finite element model of the tire to be evaluated is based on the fact that a tread pattern element model set separately from the tire body element model is connected to the tire tread pattern. It is an object of the present invention to provide a method for creating a tire finite element model that can be used to accurately simulate tire performance that can be applied to the actual development of the tire.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項1記
載の発明は、評価しようとするタイヤを有限個の多数の
要素に分割したタイヤ有限要素モデルを作成するタイヤ
有限要素モデル作成方法であって、カーカス、ベルトを
含むコード補強材と、サイドウォールゴム、ビードゴム
を含むゴム部と、ビードコアとがタイヤ周方向に同一断
面形状で連続するタイヤボディ部を、その回転軸を含む
子午断面の2次元形状を周方向に展開して要素分割し
イヤボディ部要素モデルを設定する処理と、タイヤ周方
向にのびる縦溝とこの縦溝と交わる向きにのびる横溝と
を有する前記タイヤのトレッドパターンを、前記タイヤ
ボディ部要素モデルよりも詳細にタイヤ周方向の全周に
亘り有限個の多数の要素に分割したトレッドパターン部
要素モデルを設定する処理と、前記タイヤボディ部要素
モデルに前記トレッドパターン部要素モデルを結合する
処理とを含むことを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a tire finite element model creating method for creating a tire finite element model in which a tire to be evaluated is divided into a finite number of elements. A tire body part in which a cord reinforcing material including a carcass and a belt, a rubber part including a side wall rubber and a bead rubber, and a bead core are continuous with the same cross-sectional shape in a tire circumferential direction, including a rotation axis thereof.
Processing to develop a two-dimensional shape of the meridional section in the circumferential direction and divide the elements to set a tire body part element model;
A vertical groove extending in the direction and a horizontal groove extending in the direction crossing this vertical groove
The tread pattern of the tire having the tire
A process of setting a tread pattern part element model divided into a finite number of elements over the entire circumference in the tire circumferential direction in more detail than the body part element model, and the tread pattern part element model in the tire body part element model And a combining process.

【0008】また請求項2記載の発明は、前記トレッド
パターン部要素モデルは、その内側の面または節点が、
前記タイヤボディ部要素モデルの面または節点に対して
その相対位置が変わらないように強制変位させるよう定
義して接合されることを特徴とする請求項1記載のタイ
ヤ有限要素モデルの作成方法である。
According to a second aspect of the present invention, in the tread pattern portion element model, an inner surface or a node thereof has
The tire finite element model creation method according to claim 1, wherein the tire body part element model is joined by being defined so as to be forcibly displaced so that its relative position does not change with respect to a surface or a node of the tire body element model. .

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の一形態を図面
に基づき説明する。本実施形態では、図13に示すよう
な乗用車用ラジアルタイヤ(以下、単にタイヤというこ
とがある。)Tの性能をシミュレートするものを例示し
ている。タイヤTは、トレッド部12からサイドウォー
ル部13を経てビード部14のビードコア15の回りで
折り返されかつコードをタイヤ周方向に対して略90度
で傾けたプライ16aからなるカーカス16と、このカ
ーカス16のタイヤ半径方向外側かつトレッド部12の
内方に配されるベルト層17とを含むコード補強材Fを
具える。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, an example is shown that simulates the performance of a radial tire T for a passenger car (hereinafter, may be simply referred to as a tire) T as shown in FIG. The tire T has a carcass 16 composed of a ply 16a having a cord folded from the tread portion 12 through the sidewall portion 13 around the bead core 15 of the bead portion 14 and having a cord inclined at substantially 90 degrees with respect to the tire circumferential direction. And a belt layer 17 disposed outside the tire radial direction and inside the tread portion 12.

【0010】前記ベルト層17は、本例ではタイヤ周方
向に対して20度の角度で並列された内、外2枚のベル
トプライ17A、17Bが前記コードが交差する向きに
積層されて構成される。また本例では、前記ベルト層1
7のタイヤ半径方向外側に、ナイロンコードをタイヤ周
方向に実質的に平行に配列したバンド層19を具え、高
速走行時のベルト層17のリフティングを防止してい
る。なおバンド層19は例えば、ベルト層17の両端部
を覆うエッジバンドと、ベルト層17の略全巾を覆うフ
ルバンドとを具える。
In the present embodiment, the belt layer 17 is formed by laminating two inner and outer belt plies 17A and 17B in a direction in which the cords intersect at an angle of 20 degrees with respect to the tire circumferential direction. You. In this example, the belt layer 1
7, a band layer 19 in which nylon cords are arranged substantially parallel to the tire circumferential direction is provided on the outer side in the tire radial direction to prevent lifting of the belt layer 17 during high-speed running. The band layer 19 includes, for example, an edge band covering both end portions of the belt layer 17 and a full band covering almost the entire width of the belt layer 17.

【0011】なお前記カーカス16は、例えばポリエス
テルなどの有機繊維コードを、またベルトプライ17
A、17Bはスチールコードを、それぞれシート状のト
ッピングゴムにより被覆されて構成されている。なおコ
ード補強材Fには、これらカーカス16、ベルト層1
7、バンド層19の他、ビード部14の剛性を補強する
ビード補強フィラーなどを必要に応じて含ませることが
できる。
The carcass 16 is made of, for example, an organic fiber cord such as polyester, and a belt ply 17.
A and 17B are each configured by covering a steel cord with a sheet-like topping rubber. The cord reinforcing material F includes the carcass 16 and the belt layer 1.
7. In addition to the band layer 19, a bead reinforcing filler for reinforcing the rigidity of the bead portion 14 and the like can be included as necessary.

【0012】またタイヤTは、前記各コード補強材Fの
外側に、トレッドゴム20、サイドウォールゴム21、
ビードゴム22などを具える。前記トレッドゴム20
は、本例では前記ベルト層17の半径方向外側に配さ
れ、タイヤ子午断面において縦溝G1の溝底ラインを通
りトレッド部12の表面に略沿ってのびるトレッド部ベ
ースゴム20aと、その外側に配され路面と接触して様
々な力を伝達するトレッド部キャップゴム20bとから
構成された2層構造を例示する。
The tire T has a tread rubber 20, a sidewall rubber 21,
A bead rubber 22 is provided. The tread rubber 20
In the present example, the tread base rubber 20a is disposed radially outside the belt layer 17 and extends substantially along the surface of the tread portion 12 through the groove bottom line of the longitudinal groove G1 in the meridional section of the tire. A two-layer structure constituted by a tread portion cap rubber 20b which is arranged and transmits various forces in contact with a road surface is illustrated.

【0013】前記サイドウォールゴム21は、タイヤの
転動時に大きく屈曲する部分であり、路面の縁石と接触
したときでもタイヤTの側部を保護するもので、例えば
前記トレッドゴム20よりも複素弾性率が小さい柔軟な
ゴムを用いるのが好ましい。また前記ビードゴム22
は、リムフランジと接触する嵌合部付近に配され、例え
ば比較的弾性率の大きくかつ耐摩耗性に優れたゴムから
構成されうる。
The sidewall rubber 21 is a portion which is largely bent when the tire rolls, and protects the side portion of the tire T even when it comes into contact with a curb on a road surface. It is preferable to use a flexible rubber having a low rate. The bead rubber 22
Is disposed in the vicinity of the fitting portion in contact with the rim flange, and may be made of, for example, rubber having a relatively large elastic modulus and excellent wear resistance.

【0014】また、トレッド部12の外表面には、例え
ばタイヤ周方向にのびる縦溝G1と、この縦溝G1に交
わる向きにのびる横溝G2などにより所定のトレッドパ
ターンが形成されている。このトレッドパターンは、タ
イヤ性能に大きく影響を与えるもので、本発明のシミュ
レーション方法では、後述するようにこのトレッドパタ
ーンのタイヤ性能への影響を解析することが可能にな
る。
On the outer surface of the tread portion 12, a predetermined tread pattern is formed by, for example, a vertical groove G1 extending in the tire circumferential direction and a horizontal groove G2 extending in a direction crossing the vertical groove G1. This tread pattern greatly affects tire performance, and the simulation method of the present invention makes it possible to analyze the influence of this tread pattern on tire performance, as described later.

【0015】本例のシミュレーション方法乃至装置で
は、評価しようとするこのようなタイヤTを、図1に示
すような有限個の多数の要素2a、2b、2c…に分割
したタイヤ有限要素モデル2で近似し、有限要素法を用
いて前記タイヤ有限要素モデル2からタイヤ性能をシミ
ュレーションするものである。
In the simulation method or apparatus of the present embodiment, such a tire T to be evaluated is divided into a finite number of elements 2a, 2b, 2c... As shown in FIG. Approximately, a tire performance is simulated from the tire finite element model 2 using a finite element method.

【0016】本シミュレーション装置は、例えば図6に
示すように、演算処理装置であるCPUと、このCPU
の処理手順などが予め記憶されるROMと、画像ないし
数値を一時的に記憶しうる作業用メモリであるRAM
と、入出力ポートと、これらを結ぶデータバスとから構
成されている。
As shown in FIG. 6, for example, the present simulation apparatus includes a CPU as an arithmetic processing unit and a CPU.
And a RAM which is a working memory capable of temporarily storing images or numerical values.
, Input / output ports, and a data bus connecting them.

【0017】また、前記入出力ポートには、本例ではタ
イヤ有限要素モデルを設定するための数値などを入力す
るキーボード、マウス等の入力手段Iと、入力結果やシ
ミュレーション結果を表示しうるディスプレイ、プリン
タなどの出力手段Oと、ハードディスク、光磁気ディス
クなどの外部記憶装置Dとが接続されている。
The input / output ports include input means I such as a keyboard and a mouse for inputting numerical values for setting a tire finite element model in this example, a display capable of displaying input results and simulation results, An output unit O such as a printer and an external storage device D such as a hard disk and a magneto-optical disk are connected.

【0018】前記ROMには、予め図7に示すようなシ
ミュレーションの処理手順などが記憶されており以下説
明する。シミュレーションが行われるタイヤ有限要素モ
デル2は、タイヤボディ部要素モデル3と、トレッドパ
ターン部要素モデル4とから構成されている。
The ROM stores in advance the processing procedures of the simulation as shown in FIG. 7 and will be described below. The tire finite element model 2 in which the simulation is performed includes a tire body part element model 3 and a tread pattern part element model 4.

【0019】前記タイヤボディ部要素モデル3は、図
1、図2に示すように、タイヤボディ部1Bを有限要素
法に基づき分割して得られるものである。またタイヤボ
ディ部1Bとは、評価すべきタイヤにおいて周方向につ
いて実質的に同じ材料でかつ同じ断面形状が連続する部
分であって、本例では前記タイヤTからトレッドゴム2
0のトレッド部キャップゴム20bを除いた部分として
いる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the tire body part element model 3 is obtained by dividing the tire body part 1B based on the finite element method. The tire body portion 1B is a portion of the tire to be evaluated that is substantially the same material and has the same cross-sectional shape in the circumferential direction. In this example, the tread rubber 2
No tread portion cap rubber 20b is removed.

【0020】このタイヤボディ部1Bは、具体的には前
記タイヤのカーカス16、ベルト層17、バンド層19
を含むコード補強材Fと、トレッドゴム20のトレッド
部ベースゴム20a、サイドウォールゴム21、ビード
ゴム22を含むゴム部と、ビードコア15とを含む。
Specifically, the tire body 1B includes a carcass 16, a belt layer 17, and a band layer 19 of the tire.
, A rubber portion including a tread base rubber 20 a, a sidewall rubber 21, and a bead rubber 22 of the tread rubber 20, and a bead core 15.

【0021】本例のシミュレーション方法では、前記タ
イヤボディ部1Bは、有限要素法に基づき有限個の要素
に分割される。有限要素法に基づく要素とは、例えば2
次元平面では四辺形要素、3次元要素としては、4面体
ソリッド要素、5面体ソリッド要素、6面体ソリッド要
素などコンピュータで用いうる要素とするのが望まし
く、これらの要素は3次元座標X−Y−Zを用いて逐一
特定されうる。
In the simulation method of this embodiment, the tire body 1B is divided into a finite number of elements based on the finite element method. An element based on the finite element method is, for example, 2
In the three-dimensional plane, it is desirable that the three-dimensional elements be computer-usable elements such as tetrahedral solid elements, pentahedral solid elements, and hexahedral solid elements, and these elements are three-dimensional coordinates XY- It can be specified one by one using Z.

【0022】前記コード補強材Fとして例えばベルト層
17の任意の微小領域は、図3に示すように、コード補
強材要素モデル5に設定される。本例ではコード補強材
Fのうちコード材cは、四辺形膜要素5a、5bにてモ
デル化され、またトッピングゴムtについては、六面体
ソリッド要素5c、5d、5eでモデル化したものを例
示している。
For example, an arbitrary minute area of the belt layer 17 as the cord reinforcing material F is set in the cord reinforcing element model 5 as shown in FIG. In this example, the cord material c of the cord reinforcing material F is modeled by quadrangular membrane elements 5a and 5b, and the topping rubber t is modeled by hexahedral solid elements 5c, 5d and 5e. ing.

【0023】前記コード材cをモデル化した前記四辺体
膜要素5aの材料定義は、その厚さを例えばコード材c
の直径とし、コード材cの配列方向と、これと直交する
方向とにおいて剛性の異なる直交異方性材料として取り
扱い、各方向の剛性は均質化しているものとして取り扱
うものを例示している。またコード補強材Fのトッピン
グゴムtを表す六面体ソリッド要素5c〜5eは、他の
ゴム部材と同様に超粘弾性材料として定義して取り扱う
ことができる。
The material definition of the tetrahedral membrane element 5a, which models the cord material c, is such that its thickness is, for example, the cord material c.
In the illustrated example, the material is treated as an orthotropic material having different stiffness in the arrangement direction of the cord material c and the direction orthogonal thereto, and the rigidity in each direction is treated as being homogenized. The hexahedral solid elements 5c to 5e representing the topping rubber t of the cord reinforcing material F can be defined and handled as a super viscoelastic material like other rubber members.

【0024】また、タイヤボディ部1Bのトレッド部ベ
ースゴム部10a、サイドウォールゴム21、ビードゴ
ム22、ビードコア14については、例えば六面体ソリ
ッド要素または五面体ソリッド要素でモデル化する処理
を行う。このようなモデル化は、前記入力手段Iを用い
て行うことができる。またタイヤボディ部要素モデル3
は、タイヤの回転軸を含む子午断面の2次元形状を特定
し、これを周方向に展開する形で要素分割することによ
り、比較的簡単にモデリングを行うことができる。
The tread base rubber portion 10a, the sidewall rubber 21, the bead rubber 22, and the bead core 14 of the tire body 1B are subjected to, for example, a process of modeling with a hexahedral solid element or a pentahedral solid element. Such modeling can be performed using the input means I. In addition, tire body part element model 3
Can relatively easily perform modeling by specifying a two-dimensional shape of a meridional section including a rotation axis of a tire and dividing the two-dimensional shape into elements that are developed in a circumferential direction.

【0025】このように、本例ではコード補強材Fを従
来のように1枚の平面ショル要素でモデル化するのでは
なく、コード材c、トッピングゴムtというように、そ
れぞれ材質の特性に応じてモデル化することによって、
実際の製品により近いタイヤ性能をシミュレートするこ
とが可能となる。また、各ゴム部20〜22、コード補
強材F、ビードコア14を有限要素にモデル化する際に
は、各ゴム、コードの複素弾性率、ビードコアの弾性率
などに基づき材料、剛性を定義しうる。
As described above, in the present embodiment, the cord reinforcing material F is not modeled by a single plane shoulder element as in the conventional case, but is made to correspond to the characteristics of the material, such as the cord material c and the topping rubber t. By modeling
It is possible to simulate tire performance closer to an actual product. Further, when modeling each of the rubber parts 20 to 22, the cord reinforcing material F, and the bead core 14 as finite elements, the material and rigidity can be defined based on the complex elastic modulus of each rubber, cord, bead core, and the like. .

【0026】次に、前記トレッドパターン部要素モデル
4は、タイヤのトレッドパターンをタイヤ周方向の全周
に亘り有限個の多数の要素に分割したトレッドパターン
要素部を設定する処理により得られる。このパターン要
素モデル4は、本例では前記トレッドゴムのトレッド部
キャップゴム20bをモデル化したもので、前記タイヤ
ボディ部要素モデル3とは別個に設定された後、前記タ
イヤボディ部要素モデル3に結合されるものを例示して
いる。
Next, the tread pattern part element model 4 is obtained by a process of setting a tread pattern element part obtained by dividing the tread pattern of the tire into a finite number of elements over the entire circumference in the tire circumferential direction. In this example, the pattern element model 4 is a model of the tread cap rubber 20b of the tread rubber. After being set separately from the tire body element model 3, the pattern element model 4 It illustrates what is combined.

【0027】本実施形態では、パターン要素モデル4
は、タイヤ周方向に配されるトレッド部キャップゴム2
0bを、有限個の多数の四面体要素4a、4b…で分割
したものを例示し、タイヤ全周にわたって構成される。
このようにパターン要素モデル4を、タイヤボディ部要
素モデル3と分離してモデル化することにより、本例の
ように前記タイヤボディ部要素モデル3よりも詳細に要
素化(メッシュ化)でき、トレッドパターンの影響をよ
り詳しく解析しうる点で好ましい。また、タイヤの内部
構造を同じとし、トレッドパターンのみ異なる種々のタ
イヤについては、トレッドパターン部要素モデル4のみ
を設定し、タイヤボディ部要素化モデル用3については
これを共用化でき、さらに開発効率を向上しうる利点が
ある。
In this embodiment, the pattern element model 4
Is the tread cap rubber 2 arranged in the tire circumferential direction.
0b is divided by a finite number of tetrahedral elements 4a, 4b,... And is formed over the entire circumference of the tire.
In this way, the pattern element model 4 is modeled separately from the tire body part element model 3 to form a more detailed element (mesh formation) than the tire body part element model 3 as in this example . This is preferable because the influence of the tread pattern can be analyzed in more detail. In addition, for various tires having the same internal structure and different tread patterns, only the tread pattern element model 4 is set, and the tire body element model 3 can be used in common. There is an advantage that can be improved.

【0028】そして、本実施形態では前記タイヤボディ
部要素モデル3に、前記トレッドパターン部要素モデル
4を結合する処理を行うことにより、タイヤ有限要素モ
デル2を完成させる。なお図5に示すように、トレッド
パターン部要素モデル4の内側の面または節点は、タイ
ヤボディ部要素モデル3の面または節点に対してその相
対位置が変わらないように強制変位させるよう定義して
接合される。
In the present embodiment, the tire finite element model 2 is completed by performing processing for connecting the tread pattern part element model 4 to the tire body part element model 3. As shown in FIG. 5, the inner surface or node of the tread pattern element model 4 is defined so as to be forcibly displaced with respect to the surface or node of the tire body element model 3 so that its relative position does not change. Joined.

【0029】次に、このタイヤ有限要素モデル2を仮想
リムに装着し仮想路面7に接地させて所定の走行条件で
前記仮想路面に対して接触又は相対移動させる走行シミ
ュレーション処理を行う。
Next, a running simulation process in which the tire finite element model 2 is mounted on a virtual rim and is brought into contact with the virtual road surface 7 to make contact with or relative to the virtual road surface under predetermined running conditions.

【0030】前記「タイヤ有限要素モデル2を仮想リム
に装着する」とは、図8に示すように、タイヤ有限要素
モデル2のリム接触域を拘束するとともに該モデル2の
ビード部のタイヤ軸方向距離Wをリム巾に強制変位させ
ることをいう。なお、タイヤ有限要素モデル2の回転軸
CLは、図8に示したようにタイヤ有限要素モデル2の
リム拘束域との相対距離rが常に一定となるよう連結固
定されている。また、仮想路面7は、平坦な四辺形剛表
面としてモデル化している。
The "mounting the tire finite element model 2 on the virtual rim" means, as shown in FIG. 8, that the rim contact area of the tire finite element model 2 is restricted and the bead portion of the model 2 is in the tire axial direction. This means that the distance W is forcibly displaced to the rim width. The rotation axis CL of the tire finite element model 2 is connected and fixed so that the relative distance r from the rim constraint area of the tire finite element model 2 is always constant, as shown in FIG. The virtual road surface 7 is modeled as a flat quadrilateral rigid surface.

【0031】前記走行シミュレーション処理での所定の
走行条件としては、例えばタイヤ有限要素モデル2の内
圧、軸荷重、スリップ角α、キャンバー角、タイヤ有限
要素モデル2と仮想路面7との間の摩擦情報などを含
む。また前記内圧は、タイヤ有限要素モデル2の内側面
にタイヤ内圧に相当する等分布荷重を作用させることに
より設定しうる。
The predetermined running conditions in the running simulation processing include, for example, the internal pressure, the axial load, the slip angle α, the camber angle of the tire finite element model 2, the friction information between the tire finite element model 2 and the virtual road surface 7. Including. The internal pressure can be set by applying an evenly distributed load corresponding to the tire internal pressure to the inner surface of the tire finite element model 2.

【0032】また「スリップ角α」とは、図9に示すよ
うに、路面の進行方向とタイヤの周方向の中心線とのな
す角をいう。一般に、このような転動状態(コーナリン
グ中)にあるタイヤは、図13に示すようにトレッド部
の接地面が時間の経過とともに路面との接触を保ちなが
ら横方向に移動する。このようにトレッド部の表面が路
面によって横方向に押され、トレッド部がせん断変形を
起こし、それによって進行方向と直角方向の力であるコ
ーナリングフォースが生じる。またキャンバー角とは、
タイヤを進行方向正面から見たときの路面とタイヤ周方
向中心線とのなす角をいう。
The "slip angle α" refers to the angle between the traveling direction of the road surface and the center line in the circumferential direction of the tire, as shown in FIG. In general, the tire in such a rolling state (during cornering) moves laterally while keeping the contact surface with the road surface over time as shown in FIG. As described above, the surface of the tread portion is pushed laterally by the road surface, and the tread portion undergoes shear deformation, thereby generating a cornering force which is a force in a direction perpendicular to the traveling direction. The camber angle is
It refers to the angle between the road surface when viewed from the front in the traveling direction and the center line in the tire circumferential direction.

【0033】そして、タイヤ有限要素モデル2を走行シ
ミュレーションする際には、例えば前記タイヤ有限要素
モデルのビード部を拘束し、内圧を作用させた後、図8
に示したように仮想路面7をタイヤ有限要素モデル2に
押しつけるか、若しくはタイヤ有限要素モデル2の回転
軸CLを仮想路面7に押し付けることにより、タイヤ有
限要素モデル2を仮想路面7と接触させて実際の使用条
件等に合わせて荷重負荷等の諸条件を設定する。
When running simulation of the tire finite element model 2 is performed, for example, the bead portion of the tire finite element model is restrained and an internal pressure is applied.
The tire finite element model 2 is brought into contact with the virtual road surface 7 by pressing the virtual road surface 7 against the tire finite element model 2 or pressing the rotation axis CL of the tire finite element model 2 against the virtual road surface 7 as shown in FIG. Set various conditions such as load according to the actual use conditions.

【0034】例えばコーナリング特性などを解析する場
合には、仮想路面7に対してタイヤ有限要素モデル2を
前記の如く接触させるとともに、スリップ角αがつくよ
うに向き換えして両者を相対移動させることによりシミ
ュレーションを行う。なおこのとき、タイヤ有限要素モ
デル2は、例えば回転軸を自由支持とした場合には、前
記仮想路面7の移動による摩擦力により転動させること
ができる。
For example, when the cornering characteristics are analyzed, the tire finite element model 2 is brought into contact with the virtual road surface 7 as described above, and the tire finite element model 2 is turned so as to have a slip angle α and relatively moved. Is simulated. At this time, the tire finite element model 2 can be rolled by the frictional force due to the movement of the virtual road surface 7 when, for example, the rotating shaft is freely supported.

【0035】なおコーナリングフォースなどをシミュレ
ートする際には、仮想路面7に対してタイヤ有限要素モ
デルが半回転以上転動させることが正確な情報を解析し
うる点で好ましい。何故ならば、タイヤのコーナリング
フォースは、時間とともに変化し、定常状態になるに
は、ある程度のタイヤの転動が必要だからである。
When simulating a cornering force or the like, it is preferable that the tire finite element model rolls a half turn or more with respect to the virtual road surface 7 because accurate information can be analyzed. This is because the cornering force of the tire changes over time and a certain amount of rolling of the tire is required to reach a steady state.

【0036】次に、本例のシミュレーションでは、前記
走行シミュレーション中のタイヤ有限要素モデル2から
所定の情報を取得する情報取得処理を行う。この処理
は、例えばタイヤ有限要素モデル2からコーナリングフ
ォース、接地面の形状又は内部応力分布を含む情報を数
値情報、ないしアニメーションなどの画像情報として取
得することができる。
Next, in the simulation of this example, an information acquisition process for acquiring predetermined information from the tire finite element model 2 during the running simulation is performed. In this processing, for example, information including the cornering force, the shape of the ground contact surface, or the internal stress distribution can be obtained from the tire finite element model 2 as numerical information or image information such as animation.

【0037】本シミュレーションは、有限要素法により
行われる。一般に、有限要素モデルに各種の境界条件を
与え、その系全体の力、変位などの情報を取得する手順
については、よく知られている公知の例に従い行うこと
ができる。なお本例の計算のアルゴリズムは、陽解法で
ある。例えば、要素の形状、要素の材料特性、例えば密
度、ヤング率、減衰係数などをもとに、要素の質量マト
リックスM、剛性マトリックスK、減衰マトリックスC
を作成する。
This simulation is performed by the finite element method. In general, a procedure for giving various boundary conditions to a finite element model and acquiring information such as force and displacement of the entire system can be performed according to a well-known example. The algorithm of the calculation in this example is an explicit method. For example, based on the shape of the element, material properties of the element, for example, density, Young's modulus, damping coefficient, etc., the element's mass matrix M, rigidity matrix K, damping matrix C
Create

【0038】前記各マトリックスを組み合わせて、シミ
ュレーションされる全体の系のマトリックスを作成す
る。また適宜境界条件をあてはめて、下記数1の運動方
程式を作成する。
The matrices of the entire system to be simulated are created by combining the above matrices. Also, by appropriately applying the boundary conditions, the following equation of motion is created.

【数1】 (Equation 1)

【0039】この数1を微小時間tごとにCPUにて逐
次計算することによりシミュレーションを行ないうる。
前記逐次計算の微小時間tは、全ての要素について応力
波の伝達時間を計算し、その最小時間の0.9倍以下の
時間とするのが好ましい。
A simulation can be performed by sequentially calculating the equation (1) every minute time t by the CPU.
It is preferable that the minute time t in the successive calculation is a time that is 0.9 times or less the minimum time of calculating the transmission time of the stress wave for all elements.

【0040】タイヤには、コーナリングフォース、制動
性能、ノイズ性能、摩耗性能、転がり抵抗性能など多く
の性能が要求され、特にこれらのタイヤ性能を解析する
ためには、タイヤを転動させるシミュレーションが必要
となる。本シミュレーションでは、タイヤボディ部要素
モデル2、トレッドパターン部要素モデル3がいずれも
周方向に連続するため転動シミュレーションが可能であ
り、コーナリング性能や摩耗性能、さらに、減衰の効果
を考慮すれば振動性能、流体との連成によりハイドロプ
レーニング性能についての予測・解析が可能となる。
Tires are required to have many performances such as cornering force, braking performance, noise performance, abrasion performance, and rolling resistance performance. In particular, in order to analyze these tire performances, a simulation of rolling the tires is required. Becomes In this simulation, the rolling simulation can be performed because the tire body part element model 2 and the tread pattern part element model 3 are both continuous in the circumferential direction. If the cornering performance, the wear performance, and the damping effect are taken into consideration, the vibration may be reduced. Prediction and analysis of hydroplaning performance are possible by coupling with performance and fluid.

【0041】以上、詳述したが、本発明は上記実施形態
に限定されるものではなく、例えばタイヤボディ部1B
はベルト層までとし、トレッド部ベースゴム20aをト
レッドパターン部に含ませるなど、種々の態様に変形し
うる。
Although the present invention has been described in detail, the present invention is not limited to the above embodiment.
Can be deformed in various modes, such as up to the belt layer and including the tread base rubber 20a in the tread pattern portion.

【0042】[0042]

【実施例】今回シミュレーションを行ったタイヤは、2
35/45ZR17LMG02(住友ゴム工業株式会社
製)であり、コーナリングフォース、コーナリング中の
トレッド面、内部応力分布である。このタイヤの有限要
素モデルは図1に示したものと同じであり、節点数は4
3896、要素数は76359である。
[Example] The tires simulated this time were 2
35 / 45ZR17LMG02 (manufactured by Sumitomo Rubber Industries, Ltd.), showing the cornering force, the tread surface during cornering, and the internal stress distribution. The finite element model of this tire is the same as that shown in FIG.
3896 and the number of elements is 76359.

【0043】また仮想路面は平坦な剛表面としてモデル
化した。そしてタイヤ有限要素モデルのビード部を拘束
し、タイヤ内圧荷重を作用させた後、仮想路面をタイヤ
モデルに押しつけて荷重負荷し、路面をタイヤに対して
スリップ角がつくように移動させてシミュレーションを
行った。タイヤ有限要素モデルは回転軸をフリーとして
おり、路面の移動による摩擦力により転動する。タイヤ
と路面の摩擦係数は、静動摩擦とともに1.0とした。
路面の移動速度は時速20km/hとした。
The virtual road surface was modeled as a flat rigid surface. After restraining the bead part of the tire finite element model and applying the tire internal pressure load, the virtual road surface is pressed against the tire model to apply the load, and the road surface is moved so as to have a slip angle with respect to the tire, and the simulation is performed. went. The tire finite element model has a free rotation axis and rolls due to frictional force due to the movement of the road surface. The coefficient of friction between the tire and the road surface was set to 1.0 together with static friction.
The traveling speed of the road surface was 20 km / h.

【0044】本シミュレーションでは、スリップ角αと
して0、1、2、4deg を設定し、コーナリングシミュ
レーションを行った。この結果を図10に示す。
In this simulation, cornering simulations were performed with the slip angles α set to 0, 1, 2, and 4 deg. The result is shown in FIG.

【0045】図10から明らかなように、スリップ角を
つけて路面移動して約0.15秒後にはコーナリングフ
ォースがほぼ安定して得られていることが解る。これは
タイヤの回転数に換算すると約半回転弱である。したが
って、コーナリングフォースをシミュレーションするた
めには、少なくともタイヤをこの程度転動させることが
必要であり、そのためにはトレッドパターンをタイヤの
全周に具えることが好ましいものであることが解った。
As is apparent from FIG. 10, the cornering force can be obtained almost stably about 0.15 seconds after the road surface is moved with the slip angle. This is less than about a half turn when converted to the number of rotations of the tire. Therefore, in order to simulate the cornering force, it is necessary to roll the tire at least to this extent, and it has been found that it is preferable to provide a tread pattern all around the tire for that purpose.

【0046】また、本シミュレーションによるコーナリ
ングフォースと、ドラム試験機を用いた実測による定常
コーナリングフォース(Experiment) とはほぼ一致して
おり、このシミュレーションの精度の高さが確認でき
た。なお本シミュレーションでは、スリップ角0deg で
コーナリングフォースが若干発生しているが、これは主
として、ベルト層がバイアス積層された構造をなすた
め、そのカップリング効果により起こるプライステア現
象が現れたものと見ることができる。このようなプライ
ステア現象までの本シミュレーションにおいて忠実に表
現されており、精度の高さが窺える。
The cornering force obtained by this simulation almost coincides with the steady cornering force (experiment) actually measured using a drum tester, and the accuracy of this simulation was confirmed. In this simulation, a slight cornering force was generated at a slip angle of 0 deg. This is mainly because a belt layer was bias-laminated and the plysteer phenomenon caused by the coupling effect appeared. be able to. The simulation up to such a plysteer phenomenon is faithfully represented in the present simulation, indicating a high accuracy.

【0047】次に、スリップ角4deg におけるコーナリ
ング時の接地中心断面応力分布を解析した結果を図12
に示す。これより、コーナリング内側のタイヤ側面に大
きな引張応力(ドット部分)が発生していることが判っ
た。また、このときのトレッド部の接地圧分布を図11
に示す。これより、トレッド部の後方のタイヤ中央部の
ブロックでの変形が大きく、接地圧も高い(ドット部
分)ことがわかる。なお今までのところ、実車を用いた
タイヤ転動中の接地圧分布は、実験計測は不可能である
が、本シミュレーションではこれを知ることができる。
このようなデータを採取することにより、タイヤのトレ
ッドパターンの、どの部分にどのような力が働くかを詳
細に解析することができ、タイヤパターン設計を効率よ
く行え、非常に有用なものである。本シミュレーション
は、スーパーコンピューターを使って約40時間のCP
U計算時間を要した。
Next, FIG. 12 shows the result of analysis of the stress distribution at the center of contact at cornering at a slip angle of 4 deg.
Shown in From this, it was found that a large tensile stress (dot portion) was generated on the tire side surface inside the cornering. FIG. 11 shows the contact pressure distribution of the tread at this time.
Shown in From this, it can be seen that the deformation in the block at the center of the tire behind the tread portion is large and the contact pressure is high (dot portion). In the meantime, the contact pressure distribution during the rolling of the tire using the actual vehicle cannot be measured experimentally, but this simulation can know this.
By collecting such data, it is possible to analyze in detail what kind of force acts on which part of the tread pattern of the tire, and it is possible to efficiently design the tire pattern, which is very useful. . This simulation was conducted using a supercomputer for approximately 40 hours of CP.
U calculation time was required.

【0048】[0048]

【発明の効果】上述したように、本発明では、タイヤ周
方向に同一断面が連続するタイヤボディ部要素モデル
に、トレッドパターンを全周にわたって有限要素化した
トレッドパターン部要素モデルを備えるため、このタイ
ヤ有限要素モデルを用いて走行シミュレーションを行う
ことにより、トレッドパターンの影響などを含め、精度
の良いタイヤ性能をシミュレートでき、開発効率を高め
るのに役立つ。またタイヤボディ部要素モデルは、その
回転軸を含む子午断面の2次元形状を周方向に展開する
形で要素分割することにより、比較的簡単にモデリング
を行うことができる。
As described above, in the present invention, the tread pattern element model in which the tread pattern is finite over the entire circumference is provided in the tire body element model having the same cross-section in the tire circumferential direction. By performing the running simulation using the tire finite element model, it is possible to simulate the tire performance with high accuracy, including the influence of the tread pattern, and to help improve the development efficiency. The tire body element model is
Expand the two-dimensional shape of the meridional section including the rotation axis in the circumferential direction
Modeling is relatively easy by dividing elements into shapes
It can be performed.

【0049】また、トレッドパターン部要素モデルを、
タイヤボディ部要素モデルと分離してモデル化し、しか
タイヤボディ部要素モデルよりもパターン要素モデル
をより詳細に要素化(メッシュ化)しているため、トレ
ッドパターンの影響をより詳しく解析しうる点で好まし
いものとなる。さらにタイヤの内部構造を同じとし、ト
レッドパターンのみ異なる種々のタイヤについては、ト
レッドパターン部要素モデルのみを設定し、タイヤボデ
ィ部要素化モデル用についてはこれを共用化でき、さら
に開発効率を向上しうる利点がある。
The tread pattern element model is
Modeled separately from the tire body element model ,
Also, since the pattern element model is elementized (meshed) in more detail than the tire body part element model, it is preferable in that the influence of the tread pattern can be analyzed in more detail. Furthermore, for various tires with the same internal structure and different tread patterns, only the tread pattern element model is set, and for the tire body element model, this can be shared, further improving development efficiency. There are advantages.

【0050】また請求項2記載の発明のように、前記ト
レッドパターン部要素モデルは、その内側の面または節
点が、前記タイヤボディ部要素モデルの面または節点に
対してその相対位置が変わらないように強制変位させる
よう定義して接合されることにより、トレッドパターン
部要素モデルとタイヤボディ部要素モデルとを精度良く
一体化できる。
Further, as in the second aspect of the present invention, in the tread pattern part element model, the relative position of the inner surface or the node with respect to the surface or the node of the tire body part element model does not change. The tread pattern part element model and the tire body part element model can be integrated with high precision by defining and joining them so as to be forcibly displaced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のタイヤ有限要素モデルの斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view of a tire finite element model of the present invention.

【図2】タイヤボディ部要素モデルの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a tire body part element model.

【図3】コード補強材の要素モデル化を示す概念図であ
る。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing element modeling of a cord reinforcing material.

【図4】トレッドパターン部要素モデルの斜視図であ
る。
FIG. 4 is a perspective view of a tread pattern part element model.

【図5】タイヤ有限要素モデルの変形を例示する線図で
ある。
FIG. 5 is a diagram illustrating a modification of the tire finite element model.

【図6】本例のシミュレーション装置の実施形態を示す
ブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment of a simulation device of the present example.

【図7】本実施形態の処理手順を示すフローチャート図
である。
FIG. 7 is a flowchart illustrating a processing procedure according to the embodiment;

【図8】タイヤ有限要素モデルを仮想路面に接地させた
断面の概念図である。
FIG. 8 is a conceptual diagram of a cross section in which a tire finite element model is grounded on a virtual road surface.

【図9】タイヤ有限要素モデルを仮想路面に接地させた
平面の概念図である。
FIG. 9 is a conceptual diagram of a plane in which a tire finite element model is grounded on a virtual road surface.

【図10】コーナリングフォースのシミュレーション結
果を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing a simulation result of a cornering force.

【図11】コーナリング中のタイヤ有限要素モデルのト
レッド面を示す線図である。
FIG. 11 is a diagram showing a tread surface of a tire finite element model during cornering.

【図12】コーナリング中のタイヤ有限要素モデルの断
面を示す線図である。
FIG. 12 is a diagram showing a cross section of a tire finite element model during cornering.

【図13】タイヤの断面図である。FIG. 13 is a sectional view of a tire.

【図14】コーナリングフォースを説明する線図であ
る。
FIG. 14 is a diagram illustrating a cornering force.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

T タイヤ 2 タイヤ有限要素モデル 3 タイヤボデイ部要素モデル 4 トレッドパターン部要素モデル 5 コード補強材要素モデル 7 仮想路面 T tire 2 tire finite element model 3 tire body part element model 4 tread pattern part element model 5 cord reinforcement element model 7 virtual road surface

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−91469(JP,A) A Kamoulakos et a l.,Transient Respo nse of a Rotating Tire under Multipl e Imapacts with a Road Bump Using PA M−SHOCK,Proceeding s of 1996 PAM Users Conference in Asi a,日本,1996年11月14日,p181−200 B.G.Kao et al.,Ti re Transient Analy sis with an Explic it Finite Element Program,Tire Scien ce and Technology, 米国,The Tire Societ y,vol.25,no.4,Octob er−December 1997,p230 −244 R.Gall et al.,Som e Nctcs on the Fin ite Element Analys is of Tires,Tire S cience and Technol ogy,米国,The Tire So ciety,vol.23,no.3,J ulv−September 1995,p 175−188 G.Meschke et al., 3D Simulations of Automobile Tires:M aterial Modeling,M esh Generation and Solution Strategi es,Tire Science an d Technology,米国,Th e Tire Society,vo l.25,no.3,July−Sept ember 1997,p154−176 東洋ゴム工業も「タイヤ最適化設計技 術」を発表 DSOC▲II▼,月刊タ イヤ,日本,月刊タイヤ社,1995年7月 1日,1995年7月号,p54−65 最新タイヤテクノロジー TOYO統 合最適化タイヤ設計技術「DSOC▲I I▼」,MOTOR FAN,日本,三 栄書房,1995年8月1日,1995年8月号 no.644,p195−199 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06F 17/50 612 Continuation of the front page (56) References JP-A-9-91469 (JP, A) A Kamoulakos et al. , Transient Response of a Rotating Tire undermultiple Imapacts with a Load Bump Using PA M-SHOCK, Proceedings of 1996 P.A. G. FIG. Kao et al. , Tire Transient Analysis with an Exciting Finite Element Program, Tire Science and Technology, The United States, The Tire Society, vol. 25, no. 4, October-December 1997, p230-244. Gall et al. , Some Nctcs on the Finite Element Analysis of Tires, Tire Science and Technology, USA, The Tire Society, vol. 23, no. 3, Julv-Septmber 1995, p 175-188. Meschke et al. , 3D Simulations of Automobile Tires: Material Modeling, Mesh Generation and Solution Strategies, Tire Science and Technology, United States. 25, no. 3, July-September 1997, pp. 154-176 Toyo Tire & Rubber also announced “Tire Optimization Design Technology” DSOC II, Monthly Tire, Japan, Monthly Tire Company, July 1, 1995, July 1995 Monthly Issue, p54-65 Latest Tire Technology TOYO Integrated Optimization Tire Design Technology "DSOC II", MOTOR FAN, Japan, Sanei Shobo, August 1, 1995, August 1995, no. 644, p195-199 (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G06F 17/50 612

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】評価しようとするタイヤを有限個の多数の
要素に分割したタイヤ有限要素モデルを作成するタイヤ
有限要素モデル作成方法であって、 カーカス、ベルトを含むコード補強材と、サイドウォー
ルゴム、ビードゴムを含むゴム部と、ビードコアとがタ
イヤ周方向に同一断面形状で連続するタイヤボディ部
、その回転軸を含む子午断面の2次元形状を周方向に
展開して要素分割しタイヤボディ部要素モデルを設定す
る処理と、タイヤ周方向にのびる縦溝とこの縦溝と交わる向きにの
びる横溝とを有する 前記タイヤのトレッドパターンを、
前記タイヤボディ部要素モデルよりも詳細にタイヤ周方
向の全周に亘り有限個の多数の要素に分割したトレッド
パターン部要素モデルを設定する処理と、 前記タイヤボディ部要素モデルに前記トレッドパターン
部要素モデルを結合する処理とを含むことを特徴とする
タイヤ有限要素モデルの作成方法。
1. A tire finite element model creating method for creating a tire finite element model in which a tire to be evaluated is divided into a finite number of elements, comprising: a cord reinforcing material including a carcass and a belt; The tire body portion in which the rubber portion including the bead rubber and the bead core are continuous with the same cross-sectional shape in the tire circumferential direction, and the two-dimensional meridional cross-section including the rotation axis thereof is formed in the circumferential direction.
Expand and divide the element to set the tire body part element model, and adjust the vertical groove extending in the tire circumferential direction and the direction
Tread pattern of the tire having a lateral groove
A process of setting a tread pattern part element model divided into a finite number of elements over the entire circumference in the tire circumferential direction in more detail than the tire body part element model; and the tread pattern part element in the tire body part element model A method of creating a tire finite element model, the method including: combining models.
【請求項2】前記トレッドパターン部要素モデルは、そ
の内側の面または節点が、前記タイヤボディ部要素モデ
ルの面または節点に対してその相対位置が変わらないよ
うに定義して接合されることを特徴とする請求項1記載
のタイヤ有限要素モデルの作成方法。
2. The tread pattern part element model has an inner surface or a node whose relative position does not change with respect to a surface or a node of the tire body part element model .
2. The method for creating a tire finite element model according to claim 1, wherein the tire finite element model is defined and joined.
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