JP3466583B2 - Simulation method for predicting the performance of products made of viscoelastic materials - Google Patents

Simulation method for predicting the performance of products made of viscoelastic materials

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【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、粘弾性材料からな
る製品の性能予測のためのシミュレーション方法に関
し、詳しくは、粘弾性材料からなる製品の性能をシミュ
レーションにより精度良く予測するシミュレーション方
法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a simulation method for predicting the performance of a product made of a viscoelastic material, and more particularly to a simulation method for accurately predicting the performance of a product made of a viscoelastic material by simulation. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】ゴムやエラストマーなどの高分子材料に
代表される粘弾性材料は、タイヤ、スポーツ競技におい
て使用される各種ボール、印刷機に用いられるロールな
ど各種製品に広く適用されている。
Viscoelastic materials represented by polymer materials such as rubber and elastomer have been widely applied to various products such as tires, various balls used in sports competitions, and rolls used in printing machines.

【0003】上記のような粘弾性材料や金属材料等の各
種工業製品について、試作の費用と時間の節約等のため
にシミュレーションを用いた製品開発が多方面で行われ
ている。例えば、ゴルフボールの反発性能を予測するた
めに、実際の打撃試験のシミュレーション方法が提案さ
れている。
With respect to various industrial products such as the above viscoelastic materials and metallic materials, product development using simulation is being carried out in various fields in order to save the cost and time for trial manufacture. For example, in order to predict the resilience performance of a golf ball, a simulation method of an actual impact test has been proposed.

【0004】従来、上記のようなシミュレーションを行
う場合、一般に材料の剛性、粘性などを測定する粘弾性
スペクトルメーター、縦弾性係数(ヤング率)を測定す
る引張試験機などにより測定したボールの構成材料の物
性値をシミュレーションへの入力値として用いている。
特に、粘弾性スペクトルメーターでは、動的ひずみが与
えられた試験片の物性値が測定されるため、粘弾性材料
からなる製品のシミュレーションに有用である。
Conventionally, in the case of performing the above-mentioned simulation, the constituent materials of the ball generally measured by a viscoelasticity spectrometer for measuring the rigidity and viscosity of the material, a tensile tester for measuring the longitudinal elastic modulus (Young's modulus), and the like. The physical properties of are used as input values to the simulation.
In particular, the viscoelasticity spectrum meter measures the physical property values of a test piece to which a dynamic strain is applied, and is therefore useful for simulating a product made of a viscoelastic material.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た粘弾性スペクトルメーター、縦弾性係数を測定する引
張試験機などによる測定では試験片に大きな変形量を与
えることができず、測定時に、粘弾性材料からなる試験
片にかかる最大ひずみ速度は、0.001/sから1.
0/s程度と小さく、また、最大圧縮ひずみも0.00
01から0.02程度と小さな値となる。
However, a large amount of deformation cannot be given to the test piece by the measurement with the above-mentioned viscoelasticity spectrum meter, a tensile tester for measuring the longitudinal elastic modulus, etc. The maximum strain rate applied to the test piece made of is from 0.001 / s to 1.
It is as small as 0 / s and the maximum compressive strain is 0.00.
The value is as small as 01 to 0.02.

【0006】一方、粘弾性材料からなる製品は、実使用
時に外力の影響等で高速かつ大きな変形を起こす場合が
ある。例えば、ゴルフボールを構成する材料では、実際
の打撃時に、最大ひずみ速度は500/s〜5000/
s程度であり、最大圧縮ひずみは主に、0.05〜0.
50程度であり、非常に大きな値となる。
On the other hand, a product made of a viscoelastic material may undergo large deformation at high speed due to the influence of external force when it is actually used. For example, in the material forming the golf ball, the maximum strain rate is 500 / s to 5000 / s when actually hit.
s, and the maximum compressive strain is mainly 0.05 to 0.
It is about 50, which is a very large value.

【0007】このように、粘弾性スペクトルメーター、
縦弾性係数を測定する引張試験機等による測定では、上
記のような実使用条件と同様の高速かつ大きな変形条件
下での粘弾性材料の物性値を測定することはできず、実
使用時と、最大ひずみ速度及び最大圧縮ひずみが大きく
異なる。このため、粘弾性スペクトルメーター、引張試
験機等により得られた材料物性値を入力する従来のシミ
ュレーションでは、粘弾性材料物性を考慮した正確なシ
ミュレーションを行うことができないという問題があ
る。
Thus, the viscoelasticity spectrum meter,
In the measurement with a tensile tester that measures the longitudinal elastic modulus, etc., it is not possible to measure the physical property value of the viscoelastic material under the same high speed and large deformation conditions as the above-mentioned actual use conditions. , The maximum strain rate and the maximum compressive strain are very different. Therefore, there is a problem in that it is not possible to perform an accurate simulation in consideration of the physical properties of the viscoelastic material in the conventional simulation in which the physical property values of the material obtained by a viscoelastic spectrum meter, a tensile tester, etc. are input.

【0008】即ち、衝撃荷重を受ける粘弾性材料の変形
挙動は、静荷重を受ける場合とは異なり、変形量、ある
いは変形速度によって著しく大きな影響を受けることが
知られている。特にゴムやエラストマーなどに代表され
る高分子材料では、衝撃荷重により1万分あるいは1千
分の数秒という非常に高速の変形を引き起こし、且つ変
形量も数十%と非常に大きくなる。このような高速大変
形の挙動を伴う粘弾性材料は多く、製品開発を効率的に
行う上では精度の高いシミュレーションが要求されてい
る。具体的には、ゴルフボール等のように使用時に衝撃
を伴う製品では高速且つ大変形条件下での動的挙動およ
び材料の特性が製品の性能を左右するため、実使用条件
下での精度良いシミュレーションが製品開発に必要不可
欠である。
That is, it is known that the deformation behavior of a viscoelastic material subjected to an impact load is significantly influenced by the amount of deformation or the deformation speed, unlike the case of receiving a static load. In particular, a polymer material typified by rubber or elastomer causes a very high-speed deformation of 10,000 minutes or a few thousandths of a second due to an impact load, and the amount of deformation also becomes a very large value of several tens of percent. There are many viscoelastic materials with such high-speed and large-deformation behavior, and highly accurate simulations are required for efficient product development. Specifically, in products such as golf balls that are subject to impact during use, the dynamic behavior under high-speed and large-deformation conditions and material properties affect the performance of the product. Simulation is essential for product development.

【0009】また、粘弾性材料には、衝撃荷重等の外力
が加えられた場合、損失係数等の物性値がひずみ、ひず
み速度の大きさにより変化する材料がある。即ち、粘弾
性材料は、変形の速度、大きさが広範囲であるため、変
形速度や大きさによって、物性値が一次直線的でなく、
強い非線形的な変化を伴う性質がある。具体的には、外
力により材料が変形し、ひずみが大きくなるに伴い、S
−S(ひずみ−応力)曲線のループ面積が大きくなり、
損失係数等の物性値が、材料の変形状態(変形の速度、
大きさ)等により変化し非線形性を示す。粘弾性材料に
よっては、強い非線形性を持つ材料も多く、このような
粘弾性材料を用いた製品についても精度の高いシミュレ
ーションが要求されている。
Further, as the viscoelastic material, there is a material in which physical values such as a loss coefficient change according to the magnitude of strain and strain rate when an external force such as an impact load is applied. That is, since the viscoelastic material has a wide range of deformation speed and size, the physical property values are not linearly linear depending on the deformation speed and size.
There is a property with a strong nonlinear change. Specifically, as the material deforms due to external force and the strain increases, S
-The loop area of the S (strain-stress) curve increases,
The physical properties such as loss factor are the deformation state of the material (deformation speed,
It changes with the size) and shows non-linearity. Many viscoelastic materials have strong non-linearity, and highly accurate simulation is required for products using such viscoelastic materials.

【0010】しかしながら、粘弾性材料の非線形性を示
す物性、例えば、損失係数が材料の変形の速度、大きさ
によって強く非線形的に変化する現象を精度良く表現で
きる手法がなかった。従来、粘弾性材料で構成されるゴ
ルフボール等の製品については、粘弾性物性値がほとん
ど変化しないものとしてシミュレーションを行ってい
た。その結果、粘弾性材料からなる製品の実使用時の性
能をシミュレーションにより正確に予測することができ
ないという問題があり、実際には、試作品を製作するこ
とにより製品の性能を評価せざるを得ないという問題が
ある。
However, there has been no method capable of accurately expressing a physical property showing the non-linearity of a viscoelastic material, for example, a phenomenon in which the loss coefficient strongly changes non-linearly depending on the speed and size of deformation of the material. Conventionally, simulations have been performed on products such as golf balls made of a viscoelastic material assuming that the physical properties of the viscoelastic material hardly change. As a result, there is a problem that the performance of a product made of viscoelastic material in actual use cannot be accurately predicted by simulation, and in reality, the performance of the product must be evaluated by making a prototype. There is a problem that there is no.

【0011】本発明は上記した問題に鑑みてなされたも
のであり、材料物性が非線形性を示す粘弾性材料からな
る製品の実使用条件下での性能を、精度良くシミュレー
ションにより予測することを課題としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to accurately predict the performance of a product made of a viscoelastic material whose material properties are non-linear under actual use conditions by simulation. I am trying.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、粘弾性材料からなる製品の実使用状態を
想定した測定条件下で、上記粘弾性材料に生じるひず
み、ひずみ速度、応力の時々刻々の値を測定し、上記ひ
ずみ、ひずみ速度、応力の時刻歴データと、上記粘弾性
材料の粘性を考慮した粘弾性モデルとから、粘弾性材料
の粘性抵抗の時刻歴データを導出し、上記粘弾性材料か
らなる製品を解析対象の製品モデルとして設定し、該製
品モデルに上記ひずみ、ひずみ速度、粘性抵抗の関係を
入力し、上記ひずみ、ひずみ速度の違いによる粘性抵抗
の変化を考慮したシミュレーションを行い、上記粘弾性
材料からなる製品モデルの性能を予測することを特徴と
する粘弾性材料からなる製品の性能予測のためのシミュ
レーション方法を提供している。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a strain, a strain rate, and a stress generated in the viscoelastic material under measurement conditions assuming a practical use state of a product made of the viscoelastic material. The time value data of the viscoelastic material is derived from the time history data of the strain, strain rate, and stress, and the viscoelastic model considering the viscosity of the viscoelastic material. , A product made of the viscoelastic material is set as a product model to be analyzed, and the relationship between the strain, strain rate, and viscous resistance is input to the product model, and the change in viscous resistance due to the difference in strain and strain rate is considered. A simulation method for predicting the performance of a product made of a viscoelastic material, characterized by predicting the performance of a product model made of the viscoelastic material To have.

【0013】このように、粘弾性材料の粘性を考慮した
粘弾性モデルを用い粘性抵抗を導出し、ひずみ、ひずみ
速度、粘性抵抗の関係を製品モデルに入力しシミュレー
ションを行っているため、粘弾性材料の非線形性を示す
物性値が、材料の変形の速度、大きさによって非線形的
に変化する現象を精度良く表現することができる。か
つ、シミュレーションに用いられるひずみ、ひずみ速
度、応力の値は、粘弾性材料からなる製品の実使用状態
を想定した条件下で測定されているため、実際の粘弾性
材料の種々の変形状態に対応したシミュレーションを行
うことができる。従って、材料の変形状態により、ひず
み、ひずみ速度の関係が変化し、損失係数等の材料物性
が非線形性を示すような粘弾性材料からなる製品におい
ても、シミュレーションによる性能の精度良い予測を可
能にしている。
As described above, the viscoelastic resistance is derived using the viscoelastic model considering the viscosity of the viscoelastic material, and the relationship between strain, strain rate, and viscous resistance is input to the product model for simulation, so It is possible to accurately represent a phenomenon in which a physical property value indicating the non-linearity of a material changes non-linearly depending on the speed and size of deformation of the material. In addition, since the strain, strain rate, and stress values used in the simulation are measured under conditions that assume the actual usage state of products made of viscoelastic materials, they can be used for various deformation states of actual viscoelastic materials. The simulation can be performed. Therefore, the relationship between strain and strain rate changes depending on the deformed state of the material, and it is possible to accurately predict the performance by simulation even for products made of viscoelastic materials whose material properties such as loss coefficient show non-linearity. ing.

【0014】本シミュレーション方法では、粘弾性材料
からなる製品の実使用状態を想定した測定条件下で、上
記粘弾性材料に生じるひずみ、ひずみ速度、応力の時々
刻々の値を測定している。具体的には、実際の製品使用
時に製品に外力が加わり、粘弾性材料が変形した状態を
想定して測定条件を定めている。上記測定条件下で、粘
弾性材料に生じるひずみ、ひずみ速度、応力の時々刻々
の値を測定し、各時刻歴データを得ている。従って、上
記ひずみ、ひずみ速度、応力の時刻歴データから、粘弾
性材料に実使用状態を想定した外力を加わえた時の粘弾
性材料の変形状態の情報を得ることができる。これによ
り、衝撃荷重よって高速大変形な挙動を伴う粘弾性材料
についても正確に材料物性を予測することができる。
In this simulation method, the momentary values of strain, strain rate, and stress occurring in the viscoelastic material are measured under measurement conditions that assume the actual use state of the product made of the viscoelastic material. Specifically, the measurement conditions are determined assuming that the viscoelastic material is deformed by the external force applied to the product when the product is actually used. Under the above measurement conditions, the values of strain, strain rate, and stress occurring in the viscoelastic material are measured every moment to obtain time history data. Therefore, it is possible to obtain information on the state of deformation of the viscoelastic material when an external force assuming the actual use state is applied to the viscoelastic material from the time history data of strain, strain rate, and stress. As a result, it is possible to accurately predict the physical properties of a viscoelastic material accompanied by high-speed and large-deformation behavior due to impact load.

【0015】上記ひずみ、ひずみ速度、応力の時々刻々
の値は、複数の異なる測定条件下で測定するのが好まし
い。製品に加わる外力の大きさを変更し、複数のパター
ンの測定条件を設定することにより、ひずみ、ひずみ速
度、応力について種々のパターンのデータを得ることが
でき、シミュレーションの入力値の精度を向上すること
ができる。また、できる限り、多くのパターンのデータ
を得るために、上記ひずみ、ひずみ速度、応力の値は、
粘弾性材料に外力を加えて、ひずみが生じてから、ひず
みがほぼゼロになるまで測定するのが好ましく、シミュ
レーション精度の点より測定時間の間隔は短い方が良
い。
It is preferable that the values of the strain, strain rate, and stress are measured under a plurality of different measurement conditions. By changing the magnitude of the external force applied to the product and setting the measurement conditions for multiple patterns, it is possible to obtain data for various patterns regarding strain, strain rate, and stress, and improve the accuracy of the simulation input values. be able to. In addition, as much as possible, in order to obtain data for as many patterns as possible, the strain, strain rate, and stress values are
It is preferable to measure until the strain becomes almost zero after the strain is generated by applying an external force to the viscoelastic material, and the shorter measurement time interval is better from the viewpoint of simulation accuracy.

【0016】粘弾性材料の粘性を考慮した粘弾性モデル
としては、バネとダッシュポットからなる粘弾性モデル
が好ましい。このような粘弾性モデルにより、粘弾性材
料の粘性を単純化することができるため、粘性が材料の
変形状態に及ぼす影響を容易に考慮することができる。
具体的には、マックスウェル(maxwell)モデル、フォ
ークト(Voigt)モデルあるいは、さらに、複数のバ
ネ、ダッシュポットの組み合わせが挙げられる。モデル
の単純化という観点からは2要素モデルが好ましい。こ
のような粘弾性材料モデルでは、ダッシュポットの粘性
抵抗ηとバネの剛性(縦弾性係数Eあるいはせん断係
数)を可変にして用いている。せん断係数とは、縦弾性
係数(ヤング率)Eとポアソン比とにより決定される物
性値である。
As the viscoelastic model considering the viscosity of the viscoelastic material, a viscoelastic model including a spring and a dashpot is preferable. Since such a viscoelastic model can simplify the viscosity of the viscoelastic material, it is possible to easily consider the influence of the viscosity on the deformed state of the material.
Specifically, a Maxwell model, a Voigt model, or a combination of a plurality of springs and dashpots may be used. The two-element model is preferable from the viewpoint of model simplification. In such a viscoelastic material model, the viscous resistance η of the dashpot and the rigidity (longitudinal elastic modulus E or shear coefficient) of the spring are made variable. The shear modulus is a physical property value determined by the longitudinal elastic modulus (Young's modulus) E and the Poisson's ratio.

【0017】上記ひずみ、ひずみ速度、応力の各時刻歴
データと粘弾性材料の粘性を考慮した粘弾性モデルとか
ら、粘弾性材料の粘性抵抗の時刻歴データを導出してい
る。具体的には、上記粘弾性モデルにより、粘弾性材料
に生じるひずみ、ひずみ速度、及び粘弾性材料の縦弾性
係数、粘性抵抗の各関係を定式化している。このように
定式化することで、粘性抵抗をひずみ、ひずみ速度の関
数として表している。そして、上記測定により得られた
粘弾性材料に生じるひずみと応力により粘弾性材料の縦
弾性係数を導出し、ひずみ、ひずみ速度と共に、上記関
数に代入することで粘性抵抗の値を導出している。上記
測定にて、ひずみ、ひずみ速度、応力についての時刻歴
データを得ているため、粘性抵抗についても同様に、対
応する時刻歴データを得ることができる。このように、
粘性抵抗は、ひずみ、ひずみ速度の値によって決定さ
れ、その時間変化に対応して粘性抵抗も変化する。
The time history data of the viscoelastic resistance of the viscoelastic material is derived from the time history data of the strain, strain rate, and stress and the viscoelastic model considering the viscosity of the viscoelastic material. Specifically, the above-mentioned viscoelasticity model formulates the respective relationships among the strain generated in the viscoelastic material, the strain rate, the longitudinal elastic modulus of the viscoelastic material, and the viscous resistance. By formulating in this way, the viscous resistance is expressed as a function of strain and strain rate. Then, the longitudinal elastic modulus of the viscoelastic material is derived from the strain and stress generated in the viscoelastic material obtained by the above measurement, and along with the strain and the strain rate, the value of the viscous resistance is derived by substituting into the above function. . Since the time history data regarding strain, strain rate, and stress is obtained in the above measurement, corresponding time history data can be similarly obtained regarding viscous resistance. in this way,
The viscous resistance is determined by the values of strain and strain rate, and the viscous resistance also changes according to the time change.

【0018】上記粘弾性材料からなる製品を解析対象の
製品モデルとして設定し、該製品モデルを含み、速度、
拘束条件等を含んだ計算用入力データ(あるいはinput
data)に上記ひずみ、ひずみ速度、粘性抵抗の関係を入
力し、上記ひずみ、ひずみ速度の違いによる粘性抵抗の
変化を考慮したシミュレーションを行っている。シミュ
レーション計算時に製品モデルに上記ひずみ、ひずみ速
度、粘性抵抗の関係を入力しているが、具体的には、ひ
ずみとひずみ速度の関係、及び、ひずみと粘性抵抗の関
係の各2次元データを入力し、演算することができる。
また、ひずみとひずみ速度と粘性抵抗の関係を3次元デ
ータとし、粘性抵抗を関数化したデータとして入力し、
演算することもできる。
A product made of the above viscoelastic material is set as a product model to be analyzed, and the product model including the product model
Input data for calculation including constraint conditions (or input
The relationship between the strain, strain rate, and viscous resistance is input to (data), and simulation is performed in consideration of the change in viscous resistance due to the difference in strain and strain rate. The above relationship of strain, strain rate, and viscous resistance is input to the product model during simulation calculation. Specifically, each two-dimensional data of the relationship between strain and strain rate and the relationship between strain and viscous resistance is input. Can be calculated.
In addition, the relationship between strain, strain rate and viscous resistance is made into three-dimensional data, and the data is input as a function of viscous resistance.
It can also be calculated.

【0019】ひずみとひずみ速度の関係、及び、ひずみ
と粘性抵抗の関係の各2次元データは、上記各関係を用
いて、ひずみ、ひずみ速度とそれに対応する粘性抵抗を
入力データとして書き込むことになる。具体的には、複
数の測定条件にて、ひずみ、ひずみ速度等の測定を行
い、測定条件の異なる各パターンについて、ひずみ、ひ
ずみ速度の時系列データから、各々ひずみとひずみ速度
の対応関係を記録する。各々の曲線に対応する粘性抵抗
の値も記録する。これらひずみ、ひずみ速度、粘性抵抗
の3つの対応を整理することで、あるひずみ、ひずみ速
度の時の粘性抵抗を精度良く導出し、計算を行ってい
る。
For each two-dimensional data of the relationship between strain and strain rate and the relationship between strain and viscous resistance, the strain, strain rate and corresponding viscous resistance are written as input data using the above relationships. . Specifically, strain, strain rate, etc. are measured under a plurality of measurement conditions, and for each pattern under different measurement conditions, the correspondence between strain and strain rate is recorded from the time series data of strain and strain rate. To do. The value of the viscous drag corresponding to each curve is also recorded. By arranging these three correspondences of strain, strain rate, and viscous resistance, the viscous resistance at a certain strain and strain rate is accurately derived and calculated.

【0020】異なるひずみ、ひずみ速度の条件下での測
定数が多いほど精度良く粘弾性材料の物性を実現できる
ため、上記したように複数の異なった測定条件にてひず
み、ひずみ速度等の測定を行うのが好ましい。ただし、
測定データが多いほど、シミュレーションの際、計算時
間を要するため、定められた測定条件で測定した測定デ
ータと同一でないひずみ、ひずみ速度の場合には、補間
を用いて粘性抵抗を算出するのが好ましい。上記補間
は、例えば、近接するひずみ、ひずみ速度の条件下での
粘性抵抗2値からの1次補間、あるいは測定した全ての
条件下での個々の測定値を用いての補間等の種々の方法
により行うことができる。このような補間作業を行うこ
とにより、測定条件の違いによる材料に生じるひずみと
ひずみ速度の変化に対応して粘性抵抗を算出することが
できる。
Since the physical properties of the viscoelastic material can be more accurately realized as the number of measurements under different strains and strain rates is increased, the strains, strain rates, etc. can be measured under a plurality of different measurement conditions as described above. It is preferable to carry out. However,
Since more measurement data requires more calculation time during simulation, it is preferable to calculate the viscous resistance using interpolation when the strain and strain rate are not the same as the measurement data measured under the specified measurement conditions. . The above-mentioned interpolation is, for example, various methods such as linear interpolation from two values of viscous resistance under the conditions of close strain and strain rate, or interpolation using individual measured values under all measured conditions. Can be done by. By performing such an interpolation operation, the viscous resistance can be calculated corresponding to the changes in strain and strain rate that occur in the material due to the difference in measurement conditions.

【0021】上記粘弾性材料は、材料物性が非線形性を
示す材料であっても本シミュレーション方法によれば、
実使用状態を想定した材料物性及び変形挙動を正確にシ
ミュレーションすることができる。粘弾性材料の材料物
性が、一次直線的でなく、材料の変形速度や変形の大き
さによって変化を伴う強い非線形性を示す材料において
も、上記のように、粘性抵抗をひずみ、ひずみ速度の2
つの値によって決定するような粘弾性モデルを用い粘性
抵抗を算出することで、非線形性を考慮することができ
る。本シミュレーション方法では、特に、損失係数が強
い非線形性を示す材料において、精度良くシミュレーシ
ョンを行い、実使用状態を想定した製品の性能を予測す
ることができる。
According to the present simulation method, even if the viscoelastic material is a material whose physical properties are non-linear,
It is possible to accurately simulate the physical properties of materials and the deformation behavior assuming actual usage. Even in a material in which the physical properties of the viscoelastic material are not linearly linear and exhibit strong nonlinearity accompanied by changes in the deformation rate and the magnitude of deformation, as described above, the viscous resistance is strained and the strain rate is
Non-linearity can be considered by calculating the viscous drag using a viscoelastic model that is determined by two values. In this simulation method, particularly in a material exhibiting a strong nonlinearity with a loss coefficient, it is possible to accurately perform a simulation and predict the performance of a product assuming an actual use state.

【0022】本発明のシミュレーションは、以下に示す
ように有限要素法により行うのが好ましい。
The simulation of the present invention is preferably performed by the finite element method as shown below.

【0023】上記シミュレーションを有限要素法解析に
より行う際は、上記製品モデルに多数の節点と要素を設
定している。即ち、有限要素法で粘弾性材料で構成され
る製品をシミュレーションして材料物性を予測する際
に、粘弾性モデルのバネの剛性(縦弾性係数あるいはせ
ん断係数)を決定し、粘性を示す粘性抵抗を上記に示す
ように各要素ごとにその要素で生じているひずみ、ひず
み速度によって決定することで各要素ごとに適正なひず
み、ひずみ速度の条件下の材料物性を表すことができ
る。なお、縦弾性係数を入力する代わりに、ポアソン比
との関係から、せん断係数で入力しても構わない。縦弾
性係数で入力するか、せん断係数で入力するかは、有限
要素法プログラムの仕様により変更できる。
When performing the simulation by the finite element method analysis, a large number of nodes and elements are set in the product model. That is, when simulating a product composed of a viscoelastic material by the finite element method and predicting the material properties, the stiffness (longitudinal elastic modulus or shear coefficient) of the spring of the viscoelastic model is determined, and the viscous resistance indicating the viscosity is determined. As described above, by determining the strain and strain rate generated in each element for each element, it is possible to represent the material physical properties under the conditions of appropriate strain and strain rate for each element. It should be noted that instead of inputting the longitudinal elastic modulus, a shearing coefficient may be input from the relationship with the Poisson's ratio. Whether to input the longitudinal elastic coefficient or the shear coefficient can be changed according to the specifications of the finite element method program.

【0024】上記ひずみ、ひずみ速度、応力をスプリッ
トホプキンソン棒試験機により測定している。スプリッ
トホプキンソン棒試験機を用いると、試験片に高速でか
つ大変形のひずみを与えることができ、1万分あるいは
1千分の数秒という高速で且つ変形量も数十%という、
高速大変形条件下での粘弾性材料のひずみ、ひずみ速
度、応力の時系列データを得ることができる。スプリッ
トホプキンソン棒試験機の測定条件を、製品に衝撃荷重
が加わった時の粘弾性材料に生じるひずみ、ひずみ速度
と同等の条件とすれば、外力により生じた粘弾性材料の
高速大変形状態等、種々の状態に対応した粘弾性材料の
材料物性を得ることができる。従って、このスプリット
ホプキンソン棒試験機で測定された材料物性を用いるこ
とで、シミュレーションの精度を向上することができ
る。
The above strain, strain rate and stress are measured by a split Hopkinson bar tester. Using the Split Hopkinson bar tester, a test piece can be subjected to high-speed and large-deformation strain at a high speed of 10,000 minutes or several thousandths of a second, and the amount of deformation is also tens of percent.
Time series data of strain, strain rate and stress of viscoelastic material under high speed and large deformation condition can be obtained. If the measurement conditions of the split Hopkinson rod tester are strains that occur in the viscoelastic material when an impact load is applied to the product, and conditions equivalent to the strain rate, high-speed large deformation state of the viscoelastic material caused by external force, etc., It is possible to obtain the material properties of the viscoelastic material corresponding to various states. Therefore, the accuracy of the simulation can be improved by using the material properties measured by this split Hopkinson bar tester.

【0025】また、スプリットホプキンソン棒試験機
は、試験片に衝撃を加える打撃棒の衝突速度を変更する
だけで、様々なひずみ、ひずみ速度の領域での試験片の
材料物性を測定することができるため、容易に、種々の
ひずみ、ひずみ速度のパターンにおいて、材料物性を得
ることができる。
The split Hopkinson rod tester can measure the material properties of the test piece in various strain and strain rate regions simply by changing the impact speed of the striking rod that impacts the test piece. Therefore, it is possible to easily obtain material properties in various strain and strain rate patterns.

【0026】スプリットホプキンソン棒試験機は、元
来、金属材料の衝撃挙動の評価用に用いられていたが、
本発明では、スプリットホプキンソン棒試験機を、粘性
を持つ粘弾性材料の評価用に改良して用いている。スプ
リットホプキンソン棒試験機の測定方法等については後
述する。
The split Hopkinson bar tester was originally used to evaluate the impact behavior of metallic materials.
In the present invention, the split Hopkinson bar tester is modified and used for evaluation of viscous viscoelastic materials. The measuring method and the like of the split Hopkinson bar tester will be described later.

【0027】なお、試験片に高速でかつ大変形のひずみ
を与えることができ、製品が実際に使用される条件下で
のひずみ、ひずみ速度の条件下で、材料物性を測定する
ことができれば、上記スプリットホプキンソン棒以外の
測定方法により材料物性を求めても良いことは言うまで
もない。
If it is possible to apply a strain of large deformation to the test piece at a high speed and the physical properties of the material can be measured under the conditions of strain and strain rate under the conditions in which the product is actually used, It goes without saying that the physical properties of the material may be determined by a measuring method other than the split Hopkinson bar.

【0028】上記粘弾性材料からなる製品の実使用状態
を想定した測定条件下でのひずみ、ひずみ速度、応力の
測定時に、粘弾性材料に生じる、上記ひずみの最大値は
0.05〜0.50の範囲であり、あるいは/及び、上
記ひずみ速度の最大値は500/s〜10000/s、
好ましくは500/s〜5000/sの範囲であるのが
良い。上記ひずみの最大値と、ひずみ速度の最大値の範
囲は、粘弾性材料の高速大変形時に生じるひずみ、ひず
み速度の条件であるため、高速大変形時の製品の性能を
予測するには、この条件下のひずみ、ひずみ速度、応力
の3つの時系列データを用いることが好ましい。
The maximum value of the strain generated in the viscoelastic material at the time of measuring the strain, strain rate and stress under the measurement conditions assuming the actual use state of the product made of the viscoelastic material is 0.05 to 0. And / or the maximum value of the strain rate is 500 / s to 10000 / s,
It is preferably in the range of 500 / s to 5000 / s. The maximum value of the above-mentioned strain, the range of the maximum value of the strain rate, the strain that occurs during high-speed large deformation of the viscoelastic material, since the condition of the strain rate, to predict the performance of the product during high-speed large deformation, It is preferable to use three time-series data of strain, strain rate, and stress under the conditions.

【0029】上記粘弾性材料はゴルフボール用材料と
し、上記製品モデルをゴルフボールとしている。ゴルフ
ボールは、粘弾性材料から構成され、実使用時に衝撃荷
重等の外力を受け高速変形、あるいは大変形を強いられ
る製品であり、その高速、大変形状態がゴルフボール自
体の性能に大きく影響を及ぼす。このため、本発明のシ
ミュレーション方法による解析は、ゴルフボールの性能
予測に非常に有用であり、試作をせずに、ゴルフボール
の性能を精度良く予測することができるため、ゴルフボ
ールの設計の効率化を図ることができる。
The viscoelastic material is a golf ball material, and the product model is a golf ball. Golf balls are products made of viscoelastic materials that are subject to external forces such as impact loads when subjected to high-speed deformation or large deformation during actual use. The high-speed, large-deformation state has a large effect on the performance of the golf ball itself. Exert. Therefore, the analysis by the simulation method of the present invention is very useful for predicting the performance of the golf ball, and the performance of the golf ball can be predicted with high accuracy without trial production. Can be realized.

【0030】上記ゴルフボールと、ゴルフクラブヘッド
を想定した打撃物との衝突現象をシミュレーションし、
該衝突時のゴルフボールの挙動を予測している。実際に
ゴルフクラブヘッドにより、ゴルフボールが打撃された
ときと同等のひずみ、ひずみ速度、応力の条件下で、ゴ
ルフボールを構成する粘弾性材料の材料物性を予測する
ことができるため、ゴルフボールの反発係数やゴルフボ
ール打撃時のゴルフボールの変形状態等、ゴルフボール
の挙動を予測することができる。
Simulation of a collision phenomenon between the golf ball and a hitting object assuming a golf club head,
The behavior of the golf ball at the time of the collision is predicted. In practice, the golf club head can predict the material properties of the viscoelastic material that composes the golf ball under the same strain, strain rate, and stress conditions as when the golf ball is hit. It is possible to predict the behavior of the golf ball such as the coefficient of restitution and the state of deformation of the golf ball when hit.

【0031】上記ゴルフボールは、架橋ゴム層等の単体
からなる所謂1ピースゴルフボールであってもよく、架
橋ゴム層等のコアにカバーが被覆された所謂2ピースゴ
ルフボールでもよく、また、3層以上から構成されてい
てる所謂マルチピースゴルフボールであってもよく、粘
弾性材料からなるあらゆる構造のゴルフボールに適応可
能である。
The above-mentioned golf ball may be a so-called one-piece golf ball consisting of a single body such as a cross-linked rubber layer, or a so-called two-piece golf ball having a cover such as a cross-linked rubber layer covered with a cover. It may be a so-called multi-piece golf ball composed of layers or more, and is applicable to golf balls of any structure made of a viscoelastic material.

【0032】上記粘弾性材料としては、粘弾性を有する
あらゆる材料が含まれる。例えば、熱可塑性樹脂、熱硬
化性樹脂、各種エラストマー、ゴム等が挙げられ、これ
らの単体、あるいは混合物を用いることができる。ま
た、これらの単体、混合物には、着色剤、劣化防止剤、
架橋剤等の各種添加剤が、必要に応じ配合されていても
よい。製品の実使用条件下で、ひずみ、ひずみ速度、応
力を測定できる材料であれば、あらゆる材料に適応可能
である。
The viscoelastic material includes all materials having viscoelasticity. Examples thereof include thermoplastic resins, thermosetting resins, various elastomers, rubbers, and the like, and these can be used alone or as a mixture. Further, these simple substances and mixtures include a colorant, a deterioration inhibitor,
Various additives such as a cross-linking agent may be blended as necessary. It can be applied to any material as long as it can measure strain, strain rate, and stress under actual use conditions of the product.

【0033】具体的には、ゴルフボールの構成材料とし
て用いられるアイオノマー樹脂等の合成樹脂、ポリブタ
ジエン、天然ゴム、ポリイソプレン、スチレン−ブタジ
エン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体
(EPDM)等が挙げられる。
Specifically, synthetic resins such as ionomer resins used as golf ball constituent materials, polybutadiene, natural rubber, polyisoprene, styrene-butadiene copolymers, ethylene-propylene-diene copolymers (EPDM), etc. Is mentioned.

【0034】粘弾性材料からなる製品としては、ゴルフ
ボール以外に、プリンタ等の印刷機に用いられるゴムロ
ーラ、タイヤ、その他粘弾性材料からなるスポーツ用品
等が挙げられる。特に、使用時において、衝撃荷重を受
け、高速で大きな変形量を示すような製品に好適であ
り、本シミュレーション方法により製品の性能yや動的
挙動を精度良く予測することができる。
Examples of the product made of the viscoelastic material include, in addition to golf balls, rubber rollers used in printing machines such as printers, tires, and other sports goods made of the viscoelastic material. In particular, it is suitable for a product that receives an impact load and exhibits a large amount of deformation at high speed during use, and the performance y and dynamic behavior of the product can be accurately predicted by this simulation method.

【0035】また、本シミュレーション方法において
は、上記製品モデルを含む計算用入力データに上記ひず
み、ひずみ速度、縦弾性係数あるいはせん断係数を入力
し、上記ひずみ、ひずみ速度の違いによる縦弾性係数あ
るいはせん断係数を考慮することにより、シミュレーシ
ョンの精度をさらに向上させることができる。
In the present simulation method, the strain, strain rate, longitudinal elastic modulus or shear coefficient is input to the input data for calculation including the product model, and the longitudinal elastic coefficient or shear due to the difference in strain or strain rate is input. The accuracy of simulation can be further improved by considering the coefficient.

【0036】さらに、本シミュレーション方法において
は、上記粘性抵抗を、粘弾性材料に加わるひずみが圧縮
方向に増加する「負荷状態」の時と、圧縮量が徐々に減
少する「復元状態」の時とで、変更してシミュレーショ
ンを行うことができ、これにより、ひずみがある同じ値
のときでもひずみの負荷状態と除荷状態において異なる
値が導出され、シミュレーションの精度をさらに向上さ
せることもできる。
Further, in the present simulation method, the above-mentioned viscous resistance is divided into a "load state" in which the strain applied to the viscoelastic material increases in the compression direction and a "restoration state" in which the amount of compression gradually decreases. Then, the simulation can be performed by changing it, and thereby, even when the strain has the same value, different values are derived in the strain load state and the strain unload state, and the simulation accuracy can be further improved.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。本発明の第一実施形態のシミュレー
ション方法では、非線形性を示す粘弾性材料として、ゴ
ルフボールの構成材料であるブタジエンゴムを主成分と
する材料を用いている。上記ブタジエンゴムを主成分と
する材料を試験片として、粘弾性材料測定用に改良した
スプリットホプキンソン棒試験機によって、ゴルフボー
ルの実使用状態を想定した高速で大きな変形時の測定条
件下で、上記ブタジエンゴムを主成分とする材料に生じ
るひずみ、ひずみ速度、応力の時々刻々の値を測定して
いる。なお、スプリットホプキンソン棒試験機による測
定方法については、後述する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the simulation method of the first embodiment of the present invention, a material containing butadiene rubber, which is a constituent material of a golf ball, as a main component is used as a viscoelastic material exhibiting nonlinearity. Using a material containing the butadiene rubber as a main component as a test piece, a split Hopkinson rod tester improved for measuring viscoelastic materials was used under high-speed, large-deformation measurement conditions assuming actual use of a golf ball, The strain, strain rate, and stress generated in the material containing butadiene rubber as the main component are measured every moment. The measuring method using the split Hopkinson bar tester will be described later.

【0038】スプリットホプキンソン棒試験機は打撃棒
の衝突速度を変更することで様々なひずみ、ひずみ速度
の領域での材料物性を測定することができる。本実施形
態では、4パターンの衝突速度(7m/s、14m/
s、20m/s、25m/s)を採用し、4つの測定条
件下で測定を行い、それぞれの衝突パターンにてひず
み、ひずみ速度、応力の時刻歴データを得ている。上記
ひずみε、ひずみ速度ε’、応力σの各時刻歴データ
を、それぞれ図1、図2、図3に示す。
The split Hopkinson rod tester can measure the physical properties of materials in various strain and strain velocity regions by changing the impact velocity of the striking rod. In this embodiment, four patterns of collision speeds (7 m / s, 14 m / s)
s, 20 m / s, 25 m / s) is adopted, and measurement is performed under four measurement conditions, and strain, strain rate, and time history data of stress are obtained for each collision pattern. The time history data of strain ε, strain rate ε ′, and stress σ are shown in FIGS. 1, 2, and 3, respectively.

【0039】上記ひずみの時刻歴データと応力の時刻歴
データからひずみ−応力線図を描くと図4のようにな
る。図4のひずみ−応力線図において、ひずみの値が最
大時のひずみεmaxと、その時の応力σの値を用
い、下記の数式1により、各衝突パターン毎に試験片の
縦弾性係数Eを算出している。 (数式1) E=σ/εmax −−−(1) なお、本実施形態で用いたブタジエンゴムを主成分とす
る材料では、スプリットホプキンソン棒試験機において
打撃棒の衝突速度を変更しても、各衝突パターンでの縦
弾性係数は同じ値を示している。
FIG. 4 shows a strain-stress diagram drawn from the strain time history data and the stress time history data. In the strain-stress diagram of FIG. 4, using the strain ε max when the strain value is maximum and the value of the stress σ a at that time, the longitudinal elastic modulus E of the test piece for each collision pattern is calculated by the following mathematical formula 1. Is calculated. (Equation 1) E = [sigma] a / [epsilon] max --- (1) In the material containing butadiene rubber as the main component used in the present embodiment, the impact velocity of the striking rod was changed in a split Hopkinson rod testing machine. Also, the longitudinal elastic modulus in each collision pattern shows the same value.

【0040】粘弾性材料からなる製品について、粘性を
考慮したシミュレーションを行うために、粘弾性材料の
粘性を考慮した粘弾性モデルを設定している。具体的
に、本実施形態では、図5に示すような、バネとダッシ
ュポットからなる粘弾性モデルとして、基本的な2要素
のVoigtモデルを用いている。即ち、上記粘弾性材料モ
デルでは、ダッシュポットの粘性抵抗ηとバネの剛性
(縦弾性係数Eあるいはせん断係数)を可変にして用い
ている。
For a product made of a viscoelastic material, a viscoelastic model considering the viscosity of the viscoelastic material is set in order to perform a simulation in which the viscosity is taken into consideration. Specifically, in this embodiment, a basic two-element Voigt model is used as a viscoelastic model including a spring and a dashpot as shown in FIG. That is, in the viscoelastic material model, the dashpot viscous resistance η and the spring rigidity (longitudinal elastic modulus E or shear coefficient) are used in a variable manner.

【0041】図5に示すように2要素のフォークト(Vo
igt)モデルとした粘弾性モデルにて、バネで生じる応
力をσ, ダッシュポットで生じる応力をσとすると
全体で生じる応力σは以下のような数式2で表すことが
できる。 (数式2) σ=σ+σ =Eε+ηε’ −−−(2)
As shown in FIG. 5, a two-element Voigt (Vo
igt) model, the response generated by the spring
Force σ1, The stress generated in the dashpot is σTwoAnd
The overall stress σ can be expressed by the following Equation 2.
it can. (Formula 2) σ = σ1+ ΣTwo = Eε + ηε ′ −−− (2)

【0042】従って、上記数式(2)より、このような
粘弾性モデルにて粘性抵抗ηは、以下の数式(3)で表
すことができる。 (数式3) η=(σ−Eε)/ε’ −−−(3)
Therefore, from the above equation (2), the viscous resistance η can be expressed by the following equation (3) in such a viscoelastic model. (Equation 3) η = (σ−Eε) / ε ′ −−− (3)

【0043】従って、図1、図2、図3に示すひずみ
ε、ひずみ速度ε’、応力σの時刻歴データと上記の数
式3により、ひずみε,ひずみ速度ε’に対応する粘性
抵抗ηを時々刻々算出でき、図6に示すように、各衝突
速度において粘性抵抗の時刻歴データを得ている。
Therefore, the viscous resistance η corresponding to the strain ε and the strain rate ε ′ is calculated from the time history data of strain ε, strain rate ε ′ and stress σ shown in FIGS. It can be calculated moment by moment, and as shown in FIG. 6, time history data of viscous resistance is obtained at each collision velocity.

【0044】このように、上記高速大変形条件下での測
定により得られたひずみと応力より、粘弾性材料の縦弾
性係数Eを決定した後、粘性を考慮した粘弾性モデルか
ら導出した上記数式3により粘性抵抗ηを算出し、この
粘性抵抗ηをシミュレーションに適用する。
As described above, after the longitudinal elastic modulus E of the viscoelastic material is determined from the strain and stress obtained by the measurement under the high-speed large deformation condition, the above mathematical formula derived from the viscoelastic model considering the viscosity is obtained. The viscous resistance η is calculated according to 3, and this viscous resistance η is applied to the simulation.

【0045】上記ひずみの時刻歴データと粘性抵抗の時
刻歴データより、ひずみεと粘性抵抗ηとの関係を図7
に示す。また、ひずみの時刻歴データとひずみ速度の時
刻歴データより、ひずみεとひずみ速度ε’との関係を
図8に示す。このように、粘性抵抗ηは、ひずみε、ひ
ずみ速度ε’によって変化するため、粘性抵抗はひずみ
ε、ひずみ速度ε’によって決定することができ、粘性
抵抗ηをひずみε、ひずみ速度ε’の関数としている。
From the strain time history data and the viscous resistance time history data, the relationship between the strain ε and the viscous resistance η is shown in FIG.
Shown in. Further, the relationship between the strain ε and the strain rate ε ′ is shown in FIG. 8 based on the time history data of strain and the time history data of strain rate. As described above, the viscous resistance η changes depending on the strain ε and the strain rate ε ′, so the viscous resistance can be determined by the strain ε and the strain rate ε ′. It is a function.

【0046】図7に示すひずみと粘性抵抗の関係と、図
8に示すひずみとひずみ速度の関係とを、後述するよう
に各衝突パターンにおいて、それぞれ、入力データとし
て書き込み、有限要素法解析により上記ひずみ、ひずみ
速度の違いによる粘性抵抗の変化を考慮したシミュレー
ションを行う。
The relationship between strain and viscous resistance shown in FIG. 7 and the relationship between strain and strain rate shown in FIG. 8 are written as input data in each collision pattern, as will be described later, and the above is obtained by finite element method analysis. Simulation is performed considering the change in viscous resistance due to the difference in strain and strain rate.

【0047】本実施形態では、粘弾性材料からなる製品
モデルとしてゴルフボールモデルを設定し、ゴルフクラ
ブヘッド(打撃物)のゴルフボールへの衝突を想定した
シミュレーションを行っている。図9に示すように、ゴ
ルフボールモデル10は、ハイシスポリブタジエンゴム
を主成分とする1ピースボールを想定し、直径42.8
mmの球状としている。
In this embodiment, a golf ball model is set as a product model made of a viscoelastic material, and a simulation is performed assuming a collision of a golf club head (hit object) with a golf ball. As shown in FIG. 9, the golf ball model 10 assumes a one-piece ball containing high-cis polybutadiene rubber as a main component, and has a diameter of 42.8.
It has a spherical shape of mm.

【0048】有限要素法解析を行うにあたり、製品モデ
ルにおいて初期条件を設定している。即ち、ゴルフボー
ルモデル10の大きさ、形状、構造等の初期条件を設定
すると共に、ゴルフボールモデル10を多数の要素11
にメッシュ分割し、多数の節点12を得ている。ゴルフ
ボールモデルの全ての範囲の要素の数は、全体モデルで
1000〜100000が好ましく、さらに好ましく
は、2500〜20000が良い。なお、上限の値は、
現段階での計算機の能力を鑑みてのものであり、今後計
算機の能力が向上するにつれ、解析の時間が短縮される
ため上限の範囲は、変わることが容易に想像できる。
When performing the finite element method analysis, initial conditions are set in the product model. That is, the initial conditions such as the size, shape, and structure of the golf ball model 10 are set, and the golf ball model 10 is divided into a large number of elements 11
And a large number of nodes 12 are obtained. The number of elements in all ranges of the golf ball model is preferably 1000 to 100,000, more preferably 2500 to 20000 in the whole model. The upper limit is
This is because the capacity of the computer at the present stage is taken into consideration. As the capacity of the computer is improved in the future, the upper limit range can be easily imagined because the analysis time is shortened.

【0049】上記設定条件に基づいて、シミュレーショ
ン計算時に、上記ひずみ、ひずみ速度、粘性抵抗の関係
とゴルフボールモデル10のデータを入力データに書き
込む。計算が実行されると時々刻々各要素に関して妥当
な粘性抵抗を算出し、その粘性抵抗を用い式の計算を行
っている。本シミュレーションでは、ひずみとひずみ速
度の関係、及び、ひずみと粘性抵抗の関係の各2次元デ
ータを入力し演算している。測定条件の異なる4つの各
パターンについてのひずみとひずみ速度の時系列データ
から、各々ひずみとひずみ速度の対応関係を記録し、ひ
ずみ、ひずみ速度と、それに対応する粘性抵抗を入力デ
ータとして書き込むことになる。4つの測定条件により
測定されたひずみ、ひずみ速度の測定データと同一でな
いひずみ、ひずみ速度の場合には、近接するひずみ、ひ
ずみ速度の条件下での粘性抵抗2値を用いて1次補間を
行っている。
Based on the above set conditions, the data of the golf ball model 10 and the relationship between the strain, the strain rate, and the viscous resistance are written in the input data during the simulation calculation. When the calculation is executed, an appropriate viscous resistance is calculated for each element every moment, and the formula is calculated using the viscous resistance. In this simulation, each two-dimensional data of the relation between strain and strain rate and the relation between strain and viscous resistance is input and calculated. From the time series data of strain and strain rate for each of the four patterns with different measurement conditions, record the correspondence between strain and strain rate, and write the strain, strain rate and corresponding viscous resistance as input data. Become. In the case of strains and strain rates that are not the same as the strain and strain rate measurement data measured under the four measurement conditions, linear interpolation is performed using viscous resistance binary values under the conditions of adjacent strain and strain rate. ing.

【0050】さらに具体的には、一つの要素に着目した
とき、その要素に生じているひずみとひずみ速度の情報
を得ている。次に、測定から得られた各衝突ケース(測
定ケース)のひずみ、ひずみ速度の関係から、各ケース
での同値のひずみが生じているときのひずみ速度の値を
参照して、着目する要素のひずみ速度の値に近いひずみ
速度の値を持つ2つのケースを探索する。この2つのケ
ースに対応するひずみが同値のときの,ひずみ速度と粘
性抵抗の値を用いて、補間により、その要素で生じるひ
ずみ、ひずみ速度に対応した適切な粘性抵抗の値を算出
することができる。本実施形態では、このように単純な
一次補間による補間を行っている。このように、各要素
ごとにその要素で生じているひずみ、ひずみ速度によっ
て粘性抵抗を決定することで、各要素ごとに適正なひず
み、ひずみ速度の条件下の材料物性を表している。
More specifically, when one element is focused on, information on the strain and strain rate occurring in that element is obtained. Next, from the relationship between the strain and strain rate of each collision case (measurement case) obtained from the measurement, refer to the value of the strain rate when the strain of the same value occurs in each case, and We search for two cases with strain rate values close to the strain rate values. When the strains corresponding to these two cases have the same value, the values of the strain rate and the viscous resistance can be used to calculate the appropriate value of the viscous resistance corresponding to the strain and strain rate generated in the element by interpolation. it can. In the present embodiment, interpolation is performed by such simple primary interpolation. In this way, the viscous resistance is determined for each element by the strain and strain rate generated in that element, thereby expressing the material physical properties under the conditions of appropriate strain and strain rate for each element.

【0051】具体的には、図10(A)(B)(C)に
示すように、ゴルフボールモデル10に、打撃物として
200g(ゴルフクラブヘッドの重さと同一)の円筒形
状のアルミニウム製中空棒モデル20を速度45m/s
で衝突させた時のゴルフボールモデル10の材料物性を
有限要素法により解析し、シミュレーションを行ってい
る。これにより、打撃物の衝突時から所定時間後までの
所定時間におけるゴルフボールモデル10の各要素11
に発生するひずみ量を演算している。
Specifically, as shown in FIGS. 10A, 10B, and 10C, a golf ball model 10 is provided with a cylindrical aluminum hollow of 200 g (same as the weight of a golf club head) as an impacting object. Stick model 20 speed 45m / s
The physical properties of the golf ball model 10 at the time of the collision are analyzed by the finite element method and a simulation is performed. As a result, each element 11 of the golf ball model 10 in a predetermined time from the collision of the impacting object to the predetermined time later.
Calculates the amount of strain that occurs in.

【0052】1要素に関して構成する各節点に質量を分
配し、各節点を質点と置き換え、各節点の速度を質点の
持つ速度として合計を割って、全体の速度としている。
即ち、インパクト後のボールの速度Vbi(i=x、
y、z)は、数式(4)により以下のように算出する。
ボールの全運動量は全質点の運動量の和と考え、全運動
量を総重量で割ったものをボールの飛び出し速度Vbi
と定義する。
Mass is distributed to each node constituting one element, each node is replaced with a mass point, and the velocity of each node is divided by the velocity of the mass point to obtain the total velocity.
That is, the velocity Vbi of the ball after impact (i = x,
y, z) is calculated by the following equation (4).
The total momentum of the ball is considered to be the sum of the momentums of all masses, and the total momentum divided by the total weight is the ball ejection velocity Vbi.
It is defined as

【0053】(数式4) ここで、N、Mは、ボールの節点数、総質量、Vni、
Mnはn番目の並進速度、節点を含む要素の質量をその
要素に含まれる節点の数で割ったものである。
(Formula 4) Here, N and M are the number of nodes of the ball, the total mass, Vni,
Mn is the n-th translational velocity, the mass of the element containing the node divided by the number of nodes contained in that element.

【0054】なお、アルミニウム製中空棒モデル20の
円形面20aを衝突面とし、衝突面はフラットであり、
ゴルフボールモデル10とフラットな正面衝突としてい
る。また、アルミニウム製中空棒モデル20の円形面2
0aの中心点20bが、最初のゴルフボールモデル10
との衝突点となるように衝突させている。
The circular surface 20a of the aluminum hollow bar model 20 is the collision surface, and the collision surface is flat.
It is a flat frontal collision with the golf ball model 10. In addition, the circular surface 2 of the aluminum hollow bar model 20
The center point 20b of 0a is the first golf ball model 10
The collision is made so that it becomes a collision point with.

【0055】上記した方法により、衝突前後の上記アル
ミニウム製中空棒モデル20及びゴルフボール10の速
度を算出し、それぞれの速度及び重量からゴルフボール
10の反発係数を算出し予測している。
By the above method, the speeds of the aluminum hollow rod model 20 and the golf ball 10 before and after the collision are calculated, and the coefficient of restitution of the golf ball 10 is calculated and predicted from the respective speeds and weights.

【0056】このように粘性抵抗をひずみ、ひずみ速度
の関数として決定し、上記ひずみ、ひずみ速度、粘性抵
抗の3者の関係をゴルフボールモデルに入力して、有限
要素法解析によりシミュレーションしているため、各要
素の時々刻々のひずみ、ひずみ速度からそれに相当する
粘性抵抗を算出し、高速大変形条件下においても強い非
線形性を持つ粘弾性材料の特性を精度良く予測すること
ができる。
Thus, the viscous resistance is determined as a function of strain and strain rate, and the relationship among the three factors of strain, strain rate, and viscous resistance is input to the golf ball model, and simulation is performed by the finite element method analysis. Therefore, the viscous resistance corresponding to each strain and strain rate of each element can be calculated, and the characteristics of the viscoelastic material having strong nonlinearity can be accurately predicted even under the high-speed large-deformation condition.

【0057】従って、実際のゴルフクラブヘッドによる
打撃時と同等の条件下における、粘弾性材料からなるゴ
ルフボールモデルの反発係数等の性能、動的挙動等を、
試作をすることなく正確に把握することができる。
Therefore, the performance such as the coefficient of restitution of a golf ball model made of a viscoelastic material, the dynamic behavior, etc., under the same conditions as when hit by an actual golf club head,
It can be grasped accurately without making a prototype.

【0058】また、図11示すように、応力−ひずみ曲
線から、下記の数式(5)を用いて、位相角δが算出さ
れ、この位相角δより、損失係数(tanδ)を算出す
ることもできる。 (数式5) δ=sin−1((σ−σ)/σmax) −−−(5)
Further, as shown in FIG. 11, the phase angle δ is calculated from the stress-strain curve using the following equation (5), and the loss coefficient (tan δ) can be calculated from the phase angle δ. it can. (Equation 5) δ = sin −1 ((σ a −σ b ) / σ max ) −−− (5)

【0059】(スプリットホプキンソン棒試験機による
材料物性の測定)図12は、粘弾性材料測定用に改良し
たスプリットホプキンソン棒試験機が示された模式的正
面図である。
(Measurement of Material Properties by Split Hopkinson Bar Testing Machine) FIG. 12 is a schematic front view showing a split Hopkinson bar testing machine improved for measuring viscoelastic materials.

【0060】図12に示すスプリットホプキンソン棒試
験機は、打撃棒51、入力棒53及び出力棒55を備え
ており、これらは直線上に配置されている。入力棒53
には、第一ひずみゲージ57及び第二ひずみゲージ59
が取り付けられている。出力棒55には、第三ひずみゲ
ージ61及び第四ひずみゲージ63が取り付けられてい
る。入力棒53の後端53aと出力棒55の前端55a
との間には、円柱状の試験片70が挟持されている。
The split Hopkinson rod tester shown in FIG. 12 includes a striking rod 51, an input rod 53 and an output rod 55, which are arranged on a straight line. Input rod 53
The first strain gauge 57 and the second strain gauge 59.
Is attached. A third strain gauge 61 and a fourth strain gauge 63 are attached to the output rod 55. The rear end 53a of the input rod 53 and the front end 55a of the output rod 55
A columnar test piece 70 is sandwiched between and.

【0061】試験片70は、測定すべき粘弾性材料を試
験片の形状に成形したものでもよく、また、粘弾性材料
を成形した製品状態から切り出されたものであってもよ
い。本実施形態では、試験片70の長さ(すなわち入力
棒53の後端53aと出力棒55の前端55aとの距
離)は4mm、試験片70の断面直径は18mmとして
いる。
The test piece 70 may be formed by molding the viscoelastic material to be measured into the shape of the test piece, or may be cut out from the molded product of the viscoelastic material. In this embodiment, the length of the test piece 70 (that is, the distance between the rear end 53a of the input rod 53 and the front end 55a of the output rod 55) is 4 mm, and the cross-sectional diameter of the test piece 70 is 18 mm.

【0062】打撃棒51、入力棒53及び出力棒55は
ポリメチルメタアクリレート製の円柱であり、断面直径
は20mm、縦弾性係数は5300MPa、比重は1.
19である。打撃棒51の長さは、100mmである。
入力棒53及び出力棒55(以下、この入力棒53と出
力棒55とは、「応力棒」とも称される)の長さは、2
000mmである。第一ひずみゲージ57は入力棒53
の後端53aから900mmの位置に取り付けられてお
り、第二ひずみゲージ59は入力棒53の後端53aか
ら600mmの位置に取り付けられている。また、第三
ひずみゲージ61は出力棒55の前端55aから300
mmの位置に取り付けられており、第四ひずみゲージ6
3は出力棒55の前端55aから600mmの位置に取
り付けられている。
The striking rod 51, the input rod 53 and the output rod 55 are cylinders made of polymethylmethacrylate, and have a cross-sectional diameter of 20 mm, a longitudinal elastic modulus of 5300 MPa and a specific gravity of 1.
It is 19. The striking rod 51 has a length of 100 mm.
The length of the input rod 53 and the output rod 55 (hereinafter, the input rod 53 and the output rod 55 are also referred to as “stress rods”) is 2
It is 000 mm. The first strain gauge 57 is the input rod 53.
It is attached at a position 900 mm from the rear end 53a, and the second strain gauge 59 is attached at a position 600 mm from the rear end 53a of the input rod 53. In addition, the third strain gauge 61 is connected to the front end 55a of the output rod 55 by 300
It is attached at the position of mm and the fourth strain gauge 6
3 is attached at a position 600 mm from the front end 55a of the output rod 55.

【0063】このように、図12のスプリットホプキン
ソン棒試験機は、打撃棒51、入力棒53及び出力棒5
5がポリメチルメタアクリレートからなる合成樹脂製で
あり、打撃棒51及び入力棒53が2000mmと大き
く、しかも第一ひずみゲージ57と入力棒53の後端5
3aとの距離及び第二ひずみゲージ59と入力棒53の
後端53aとの距離が大きいので、ゴルフボールに用い
られるような架橋ゴム等の粘弾性を有する材料のひず
み、ひずみ速度、応力の測定に適している。
As described above, the split Hopkinson rod tester of FIG. 12 has the striking rod 51, the input rod 53, and the output rod 5.
5 is a synthetic resin made of polymethylmethacrylate, the striking rod 51 and the input rod 53 are as large as 2000 mm, and the first strain gauge 57 and the rear end 5 of the input rod 53.
3a and the distance between the second strain gauge 59 and the rear end 53a of the input rod 53 are large, so that strain, strain rate, and stress of viscoelastic materials such as crosslinked rubber used for golf balls can be measured. Suitable for

【0064】上記第一ひずみゲージ57、第二ひずみゲ
ージ59、第三ひずみゲージ61、第四ひずみゲージ6
3として単軸プラスチック用ひずみゲージを用い、本実
施形態では、株式会社共和電業製のKFP−5−350
−C1−65を用い、入力棒53、出力棒55の上記し
た位置に貼着している。これら第一ひずみゲージ57乃
至第4ひずみゲージ63の入力棒53及び出力棒57へ
の取付位置は、長さ方向において同一線上としている。
The above-mentioned first strain gauge 57, second strain gauge 59, third strain gauge 61, and fourth strain gauge 6
A strain gauge for uniaxial plastic is used as 3, and in this embodiment, KFP-5-350 manufactured by Kyowa Denki Co., Ltd.
-C1-65 is used to attach the input rod 53 and the output rod 55 to the above-mentioned positions. The mounting positions of the first strain gauge 57 to the fourth strain gauge 63 on the input rod 53 and the output rod 57 are on the same line in the length direction.

【0065】このスプリットホプキンソン棒試験機によ
るひずみ、ひずみ速度、応力の測定では、まず、打撃棒
51が入力棒53の前端53aに、所定の速度で衝突す
る。これによって入射ひずみ波が生じ、この入射ひずみ
波は入力棒53の後端53aに向かって進む。この入射
ひずみ波の一部は、入力棒53の後端53aにおいて反
射し、反射ひずみ波となって入力棒53の前端53bに
向かって進む。入射ひずみ波の一部は、入力棒53の後
端53aから試験片70を透過し、さらに出力棒55に
伝播して透過ひずみ波となり、出力棒55の後端55b
に向かって進む。
In the measurement of strain, strain rate and stress by this split Hopkinson rod tester, first, the striking rod 51 collides with the front end 53a of the input rod 53 at a predetermined velocity. As a result, an incident distorted wave is generated, and this incident distorted wave travels toward the rear end 53a of the input rod 53. A part of the incident strain wave is reflected at the rear end 53a of the input rod 53 and becomes a reflected strain wave, which proceeds toward the front end 53b of the input rod 53. A part of the incident strain wave passes through the test piece 70 from the rear end 53a of the input rod 53, further propagates to the output rod 55 to become a transmitted strain wave, and the rear end 55b of the output rod 55.
Head towards.

【0066】入射ひずみ波は、第一ひずみゲージ57及
び第二ひずみゲージ59によって実測される。実測され
た入射ひずみ波は、ローパスフィルターに通され、10
kHz以上の高周波が除去される。さらに、入射ひずみ
波の時刻歴は、そのベースライン値をゼロとするゼロ補
正が施される。こうして得られた第一ひずみゲージ57
及び第二ひずみゲージ59における時間軸ひずみのそれ
ぞれがフーリエ変換され、周波数軸ひずみが求められ
る。この第一ひずみゲージ57及び第二ひずみゲージ5
9における周波数軸ひずみから、伝達関数が導出され
る。第一ひずみゲージ57と入力棒53の後端53aと
の距離X1と、第二ひずみゲージ59と入力棒53の後
端53aとの距離X2との比(X1:X2)が考慮され
つつ、上記伝達関数に基づいて、入力棒53の後端53
aにおける周波数軸ひずみが推定される。この周波数軸
ひずみがフーリエ逆変換されることにより、入力棒53
の後端53aにおける入射ひずみ波の時間軸ひずみ(ひ
ずみの時刻歴)εiが得られる。
The incident strain wave is actually measured by the first strain gauge 57 and the second strain gauge 59. The measured incident distorted wave is passed through a low-pass filter for 10
High frequencies above kHz are removed. Further, the time history of the incident distorted wave is subjected to zero correction with its baseline value set to zero. First strain gauge 57 thus obtained
And the time axis strains in the second strain gauge 59 are Fourier transformed to obtain the frequency axis strain. The first strain gauge 57 and the second strain gauge 5
From the frequency axis strain at 9, the transfer function is derived. While considering the ratio (X1: X2) of the distance X1 between the first strain gauge 57 and the rear end 53a of the input rod 53 and the distance X2 between the second strain gauge 59 and the rear end 53a of the input rod 53, Based on the transfer function, the rear end 53 of the input rod 53
The frequency axis strain at a is estimated. This frequency axis distortion is subjected to inverse Fourier transform, so that the input rod 53
The time axis strain (time history of strain) εi of the incident strain wave at the rear end 53a is obtained.

【0067】同様に、入力棒53の後端53aで反射し
て前端53bに向かう反射ひずみ波が第二ひずみゲージ
59及び第一ひずみゲージ57によって実測される。こ
の実測された反射ひずみ波から、入力棒53の後端53
aにおける反射ひずみ波の時間軸ひずみ(ひずみの時刻
歴)εrが得られる。
Similarly, the reflected strain wave reflected by the rear end 53a of the input rod 53 and traveling toward the front end 53b is measured by the second strain gauge 59 and the first strain gauge 57. From the measured reflected distortion wave, the rear end 53 of the input rod 53
The time base strain (time history of strain) εr of the reflected strain wave at a is obtained.

【0068】また、出力棒55の第三ひずみゲージ61
及び第四ひずみゲージ63によって、試験片70を経て
出力棒55に伝播される透過ひずみ波を実測し、この実
測した透過ひずみ波から、出力棒55の前端55aにお
ける透過ひずみ波の時間軸ひずみ(ひずみの時刻歴)ε
tが得られる。
Further, the third strain gauge 61 of the output rod 55
Also, the transmitted strain wave propagated to the output rod 55 through the test piece 70 is measured by the fourth strain gauge 63, and the time-axis strain of the transmitted strain wave at the front end 55a of the output rod 55 is measured from the measured transmitted strain wave ( Time history of strain) ε
t is obtained.

【0069】こうして得られたεi、εr及びεtか
ら、下記数式(6)によって、試験片70のひずみ速度
ε’が算出される。 (数式6) ε’=(C/L)・(εi−εr−εt) =((E/ρ)1/2/L)・(εi−εr−εt) −−−(6) (数式(6)において、Cは入力棒および出力棒中
(応力棒)のひずみ波の伝播速度(m/s)を表し、L
は試験片の長さ(m)を表し、Eは応力棒の縦弾性係数
(N/m)を表し、ρは応力棒の密度(kg/m
を表す)
From the thus obtained εi, εr and εt, the strain rate ε ′ of the test piece 70 is calculated by the following mathematical expression (6). (Equation 6) ε '= (C 0 / L) · (εi-εr-εt) = ((E / ρ) 1/2 / L) · (εi-εr-εt) ----- (6) (Equation 6) In (6), C 0 represents the propagation velocity (m / s) of the strain wave in the input rod and the output rod (stress rod), and L
Represents the length (m) of the test piece, E represents the longitudinal elastic modulus (N / m 2 ) of the stress rod, and ρ is the density of the stress rod (kg / m 3 ).
Represents)

【0070】また、εi、εr及びεtから、下記数式
(7)によって試験片70のひずみεが算出される。
Further, the strain ε of the test piece 70 is calculated from εi, εr and εt by the following mathematical expression (7).

【0071】(数式7) (数式(7)において、Cは入力棒および出力棒中
(応力棒)のひずみ波の伝播速度(m/s)を表し、L
は試験片の長さ(m)を表し、Eは応力棒の縦弾性係数
(N/m)を表し、ρは応力棒の密度(kg/m
を表す)
(Formula 7) (In Equation (7), C 0 represents the propagation velocity (m / s) of the strain wave in the input rod and the output rod (stress rod), and L
Represents the length (m) of the test piece, E represents the longitudinal elastic modulus (N / m 2 ) of the stress rod, and ρ is the density of the stress rod (kg / m 3 ).
Represents)

【0072】さらに、εi、εr及びεtから、下記数
式(8)によって試験片70の応力σが算出される。 (数式8) σ=(E・A/(2As))・(εi+εr+εt) =(E・D/(2(Ds)))・(εi+εr+εt)−−−(8) (数式(8)において、Eは入力棒および出力棒からな
る応力棒の縦弾性係数(N/m)を表し、Aは上記応
力棒の断面積(m)を表し、Asは試験片の断面積
(m)を表し、Dは応力棒の直径(m)を表し、Ds
は試験片の直径(m)を表す)
Further, the stress σ of the test piece 70 is calculated from εi, εr, and εt by the following equation (8). (Equation 8) σ = (E · A / (2As)) · (εi + εr + εt) = (E · D 2 / (2 (Ds) 2 )) · (εi + εr + εt) −−− (8) (in Equation (8) , E is expressed on the vertical elasticity coefficient of the stress rods made of the input bar and output bar (N / m 2), a represents the cross-sectional area of the stress rods (m 2), As the cross-sectional area of the test piece (m 2 ), D represents the diameter (m) of the stress rod, and Ds
Represents the diameter (m) of the test piece)

【0073】こうして得られた試験片70のひずみ時刻
歴を、図13のグラフに示す。図13に示すように、曲
線は、ピークP以降しばらくはなだらかであるが、その
後、凹凸状となる。ピークP以降のなだらかな段階での
点Sを選択し、この点Sにおける曲線に対する接線を画
き、この接線と時間軸との交点から緩和時間λを導出
し、下記数式(9)によって求められる曲線を点S以降
の曲線とすることによって、ひずみ時刻歴全体をなだら
かな曲線(図13中に点線で示す)とすることができ
る。これにより、最終的に得られる材料物性へのノイズ
の影響を除去することができる。 (数式9) ε(t)=ε・e−t/λ −−−(9) (数式(9)において、εは接点におけるひずみを表
す)
The strain time history of the test piece 70 thus obtained is shown in the graph of FIG. As shown in FIG. 13, the curve is gentle for a while after the peak P, but thereafter becomes uneven. Select a point S at a smooth stage after the peak P, draw a tangent to the curve at this point S, derive the relaxation time λ from the intersection of this tangent and the time axis, and calculate the curve by the following formula (9). Is a curve after the point S, the entire strain time history can be a smooth curve (shown by a dotted line in FIG. 13). This makes it possible to eliminate the influence of noise on the finally obtained material properties. (Formula 9) ε (t) = ε 0 · e −t / λ −−− (9) (In the formula (9), ε 0 represents the strain at the contact)

【0074】同様に、下記数式(10)によって、応力
時刻歴全体をなだらかな曲線とすることができ、これに
よって最終的に得られる材料物性へのノイズの影響を除
去することができる。 (数式10) σ(t)=σ・e−t/λ −−−(10) (数式(10)において、σは接点における応力を表
す)
Similarly, the following equation (10) makes it possible to make the entire stress time history into a gentle curve, thereby eliminating the influence of noise on the finally obtained material properties. (Formula 10) σ (t) = σ 0 · e −t / λ −−− (10) (In Formula (10), σ 0 represents stress at the contact)

【0075】上記のようにして、試験片70のひずみ時
刻歴及び応力時刻歴については補正が行われている。
As described above, the strain time history and the stress time history of the test piece 70 are corrected.

【0076】以上の方法により、スプリットホプキンソ
ン棒試験機にて、高速大変形時のひずみの時刻歴デー
タ、ひずみ速度の時刻歴データ、応力の時刻歴データを
得ている。
By the above method, the time history data of strain, the time history data of strain rate, and the time history data of stress at high speed large deformation are obtained by the split Hopkinson bar tester.

【0077】以下、本発明の実施例及び比較例について
詳述する。まず、ウレタンを主成分とする材料を用いて
ゴルフボールを作製した。ウレタンを主成分とする材料
を160℃で30分、直径42.8mmの金型で圧縮成
型し、1ピースボールとした。
Examples of the present invention and comparative examples will be described in detail below. First, a golf ball was manufactured using a material containing urethane as a main component. A material containing urethane as a main component was compression-molded at 160 ° C. for 30 minutes with a mold having a diameter of 42.8 mm to obtain a one-piece ball.

【0078】上記ウレタンを主成分とする材料のひず
み、ひずみ速度、応力を上記したスプリットホプキンソ
ン棒試験機により、打撃棒の衝突速度が7m/s、14
m/s、20m/s、25m/sの4パターンについて
測定した(室温23℃、相対湿度50%)。測定時の最
大ひずみと最大ひずみ速度を以下に示す。 衝突速度7m/s(最大ひずみ0.12、最大ひずみ速
度1378/s) 衝突速度14m/s(最大ひずみ0.24、最大ひずみ
速度2703/s) 衝突速度20m/s(最大ひずみ0.35、最大ひずみ
速度3898/s) 衝突速度25m/s(最大ひずみ0.43、最大ひずみ
速度4716/s) 4パターンの衝突速度で測定しているため、各衝突速度
における位相角δの値を下記の表1に示す。
Strain, strain rate, and stress of the material containing urethane as a main component were measured by the split Hopkinson rod tester described above, and the impact velocity of the striking rod was 7 m / s.
It measured about 4 patterns of m / s, 20 m / s, and 25 m / s (room temperature 23 degreeC, relative humidity 50%). The maximum strain and maximum strain rate during measurement are shown below. Collision velocity 7m / s (maximum strain 0.12, maximum strain velocity 1378 / s) Collision velocity 14m / s (maximum strain 0.24, maximum strain velocity 2703 / s) Collision velocity 20m / s (maximum strain 0.35, Maximum strain velocity 3898 / s) Collision velocity 25m / s (maximum strain 0.43, maximum strain velocity 4716 / s) Since the measurement is performed with four patterns of collision velocity, the value of the phase angle δ at each collision velocity is as follows. It shows in Table 1.

【0079】[0079]

【表1】 [Table 1]

【0080】(実施例)ウレタンを主成分とする材料を
試験片としてスプリットホプキンソン棒試験機により測
定した、ひずみ、ひずみ速度、応力の各時刻歴データ
と、第1実施形態と同様の粘弾性モデルとを用い、粘性
抵抗を考慮してシミュレーションを行った。上記第1実
施形態のシミュレーション方法において、さらに、上記
製品モデルに上記ひずみ、ひずみ速度、縦弾性係数の関
係を入力し、上記ひずみ、ひずみ速度の違いによる縦弾
性係数の変化を考慮すると共に、上記粘性抵抗を、粘弾
性材料で生じているひずみ状態が負荷状態時と、除荷あ
るいは復元状態時とで変更している。実施例のシミュレ
ーションにより予測された位相角δを上記表1に示す。
(Example) Time history data of strain, strain rate, and stress measured by a split Hopkinson bar tester using a material containing urethane as a main component and a viscoelastic model similar to that of the first embodiment. Using and, the simulation was performed considering the viscous resistance. In the simulation method according to the first embodiment, the relationship between the strain, the strain rate, and the longitudinal elastic coefficient is further input to the product model, and the change in the longitudinal elastic coefficient due to the difference in the strain and the strain rate is taken into consideration. The viscous resistance is changed when the strain state generated in the viscoelastic material is in the loaded state and in the unloading or restoring state. The phase angle δ predicted by the simulation of the example is shown in Table 1 above.

【0081】(比較例)ウレタンを主成分とする材料を
試験片としてスプリットホプキンソン棒試験機により測
定した損失係数を参考に従来の粘性抵抗が変化しない一
定値のままの粘弾性材料でシミュレーションを行った。
比較例のシミュレーションにより予測された位相角δを
上記表1に示す。
(Comparative Example) A simulation was performed using a conventional viscoelastic material with a constant value at which the viscous resistance did not change, with reference to the loss coefficient measured by a split Hopkinson bar tester using a material containing urethane as a main component as a test piece. It was
The phase angle δ predicted by the simulation of the comparative example is shown in Table 1 above.

【0082】有限要素法解析により、上記材料ウレタン
を主成分とする材料よりなるゴルフボールに、200g
(ヘッドの重さと同一)のアルミニウム製の中空棒モデ
ルを初速度35、40、45m/sの3通りの速度で衝
突させた時のゴルフボールの性能、材料の変形状態をシ
ミュレートし、上記した方法でゴルフボールの解析での
反発係数を算出した。ここで得られた上記ウレタンを主
成分とする材料よりなるゴルフボールの実施例及び比較
例の解析での反発係数を、それぞれ下記の表2に示す。
According to the finite element method analysis, 200 g of a golf ball made of a material containing urethane as a main component is used.
Simulating the performance of the golf ball and the deformed state of the material when the aluminum hollow rod model (same as the weight of the head) is collided at three initial velocities of 35, 40 and 45 m / s, The coefficient of restitution in the analysis of the golf ball was calculated by the method described above. Table 2 below shows the coefficient of restitution in the analysis of Examples and Comparative Examples of the golf balls made of the above-mentioned urethane-based material.

【0083】[0083]

【表2】 [Table 2]

【0084】また、上記ウレタンを主成分とする材料で
成型されたゴルフボールの実物を使用した実験により、
下記の方法でゴルフボールの実物での反発係数の値を測
定した。上記実施例及び比較例の解析での反発係数と下
記の実物を使用した実験での反発係数との差(%)を上
記した表2に示す。
Further, according to an experiment using a real golf ball molded from the above-mentioned material containing urethane as a main component,
The value of the coefficient of restitution of the actual golf ball was measured by the following method. Table 2 shows the difference (%) between the coefficient of restitution in the analysis of the above Examples and Comparative Examples and the coefficient of restitution in the experiment using the following actual products.

【0085】(ゴルフボールの実物を用いた実験による
反発係数の測定)ゴルフボールの反発係数を測定する方
法として、室温23℃の条件下、上記材料よりなるゴル
フボールに、ゴルフクラブのヘッドの代用として、20
0g(ヘッドの重さと同一)のアルミニウム製の中空棒
を速度35、40、45m/sの3通りの速度で衝突さ
せた。衝突前後の上記中空棒及びゴルフボールの速度を
測定し、それぞれの速度及び重量からゴルフボールの反
発係数を算出した。なお、アルミニウム製の中空棒の衝
突面は、フラットであり、ゴルフボールとフラットな正
面衝突とした。ゴルフクラブヘッドのように衝突面に角
度がないため、衝突時にゴルフボールが回転しないの
で、ゴルフボールの反発性能のみを評価可能とした。
(Measurement of Restitution Coefficient by Experiment Using Actual Golf Ball) As a method of measuring the restitution coefficient of a golf ball, a golf ball made of the above material was used in place of the head of a golf club at room temperature of 23 ° C. As 20
A hollow rod made of aluminum (0 g (same as the weight of the head)) was made to collide at three speeds of 35, 40 and 45 m / s. The velocities of the hollow rod and the golf ball before and after the collision were measured, and the coefficient of restitution of the golf ball was calculated from the respective velocities and weights. The collision surface of the aluminum hollow rod was flat, and the collision surface was a flat frontal collision with the golf ball. Since the golf ball does not rotate at the time of collision because the collision surface does not have an angle like a golf club head, only the resilience performance of the golf ball can be evaluated.

【0086】表1に示すように、実施例の解析での位相
角δは、各衝突速度において、実験結果の位相角δとほ
ぼ同一の値となった。一方、比較例の解析での位相角δ
は、各衝突速度において、実験結果の位相角δと大きな
差が見られ、実施例は精度良く実際の実験結果をシミュ
レーションできていることが確認できた。
As shown in Table 1, the phase angle δ in the analysis of the example has almost the same value as the phase angle δ of the experimental result at each collision velocity. On the other hand, the phase angle δ in the analysis of the comparative example
At each collision velocity, a large difference was found with the phase angle δ of the experimental result, and it was confirmed that the example could accurately simulate the actual experimental result.

【0087】また、表2に示すように、実施例の解析で
の反発係数の値は、実際にゴルフボールを試作して、実
物により求めた実験での反発係数の値と、いずれの中空
棒速度の場合においても、よく一致していた。実施例と
実物実験結果との差は−4.82%〜−5.98%であ
り、実物の実験結果を正確にシミュレートしていること
が確認できた。一方、比較例の解析での反発係数の値
は、実際にゴルフボールを試作して、実物により求めた
実験での反発係数の値と、いずれの中空棒速度の場合に
おいても、大きくずれていた。比較例と実物実験結果と
の差は−24.70%〜−27.02%であり、実験結
果と大きく異なっていた。
Further, as shown in Table 2, the restitution coefficient value in the analysis of the examples is the restitution coefficient value in the experiment obtained by actually making a golf ball as a trial, and which hollow bar Even in the case of speed, there was a good agreement. The difference between the example and the actual test result was -4.82% to -5.98%, and it was confirmed that the actual test result was accurately simulated. On the other hand, the value of the coefficient of restitution in the analysis of the comparative example was greatly deviated from the value of the coefficient of restitution in the experiment obtained by actually making a golf ball as a prototype and in the case of any hollow rod speed. . The difference between the comparative example and the actual experimental result was −24.70% to −27.02%, which was significantly different from the experimental result.

【0088】以上より、粘性抵抗を考慮したシミュレー
ションを行うことで、材料物性が非線形性を示す粘弾性
材料からなる製品の実使用条件下での性能を、精度良く
シミュレーションにより予測できることが確認できた。
From the above, it was confirmed that by performing a simulation in consideration of viscous resistance, the performance of a product made of a viscoelastic material whose material properties show non-linearity under actual use conditions can be accurately predicted by simulation. .

【0089】[0089]

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれば、粘弾性材料の粘性を考慮した粘弾性モデルを
用い粘性抵抗を導出し、ひずみ、ひずみ速度、粘性抵抗
の関係を製品モデルに入力しシミュレーションを行って
いるため、粘弾性材料の非線形性を示す物性値が、材料
の変形の速度、大きさによって非線形的に変化する現象
を精度良く表現することができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the viscoelastic resistance is derived by using the viscoelastic model considering the viscosity of the viscoelastic material, and the relationship between strain, strain rate and viscous resistance is calculated. Since the simulation is performed by inputting into the model, it is possible to accurately represent the phenomenon that the physical property value indicating the non-linearity of the viscoelastic material changes non-linearly depending on the speed and size of the deformation of the material.

【0090】また、シミュレーションに用いられるひず
み、ひずみ速度、応力の値は、粘弾性材料からなる製品
の実使用状態を想定した条件下で測定されているため、
実際の粘弾性材料の種々の変形状態に対応したシミュレ
ーションを行うことができる。
The values of strain, strain rate, and stress used in the simulation are measured under the condition that the product made of the viscoelastic material is actually used.
It is possible to perform simulations corresponding to various deformation states of the actual viscoelastic material.

【0091】従って、材料の変形状態により、ひずみ、
ひずみ速度の関係が変化し、損失係数等の材料物性が非
線形性を示すような粘弾性材料からなる製品において
も、シミュレーションにより性能や製品の動的挙動を精
度良く解析することができる。
Therefore, depending on the deformed state of the material, strain,
Even in the case of a product made of a viscoelastic material in which the relationship between strain rates changes and the material properties such as the loss coefficient show nonlinearity, the performance and the dynamic behavior of the product can be accurately analyzed by simulation.

【0092】実際にゴルフクラブヘッドで、ゴルフボー
ルが打撃されたときと同等のひずみ、ひずみ速度の条件
下で、実際の打撃試験を正確にシミュレートすることが
でき、実際の打撃に近い状態でのゴルフボールの性能や
変形挙動を精度良く予測することができる。これによ
り、ゴルフボールの性能の優劣を左右する材料物性の把
握が容易となり、製品の性能向上に役立つだけでなく、
ゴルフボールの設計段階において、実際のボール試作回
数を減らし、試作に要する費用と時間を削減することが
できる。
In an actual golf club head, an actual impact test can be accurately simulated under the conditions of strain and strain rate equivalent to those when the golf ball is impacted, and in a state close to the actual impact. The performance and deformation behavior of the golf ball can be accurately predicted. This makes it easy to understand the physical properties of the material that affect the performance of the golf ball, which not only helps improve the performance of the product,
In the design stage of a golf ball, it is possible to reduce the number of actual ball trials and reduce the cost and time required for trial production.

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

【図1】 ひずみεの時刻歴データを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing time history data of strain ε.

【図2】 ひずみ速度ε’の時刻歴データを示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing time history data of strain rate ε ′.

【図3】 応力σの時刻歴データを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing time history data of stress σ.

【図4】 ひずみ−応力線図と縦弾性係数の算出方法を
示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a strain-stress diagram and a method of calculating a longitudinal elastic modulus.

【図5】 本実施形態の粘弾性モデルとして用いた2要
素のVoigtモデルを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a two-element Voigt model used as a viscoelastic model of the present embodiment.

【図6】 粘性抵抗の時刻歴データを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing time history data of viscous resistance.

【図7】 ひずみと粘性抵抗の関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a relationship between strain and viscous resistance.

【図8】 ひずみとひずみ速度の関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a relationship between strain and strain rate.

【図9】 ゴルフボールモデルのメッシュによる分割状
況を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing how a golf ball model is divided by meshes.

【図10】 アルミニウム製中空棒モデルのゴルフボー
ルモデルへの衝突状況を示し、(A)は衝突前、(B)
は衝突中、(C)は衝突後の図である。
FIG. 10 shows a collision state of an aluminum hollow rod model with a golf ball model, (A) before collision, and (B).
Is a diagram during a collision, and (C) is a diagram after the collision.

【図11】 損失係数の算出方法を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a method of calculating a loss coefficient.

【図12】 スプリットホプキンソン棒試験機が示され
た模式的正面図である。
FIG. 12 is a schematic front view showing a split Hopkinson bar tester.

【図13】 試験片のひずみ時刻歴の状態が示された図
である。
FIG. 13 is a diagram showing a state of strain time history of a test piece.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ゴルフクラブモデル 11 要素 12 節点 20 アルミニウム製中空棒モデル 10 golf club models 11 elements 12 nodes 20 Aluminum hollow bar model

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開2002−55034(JP,A) 特開2001−13059(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 19/00 G01N 3/00 - 3/62 G06F 19/00 JICSTファイル(JOIS)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP 2002-55034 (JP, A) JP 2001-13059 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 19 / 00 G01N 3/00-3/62 G06F 19/00 JISST file (JOIS)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 粘弾性材料からなる製品の実使用状態を
想定した測定条件下で、上記粘弾性材料に生じるひず
み、ひずみ速度、応力の時々刻々の値を測定し、 上記ひずみ、ひずみ速度、応力の時刻歴データと、上記
粘弾性材料の粘性を考慮した粘弾性モデルとから、粘弾
性材料の粘性抵抗の時刻歴データを導出し、 上記粘弾性材料からなる製品を解析対象の製品モデルと
して設定し、該製品モデルに上記ひずみ、ひずみ速度、
粘性抵抗の関係を入力し、上記ひずみ、ひずみ速度の違
いによる粘性抵抗の変化を考慮したシミュレーションを
行い、 上記粘弾性材料からなる製品モデルの性能を予測するこ
とを特徴とする粘弾性材料からなる製品の性能予測のた
めのシミュレーション方法。
1. The strain, strain rate, and momentary values of stress occurring in the viscoelastic material are measured under measurement conditions that assume the actual use state of a product made of a viscoelastic material, and the strain, strain rate, From the time history data of stress and the viscoelastic model considering the viscosity of the viscoelastic material, derive the time history data of the viscous resistance of the viscoelastic material, and use the product made of the viscoelastic material as the product model to be analyzed. Set the strain, strain rate,
Input the relationship of viscous resistance, perform a simulation considering the change of viscous resistance due to the difference of strain and strain rate, and predict the performance of the product model composed of the viscoelastic material. Simulation method for product performance prediction.
【請求項2】 上記粘弾性材料は、材料物性が非線形性
を示す材料である請求項1に記載の粘弾性材料からなる
製品の性能予測のためのシミュレーション方法。
2. The simulation method for predicting the performance of a product made of a viscoelastic material according to claim 1, wherein the viscoelastic material is a material whose physical properties are non-linear.
【請求項3】 上記シミュレーションは、有限要素法解
析により行っている請求項1または請求項2に記載の粘
弾性材料からなる製品の性能予測のためのシミュレーシ
ョン方法。
3. The simulation method for predicting the performance of a product made of a viscoelastic material according to claim 1, wherein the simulation is performed by a finite element method analysis.
【請求項4】 上記ひずみ、ひずみ速度、応力をスプリ
ットホプキンソン棒試験機により測定している請求項1
乃至請求項3のいずれか1項に記載の粘弾性材料からな
る製品の性能予測のためのシミュレーション方法。
4. The strain, strain rate, and stress are measured by a split Hopkinson bar tester.
A simulation method for predicting the performance of a product made of the viscoelastic material according to claim 3.
【請求項5】 上記測定時に粘弾性材料に生じる、上記
ひずみの最大値が0.05〜0.50の範囲であり、あ
るいは/及び、上記ひずみ速度の最大値が500/s〜
10000/sの範囲である請求項1乃至請求項4のい
ずれか1項に記載の粘弾性材料からなる製品の性能予測
のためのシミュレーション方法。
5. The maximum value of the strain generated in the viscoelastic material during the measurement is in the range of 0.05 to 0.50, and / or the maximum value of the strain rate is 500 / s to.
A simulation method for predicting the performance of a product made of the viscoelastic material according to any one of claims 1 to 4, which is in the range of 10000 / s.
【請求項6】 上記粘弾性材料はゴルフボール用材料と
し、上記製品モデルをゴルフボールとしている請求項1
乃至請求項5のいずれか1項に記載の粘弾性材料からな
る製品の性能予測のためのシミュレーション方法。
6. The viscoelastic material is a golf ball material, and the product model is a golf ball.
A simulation method for predicting the performance of a product made of the viscoelastic material according to claim 5.
【請求項7】 上記ゴルフボールと、ゴルフクラブヘッ
ドを想定した打撃物との衝突現象をシミュレーション
し、該衝突時のゴルフボールの挙動を予測している請求
項6に記載の粘弾性材料からなる製品の性能予測のため
のシミュレーション方法。
7. The viscoelastic material according to claim 6, wherein the behavior of the golf ball at the time of the collision is predicted by simulating a collision phenomenon between the golf ball and an impacting object assuming a golf club head. Simulation method for product performance prediction.
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