JP4339808B2 - Structure design method - Google Patents

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本発明サンプルは、タイヤ等の構造体の設計方法であって、特に、構造体の数値シミュレーションを用いて、複数の性能に対する最適設計を行う構造体の設計方法に関する。   The present invention sample relates to a method for designing a structure such as a tire, and more particularly to a method for designing a structure that performs optimal design for a plurality of performances using numerical simulation of the structure.

タイヤ等のスチールコードやゴム部材が積層された構造体を設計する場合、複数の性能をシミュレーション計算して設計変数の値を決定して最適設計を行う。
性能にトレードオフの関係を持つタイヤの場合においても、複数のタイヤの性能のバランスを考慮して最適設計を行う。例えば、タイヤに求められる性能は、例えば操縦安定性、乗心地性、転動抵抗特性、制動特性等が挙げられるが、これらの性能は、設計変数の値を一方向に変化させると操縦安定性は向上するが、乗心地性は低下する等のトレードオフの関係を持つ。このように性能にトレードオフの関係を持つ場合、性能に対する最適解は1つではなく、複数の組み合わせとして存在する。
When designing a structure in which steel cords such as tires and rubber members are laminated, an optimum design is performed by simulating a plurality of performances and determining values of design variables.
Even in the case of a tire having a trade-off relationship with performance, the optimum design is performed in consideration of the balance of the performance of a plurality of tires. For example, the performance required for tires includes, for example, steering stability, riding comfort, rolling resistance characteristics, braking characteristics, etc. These performances are controlled by changing the value of the design variable in one direction. Is improved, but has a trade-off relationship such as reduced ride comfort. Thus, when there is a trade-off relationship with performance, the optimum solution for performance exists as a plurality of combinations instead of one.

ところで、下記特許文献1、2には、1つの性能を目的関数としてタイヤの最適設計を行う方法が提案されているが、上述したようにトレードオフの関係にある各種性能を最適化するには、複数の性能を1つの目的関数にまとめて単一のものにすることで、最適解を見出すことができる。
しかし、この方法では、トレードオフの関係にある性能において、最適解の集合の全体像を把握することはできず、最適解がピンポイントで決定されるため自由度がなく、このため提供される最適設計案は自由度のないピンポイントのものとなってしまう。
By the way, in Patent Documents 1 and 2 below, a method for optimally designing a tire using one performance as an objective function is proposed. However, as described above, in order to optimize various performances having a trade-off relationship. By combining a plurality of performances into a single objective function, an optimal solution can be found.
However, this method cannot provide an overall picture of the set of optimal solutions in performance that is in a trade-off relationship, and is provided with this because there is no degree of freedom because the optimal solution is determined pinpoint. The optimal design proposal is a pinpoint one with no degree of freedom.

特開平7−164815号公報JP-A-7-164815 特開平9−323367号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-323367

そこで、本発明は、タイヤをはじめとする構造体の設計において、トレードオフ関係にある複数の性能であっても、設計者が設計自由度を持って最適設計することのできる構造体の設計方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a method for designing a structure that can be optimally designed by a designer with a degree of design freedom even in the case of a plurality of performances that have a trade-off relationship in designing a structure including a tire. The purpose is to provide.

本発明は、構造体の設計方法であって、構造体の形状、内部構造又は材料特性を規定するパラメータのうち、少なくとも1つを設計変数として定めるとともに、前記構造体に作用する物理量のうち、少なくとも2つ以上を目的関数として定めるステップと、前記設計変数の値を入力として規定する第1のモデル又は第1のシミュレーション近似式を用いてシミュレーション演算するとともに、この演算結果を入力として第2のモデル又は第2のシミュレーション近似式を用いてシミュレーション演算することにより、前記目的関数に対するパレート最適解を求めるステップと、前記パレート最適解のそれぞれの目的関数の値をベクトル成分の値として定めることにより、パレート最適解の情報を付与した自己組織化マップを生成するステップと、前記設計変数の情報を付与した自己組織化マップを生成するステップと、を有することを特徴とする構造体の設計方法を提供する。   The present invention is a method for designing a structure, wherein at least one of parameters defining the shape, internal structure, or material characteristics of the structure is defined as a design variable, and among physical quantities acting on the structure, A step of determining at least two or more as objective functions, a simulation calculation using the first model or the first simulation approximation formula that defines the value of the design variable as an input, and a second result using the calculation result as an input Calculating a Pareto optimal solution for the objective function by performing a simulation operation using a model or a second simulation approximate expression, and determining the value of each objective function of the Pareto optimal solution as a vector component value, Generating a self-organizing map with information of Pareto optimal solutions Provides a method of designing a structure characterized by having the steps of: generating a self-organizing map imparted with information of the design variables.

その際、前記第1のモデル又は第1のシミュレーション近似式が表す前記構造体の空間スケールは、前記第2のモデル又は第2のシミュレーション近似式が表す前記構造体の空間スケールに比べて大きいことが好ましい。
前記第1のシミュレーション近似式又は前記第2のシミュレーション近似式は、実験結果を用いて作成される近似式であってもよい。例えば、実験計画法に基づいて得られる実験結果から設計変数と目的関数との間で成り立つ近似式が挙げられる。
At this time, the spatial scale of the structure represented by the first model or the first simulation approximate expression is larger than the spatial scale of the structure represented by the second model or the second simulation approximate expression. Is preferred.
The first simulation approximate expression or the second simulation approximate expression may be an approximate expression created using experimental results. For example, an approximate expression that holds between a design variable and an objective function can be given from an experimental result obtained based on an experimental design.

なお、前記構造体は、例えば少なくともタイヤを含むものであり、タイヤ装着車両が例示される。
又、前記構造体は少なくともタイヤを含み、前記パレート最適解を、数値シミュレーションを用いて求めるステップは、前記設計変数の値を入力として規定する第1のモデルを用いて演算するとともに、この演算結果を入力として第2のモデルを用いて演算するステップを有し、前記第1のモデルはタイヤトレッド部材のフィラー補強相の分散をモデル化したコンパウンドモデルであり、前記第2のモデルはタイヤの少なくとも一部分を再現するタイヤモデルであることが好ましい。
The structure includes at least a tire, for example, and a tire-equipped vehicle is exemplified.
The structure includes at least a tire, and the step of obtaining the Pareto optimal solution using numerical simulation is performed using a first model that defines the value of the design variable as an input, and the calculation result The first model is a compound model that models the dispersion of the filler reinforcing phase of the tire tread member, and the second model is at least a tire model. A tire model that reproduces a part is preferable.

さらに、前記パレート最適解を求めるステップでは、多目的遺伝的アルゴリズムを用いて前記パレート最適解を求めることが好ましい。   Furthermore, in the step of obtaining the Pareto optimal solution, it is preferable to obtain the Pareto optimal solution using a multi-objective genetic algorithm.

本発明では、タイヤ等の構造体の数値シミュレーションを用いて、目的関数に対するパレート最適解の情報を付与した自己組織化マップを生成するとともに、設計変数の情報を付与した自己組織化マップを生成する。このため設計者は、これらのマップの面上のパレート最適解の全体像を見ながら、トレードオフの関係にある性能バランスを考慮しつつ、自己組織化マップ上の位置を定めることにより最適設計案を決定することができる。すなわち性能バランスの自由度を持ちつつ最適設計案を決定することができる。
特に、数値シミュレーションの際、第1のモデル又は第1のシミュレーション近似式と、第2のモデル又は第2のシミュレーション近似式とを用い、第1のモデル又は第1のシミュレーション近似式が表す構造体の空間スケールと、第2のモデル又は第2のシミュレーション近似式が表す構造体の空間スケールとが異なるマルチスケールシミュレーションを用いるので、構造体のミクロ構造における特性から構造体の性能にスケールを変えて一貫した解析を行うことができ、精度の高い最適設計案を決定することができる。
In the present invention, using a numerical simulation of a structure such as a tire, a self-organizing map to which information on the Pareto optimal solution for the objective function is added is generated, and a self-organizing map to which information on design variables is added is generated. . For this reason, the designer determines the optimal design plan by determining the position on the self-organizing map while considering the performance balance in a trade-off relationship while looking at the whole picture of the Pareto optimal solution on the surface of these maps. Can be determined. In other words, the optimum design plan can be determined while having a degree of freedom in performance balance.
In particular, a structure represented by the first model or the first simulation approximate expression using the first model or the first simulation approximate expression and the second model or the second simulation approximate expression in the numerical simulation. Because the multiscale simulation in which the spatial scale of the structure is different from the spatial scale of the structure represented by the second model or the second simulation approximation formula, the scale is changed from the characteristic in the microstructure of the structure to the performance of the structure. A consistent analysis can be performed, and an optimal design plan with high accuracy can be determined.

以下、本発明の構造体の設計方法について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。   Hereinafter, a method for designing a structure according to the present invention will be described in detail based on a preferred embodiment shown in the accompanying drawings.

図1は、本発明の構造体の設計方法の一例であるタイヤの最適設計方法を実施する処理装置10のブロック図である。
処理装置10は、入力操作系12、コンピュータ14及び出力装置16を有する。入力操作系12は、マウスやキーボードであり、各種情報をオペレータの指示により入力するデバイスである。
FIG. 1 is a block diagram of a processing apparatus 10 that implements an optimum tire designing method that is an example of a structure designing method according to the present invention.
The processing device 10 includes an input operation system 12, a computer 14, and an output device 16. The input operation system 12 is a mouse or a keyboard, and is a device that inputs various types of information according to instructions from the operator.

コンピュータ14は、CPU18及びメモリ20を有し、この他に図示されないROM等を有する。コンピュータ14は、ROM等に記憶されたコンピュータソフトウェアを実行することにより、条件設定部22、最適設計処理制御部24、ミクロスケールモデル作成部26、メゾスケールモデル作成部28、マクロスケールモデル作成部30、シミュレーション演算部32及び物性値調整部34の各部分を機能的に形成し、タイヤの最適設計案をマップ化した自己組織化マップを出力装置16に出力させる装置である。自己組織化マップについては後述する。
出力装置16は、入力操作系12を用いてオペレータが指示できるように入力画面を表示し、又後述する各種有限要素モデル及びシミュレーション演算結果を表示するディスプレイ、プリンタである。
The computer 14 includes a CPU 18 and a memory 20, and also includes a ROM (not shown). The computer 14 executes computer software stored in a ROM or the like, thereby executing a condition setting unit 22, an optimum design processing control unit 24, a microscale model creation unit 26, a mesoscale model creation unit 28, and a macroscale model creation unit 30. In this device, each part of the simulation calculation unit 32 and the physical property value adjustment unit 34 is functionally formed, and the self-organization map in which the optimum design plan of the tire is mapped is output to the output device 16. The self-organizing map will be described later.
The output device 16 is a display or printer that displays an input screen so that an operator can instruct using the input operation system 12, and displays various finite element models and simulation calculation results described later.

条件設定部22は、入力操作系12を用いて指示入力された、最適設計を行うための少なくとも2つ以上の目的関数、設計変数、さらには制約条件を設定する部分である。目的関数は、タイヤ性能として評価しようとする物理量であり、例えば、操縦安定性の指標となるスリップ角1度における横力であるCP(コーナリングパワー)、乗心地性の指標となるタイヤの1次固有振動数、転動抵抗の指標となる転がり抵抗、又耐摩耗性の指標となるタイヤトレッド部材の摩耗エネルギ等が挙げられる。   The condition setting unit 22 is a part for setting at least two or more objective functions, design variables, and further constraint conditions for performing an optimal design, which are input using the input operation system 12. The objective function is a physical quantity that is to be evaluated as tire performance. For example, a lateral force CP (cornering power) at a slip angle of 1 degree, which is an index of steering stability, and a tire primary index, which is an index of riding comfort. Examples thereof include natural frequency, rolling resistance as an index of rolling resistance, and wear energy of a tire tread member as an index of wear resistance.

目的関数は、性能として好ましい方向があり、値が大きくなる、小さくなる、又は所定の値に近づく等がある。このような目的関数の好ましい方向の情報は、目的関数の設定とともに設定される。なお、目的関数が所定の値に近づくことが好ましい場合、目的関数の値と所定の値との差の絶対値が小さくなるように設定するとよい。
設計変数は、タイヤの形状、内部構造及び材料特性を規定するパラメータであり、例えば、トレッド部材における材料特性を規定するフィラー分散形状やフィラー体積率、タイヤのトレッド部におけるクラウン形状を規定する曲率半径、又タイヤ内部構造を規定するタイヤのベルト幅寸法等が挙げられる。
制約条件は、目的関数の値を所定の範囲に制約したり、設計変数の値を所定の範囲に制約するための条件である。
この他、タイヤの負荷荷重やタイヤの転動速度をはじめとする走行条件、タイヤが走行する路面条件(凹凸形状、摩擦係数)、車両の走行シミュレーションに用いるための車両諸元の情報等が設定される。
The objective function has a preferable direction in terms of performance, and the value increases, decreases, or approaches a predetermined value. Such information on the preferred direction of the objective function is set together with the setting of the objective function. When it is preferable that the objective function approaches a predetermined value, the absolute value of the difference between the objective function value and the predetermined value may be set to be small.
Design variables are parameters that define tire shape, internal structure, and material characteristics. For example, filler dispersion shape and filler volume ratio that define material characteristics in the tread member, and radius of curvature that defines crown shape in the tread portion of the tire. Moreover, the belt width dimension of the tire etc. which prescribe | regulate a tire internal structure are mentioned.
The constraint condition is a condition for constraining the value of the objective function to a predetermined range or constraining the value of the design variable to a predetermined range.
In addition to this, travel conditions such as tire load load and tire rolling speed, road surface conditions (concave / convex shape, coefficient of friction) on which the tire travels, vehicle specification information used for vehicle travel simulation, etc. are set. Is done.

最適設計処理制御部24は、設計変数の値を種々変化させたサンプル集合を設定し、サンプルごとの設計変数の値を入力して、後述するシミュレーション演算を行い、少なくとも2つ以上の目的関数における値を求めることにより、多目的GA(遺伝的アルゴリズム)によるパレート最適解を探索し、この探索結果を用いて、パレート最適解についての自己組織化マップ及び設計変数の情報を付与した自己組織化マップを生成し、出力装置16に供給する部分である。   The optimum design processing control unit 24 sets a sample set in which the values of the design variables are changed variously, inputs the values of the design variables for each sample, performs a simulation calculation described later, and performs at least two objective functions. By searching for a Pareto optimal solution based on multi-objective GA (genetic algorithm), and using this search result, a self-organizing map for the Pareto optimal solution and a self-organizing map with design variable information added This is the part that generates and supplies to the output device 16.

パレート最適解は、トレードオフの関係にある複数の目的関数において、他の任意の解よりも優位にあるとはいえないが、より優れた解が他に存在しない解をいう。一般にパレート最適解は集合として複数個存在する。
最適設計処理制御部24は、一度の探索で複数のパレート最適解の集合を求める多目的GAの手法を用いる。通常のGAは、初期解のサンプル集合に対して、評価、選択、交叉、変異の処理を行い、次の世代の解集合として生成し、この処理を逐次続けて、数10〜数100世代後の解集合を求めて最適解を求める手法である。
A Pareto optimal solution is a solution in which a plurality of objective functions in a trade-off relationship do not have an advantage over any other solution, but no better solution exists. In general, there are a plurality of Pareto optimal solutions as a set.
The optimum design processing control unit 24 uses a multi-objective GA method for obtaining a set of a plurality of Pareto optimum solutions in one search. A normal GA performs evaluation, selection, crossover, and mutation processing on a sample set of initial solutions, generates a solution set of the next generation, and continues this processing sequentially, after several tens to several hundred generations This is a method for obtaining an optimal solution by obtaining a set of solutions.

多目的GAは、複数の目的関数に対して複数の最適解が存在するため、GAの方法を用いて、この最適解の境界をパレート最適解として求める方法である。多目的GAは、現在種々の方法が提案されているが、本発明では特に制限されない。例えば、解集合を目的関数に沿って複数の領域に分割し、この分割した解集合毎に多目的GAを行うDRMOGA(Divided Range Multi-Objective GA)、NCGA(Neighborhood Cultivation GA),DCMOGA(Distributed Cooperation model of MOGA and SOGA)、NSGA(Non-dominated Sorting GA)、NSGA2(Non-dominated Sorting GA-II)、SPEAII(Strength Pareto Evolutionary Algorithm-II)法等の公知の方法を用いることができる。その際、解集合が解空間に幅広く分布し、精度の高いパレート最適解の集合を求める必要がある。このため、最適設計処理制御部24では、例えば、ベクトル評価遺伝的アルゴリズム(Vector Evaluated Generic Algorithms:VEGA)や、パレートランキング法やトーナメント法を用いた選択が行われる。   The multi-objective GA is a method for obtaining a boundary of the optimal solution as a Pareto optimal solution by using the GA method because there are a plurality of optimal solutions for a plurality of objective functions. Various methods are currently proposed for the multipurpose GA, but are not particularly limited in the present invention. For example, DRMOGA (Divided Range Multi-Objective GA), NCGA (Neighborhood Cultivation GA), or DCMOGA (Distributed Cooperation model) that divides the solution set into a plurality of regions along the objective function and performs multi-objective GA for each divided solution set. of MOGA and SOGA), NSGA (Non-dominated Sorting GA), NSGA2 (Non-dominated Sorting GA-II), and SPEA II (Strength Pareto Evolutionary Algorithm-II) method can be used. At that time, it is necessary to obtain a set of Pareto optimal solutions with high accuracy, with the solution set widely distributed in the solution space. For this reason, the optimum design processing control unit 24 performs selection using, for example, a vector evaluation genetic algorithm (VEGA), a Pareto ranking method, or a tournament method.

最適設計処理制御部24は、このような多目的GAによる最適設計処理ルーチンを制御して、設定された各設計変数を種々変化させたサンプル集合を設定し、これにシミュレーション演算を施して目的関数の値を求めることにより、パレート最適解の初期解のサンプル集合を設定し、この集合を用いて多目的GAを行う。
多目的GAにおける解集合に対する評価、選択,交又の各操作は、後述するシミュレーション演算結果である目的関数の値によって行われ、さらに変異の操作が行われて次世代の解集合が生成される。
The optimal design processing control unit 24 controls such an optimal design processing routine by the multi-purpose GA, sets a sample set in which each set design variable is variously changed, performs a simulation operation on the sample set, and sets the objective function. By obtaining a value, a sample set of an initial solution of the Pareto optimal solution is set, and multipurpose GA is performed using this set.
Each evaluation, selection, and crossover operation on the solution set in the multi-objective GA is performed according to the value of an objective function that is a simulation calculation result to be described later, and a mutation operation is further performed to generate a next-generation solution set.

自己組織化マップ(Self-Organizing Map)は、図2に示されるように多次元の入力データを予備的な知識なし(教師なし)に、クラスタリングして、複数の領域に区切られて表されたマップである。この多次元のデータとしてパレート最適解における目的関数の値が用いられる。
自己組織化マップには、二次元平面上に規則的に配置されたノード(図2では六角形のセル)が存在し、このノードのそれぞれは目的関数の設定数と同じ数の次元のベクトルであって、ベクトル成分が乱数で初期化された参照ベクトルを持つ。一方、パレート最適解は目的関数毎の値を持ち、この値をベクトル成分とするベクトルで表したとき、このベクトルに最も距離の近い参照ベクトルに対応するノードがベストマッチノード(勝者)として選択される。そして、このベストマッチノードと、このベストマッチノードから所定範囲に存在するノードのベクトルがパレート最適解のベクトルとの間の距離に応じてパレート最適解のベクトルに近づくように、パレート最適解のベクトル毎に更新される。このような参照ベクトルを持つノードによって構成されるマップが自己組織化マップである。なお、自己組織化マップについては、“Visualization and Data Mining of Pareto Solutions Using Self-Organizing Map”(Shigeru Obayashi and Daisuke Sasaki, 2nd International Conference on Evolutionary Multi-Criterion Optimization, 8-11thApril 2003, Portugal)に詳細が述べられている。
As shown in Fig. 2, the self-organizing map is expressed by clustering multi-dimensional input data without any prior knowledge (unsupervised) and divided into multiple regions. It is a map. The value of the objective function in the Pareto optimal solution is used as this multidimensional data.
In the self-organizing map, there are nodes (hexagonal cells in FIG. 2) regularly arranged on a two-dimensional plane, and each of these nodes is a vector of the same number of dimensions as the set number of objective functions. The vector component has a reference vector initialized with a random number. On the other hand, the Pareto optimal solution has a value for each objective function, and when this value is represented by a vector having a vector component, the node corresponding to the reference vector closest to this vector is selected as the best match node (winner). The Then, the vector of the Pareto optimal solution so that the vector of the best match node and the vector of the nodes existing within a predetermined range from the best match node approach the vector of the Pareto optimal solution according to the distance between the vector of the Pareto optimal solution Updated every time. A map composed of nodes having such reference vectors is a self-organizing map. For the self-organization map, see “Visualization and Data Mining of Pareto Solutions Using Self-Organizing Map” (Shigeru Obayashi and Daisuke Sasaki, 2nd International Conference on Evolutionary Multi-Criterion Optimization, 8-11 th April 2003, Portugal). Details are stated.

図2は、目的関数f1,f2,f3における自己組織化マップの例を表している。この自己組織化マップでは、4つの領域A〜Dにクラスタリングされて分割され、領域Aは、目的関数f1を指標とする性能が優れている領域である。領域Bは、目的関数f2を指標とする性能が優れている領域である。領域Cは、目的関数f3を指標とする性能が優れている領域である。領域Dは、いずれの性能も劣っている領域である。なお、図2では明示されないが、各領域は異なる色彩で表示され、目的関数の値が高いほど色濃度を濃く表示される。
さらに、最適設計処理制御部24は、複数の目的関数における値の情報が色彩及び濃度によって付与された自己組織化マップを生成するとともに、各パレート最適解を構成する設計変数の値の情報を付与した自己組織化マップを生成する。
このような自己組織化マップは、出力装置16に供給される。
FIG. 2 shows an example of a self-organizing map in the objective functions f 1 , f 2 , and f 3 . In this self-organizing map, it is divided into four areas A to D, and the area A is an area with excellent performance using the objective function f 1 as an index. The region B is a region where performance using the objective function f 2 as an index is excellent. The region C is a region where performance using the objective function f 3 as an index is excellent. Region D is a region in which both performances are inferior. Although not explicitly shown in FIG. 2, each region is displayed in a different color, and the higher the objective function value, the darker the color density.
Further, the optimum design processing control unit 24 generates a self-organizing map in which information on values in a plurality of objective functions is given by color and density, and gives information on values of design variables constituting each Pareto optimum solution. Generated self-organizing map.
Such a self-organizing map is supplied to the output device 16.

一方、ミクロスケールモデル作成部26、メゾスケールモデル作成部28及びマクロスケールモデル作成部30は、目的関数の値を算出するために、シミュレーション演算を行うシミュレーションモデルを作成する部分である。これらのシミュレーションモデルは多目的GAにより設定される設計変数の値に応じてモデル化され、マルチスケールによるシミュレーション演算に用いられる。
ミクロスケールモデル作成部26は、フィラーが分散配置されたゴム部材のミクロ構造を再現したミクロスケールモデルを作成する部分である。ミクロスケールモデルは、具体的には、タイヤトレッドゴム部材等の不均質材料の代表領域が、図示されないデータ供給デバイスから入力されると、代表領域に一定の間隔で3方向に要素分割され、各有限要素に材料定数が割り当てられたモデルである。
On the other hand, the microscale model creation unit 26, the mesoscale model creation unit 28, and the macroscale model creation unit 30 are portions for creating a simulation model for performing a simulation operation in order to calculate the value of the objective function. These simulation models are modeled according to the values of design variables set by the multipurpose GA, and are used for multiscale simulation calculations.
The microscale model creation unit 26 is a part that creates a microscale model that reproduces the microstructure of a rubber member in which fillers are dispersedly arranged. Specifically, when a representative region of a heterogeneous material such as a tire tread rubber member is input from a data supply device (not shown), the microscale model is divided into elements in three directions at regular intervals in each representative region. This is a model in which material constants are assigned to finite elements.

ミクロスケールモデルとしては、この他に、ゴム部材中にスチール線材が埋設された部材を再現したミクロスケールモデルであってもよい。
代表領域は、互いに直交する3方向に連続的に隣接配置することによって不均質材料の塊を構成するように設定された領域であり、例えば直方体形状である。作成される有限要素モデルは、直方体形状の有限要素モデルによって構成される。有限要素モデルを作成することにより有限要素モデルを表す演算可能な全体行列が自動的に生成される。
In addition to this, the microscale model may be a microscale model that reproduces a member in which a steel wire is embedded in a rubber member.
The representative region is a region that is set so as to form a lump of heterogeneous material by continuously arranging adjacent regions in three directions orthogonal to each other, and has, for example, a rectangular parallelepiped shape. The created finite element model is composed of a rectangular parallelepiped finite element model. By creating the finite element model, a computable whole matrix representing the finite element model is automatically generated.

メゾスケールモデル作成部28は、上記ミクロスケールモデルが表す代表領域よりも大きい領域を有限要素で再現したメゾスケールモデルを作成する部分である。例えば、トレッドゴム部材が微小凹凸路面と接触したとき微小凹凸に応じて変形する状態を再現するようなタイヤのトレッド部材モデルの一部分を再現したモデルである。   The mesoscale model creation unit 28 is a part that creates a mesoscale model in which a region larger than the representative region represented by the microscale model is reproduced with a finite element. For example, it is a model that reproduces a part of a tread member model of a tire that reproduces a state in which the tread rubber member is deformed in accordance with the minute unevenness when the tread rubber member comes into contact with the minute uneven surface.

マクロスケールモデル作成部30は、シミュレーション演算を行うために、各タイヤ構成部材を有限要素で構成したタイヤ全体モデルであり、各タイヤ構成部材の構造を均質なものとしてタイヤを再現し、付与する材料定数をタイヤ構成部材の等価な材料定数とするモデルを作成する部分である。
上記ミクロスケールモデル、メゾスケールモデル及びマクロスケールモデルについては後述する。
The macro-scale model creation unit 30 is a tire overall model in which each tire constituent member is configured by a finite element in order to perform a simulation calculation, and a material that reproduces and gives a tire with a uniform structure of each tire constituent member This is a part for creating a model in which the constant is an equivalent material constant of the tire constituent member.
The microscale model, mesoscale model, and macroscale model will be described later.

シミュレーション演算部32は、作成された各シミュレーションモデルを用いて所定の条件下でシミュレーション演算を行う部分である。例えば、ミクロスケールモデルでは、所定の外力や強制変位を与えて各節点の変位を求め、又所定の応力を与えて歪を求め、さらに外力や応力を与えて歪エネルギを求める。これより、ミクロスケールモデルが再現するゴム部材等の物性値(ヤング率、せん断剛性、ポアソン比、あるいは超弾性ポテンシャルのパラメータ)を求める。あるいは、ミクロスケールモデルに外力、変位、応力又は歪を付与してミクロスケールモデルによる応力、歪解析のシミュレーションを行って、ミクロスケールモデルに作用する歪分布又は応力分布を求める。
シミュレーション演算は、例えばABQUS等の公知の有限要素プログラムを用いて行われる。
The simulation calculation unit 32 is a part that performs a simulation calculation under a predetermined condition using each created simulation model. For example, in a microscale model, a predetermined external force or forced displacement is applied to determine the displacement of each node, a predetermined stress is applied to determine strain, and an external force or stress is applied to determine strain energy. From this, the physical property value (Young's modulus, shear stiffness, Poisson's ratio, or superelastic potential parameter) of the rubber member or the like reproduced by the microscale model is obtained. Alternatively, an external force, displacement, stress, or strain is applied to the microscale model, and a stress / strain analysis simulation is performed using the microscale model to obtain a strain distribution or stress distribution that acts on the microscale model.
The simulation calculation is performed using a known finite element program such as ABQUS.

メゾスケールモデルを用いたシミュレーションの場合、例えば所定の条件下での、タイヤトレッド部材のモデルと凹凸形状を成した路面モデルとの接触シミュレーションを行い、タイヤトレッド部材の路面に対する摩擦係数を求める。硬度の高いタイヤトレッド部材は路面の細かな凹凸形状に対して接触面積が小さくなり、限界摩擦係数が低下するが、このような摩擦特性を再現するように接触シミュレーションが行われる。また、メゾスケールモデルに外力、変位、応力又は歪を境界条件として与えてシミュレーションを行い、メゾスケールモデルにおける路面と接触する接触面積、接地形状、接地圧分布、歪エネルギー、応力分布、歪分布等を求める。   In the case of simulation using a mesoscale model, for example, a contact simulation between a tire tread member model and an uneven road surface model under a predetermined condition is performed to obtain a friction coefficient of the tire tread member with respect to the road surface. A tire tread member having a high hardness has a smaller contact area with respect to fine irregularities on the road surface, and the limit friction coefficient is lowered. However, a contact simulation is performed to reproduce such friction characteristics. Also, simulation is performed by giving external force, displacement, stress or strain to the mesoscale model as boundary conditions, contact area in contact with the road surface in the mesoscale model, contact shape, contact pressure distribution, strain energy, stress distribution, strain distribution, etc. Ask for.

マクロスケールモデルを用いたシミュレーションの場合、例えば所定の荷重条件下で、平坦な路面モデルに対してマクロスケールモデルであるタイヤ全体モデルを接触させ、さらに、上記シミュレーション(メゾスケールシミュレーション)によって求められた摩擦係数とゴムミクロ構造モデルによるシミュレーション(ミクロスケールシミュレーション)により求められた物性値とに基づいて、タイヤの転動のシミュレーションを行う。このシミュレーションによって、例えばタイヤ全体モデルのタイヤ回転軸に作用する力及びモーメントを求める。   In the case of a simulation using a macroscale model, for example, under a predetermined load condition, the entire tire model which is a macroscale model is brought into contact with a flat road surface model, and further obtained by the above simulation (mesoscale simulation). The tire rolling simulation is performed based on the friction coefficient and the physical property value obtained by the simulation (microscale simulation) using the rubber microstructure model. By this simulation, for example, forces and moments acting on the tire rotation axis of the entire tire model are obtained.

物性値調整部34は、シミュレーション演算部32で各モデルに用いられる物性値を、シミュレーション演算で求められた応力分布、歪分布、歪エネルギー分布等の情報から物性値の変化を予測し、予測結果に応じて各モデルで用いられる物性値を調整する部分である。物性値の変化の予測は、予め実験により磨耗の程度や物性値と、応力分布、歪分布、歪エネルギー分布との対応関係を調べて、データベースとして記憶しておき、シミュレーション演算部32で求められた応力分布、歪分布、歪エネルギー分布の情報から物性値の変化を予測する。このようにして調整された物性値は、さらにモデルを用いて行われるシミュレーション演算に材料定数として用いられる。   The physical property value adjustment unit 34 predicts the physical property value used for each model by the simulation operation unit 32 from information such as stress distribution, strain distribution, and strain energy distribution obtained by the simulation operation, and predicts the result. This is the part that adjusts the physical property values used in each model. The prediction of the change in the physical property value is obtained by the simulation calculation unit 32 by examining the correspondence relationship between the degree of wear and the physical property value, the stress distribution, the strain distribution, and the strain energy distribution in advance through experiments and storing them as a database. Predict changes in physical properties from information on stress distribution, strain distribution, and strain energy distribution. The physical property value adjusted in this way is further used as a material constant in a simulation calculation performed using a model.

このような処理装置10で実施されるタイヤの最適設計方法を具体的に説明する。
図3はタイヤの最適設計方法の一例の流れを示すフローチャートである。
A tire optimum design method implemented by the processing apparatus 10 will be specifically described.
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of an example of an optimum tire design method.

まず、入力操作系12からの指示入力に基づいて、最適設計を行うための少なくとも2つ以上の目的関数、設計変数、さらには制約条件が設定される(ステップS10)。設計変数は、タイヤの形状、内部構造及び材料特性を規定するパラメータから選ばれる。
次に、設定された設計変数の値を種々に変更した設計変数の組み合わせサンプル集合を定め、このサンプル集合を用いて、シミュレーション演算を行い、目的関数の値を求めることにより初期解のサンプル集合を求める。この初期解のサンプル集合をスタートとして、パレート最適解の探索が行われる(ステップS20)。
パレート最適解の探索は、上述した公知の方法による多目的GAを用いて、下記に示すマルチスケールのシミュレーション演算によって行われる。
First, on the basis of an instruction input from the input operation system 12, at least two or more objective functions, design variables, and further constraint conditions for optimal design are set (step S10). The design variables are selected from parameters that define the tire shape, internal structure and material properties.
Next, a combination sample set of design variables in which the values of the set design variables are variously determined is determined, and a simulation calculation is performed using this sample set, and a sample set of the initial solution is obtained by obtaining the value of the objective function Ask. With the initial solution sample set as a start, a Pareto optimal solution is searched (step S20).
The search for the Pareto optimal solution is performed by the following multi-scale simulation calculation using the multi-purpose GA by the known method described above.

マルチスケールのシミュレーション演算は、以下のように行われる。
図4に示すように、タイヤ構成部材であるタイヤトレッドゴム部材のように、カーボンブラック、シリカ等の粒状フィラー材と各種エラストマーとが不均質にブレンドされたゴム部材の代表領域を再現したミクロスケールモデルと、この代表領域に比べて領域の大きいタイヤの部分領域をモデル化したメゾスケールモデルと、タイヤ全体をモデル化したマクロスケールモデルとをそれぞれ作成し、各スケールモデルによるシミュレーション演算結果を入力として異なるスケールのモデルによるシミュレーション演算を行う。これらのモデルは、いずれも複数の有限要素によってモデル化された有限要素モデルである。
Multi-scale simulation calculation is performed as follows.
As shown in FIG. 4, a microscale that reproduces a representative region of a rubber member in which granular filler materials such as carbon black and silica and various elastomers are inhomogeneously blended, such as a tire tread rubber member that is a tire constituent member. Create a model, a mesoscale model that models a partial region of a tire that has a larger area than this representative region, and a macroscale model that models the entire tire, and use the simulation calculation results of each scale model as input Perform simulation calculations with models of different scales. These models are all finite element models modeled by a plurality of finite elements.

図5は、パレート最適解を探索するために行われるマルチスケールのシミュレーション演算の流れを示すフローチャートである。
図4に示すように車両40に装着されるタイヤ42のタイヤ断面43、このタイヤ断面43のタイヤトレッドゴムの領域を拡大したタイヤトレッドゴム45及びタイヤトレッドゴムの一部分の領域を拡大して、フィラー補強相及びポリマー相が分散配置されたゴム材料のミクロ構造を再現したゴムミクロ構造47のそれぞれをシミュレーションモデルの対象とする。すなわち、上記各スケールに応じた対象物のモデルが作成されてシミュレーションが行われて、シミュレーション結果を入力として異なるスケールのモデルに付与してスケールの異なるシミュレーションが行われる。最適設計を実現するための設計変数として、フィラー補強相の分散形状、フィラー補強相の体積率及び、タイヤトレッド部の曲率半径を設定した場合、スケールの異なるシミュレーションモデルに、これらの設計変数の種々変更した値が反映されてモデルが作成されて各シミュレーション演算が行われる。
FIG. 5 is a flowchart showing the flow of multiscale simulation calculation performed to search for the Pareto optimal solution.
As shown in FIG. 4, the tire cross-section 43 of the tire 42 to be mounted on the vehicle 40, the tire tread rubber 45 in which the tire tread rubber area of the tire cross-section 43 is enlarged, and the partial area of the tire tread rubber are enlarged to fill the filler. Each of the rubber microstructures 47 reproducing the microstructure of the rubber material in which the reinforcing phase and the polymer phase are dispersedly arranged is the object of the simulation model. That is, a model of an object corresponding to each scale is created and a simulation is performed. A simulation result is applied to a model of a different scale as a simulation result, and a simulation of a different scale is performed. When the dispersion shape of the filler reinforcement phase, the volume fraction of the filler reinforcement phase, and the radius of curvature of the tire tread are set as design variables for realizing the optimum design, these design variables can be changed to simulation models with different scales. A model is created reflecting the changed value, and each simulation calculation is performed.

まず、解析対象とするタイヤ構成部材のゴムミクロ構造モデル46、タイヤトレッドゴムモデル48、タイヤ全体モデル50を設計変数の値に応じて作成する(ステップS110,112,114)。
解析対象とするタイヤ構成部材の代表領域中には複数の材料相が分散配置されており、これらの材料相の有する物性値に基づいて、対応するゴムミクロ構造モデル50の各有限要素に材料定数が付与される。最適設計を行うための設計変数として、フィラー補強相の分散形状及びフィラー補強相の体積率が設定される場合、設計変数として設定された分散形状及び体積率がモデルに用いられる。
First, a rubber microstructure model 46, a tire tread rubber model 48, and an entire tire model 50 of a tire constituent member to be analyzed are created according to design variable values (steps S110, 112, and 114).
A plurality of material phases are dispersedly arranged in the representative region of the tire constituent member to be analyzed, and a material constant is assigned to each finite element of the corresponding rubber microstructure model 50 based on the physical property values of these material phases. Is granted. When the dispersion shape of the filler reinforcing phase and the volume ratio of the filler reinforcing phase are set as the design variables for performing the optimum design, the dispersion shape and volume ratio set as the design variables are used in the model.

図6(a)は、ゴムミクロ構造モデル50の一例の断面を示す図である。
図6(a)は、不均質材料の代表領域をモデル化したゴムミクロ構造モデル50の断面図の一例である。このモデルは、第1のポリマー相と、第2のポリマー相、粒系フィラー相(フィラー補強相)と、粒系フィラー相の周りを取り巻くフィラー・ポリマー境界相とが、材料相として不均質に分散配置された代表領域をモデル化したものである。すなわち、材料特性の異なる複数のエラストマーが材料相として分散配置され、さらに、粒状の補強材(フィラー補強相)が材料相として分散配置されている。この不均質材料は、複数の材料相における弾性率のうち、最大の弾性率は最小の弾性率の100倍以上である。不均質材料を構成する材料相は、エラストマーやフィラー等の固体相であるばかりでなく、気体や液体が満たされた空隙相であってもよい。
ゴムミクロ構造モデル50は、複数の離散点によって形状が特徴付けられた同一の直方体(6面体)形状のボクセル(単位セル)を、直交する三方向に沿って隣接しかつ連続的に複数個配置することによって代表領域を再現している。代表領域は、例えば直方体形状とし互いに直交する3方向にメッシュ分割することにより、直方体形状の有限要素を連続的に配置し、例えば256個×256個×256個の有限要素により構成した有限要素モデルを作成する。このような有限要素モデルについては、例えば特開平9−180002号公報に記載されている。
FIG. 6A is a view showing a cross section of an example of the rubber microstructure model 50.
FIG. 6A is an example of a cross-sectional view of a rubber microstructure model 50 that models a representative region of a heterogeneous material. In this model, the first polymer phase, the second polymer phase, the granular filler phase (filler reinforcing phase), and the filler-polymer boundary phase surrounding the granular filler phase are inhomogeneous as the material phase. This is a model of representative regions that are distributed. That is, a plurality of elastomers having different material properties are dispersedly arranged as a material phase, and further, granular reinforcing materials (filler reinforcing phases) are dispersedly arranged as a material phase. This heterogeneous material has a maximum elastic modulus of 100 times or more the minimum elastic modulus among the elastic moduli in a plurality of material phases. The material phase constituting the heterogeneous material is not only a solid phase such as an elastomer or a filler, but may also be a void phase filled with gas or liquid.
In the rubber microstructure model 50, a plurality of voxels (unit cells) having the same rectangular parallelepiped (hexahedron) shape whose shape is characterized by a plurality of discrete points are arranged adjacently along three orthogonal directions and continuously. The representative area is reproduced. The representative region is, for example, a rectangular parallelepiped shape, and is divided into meshes in three directions orthogonal to each other, thereby continuously arranging finite elements having a rectangular parallelepiped shape. For example, a finite element model configured by 256 × 256 × 256 finite elements Create Such a finite element model is described in, for example, JP-A-9-180002.

図6(b)は、タイヤトレッドゴムモデル48の一例の断面を示す図である。
図6(b)のタイヤトレッドゴムモデル48はタイヤ溝を模擬して凹状を成しており、凹凸形状の路面モデル49(接触対象モデル)に接触する前の状態のモデルが作成される。タイヤトレッドゴムモデル48は、直方体形状(図6(b)中では矩形形状)の有限要素モデルにより構成されている。路面モデル49は凹凸形状の剛体モデルであって、変形しない。路面モデル49は、この他に、設定した路面条件に応じて、路面に水膜、氷雪層が形成された状態をモデル化したものであってもよい。
FIG. 6B is a view showing a cross section of an example of the tire tread rubber model 48.
The tire tread rubber model 48 in FIG. 6B has a concave shape by simulating a tire groove, and a model in a state before contact with the uneven road surface model 49 (contact target model) is created. The tire tread rubber model 48 is configured by a finite element model having a rectangular parallelepiped shape (rectangular shape in FIG. 6B). The road surface model 49 is an uneven rigid body model and does not deform. In addition to this, the road surface model 49 may be a model in which a water film and an ice / snow layer are formed on the road surface in accordance with the set road surface conditions.

図6(c)は、タイヤ全体モデル46の一例の断面を示す図である。タイヤ全体モデル46は3次元タイヤモデルであり、タイヤ回転軸に対して垂直な面でタイヤ全体モデルを切断した時の断面を示している。タイヤ全体モデル46は、タイヤ構成部材の形状に沿ってメッシュ分割されて6面体要素、4面体要素、シェル要素、膜要素等によってモデル化される。
これら各スケールのモデルは3次元モデルであるが、2次元モデルであってもよい。
FIG. 6C is a diagram showing a cross section of an example of the overall tire model 46. The entire tire model 46 is a three-dimensional tire model, and shows a cross section when the entire tire model is cut along a plane perpendicular to the tire rotation axis. The whole tire model 46 is mesh-divided along the shape of the tire constituent member, and is modeled by hexahedral elements, tetrahedral elements, shell elements, membrane elements, and the like.
These scale models are three-dimensional models, but may be two-dimensional models.

また、ミクロスケールモデルは、タイヤトレッドゴム部材のゴム材料をモデル化したものの他、スチール線材にゴム材料が被覆して形成されたスチールベルト材を再現した、図6(d)に示すモデル52であってもよく、モデル52中に、図6(e)のようなスチールベルト材の撚り構造を再現したモデル54を埋設したものである。少なくともタイヤ構成部材の代表領域が複数の材料相によって構成されたタイヤ構成部材をモデル化したものであればよい。   In addition to the model of the rubber material of the tire tread rubber member, the microscale model is a model 52 shown in FIG. 6D, which reproduces a steel belt material formed by coating a steel wire with a rubber material. The model 52 may be a model 54 in which a steel belt material twisted structure as shown in FIG. What is necessary is just to model the tire structural member in which at least the representative region of the tire structural member is composed of a plurality of material phases.

次に、作成されたゴムミクロ構造モデル50に対してミクロスケールシミュレーション1が実行される(ステップS116)。
ミクロスケールシミュレーション1では、有限要素のそれぞれの配置方向の一方の端部に位置する有限要素の節点(離散点)の挙動が、他方の端部に位置する節点(離散点)の挙動に滑らかに繋がるように周期境界条件が定められ、この周期境界条件の下に所定の外力が付与されて、各有限要素の応力分布、歪分布又は節点変位等が求められ、この代表領域における物性値、例えば不均質材料におけるバルク特性におけるヤング率又はせん断剛性等が求められる。
Next, the microscale simulation 1 is executed on the created rubber microstructure model 50 (step S116).
In the microscale simulation 1, the behavior of a node (discrete point) of a finite element located at one end of each arrangement direction of the finite element is smoothly changed to the behavior of a node (discrete point) located at the other end. Periodic boundary conditions are determined so as to be connected, and a predetermined external force is applied under the periodic boundary conditions to determine the stress distribution, strain distribution, or nodal displacement of each finite element. The Young's modulus or shear rigidity in the bulk characteristics of the heterogeneous material is required.

次に、求められた物性値がメゾスケールモデルであるタイヤトレッドゴムモデル48の対応する有限要素に付与されて、メゾスケールシミュレーション2が行われる(ステップS118)。
メゾスケールシミュレーション2では、タイヤトレッドゴムモデル48が設定した路面条件に応じた路面モデル49に接触させることによって、タイヤトレッドゴム部材が路面に接触したときの摩擦特性が求められる。この場合、路面モデル49の上方から垂直にタイヤトレッドゴムモデル48を押し当てる場合や路面モデル49に対して傾斜させた方向からタイヤトレッドゴムモデル48を押し当てて接触させ、このときの、接触面積、接触圧力、あるいは接触による歪エネルギー、すべり速度、摩擦係数等が求められる。摩擦係数は、路面と接触するゴム材料自身の物性によるが、路面の凹凸、接触圧力、接触面積の大小に応じて変化する特性である。したがって、メゾスケールシミュレーション2では、この特性を路面の凹凸に応じて正確に再現することができる。こうして求められた摩擦係数は、特性値としてタイヤ全体モデル46に付与される。
Next, the obtained physical property value is given to the corresponding finite element of the tire tread rubber model 48 which is a mesoscale model, and the mesoscale simulation 2 is performed (step S118).
In the mesoscale simulation 2, the friction characteristic when the tire tread rubber member contacts the road surface is obtained by contacting the road surface model 49 according to the road surface condition set by the tire tread rubber model 48. In this case, when the tire tread rubber model 48 is pressed vertically from above the road surface model 49 or the tire tread rubber model 48 is pressed and brought into contact with the road surface model 49 from the inclined direction, the contact area at this time , Contact pressure, strain energy due to contact, sliding speed, coefficient of friction, etc. are required. The coefficient of friction depends on the physical properties of the rubber material itself in contact with the road surface, but is a characteristic that changes according to the unevenness of the road surface, the contact pressure, and the contact area. Therefore, in the mesoscale simulation 2, this characteristic can be accurately reproduced according to the road surface unevenness. The friction coefficient thus obtained is given to the tire overall model 46 as a characteristic value.

次に、タイヤ全体モデル46を用いて、マクロスケールシミュレーション3が行われる(ステップS120)。
マクロスケールシミュレーション3では、ミクロスケールシミュレーション1で求められたヤング率やせん断剛性等の物性値が材料定数としてタイヤトレッドゴムモデル48に与えられ、さらに上記摩擦係数が付与されて、所定の条件下でタイヤの転動状態におけるタイヤの挙動がシミュレートされる。所定の条件とは、例えば、タイヤに内圧を付与する際の内圧、路面に対する負荷荷重、タイヤ転動速度、タイヤのスリップ角度、タイヤのキャンバー角度等の条件である。すなわち、マクロスケールシミュレーション3では、タイヤ全体モデル46に別途作成されたリムを再現したリムモデルを装着し、タイヤ全体モデル46とリムモデルとにより囲まれた空洞領域に面するタイヤ全体モデル46の内周面に対して内圧充填処理を施し、この後、別途作成された路面モデル47(図6(c)参照)に接触させて荷重を与え、さらに、所定の転動速度を与えてタイヤ全体モデル46を転動させる。その際、タイヤ全体モデル46にスリップ角度、タイヤのキャンバー角度あるいは、回転トルク等を与える。
Next, the macro scale simulation 3 is performed using the entire tire model 46 (step S120).
In the macro-scale simulation 3, physical property values such as Young's modulus and shear rigidity obtained in the micro-scale simulation 1 are given as material constants to the tire tread rubber model 48, and further, the friction coefficient is given, and under predetermined conditions. The behavior of the tire in the rolling state of the tire is simulated. The predetermined conditions are, for example, conditions such as an internal pressure when applying an internal pressure to a tire, a load applied to a road surface, a tire rolling speed, a tire slip angle, and a tire camber angle. That is, in the macro-scale simulation 3, a rim model that reproduces a rim created separately is mounted on the entire tire model 46, and the inner peripheral surface of the entire tire model 46 that faces a hollow region surrounded by the entire tire model 46 and the rim model. After that, an internal pressure filling process is performed, and then a load is applied by bringing it into contact with a separately created road surface model 47 (see FIG. 6C). Roll. At that time, a slip angle, a tire camber angle, a rotational torque, or the like is given to the entire tire model 46.

次に、このシミュレーションにより得られる演算結果から、タイヤ回転軸に作用する3方向の軸力(上下、前後、左右方向の軸力)及び3方向のモーメントが、タイヤ特性として算出される(ステップS122)。
軸力及びモーメントは、タイヤに所定の条件を与えることで過渡的に変化する物理量として時系列データで求めてもよいし、定常状態となったときの軸力及びモーメントを求めてもよい。また、タイヤは種々の条件、例えば付与する荷重によって軸力及びモーメントの大きさが種々変化するので、設定された種々の条件を中心として様々な条件における軸力及びモーメントを算出してもよい。
Next, from the calculation results obtained by this simulation, three axial forces (up / down, front / rear, left / right axial forces) acting on the tire rotation axis and moments in the three directions are calculated as tire characteristics (step S122). ).
The axial force and moment may be obtained as time-series data as a physical quantity that changes transiently by giving a predetermined condition to the tire, or the axial force and moment when a steady state is reached. In addition, since the magnitude of the axial force and the moment varies depending on various conditions, for example, the applied load, the tire may calculate the axial force and the moment under various conditions centering on the various set conditions.

次に、算出されたタイヤ特性を用いて車両走行シミュレーションが行われる(ステップS124)。例えば、タイヤにスリップ角度が付与されて横力が発生し車両がコーナリング旋回をする状態を再現する場合、車両モデルとして4輪モデルが作成される。例えば、機構解析プログラムADAMS(Mechanical Dynamics. Inc社製)を用いて車両モデルが作成されてシミュレーションが行われる。あるいは、解析式で表現可能な車両の2輪モデルを用いてもよい。
このようにして、タイヤトレッドゴム部材のミクロ構造を再現したゴムミクロ構造モデル50から、タイヤトレッドゴムモデル48、タイヤ全体モデル46を介してスケールの順にシミュレーションを行い、最終的に車両走行シミュレーションを行うことができる。
Next, a vehicle running simulation is performed using the calculated tire characteristics (step S124). For example, when reproducing a state where a slip angle is given to a tire to generate a lateral force and the vehicle corners and turns, a four-wheel model is created as a vehicle model. For example, a vehicle model is created using a mechanism analysis program ADAMS (manufactured by Mechanical Dynamics. Inc.) and a simulation is performed. Alternatively, a two-wheel model of a vehicle that can be expressed by an analytical expression may be used.
In this way, simulation is performed in the order of the scale from the rubber microstructure model 50 reproducing the microstructure of the tire tread rubber member through the tire tread rubber model 48 and the entire tire model 46, and finally vehicle running simulation is performed. Can do.

なお、マクロシミュレーション3を行った後、メゾスケールシミュレーション4を行うこともできる(ステップS126)。
すなわち、タイヤ全体モデル46に与えられる条件(再現条件)から、荷重条件、及び摩擦係数、スリップ角度又は転動速度等の路面接触の条件を定め、これらの条件を用いてマクロシミュレーション3を行った後、メゾスケールシミュレーション4を行う。
メゾスケールシミュレーション4では、マクロスケールシミュレーション3にて算出された、タイヤトレッドゴムモデル48の対応する領域における応力、歪を既知として、すでに作成されてメゾスケールシミュレーション2で用いられたタイヤトレッドゴムモデル48に応力或いは歪が境界条件として与えられ、タイヤトレッドゴムモデル48における応力、歪の解析が行われる。
さらに、メゾスケールシミュレーション4で行われて算出された応力、歪を既知として、ミクロスケールシミュレーション5が行われる(ステップS128)。
ミクロスケールシミュレーション5では、ミクロスケールシミュレーション1で用いられたゴムミクロ構造モデルの対応する領域の応力、歪を既知として、この応力或いは歪がゴムミクロ構造モデル50に境界条件として与えられてゴムミクロ構造モデル50を用いた応力、歪の解析が行われる。
In addition, after performing the macro simulation 3, the mesoscale simulation 4 can also be performed (step S126).
That is, a load condition and road contact conditions such as a friction coefficient, a slip angle, and a rolling speed are determined from conditions (reproduction conditions) given to the entire tire model 46, and the macro simulation 3 is performed using these conditions. Thereafter, a mesoscale simulation 4 is performed.
In the mesoscale simulation 4, the tire tread rubber model 48 that has been created and used in the mesoscale simulation 2 with the stress and strain in the corresponding region of the tire tread rubber model 48 calculated in the macroscale simulation 3 is known. Stress or strain is given as a boundary condition to analyze the stress or strain in the tire tread rubber model 48.
Further, the microscale simulation 5 is performed with the stress and strain calculated by the mesoscale simulation 4 being known (step S128).
In the microscale simulation 5, the stress and strain in the corresponding region of the rubber microstructure model used in the microscale simulation 1 are known, and the stress or strain is given as a boundary condition to the rubber microstructure model 50, so that the rubber microstructure model 50 is The stress and strain used are analyzed.

次に、算出されたゴムミクロ構造モデル50における応力、歪の分布から、ゴムミクロ構造モデル50の各材料相における材料定数が調整される(ステップS130)。
材料定数の調整は、ゴム部材のミクロ構造として分散配置される各材料相の物性値がタイヤの使用状況に応じて変化することを表すためのもので、ゴムミクロ構造モデル50で算出された応力、歪の分布から、材料定数(ヤング率、歪断剛性、ポアソン比等)が修正される。例えば、予めゴムサンプルに所定の歪、応力を所定回数繰り返し与えてゴムサンプルを疲労させ、そのときの疲労に伴う物性値の変化から修正すべき材料定数の修正量を定めた対応表を作成しておく。この対応表を用いて、算出された応力、歪の分布から修正量を求めて、材料定数の調整が行われる。
Next, the material constant in each material phase of the rubber microstructure model 50 is adjusted from the calculated stress and strain distribution in the rubber microstructure model 50 (step S130).
The adjustment of the material constant is intended to indicate that the physical property value of each material phase dispersed and arranged as the microstructure of the rubber member changes according to the use situation of the tire. The stress calculated by the rubber microstructure model 50, Material constants (Young's modulus, strain stiffness, Poisson's ratio, etc.) are corrected from the strain distribution. For example, the rubber sample is fatigued by applying a predetermined number of strains and stresses to the rubber sample in advance, and a correspondence table is created that defines the amount of material constants to be corrected based on changes in physical property values accompanying the fatigue. Keep it. By using this correspondence table, the correction amount is obtained from the calculated stress and strain distribution, and the material constant is adjusted.

調整された材料定数は、さらにミクロスケールシミュレーション1にて用いられたゴムミクロ構造モデル50に再度付与されて、ミクロスケールシミュレーション1が再度行われる。こうして、ミクロスケールシミュレーション1で算出された物性値に基づいてタイヤトレッドゴム部材としての材料定数が定められ、この材料定数がメゾスケールモデルに付与されてメゾスケールシミュレーション2が行われる。さらに、メゾスケールシミュレーション2で算出された特性値と、ミクロスケールシミュレーション1で算出された物性値とに基づいて、マクロスクールシミュレーション3が再度行われる。このようにして、タイヤの使用状況によって変化するタイヤ構成部材の物性値に基づいて、タイヤのマクロスケールシミュレーション3を行うことで、車両走行シミュレーションに用いられるタイヤ特性を算出することができ、タイヤの使用状況によって変化する車両の走行シミュレーションを再現することができる。
なお、図5に示す方法では、目的関数の値の算出を、シミュレーションモデルを用いた演算により行うが、本発明ではシミュレーション近似式を用いて目的関数の値を算出してもよい。例えば、実験計画法に基づいて得られる実験結果から設計変数と目的関数との間の近似式(シミュレーション近似式)を使ってパレート最適解を得ることができる。このシミュレーション近似式として、多項式やニューラルネットワーク等により得られる公知の非線形関数が挙げられる。上記マルチスケールのシミュレーション演算では、シミュレーションモデルとシミュレーション近似式とを併用して目的関数の値を算出してもよい。
The adjusted material constant is given again to the rubber microstructure model 50 used in the microscale simulation 1, and the microscale simulation 1 is performed again. Thus, the material constant as the tire tread rubber member is determined based on the physical property values calculated in the microscale simulation 1, and this material constant is given to the mesoscale model to perform the mesoscale simulation 2. Further, the macro school simulation 3 is performed again based on the characteristic values calculated in the mesoscale simulation 2 and the physical property values calculated in the microscale simulation 1. In this way, by performing the macro scale simulation 3 of the tire based on the physical property value of the tire constituent member that changes depending on the use state of the tire, the tire characteristics used in the vehicle running simulation can be calculated. It is possible to reproduce a running simulation of a vehicle that changes depending on usage conditions.
In the method shown in FIG. 5, the value of the objective function is calculated by calculation using a simulation model. However, in the present invention, the value of the objective function may be calculated using a simulation approximate expression. For example, a Pareto optimal solution can be obtained from an experimental result obtained based on an experimental design using an approximate expression (simulation approximate expression) between a design variable and an objective function. As this simulation approximate expression, a known nonlinear function obtained by a polynomial, a neural network or the like can be cited. In the multi-scale simulation calculation, the value of the objective function may be calculated using a simulation model and a simulation approximation formula together.

こうして走行シミュレーションを再現したシミュレーション演算の結果が、種々値を変更した設計変数の組み合わせ毎に行われ、目的関数として設定されたシミュレーションモデルの物理量の値が算出され、初期解の集合が生成される。
この初期解の集合を第1世代とし、上記シミュレーション演算を用いて目的関数の値を取得しながら、設定された世代数まで、或いは、目的関数の値が所定の範囲内に収束するまで多目的GAを行うことにより、パレート最適解を得る。
以上が、図3におけるパレート最適解の探索である(ステップS20)。
The result of the simulation calculation that reproduces the running simulation is performed for each combination of design variables with various values changed, the value of the physical quantity of the simulation model set as the objective function is calculated, and a set of initial solutions is generated. .
The set of initial solutions is set as the first generation, and the value of the objective function is obtained using the simulation operation, and the multipurpose GA is obtained until the set number of generations or until the value of the objective function converges within a predetermined range. To obtain the Pareto optimal solution.
The above is the search for the Pareto optimal solution in FIG. 3 (step S20).

次に、得られたパレート最適解を用いて、目的関数の値を用いた自己組織化マップが生成される(ステップS30)。自己組織化マップでは、目的関数の値をベクトル成分とした場合、このベクトルがお互いに近いパレート最適解ほど、マップ上のパレート最適解の位置は近くなるように配置され、パレート最適解がクラスタリングされる。
このような自己組織化マップでは、目的関数の値に応じてクラスタリングされて領域が分割され、この領域によって目的関数の値として好ましい、すなわちタイヤ性能を領域別にマップ化される。すなわち、この領域別に色表示が行われ、しかも目的関数の値が好ましい方向に向かうほど色濃度を濃くするように色濃度を変えることで、タイヤ性能に関する色情報を用いた自己組織化マップが生成される。こうして、自己組織化マップにパレート最適解の解集合がマッピングされる。
Next, a self-organizing map using the value of the objective function is generated using the obtained Pareto optimal solution (step S30). In the self-organizing map, when the value of the objective function is a vector component, the Pareto optimal solutions that are closer to each other are placed closer to each other on the map, and the Pareto optimal solutions are clustered. The
In such a self-organizing map, an area is divided by clustering according to the value of the objective function, and the area is divided as a preferable objective function value by this area, that is, the tire performance is mapped by area. In other words, color display is performed for each region, and by changing the color density so that the color density increases as the value of the objective function goes in the preferred direction, a self-organizing map using color information related to tire performance is generated. Is done. In this way, the Pareto optimal solution set is mapped to the self-organizing map.

次に、パレート最適解を達成する設計変数の値の情報が付与された自己組織化マップが生成される(ステップS40)。自己組織化マップには、パレート最適解の解空間がマピングされているので、このマッピング位置におけるパレート最適解を達成する各設計変数の値は、マッピングの位置に1対1に対応している。このため、色表示又は色濃度によって設計変数の値の情報を自己組織化マップ上に付与することができる。
これらの自己組織化マップは、ディスプレイ、プリンタの出力装置16に出力される。
Next, a self-organizing map to which information on the values of design variables that achieve the Pareto optimal solution is given is generated (step S40). Since the solution space of the Pareto optimal solution is mapped in the self-organizing map, the value of each design variable that achieves the Pareto optimal solution at this mapping position has a one-to-one correspondence with the mapping position. For this reason, information on the value of the design variable can be given on the self-organizing map by color display or color density.
These self-organizing maps are output to the output device 16 of the display and printer.

図7は、自己組織化マップを判り易く説明するための例であって、目的関数としてタイヤ性能を定めたときの、タイヤ性能の単一スケールのシミュレーション演算結果に基づく自己組織化マップの一例を示す。図7に示す例では、乗用車タイヤ(タイヤサイズ:235/45R17)のタイヤトレッドパターンのピッチ数、主溝幅及びラグ溝幅を設計変数とし、目的関数をCP(N)、最大発生横力CFmax(N)、DRY制動距離(m)、ハイドロプレーニング発生速度HP(km/時)、パターンノイズPN(dB)とした。なお、設定された設計変数はマクロスケールモデルにおける設計変数である。一方、目的関数であるCP(N)、CFmax(N)、DRY制動距離(m)、HP(km/時)は、シミュレーションモデルを用いて値を算出し、パターンノイズPN(dB)は、パターンノイズを再現するシミュレーション近似式を用いて値を算出して、指数化したものである。
図8(a)〜(e)は、タイヤ性能のマルチスケールのシミュレーション演算結果を用いて得られたパレット最適解に関する自己組織化マップであり、各目的関数の値の指数の情報を色表示した自己組織化マップである。各マップの下側には、各目的関数における値と色表示(色彩、色濃度)との対応関係を示すバーを示している。例えば、図8(a)では、CPの変量を色表示している。
FIG. 7 is an example for explaining the self-organizing map in an easy-to-understand manner, and an example of the self-organizing map based on the result of single-scale simulation calculation of the tire performance when the tire performance is defined as an objective function. Show. In the example shown in FIG. 7, the tire tread pattern pitch number, main groove width, and lug groove width of a passenger car tire (tire size: 235 / 45R17) are set as design variables, the objective function is CP (N), and the maximum generated lateral force CF max (N), DRY braking distance (m), hydroplaning generation speed HP (km / hour), and pattern noise PN (dB). The set design variable is a design variable in the macro scale model. On the other hand, CP (N), CF max (N), DRY braking distance (m), and HP (km / hour) that are objective functions are calculated using a simulation model, and pattern noise PN (dB) is A value is calculated using a simulation approximation formula that reproduces pattern noise, and is indexed.
FIGS. 8A to 8E are self-organizing maps regarding the optimum pallet solution obtained by using the multi-scale simulation calculation results of tire performance, and information on the index of the value of each objective function is displayed in color. It is a self-organizing map. Below each map, a bar indicating the correspondence between the value in each objective function and the color display (color, color density) is shown. For example, in FIG. 8A, CP variables are displayed in color.

図9(a)〜(c)は、設計変数の情報を付与した自己組織化マップを示している。
又、各マップの下側には、マップ上の各位置に対応したパレート最適解の各設計変数の値と色表示(色彩、色濃度)との対応関係を示している。図9(a)では、ピッチ数の値を指数化して、図9(b)では、主溝幅を指数化して、図9(c)では、ラグ溝幅を指数化して色表示している。
このように目的関数の値を色表示した自己組織化マップと、設計変数の値を色表示した自己組織化マップとをディスプレイ、プリンタに出力することにより、設計者は性能と設計変数との関係を視覚的に認識することができ、性能バランスを考慮して、このマップに基づいて最適設計案を決定することができる。なお、パレート最適解は、いずれもトレードオフの関係を持つ性能を最大限に引き出す最適解である。
このため、これらの自己組織化マップを用いて設計者は、設計自由度を持って最適設計することができる。
FIGS. 9A to 9C show self-organizing maps to which design variable information is added.
The lower side of each map shows the correspondence between the values of the design variables of the Pareto optimal solution corresponding to the respective positions on the map and the color display (color, color density). In FIG. 9A, the number of pitches is indexed, in FIG. 9B, the main groove width is indexed, and in FIG. 9C, the lug groove width is indexed and displayed in color. .
In this way, the designer can output the self-organization map displaying the objective function value in color and the self-organization map displaying the design variable value in color to the display / printer. Can be visually recognized, and the optimum design plan can be determined based on this map in consideration of the performance balance. Each Pareto optimal solution is an optimal solution that maximizes performance having a trade-off relationship.
For this reason, the designer can design optimally with a degree of freedom of design using these self-organizing maps.

図10(a)〜(c)は、自己組織化マップの他の例を示している。図10(a)〜(c)に示す例では、乗用車タイヤ(タイヤサイズ:225/45R17)のタイヤトレッド部材のフィラー補強相の分散形状と、タイヤトレッド部材のクラウン形状を設計変数とし、目的関数を、操縦安定性の指標であるCP、乗心地性の指標である縦ばね定数、耐磨耗性の指標である摩擦エネルギとした自己組織化マップの例である。
この場合、設計変数は、ミクロスケールモデルを対象とするフィラー補強相の分散形状と、マクロスケールモデルを対象とするクラウン形状が設計変数となっている。
FIGS. 10A to 10C show other examples of the self-organizing map. In the example shown in FIGS. 10A to 10C, the dispersion function of the filler reinforcing phase of the tire tread member of the passenger car tire (tire size: 225 / 45R17) and the crown shape of the tire tread member are set as design variables, and the objective function is used. Is an example of a self-organizing map in which CP is an index of steering stability, a longitudinal spring constant is an index of riding comfort, and a friction energy is an index of wear resistance.
In this case, the design variables are the dispersion shape of the filler reinforcing phase for the microscale model and the crown shape for the macroscale model.

図10(a)は、CPを指標とする操縦安定性の向上する領域を色濃度で表示している。図10(a)中、左下の領域が操縦安定性の優れた領域である。
図10(b)は、縦ばね定数を指標とする乗心地性の向上する領域を色濃度で表示している。図10(b)中、左上の領域が乗心地性の優れた領域である。
図10(c)は、摩擦エネルギを指標とする耐摩耗性の向上する領域を色濃度で表示している。図10(c)中、右上の領域が耐摩耗性の優れた領域である。
従来の単一の目的関数を用いた最適設計手法では、図11に示すように、乗心地性及び耐摩耗性のバランスされた設計案が点Eの位置にピンポイントで決定され、又、操縦安定性に特化した設計案が点Fの位置にピンポイントで決定され、又、操縦安定性、乗心地性及び耐磨耗性の3つの性能がバランスした設計案が点Gの位置にピンポイントで決定されるが、本発明の設計方法のように自己組織化マップを用いた場合、最適解の情報は自己組織化マップの面上に与えられるので、タイヤの設計の際、このマップを用いて設計者は設計自由度を持って最適設計案を決定することができる。
In FIG. 10A, the region where the steering stability is improved with CP as an index is displayed in color density. In FIG. 10A, the lower left region is a region with excellent steering stability.
FIG. 10 (b) displays a region in which riding comfort is improved using the vertical spring constant as an index, in color density. In FIG. 10B, the upper left region is a region having excellent riding comfort.
FIG. 10C shows the area where the wear resistance is improved with the frictional energy as an index, as a color density. In FIG. 10C, the upper right region is a region with excellent wear resistance.
In the conventional optimal design method using a single objective function, as shown in FIG. 11, a design plan in which riding comfort and wear resistance are balanced is determined at the position of point E, and control is performed. A design plan specialized for stability is pinpointed at the position of point F, and a design plan that balances the three performances of steering stability, ride comfort and wear resistance is selected at the point G position . However, when a self-organizing map is used as in the design method of the present invention, information on the optimal solution is given on the surface of the self-organizing map. Using this, the designer can determine the optimum design plan with design freedom.

以上、本発明の構造体の設計方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。   The structure designing method of the present invention has been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Of course.

本発明の構造体の設計方法の一例であるタイヤの設計方法を実施する処理装置の構成を機能的に示したブロック図である。It is the block diagram which showed functionally the structure of the processing apparatus which implements the tire design method which is an example of the structure design method of this invention. 本発明の構造体の設計方法で生成される自己組織化マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the self-organization map produced | generated with the design method of the structure of this invention. 本発明の構造体の設計方法の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the design method of the structure of this invention. 本発明の構造体の設計方法の一例であるタイヤの設計方法に用いるシミュレーション演算の流れを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the flow of the simulation calculation used for the tire design method which is an example of the structure design method of this invention. 図4に示すシミュレーション演算の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the simulation calculation shown in FIG. (a)〜(e)は、図4に示すシミュレーション演算に用いられる各種モデルを示す図である。(A)-(e) is a figure which shows the various models used for the simulation calculation shown in FIG. 本発明の構造体の設計方法の一例であるタイヤの設計方法で設定される設計変数を説明する図である。It is a figure explaining the design variable set by the tire design method which is an example of the structure design method of this invention. (a)〜(e)は、本発明の構造体の設計方法で生成される自己組織化マップの一例を示す図である。(A)-(e) is a figure which shows an example of the self-organization map produced | generated with the design method of the structure of this invention. (a)〜(c)は、本発明の構造体の設計方法で生成される自己組織化マップの他の例を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the other example of the self-organization map produced | generated with the design method of the structure of this invention. (a)〜(c)は、本発明の構造体の設計方法で生成される自己組織化マップの他の例を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the other example of the self-organization map produced | generated with the design method of the structure of this invention. 本発明の構造体の設計方法で生成される自己組織化マップの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the self-organization map produced | generated with the design method of the structure of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 処理装置
12 入力操作系
14 コンピュータ
16 出力装置
18 CPU
20 メモリ
22 条件設定部
24 最適設計処理制御部
26 ミクロスケールモデル作成部
28 メゾスケールモデル作成部
30 マクロスケールモデル作成部
32 シミュレーション演算部
34 物性値調整部
40 車両
42 タイヤ
46 タイヤ全体モデル
48 タイヤトレッドゴムモデル
50 ゴムミクロ構造モデル
52,54 モデル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Processing apparatus 12 Input operation system 14 Computer 16 Output apparatus 18 CPU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Memory 22 Condition setting part 24 Optimal design process control part 26 Micro scale model creation part 28 Meso scale model creation part 30 Macro scale model creation part 32 Simulation operation part 34 Physical property value adjustment part 40 Vehicle 42 Tire 46 Tire whole model 48 Tire tread Rubber model 50 Rubber microstructure model 52, 54 model

Claims (10)

コンピュータを用いて構築された構造体の設計システムにおいて構造体を設計する構造体の設計方法であって、
構造体の形状、内部構造又は材料特性を規定するパラメータのうち設計変数として定められた少なくとも1つのパラメータ、及び前記構造体に作用する物理量のうち目的関数として定められた少なくとも2つの物理量を、前記コンピュータにその設定手段が設定するステップと、
この設定ステップで設定された前記目的関数の値を算出するための、前記構造体の構造の一部の空間スケールを再現した、前記設計変数の値を入力として規定する第1のモデル又は第1のシミュレーション近似式、及び前記第1のモデル又は前記第1のシミュレーション近似式が表す前記構造体の構造の前記一部を含み、前記一部の空間スケールより大きい、前記構造体の構造の空間スケールを再現した第2のモデル又は第2のシミュレーション近似式を前記コンピュータの作成手段が作成するステップと、
前記コンピュータの演算手段が、前記目的関数の値を算出するために、前記作成ステップで作成された記第1のモデル又は前記第1のシミュレーション近似式を用いてシミュレーション演算するとともに、この演算結果を入力として前記第2のモデル又は前記第2のシミュレーション近似式を用いてシミュレーション演算することにより、前記目的関数の値を算出して、前記目的関数に対するパレート最適解を求めるステップと、
前記コンピュータのマップ生成手段が、前記パレート最適解のそれぞれの前記目的関数の値をベクトル成分の値として定めることにより、パレート最適解の情報を付与した自己組織化マップを生成するステップと、
前記マップ生成手段が、前記設計変数の情報を付与した自己組織化マップを生成するステップと、を有し、
前記第1のシミュレーション近似式および前記第2のシミュレーション近似式は、前記設計変数から前記目的関数の値を求めるための、それぞれが表す空間スケールにおける前記設計変数と前記目的関数との間の近似式であることを特徴とする構造体の設計方法。
A structure design method for designing a structure in a structure design system constructed using a computer ,
Structure shape, at least one defined as a parameter sac Chi design variables that define the internal structure or material properties parameter, and at least two defined as the physical quantity sac Chi objective function acting on the structure a physical quantity, comprising the steps to set its setting means to the computer,
The first model or the first model that defines the value of the design variable, which reproduces the spatial scale of a part of the structure of the structure, for calculating the value of the objective function set in the setting step. And the spatial scale of the structure of the structure that includes the part of the structure of the structure represented by the first model or the first simulation approximate expression and is larger than the spatial scale of the part. The creation means of the computer creates a second model or a second simulation approximation formula that reproduces
Computing means of said computer, said in order to calculate the value of the objective function, as well as simulation operation using the creation step has been pre-Symbol first model or the first simulation approximate expression created in this calculation result by simulation operation using the second model or the second simulation approximation equation as an input and calculates a value of the objective function, and obtaining the Pareto optimal solution to the objective function,
Map generating means of the computer, by determining the value of each of the objective function of the Pareto optimal solutions as the value of the vector components, and generating a self-organizing map impart information Pareto optimal solutions,
The map generating means, have a, and generating a self-organizing map giving information of the design variables,
The first simulation approximate expression and the second simulation approximate expression are approximate expressions between the design variable and the objective function on the spatial scales represented by them for obtaining the value of the objective function from the design variable. design method for structures, characterized in that it.
前記第2のモデル又は前記第2のシミュレーション近似式は、前記構造体の全体構造の空間スケールについて再現したものである請求項1に記載の構造体の設計方法。The structure design method according to claim 1, wherein the second model or the second simulation approximate expression is reproduced with respect to a spatial scale of the entire structure of the structure. 前記作成ステップは、前記第1のモデル又は前記第1のシミュレーション近似式が表す前記構造体の構造の空間スケールを含み、この空間スケールに比べて大きく、前記第2のモデル又は前記第2のシミュレーション近似式が表す前記構造体の構造の空間スケールに含まれ、この空間スケールに比べて小さい大きさを持つ、前記構造体の構造の空間スケールについて再現した第3のモデル又は第3のシミュレーション近似式を作成し、
前記パレート最適解を求めるステップは、前記目的関数の値を算出するために、前記第1のモデル又は前記第1のシミュレーション近似式を用いたシミュレーション演算の演算結果を入力として前記第3のモデル又は前記第3のシミュレーション近似式を用いてシミュレーション演算し、その演算結果を入力として前記第2のモデル又は前記第2のシミュレーション近似式を用いてシミュレーション演算するものである請求項に記載の構造体の設計方法。
The creating step includes the spatial scale of the first model or structure of the structure of the first simulation approximation formula represents, large compared to the spatial scale, the second model or the second simulation The third model or the third simulation approximation formula reproduced for the spatial scale of the structure of the structure, which is included in the spatial scale of the structure of the structure represented by the approximate expression and has a smaller size than the spatial scale. Create
In the step of obtaining the Pareto optimal solution, the calculation result of the simulation calculation using the first model or the first simulation approximate expression is used as an input to calculate the value of the objective function. The structure according to claim 2 , wherein a simulation calculation is performed using the third simulation approximate expression, and the calculation result is input using the second model or the second simulation approximate expression as an input. Design method.
前記パレート最適解を求めるステップは、前記第2のモデル又は前記第2のシミュレーション近似式を用いたシミュレーション演算を行った後に、その演算結果を用いて、再び、前記第3のモデル又は前記第3のシミュレーション近似式を用いてシミュレーション演算を行い、その演算結果を用いて、再び、前記第1のモデル又は前記第1のシミュレーション近似式を用いたシミュレーション演算を行い、その演算結果から前記設計変数の値の調整が行われ、調整された前記設計変数の値を入力として、再び、前記第1のモデル又は前記第1のシミュレーション近似式を用いたシミュレーション演算を行い、その演算結果を用いて、再び、前記第3のモデル又は前記第3のシミュレーション近似式を用いてシミュレーション演算を行い、その演算結果を用いて、再び、前記第2のモデル又は前記第2のシミュレーション近似式を用いたシミュレーション演算を行うことにより、前記目的関数の値を算出して、前記目的関数に対する前記パレート最適解を求めるものである請求項3に記載の構造体の設計方法。In the step of obtaining the Pareto optimal solution, the simulation calculation using the second model or the second simulation approximate expression is performed, and then the third model or the third model is again used using the calculation result. The simulation calculation is performed using the simulation approximate expression, the simulation result is again performed using the first model or the first simulation approximate expression using the calculation result, and the design variable of the design variable is calculated based on the calculation result. The value is adjusted, the adjusted value of the design variable is input, and the simulation calculation using the first model or the first simulation approximate expression is performed again, and the calculation result is used again. , Performing a simulation operation using the third model or the third simulation approximation formula, Using the calculation result, again, the value of the objective function is calculated by performing a simulation operation using the second model or the second simulation approximation formula, and the Pareto optimal solution for the objective function is calculated. The structure design method according to claim 3, wherein the structure is obtained. 前記構造体は少なくともタイヤを含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の構造体の設計方法。 The method for designing a structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the structure includes at least a tire. 前記構造体は少なくともタイヤを含み、
前記パレート最適解を、数値シミュレーションを用いて求めるステップは、前記設計変数の値を入力として規定する前記第1のモデルを用いて演算するとともに、この演算結果を入力として前記第2のモデルを用いて演算するステップを有し、
前記第1のモデルはタイヤトレッド部材のフィラー補強相の分散をモデル化したコンパウンドモデルであり、前記第2のモデルは、前記第1のモデルを含み前記タイヤの少なくとも一部分を再現するタイヤモデルである請求項1〜4のいずれか1項に記載の構造体の設計方法。
The structure includes at least a tire;
Determining the Pareto optimal solutions, using numerical simulation, as well as operation using the first model that defines the value of the design variables as input, using the second model as input the result of the calculation A step of calculating
The first model is a compound model that models dispersion of a filler reinforcing phase of a tire tread member, and the second model is a tire model that includes the first model and reproduces at least a part of the tire. The method for designing a structure according to any one of claims 1 to 4 .
前記第2のモデルは、前記タイヤの全体を再現するタイヤモデルである請求項6に記載の構造体の設計方法。The structure design method according to claim 6, wherein the second model is a tire model that reproduces the entire tire. 前記パレート最適解を求めるステップでは、多目的遺伝的アルゴリズムを用いて前記パレート最適解を求める請求項1〜のいずれか1項に記載の構造体の設計方法。 Wherein in the step of obtaining the Pareto optimal solutions, the design method of the structure according to any one of claims 1 to 7, obtaining the Pareto optimal solutions using multipurpose genetic algorithm. 前記コンピュータを、前記設定手段、前記作成手段、前記演算手段、および前記マップ生成手段として機能させ、該コンピュータに請求項1〜8のいずれか1項に記載の構造体の設計方法の各ステップを実行させるためのプログラム。  The computer is caused to function as the setting unit, the creation unit, the calculation unit, and the map generation unit, and each step of the structure designing method according to any one of claims 1 to 8 is performed on the computer. A program to be executed. 請求項9に記載のプログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。  A computer-readable recording medium on which the program according to claim 9 is recorded.
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