JP4466102B2 - Method for creating structure simulation model and structure simulation method - Google Patents
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Description
本発明は、2つの構成部材を少なくとも有し、このうち一方の構成部材が他方の構成部材に埋設されている、あるいは、一方の構成部材と他方の構成部材とが接合している構造体のシミュレーションモデルの作成方法およびシミュレーション方法であって、特にベルト部材、カーカス部材、トレッド部材、サイド部材等の複数の構成部材が積層されて構成されたタイヤのシミュレーションモデルの作成方法およびシミュレーション方法に関する。
The present invention has at least two constituent members, and one of the constituent members is embedded in the other constituent member, or one structural member and the other constituent member are joined together. BACKGROUND OF THE
複数のゴム構成部材を積層するとともにベルト部材やカーカス部材等の補強部材を補強層として積層して構成されたタイヤの挙動をシミュレーションするために、有限要素法が利用されている。
有限要素モデルとして作成されるタイヤのシミュレーションモデルでは、ベルト部材やカーカス部材等の補強部材で形成される補強層のモデルは膜要素やシェル要素によって表し、補強層を取り巻くゴム部材のモデルはソリッド要素によって表す。そして、補強層のモデルの膜要素やシェル要素の節点は、これを取り巻くソリッド要素の節点と共有するように作成される。また、2つのゴム部材が互いに接合する接合面においても、互いの有限要素が節点を共有するように作成される。
A finite element method is used to simulate the behavior of a tire formed by laminating a plurality of rubber constituent members and laminating reinforcing members such as a belt member and a carcass member as a reinforcing layer.
In the tire simulation model created as a finite element model, the model of the reinforcing layer formed by reinforcing members such as belt members and carcass members is represented by membrane elements and shell elements, and the model of the rubber member surrounding the reinforcing layer is a solid element Is represented by Then, the nodes of the membrane element and shell element of the model of the reinforcing layer are created so as to be shared with the nodes of the solid element surrounding the element. In addition, even on the joint surface where the two rubber members are joined to each other, the finite elements are created so as to share the nodes.
下記特許文献1では、補強層以外のゴム部材の部分について自動メッシュにより、三角形形状のソリッド要素を生成し、このソリッド要素の節点が補強層の膜要素やシェル要素の各節点と共有するようにシミュレーションモデルを作成する方法が提案されている。これにより、タイヤの所定の目的性能を達成するタイヤの構造、形状等の設計開発を効率的かつ容易にすることができるとされている。
In
前記特許文献1では、補強層における有限要素とゴム部材における有限要素とを境界面において節点が共有されるように設定するので、最適設計やロバスト設計のために構成部材の形状変更を行なって補強層の位置を変更した場合、境界面における節点が互いに共有されるようにゴム部材の有限要素モデルも同時に再構成しなければならい。すなわち、接合すべき有限要素モデル同士の接合を考慮して互いの有限要素の節点が接合する面で共有するように互いの有限要素モデルを再構成しなければならない。このため、モデルに設けられる節点の位置は、互いのモデルが結合する部分において節点を共有するように制限され、作成するモデルの再構成において有限要素の配置が制限される場合もある。
In
このようなモデルの再構成は煩雑な処理であり、モデルの形状変更を逐次行ないながら所定の目標性能を満たす形状を探索する最適設計やロバスト設計において、モデルの再構成は特に頻繁に行なわなければならず、設計効率が悪いといった問題がある。
また、下記特許文献2には、縦溝および横溝を有するタイヤのトレッドパターンの要素モデルとこれに接合するタイヤボディ部要素モデルとを別々に作成した後、2つのモデルを接合するタイヤの有限要素モデルの作成方法が開示されている。ここでは、作成したトレッドパターンの要素モデルをタイヤボディ部要素モデルに接合する際、節点の相対位置が変わらないように強制変位させるように定義して接合させる(特許文献2中の[0008]、[0028])が、この強制変位をどのように与えるかについては開示されていない。
Such model reconstruction is a complicated process, and model reconstruction must be performed particularly frequently in optimal design or robust design that searches for a shape that satisfies a predetermined target performance while sequentially changing the shape of the model. However, there is a problem that the design efficiency is poor.
Further, in
そこで、本発明は、ゴム部材等の構成部材に補強部材等の構成部材が結合されて構成されたタイヤ等の構造体のシミュレーションモデルを再構成する際、従来のように結合すべきモデルとの結合部分において節点が共有するようにモデルを作成する必要がなく、このモデルを他の結合すべきモデルに容易に結合できる構造体のシミュレーションモデルを作成する構造体のシミュレーションモデルの作成方法およびこのモデルを用いたシミュレーション方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a model that should be coupled as in the prior art when reconstructing a simulation model of a structure such as a tire that is configured by coupling a structural member such as a reinforcing member to a structural member such as a rubber member. How to create a structure simulation model and create this model without the need to create a model so that nodes are shared at the joint, and to easily connect this model to other models to be joined An object of the present invention is to provide a simulation method using the.
上記目的を達成するために、本発明は、CPUを備えた演算装置により、少なくとも2つの構成部材が結合して構成された構造体のシミュレーションモデルを作成する方法であって、前記CPUが、複数の有限要素を用いて複数の構成部材からなる構造体全体のシミュレーションモデルを構成し、このシミュレーションモデルから、前記構成部材の少なくとも1つを再現した第1の部材モデルを分離して、前記構成部材のうち前記第1の部材モデルにより再現されたもの以外の少なくとも1つの構成部材を再現した第2の部材モデルと区分けするステップと、前記第1の部材モデルおよび前記第2の部材モデルの少なくとも一方の部材モデルを再構成するステップと、部材モデルの再構成後、分離された前記第1の部材モデルを前記第2の部材モデルに再結合するために、前記第1の部材モデルを前記第2の部材モデルに対して所定の位置に配置する際に、前記第1の部材モデルの有限要素の節点が前記第2の部材モデルの有限要素の内部あるいは境界上に位置するときの、この前記第2の部材モデルの有限要素を特定し、この有限要素の形状を、パラメトリック空間上の基準形状から形状関数を用いて形状変換したものとして定めることにより、前記第1の部材モデルの各節点の前記基準形状内における対応点の位置情報を求め、この位置情報および前記形状関数を用いて、前記第1の部材モデルの各節点の物理量を規制する拘束条件を定めるステップと、この拘束条件を用いて再構成後の前記第1の部材モデルと前記第2の部材モデルとを互いに結合させて一体化したシミュレーションモデルを作成するステップと、を実行することを特徴とする構造体のシミュレーションモデルの作成方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a method for creating a simulation model of a structure configured by combining at least two constituent members with an arithmetic device including a CPU , wherein the CPU includes a plurality of CPUs. of using finite element constitutes the whole structure of a simulation model comprising a plurality of components, from the simulation model, to separate the first member model simulates at least one of said structural member, the structural member And at least one of the first member model and the second member model, the step of distinguishing from the second member model reproducing at least one component member other than the one reproduced by the first member model Reconstituting the member model of the first part model, and after reconfiguring the member model, the separated first member model is converted to the second part. When the first member model is placed at a predetermined position with respect to the second member model to recombine with the material model, the nodes of the finite element of the first member model are The finite element of the second member model is specified when located inside or on the boundary of the finite element of the member model, and the shape of the finite element is shaped using a shape function from the reference shape in the parametric space. By determining as converted, position information of corresponding points in the reference shape of each node of the first member model is obtained, and each position of the first member model is obtained using the position information and the shape function. a step of determining a constraint condition for restricting the physical quantity of nodes, simulator which integrates by coupling together the first member model after reconstitution and said second member model using the constraint And creating a Deployment model, it provides a method of creating a simulation model of the structure, characterized by the execution.
さらに、前記拘束条件を定めるステップにおいて、前記第2の部材モデルに対して前記第1の部材モデルを配置した際の、前記第1の部材モデルの有限要素の節点間を結ぶ境界線が前記第2の部材モデルの有限要素の境界を交差する交点を求め、この交点を前記第1の部材モデルにおける節点として追加して前記第1の部材モデルの有限要素を再配置し、有限要素の再配置された前記第1の部材モデルを用いて前記拘束条件を定めるのが好ましい。前記拘束条件を定めるステップにおいて、さらに、前記第2の部材モデルの有限要素の節点間を結ぶ境界線が前記第1の部材モデルの有限要素の境界を交差する場合、その交点を求め、求めた交点を前記第1の部材モデルにおける節点として追加して、前記第1の部材モデルの有限要素を再配置するのが好ましい。 Et al is, in the step of defining the constraint condition at the time of placing the first member model to the second member model, the boundary lines connecting the nodes of the finite elements of the first member model Finding an intersection that intersects the boundary of the finite element of the second member model, adding this intersection as a node in the first member model, rearranging the finite element of the first member model, Preferably, the constraint condition is determined using the first member model rearranged. In the step of determining the constraint condition, if the boundary line connecting the nodes of the finite element of the second member model intersects the boundary of the finite element of the first member model, the intersection is obtained and obtained. Preferably, an intersection point is added as a node in the first member model, and the finite elements of the first member model are rearranged.
また、前記第1の部材モデルおよび前記第2の部材モデルの少なくとも一方の部材モデルの少なくとも一部分は、前記構成部材を複数の要素点で表し、この複数の要素点のそれぞれを中心としたときの所定の範囲に含まれる複数の要素点の位置情報と、これらの要素点の前記中心からの距離に応じて重み係数が定まる重み関数とを用いて、前記所定の範囲内の所定の物理量の分布を表す内挿関数を定めることによって、部材モデルを作成するのも同様に好ましい。すなわち前記第1の部材モデルは、メッシュフリー法による離散化モデルであってもよい。また、前記再構成された第1の部材モデルもメッシュフリー法による離散化モデルであってもよい。さらに、このメッシュフリー法によるモデルと有限要素を用いて構成されたモデルを組み合わせたモデルであってもよい。 Further, at least a portion of at least one member model of the first member model and the second member model represents the pre-SL components of a plurality of element points, when the center each of the plurality of element points The position information of a plurality of element points included in the predetermined range and a weight function in which a weighting factor is determined according to the distance from the center of these element points is used to determine a predetermined physical quantity within the predetermined range. It is also preferable to create a member model by defining an interpolation function representing the distribution. That is, the first member model may be a discretized model by a mesh-free method. Further, the reconstructed first member model may also be a discretized model by a mesh-free method. Furthermore, the model may be a combination of a model based on the mesh-free method and a model configured using finite elements.
前記第1の部材モデルの再現する構成部材は、例えば、この構成部材の所定の方向の弾性率が、この方向と直交するいずれの方向の弾性率に対しても100倍以上高い補強部材である。例えばタイヤにおいては、ゴム部材に対するベルト部材等の補強部材である。その際、前記第1の部材モデルは前記補強部材の剛性と等価な剛性を有する層状のモデルであるのが好ましい。 The constituent member reproduced by the first member model is, for example, a reinforcing member in which the elastic modulus in a predetermined direction of the constituent member is 100 times higher than the elastic modulus in any direction orthogonal to this direction. . For example, in a tire, it is a reinforcing member such as a belt member for a rubber member. In this case, the first member model is preferably a layered model having a rigidity equivalent to the rigidity of the reinforcing member.
また、前記第1の部材モデルおよび前記第2の部材モデルの少なくとも一方は、例えば、ゴム部材を再現したモデルであり、前記構造体は、例えばタイヤである。
より具体的には、前記第1の部材モデルは、タイヤのベルト部材およびカーカス部材の少なくとも一方を含む補強部材を再現したモデルであり、前記第2の部材モデルは、前記補強部材を除いたタイヤ本体部を再現したモデルである。
あるいは、前記第1の部材モデルは、タイヤ周方向に連続して設けられたトレッドパターンを形状として有するモデルであってもよい。
Further, at least one of the first member model and the second member model is, for example, a model reproducing a rubber member, and the structure is, for example, a tire.
More specifically, the first member model is a model reproducing a reinforcing member including at least one of a belt member and a carcass member of a tire, and the second member model is a tire excluding the reinforcing member. This model reproduces the main body.
Alternatively, the first member model may be a model having a tread pattern provided continuously in the tire circumferential direction as a shape.
また、本発明は、前記構造体のシミュレーションモデルの作成方法を用いて構造体のシミュレーションモデルを作成するステップと、このシミュレーションモデルに所定の条件を付与してシミュレーション演算を行なうステップと、を有することを特徴とする構造体のシミュレーション方法を提供する。 In addition, the present invention includes a step of creating a simulation model of a structure using the method of creating a simulation model of the structure, and a step of performing a simulation operation by giving a predetermined condition to the simulation model A structure simulation method is provided.
その際、前記シミュレーション演算は、例えば、前記構造体が固体および流体の少なくとも1つと接触して固体あるいは液体の影響を受ける前記構造体の挙動を模擬して算出するものである。その際、前記構造体の、固体および流体の少なくとも1つと接触する接触面を再現した前記構造体のシミュレーションモデルの接触面には、接触圧力およびすべり速度の少なくともいずれか一方に依存する摩擦係数を付与して前記シミュレーション演算を行うのが好ましい。また、前記所定の条件は、前記構造体が使用されるときの使用条件を模擬したものであり、前記シミュレーション演算によって得られた所定の物理量を用いて、前記構造体の性能予測を行なうのが好ましい。 In this case, the simulation calculation is performed by, for example, simulating the behavior of the structure that is affected by the solid or liquid when the structure is in contact with at least one of a solid and a fluid. At that time, the contact surface of the structure simulation model that reproduces the contact surface of the structure that contacts at least one of the solid and the fluid has a friction coefficient that depends on at least one of the contact pressure and the sliding speed. It is preferable to perform the simulation calculation by assigning it. The predetermined condition simulates a use condition when the structure is used, and the performance of the structure is predicted using a predetermined physical quantity obtained by the simulation calculation. preferable.
本発明では、構造体のシミュレーションモデルから、第1の部材モデルを分離して再構成し、この再構成された第1の部材モデルを再結合するために第2の部材モデルの所定の位置に配置する際に、第1の部材モデルが結合すべき部分の離散点を取り巻く第2の部材モデルの離散点を定め、この離散点における物理量を用いて、第1の部材モデルにおける物理量を規制する拘束条件を定める。このため、この拘束条件を用いて結合すべきモデルに容易に結合することができるので、従来のように結合すべきモデルとの結合部分において節点が共有するようにモデルを作成する必要がない。 In the present invention, the simulation model of the structure, to separate the first member model reconstituted predetermined position of the second member models to recombine the first member models this reconstituted When the first member model is disposed, the discrete points of the second member model surrounding the discrete points of the portion to be coupled with the first member model are determined, and the physical quantities in the first member model are regulated using the physical quantities at the discrete points. Define restraint conditions to be applied. For this reason, since it can be easily coupled to the model to be coupled using this constraint condition, it is not necessary to create a model so that the nodes are shared in the coupled portion with the model to be coupled as in the conventional case.
以下、本発明の構造体のシミュレーションモデルの作成方法および構造体のシミュレーション方法について、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 creating a structure simulation model and a method for simulating a structure according to the present invention will be described in detail based on the preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
図1(a)〜(c)は、本発明における構造体のシミュレーションモデルとして作成される乗用車用タイヤの有限要素モデルの断面図である。
まず、図1(a)に示すような、タイヤの各構成部材を有限要素によって再現したタイヤのシミュレーションモデルが作成され、このタイヤのシミュレーションモデルを用いてシミュレーション演算が行なわれる。このシミュレーションの際、有限要素が極端に大きな変形を受けて計算不能となり、また演算結果が発散する場合等、シミュレーション演算に不都合が生じる。この場合、有限要素モデル中の有限要素の再配置を行ない、あるいは部材のモデルの形状変更等を行なってモデルの再構成を行なう必要がある。
FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views of a finite element model of a passenger car tire created as a simulation model of a structure according to the present invention.
First, as shown in FIG. 1A, a tire simulation model in which each component of the tire is reproduced by a finite element is created, and a simulation calculation is performed using the tire simulation model. In this simulation, the finite element is subjected to extremely large deformation and cannot be calculated, and the calculation result is inconvenient when the calculation result diverges. In this case, it is necessary to reconfigure the model by rearranging the finite elements in the finite element model or changing the shape of the member model.
図1(a)に示すタイヤのシミュレーションモデルは、モデルの再構成をしようとするモデルであって、トレッド部材モデル10、ベース部材モデル11および補強層モデル12が結合して統合されたモデルである。図1(b),(c)は、モデルの再構成をしようとするタイヤのシミュレーションモデルから、それぞれ有限要素モデルとしてトレッド部材モデル10、ベース部材モデル11および補強層モデル12を、互いに分離して取り出した状態を示している。
トレッド部材モデル10およびベース部材モデル11はそれぞれ6面体ソリッド要素、5面体ソリッド要素あるいは4面体ソリッド要素等の3次元の有限要素で構成され、補強層モデル12は線要素の有限要素で構成される。図1(a)〜(c)は、タイヤの回転軸に沿って切断した時の各モデルの断面を示している。なお、タイヤのシミュレーションモデルは3次元モデルであるが、本発明においては、タイヤ断面形状を成した2次元モデルを用いることもできる。
The tire simulation model shown in FIG. 1A is a model to be reconstructed, and is a model in which a
The
上述したように、シミュレーション演算に不都合が生じた場合、図1(b),(c)に示されるトレッド部材モデル10、ベース部材モデル11および補強層モデル12の少なくともいずれか一つの部材モデルがタイヤのシミュレーションモデルから分離して取り出され、このシミュレーションモデルの構成、例えば有限要素数、節点の位置あるいは部材の形状等が変更されて部材モデルが再構成される。再構成される部材モデルは、分離されたモデル(第1の部材モデル)であってもよいし、分離後のモデル(第2の部材モデル)であってもよい。この後、取り出された部材モデルは再結合するために再度、シミュレーションモデル中に配置される。例えば、補強層モデル12をベース部材モデル11に埋設するように配置する。また、トレッド部材モデル10をベース部材モデル11に接合するように配置する。そして、後述する拘束条件を用いて部材モデルの結合を行なってタイヤのシミュレーションモデルを作成する。
As described above, when inconvenience occurs in the simulation calculation, at least one member model of the
図2は、モデルの再構成を行なった部材モデルが再結合されて作成されるタイヤのシミュレーションモデルを用いてタイヤのシミュレーション演算を行なう演算装置20のブロック構成図である。
演算装置20は、条件設定部22、モデル作成部24、シミュレーション演算部26、モデル修正部28および性能予測部30がそれぞれサブルーチンとしてモジュール化されて構成されている。この他、上記各部分の処理を実質的に行なうCPU32および各部分で得られた処理結果を記憶するメモリ34を有する。
FIG. 2 is a block diagram of an
The
条件設定部22は、図示されないキーボードやマウスから入力された条件に応じてシミュレーションモデルの作成条件やシミュレーション演算の条件等各種の条件や目標性能等を設定する部分である。例えば、最適設計を行なう場合、最適化したい性能、目標性能、タイヤの形状等の設計変更したい領域の指定や設計変更しない領域の指定、あるいは、設計変更可能な範囲等の条件を定め、さらに、この条件に応じて最適設計のためのシミュレーションモデルの変更の手順を定める。
The
モデル作成部24は、定められた手順に従って、トレッド部材モデル10、ベース部材モデル11および補強層モデル12を作成し、タイヤのシミュレーションモデルを作成する部分である。タイヤのシミュレーションモデルは、図1(a)に示すように、トレッド部材モデル10、ベース部材モデル11および補強層モデル12の結合する部分の節点が共有化されている。なお、作成されるシミュレーションモデルは、後述するように、各部材モデルの結合する部分において節点が非共有となっていてもよい。この場合、後述するように節点の物理量を規制する拘束条件を用いてモデルを結合することができる。
The
シミュレーション演算部26は、作成されたタイヤのシミュレーションモデルを軸対称モデルとして扱い、条件設定部22で設定されたシミュレーション演算の条件に従ってシミュレーション演算を行なう部分である。例えば、タイヤのシミュレーションモデルに別途作成した図示されないリムモデルを装着し、シミュレーションモデルの内周面に一定の荷重を負荷することによって内圧充填を再現するように内圧充填処理を施す。さらに、この内圧充填処理後のシミュレーションモデルを、図示されない剛体の路面モデルに設定された負荷荷重で接地させ、接地状態のシミュレーションモデルを作成する。さらに、この接地状態のシミュレーションモデルに並進速度と回転角速度を付与して路面上をタイヤが走行する状態を再現した走行状態のシミュレーションモデルを作成する。
The
このような走行状態はドライ路面の走行状態を再現しており、この状態を利用してシミュレーション演算を行なう。シミュレーション演算は、特に制限されず、公知の演算であればよい。例えば、キャンバ角やスリップ角が付いたコーナリング時のドライ性能やタイヤ回転軸に制動トルクや駆動トルクを付与した時の制駆動性能を再現するように、シミュレーションモデルにキャンバ角、スリップ角、制動トルク、駆動トルクを与える。また、所定の走行速度におけるシミュレーションモデルの応力・歪み解析を行なう。
また、ウェット路面を再現した流体モデルを備えた路面モデルを別途作成し、シミュレーションモデルが路面モデル上に作成された流体モデルを踏み込みながら通過するシミュレーション演算を行なう。すなわち、タイヤが路面である固体や水膜や空気のような流体の少なくとも1つと接触してタイヤが固体あるいは液体の影響を受けるときのタイヤの挙動を演算する。
Such a traveling state reproduces the traveling state of the dry road surface, and a simulation calculation is performed using this state. The simulation calculation is not particularly limited and may be a known calculation. For example, the camber angle, slip angle, and braking torque are added to the simulation model to reproduce the dry performance during cornering with camber angle and slip angle, and the braking / driving performance when braking torque and driving torque are applied to the tire rotation axis. Give drive torque. In addition, the stress / strain analysis of the simulation model at a predetermined traveling speed is performed.
In addition, a road surface model including a fluid model that reproduces the wet road surface is separately created, and a simulation calculation is performed in which the simulation model passes through the fluid model created on the road surface model. In other words, the behavior of the tire is calculated when the tire is in contact with at least one of a solid such as a road surface or a fluid such as a water film or air and the tire is affected by the solid or liquid.
このようにシミュレーション演算では、タイヤが使用されるときの使用条件を模擬した条件(負荷荷重、内圧、走行速度、路面の状態等の各種の条件)を用いる。さらに、シミュレーション演算では、接地状態にあるタイヤの固有振動数を求める固有値解析を行なってもよい。また、タイヤの一部分で発熱した熱の伝導の様子を再現するために、温度の初期条件や境界条件を与えて熱伝導解析を行なってもよい。この場合、材料定数として熱伝導率等が付与される。 As described above, the simulation calculation uses conditions (various conditions such as load, internal pressure, travel speed, road surface condition, etc.) that simulate use conditions when the tire is used. Further, in the simulation calculation, eigenvalue analysis for obtaining the natural frequency of the tire in the ground contact state may be performed. Further, in order to reproduce the state of conduction of heat generated in a part of the tire, a heat conduction analysis may be performed by giving an initial temperature condition and boundary conditions. In this case, thermal conductivity or the like is given as a material constant.
モデル修正部28は、シミュレーション演算においてシミュレーションモデルが局部的に変形して計算が不可能となり、また計算の途中に計算が発散し、また計算結果が特異な結果となった場合等、シミュレーション演算に不都合が生じた場合、シミュレーション演算を停止して、問題となっている部材モデルをシミュレーションモデルから分離して取り出し、部材モデルの再構成を行なう部分である。例えば、補強層モデル12の一部が極度に変形して、シミュレーション演算が不可能となる場合、補強層モデル12を分離して取り出し、有限要素の位置、要素数等を変更し、また、節点を再配置する。
再構成された部材モデルは、後述する拘束条件を用いて再結合され、シミュレーションモデルが作成され、シミュレーション演算部26に提供される。
こうして、シミュレーション演算の結果が不可能となったり、発散したり、特異な結果とならないように部材モデルが再構成される。
The
The reconfigured member models are recombined using constraint conditions described later, a simulation model is created, and provided to the
In this way, the member model is reconfigured so that the result of the simulation calculation is not impossible, diverges, or produces a peculiar result.
性能予測部30は、転動状態のシミュレーションモデルを生成し、このシミュレーションモデルと、ドライ路面を再現した路面モデル、あるいは、ウェット路面を再現した流体モデルを備えた路面モデルとを用いて、ドライ路面やウェット路面を走行する動的状態のタイヤの挙動を再現するシミュレーション演算結果に基づいて、動的状態のシミュレーションモデル14の特性物理量を算出し、算出した特性物理量に基づいて、ドライ性能あるいはウェット性能等の良否を予測する部分である。
The
例えば、キャンバ角やスリップ角が付いたコーナリング時のドライ性能やタイヤ回転軸に制動トルクや駆動トルクを付与した時の制駆動性能、あるいは、ウェット路面でのハイドロプレーニング性能等のウェット性能が挙げられる。ウェット性能のシミュレーション演算を行なった場合、流体モデルがシミュレーションに作用する浮力、シミュレーションモデルが路面モデルに作用する踏面力、流体モデルの圧力分布、あるいは、流体モデルにおける流れ速度、流量、エネルギー密度、またはエネルギーの分布、また、シミュレーションモデルの接地形状、接地面積または接地圧分布等を特性物理量として算出する。
算出された特性物理量は、予測結果の指標として図示されないディスプレイやプリンタに出力される。
For example, dry performance during cornering with camber angle or slip angle, braking / driving performance when braking torque or driving torque is applied to the tire rotation shaft, or wet performance such as hydroplaning performance on wet road surfaces. . When performing a wet performance simulation calculation, the buoyancy that the fluid model acts on the simulation, the tread force that the simulation model acts on the road surface model, the pressure distribution of the fluid model, or the flow velocity, flow rate, energy density in the fluid model, or The distribution of energy, the contact shape of the simulation model, the contact area or the contact pressure distribution, etc. are calculated as characteristic physical quantities.
The calculated characteristic physical quantity is output to an unillustrated display or printer as an index of the prediction result.
このようなタイヤのシミュレーションモデルの作成とシミュレーション演算は、条件設定部22で定められた手順に沿って、シミュレーションモデルを変更しながら逐次行なわれ性能予測が成される。
The creation of the tire simulation model and the simulation calculation are sequentially performed in accordance with the procedure determined by the
本発明においては、モデル修正部28にて、トレッド部材モデル10、ベース部材モデル11および補強層モデル12の少なくとも1つの部材モデルを予め作成されたタイヤのシミュレーションモデルから分離して取り出し、この取り出した部材モデルを再構成して、タイヤのシミュレーションモデルとして再結合することを特徴とする。
In the present invention, at the
図3は、本発明の構造体のシミュレーションモデルの作成方法の一例であるタイヤのシミュレーションモデルの作成方法のフローチャートであり、部材モデルを再構成することによりタイヤのシミュレーションモデルを作成し直す流れを示している。
なお、以下で述べるタイヤのシミュレーションモデルの作成方法は分離された部材モデルを再構成するものであるが、本発明においては部材モデル(第1の部材モデル)を分離した後の残りの部材モデル(第2の部材モデル)を再構成の対象としてもよい。
FIG. 3 is a flowchart of a method for creating a tire simulation model, which is an example of a method for creating a simulation model for a structure according to the present invention, and shows a flow of recreating a tire simulation model by reconfiguring a member model. ing.
The tire simulation model creation method described below reconstructs the separated member model. However, in the present invention, the remaining member model after separating the member model (first member model) ( The second member model) may be subject to reconstruction.
まず、各構成部材を再現する各部材モデルが結合して統合化されたシミュレーションモデルから、再構成すべき部材モデルを特定して、この部材モデルがシミュレーションモデルから分離して取り出される(ステップS10)。シミュレーションモデルの中の再構成すべき部材モデルの特定は、例えば、シミュレーション演算中にモデルの各節点や有限要素に作用する物理量、例えば変位や歪み等が調べられ、この物理量の値が特異となっている部分や値が特に大きくなって発散する部分の部材モデルを検出することによって行なう。
シミュレーションモデルにおける部材モデル間の結合方法は、結合部分における節点を共有する方法あるいは結合部分における節点間の相対変位が変わらないような拘束関係を定める方法等がある。例えば、部材モデル間が節点の共有によって結合されている場合、共有する節点の位置に新たな節点が生成され、一方の節点が分離する部材モデルの節点とされ他方が分離される部材モデルの節点とされて部材モデル同士が区分けされる。上記拘束関係を定めている場合、この拘束関係を取り除くことにより部材モデル同士が区分けされる。
First, a member model to be reconfigured is specified from a simulation model obtained by combining and integrating each member model that reproduces each component member, and this member model is separated from the simulation model and extracted (step S10). . Identification of the member model to be reconfigured in the simulation model is performed by, for example, examining physical quantities acting on each node or finite element of the model, such as displacement or distortion, during the simulation calculation, and the value of this physical quantity becomes singular. This is performed by detecting a member model of a portion that diverges due to a particularly large portion or value.
As a method for connecting the member models in the simulation model, there are a method for sharing the nodes in the connecting portion, a method for defining a constraint relationship that does not change the relative displacement between the nodes in the connecting portion, and the like. For example, when member models are connected by sharing nodes, a new node is created at the shared node position, and one node is a node of the separated member model, and the node of the member model is separated Thus, the member models are divided. When the constraint relationship is defined, the member models are classified by removing the constraint relationship.
次に分離された部材モデルの再構成が行なわれる(ステップS12)。
部材モデルの再構成とは、例えば、有限要素の節点の位置を移動したり、有限要素の種類を、例えば4面体ソリッド要素から5面体ソリッド要素や6面体ソリッド要素に変えたり、有限要素を追加することで有限要素数や節点数を変えて、モデルの構成を変えることをいう。勿論、構成部材の長さを修正して部材モデルの形状を修正することもできる。
Next, the separated member model is reconstructed (step S12).
The reconfiguration of the member model is, for example, moving the node position of a finite element, changing the type of a finite element from, for example, a tetrahedral solid element to a pentahedral solid element or a hexahedral solid element, or adding a finite element This means changing the model configuration by changing the number of finite elements and the number of nodes. Of course, it is also possible to correct the shape of the member model by correcting the length of the constituent members.
次に、再構成された部材モデル(第1の部材モデル)を、シミュレーションモデルから分離した残りの部材モデル(第2の部材モデル)に再結合するために、第1の部材モデルが結合する位置に配置される。その際、第1の部材モデルの結合すべき部分の節点を取り巻く第2の部材モデルの節点が定められ、この節点を用いて、部材モデルを結合する際に用いる拘束条件を定める重み係数が算出される(ステップS14)。
例えば、図1(a)に示すタイヤのシミュレーションモデルから補強層モデル12を分離して、補強層モデル12が再構成される。図4(a),(b)は、再構成される補強層モデル12を説明する図である。
Next, the first member model is combined to recombine the reconstructed member model (first member model) with the remaining member model (second member model) separated from the simulation model. Placed in position. At that time, the nodes of the second member model surrounding the nodes of the parts to be coupled of the first member model are determined, and a weighting factor that defines the constraint condition used when the member models are coupled is calculated using the nodes. (Step S14).
For example, the reinforcing layer model 12 is reconfigured by separating the reinforcing layer model 12 from the tire simulation model shown in FIG. 4A and 4B are diagrams illustrating the reconstructed reinforcing layer model 12.
タイヤの補強層は、ゴムコート部材中に一方向に沿って埋設されたコードで形成され、このコードは一定の間隔で平行に配置されている。図4(a)中のコードは、複数の素線が撚り構造となったものである。このようなコードの断面積をA、幅Wに含まれるコードの本数をN、とすると、図4(b)に示すように、コードの空間的な集まりを層状の補強層として補強層モデル12が表される。補強層モデル12の厚さhは、h=A・N/Wとして表されてモデル化される。このような補強層モデル12は、シェル要素や膜要素で表される場合、厚さhは実質的な形状には反映されないが、シミュレーション演算では厚さhを有するものとして演算される。なお、補強層は、スチール線材等のように補強方向の弾性率が、この補強方向と直交するいずれの方向の弾性率に対しても100倍以上高い部材によって構成される。 The reinforcing layer of the tire is formed of a cord embedded in one direction in the rubber coat member, and the cord is arranged in parallel at a constant interval. The cord in FIG. 4A is a cord in which a plurality of strands have a twisted structure. Assuming that the cross-sectional area of such a cord is A and the number of cords included in the width W is N, as shown in FIG. Is represented. The thickness h of the reinforcing layer model 12 is expressed as h = A · N / W and modeled. When such a reinforcing layer model 12 is represented by a shell element or a membrane element, the thickness h is not reflected in the substantial shape, but is calculated as having the thickness h in the simulation calculation. In addition, a reinforcement layer is comprised with a member whose elasticity modulus of a reinforcement direction is 100 times or more higher than the elasticity modulus of any direction orthogonal to this reinforcement direction like a steel wire.
このように、補強層モデル12は、有限要素の節点の位置を修正し、有限要素の種類を変更し、あるいは、有限要素を追加して有限要素数や節点数を変えることで再構成される。再構成された補強層モデル12はタイヤシミュレーションモデルのベース部材モデル11の所定の位置に配置される。 Thus, reinforcing layer model 12 to correct the position of the nodes of the finite element, by changing the type of the finite element, or reconstructed by changing a finite number of elements and the number of nodes by adding a finite element . The reconstructed reinforcing layer model 12 is arranged at a predetermined position of the base member model 11 of the tire simulation model.
図5(a)〜(g)は、補強層モデル12がトレッド部材モデル10とベース部材モデル11とからなるタイヤ本体モデルに配置される場合を簡素化して、一層の補強層モデルがベース部材モデルに埋設される場合を説明する図である。
図5(a)は、節点1〜6を有するタイヤ本体モデルに有限要素1001および1002(節点101,102,103)を有する補強層モデルが配置されている場合の図である。図5(b)は、補強層モデルにおける要素番号と節点の関係を表している。有限要素1001は節点101、102とその間の線分によって構成され、有限要素1002は節点102、103とその間の線分によって構成されている。
次に、図5(c)に示すように、補強層モデルがタイヤ本体モデルの有限要素の辺(境界)を交差する交点(図中×印)が求められ、この交点を補強層モデルにおける節点として追加して補強層モデルの有限要素が再配置されて再構成される。図5(d)に示すように、節点202,203が追加され、有限要素1001〜1003が再配置される。有限要素1002は節点102、202とその間の線分によって構成される。さらに、タイヤ本体モデルの有限要素の節点間を結ぶ境界線が補強層モデルの有限要素の境界を交差する場合、その交点が求められ、求められた交点が補強層モデルにおける節点として追加されて補強層モデルが再構成される。
タイヤ本体モデルに補強層モデルを配置し、補強層モデルがタイヤ本体モデルからはみ出た場合、このはみ出た部分は、何らタイヤ本体モデルからの影響をうけないものとなるため、部材モデルから削除される。
5 (a) to 5 (g) simplify the case where the reinforcing layer model 12 is arranged in a tire body model composed of a
FIG. 5A is a diagram in a case where a reinforcing layer model having
Next, as shown in FIG. 5C, an intersection (x mark in the figure) where the reinforcing layer model intersects the side (boundary) of the finite element of the tire body model is obtained, and this intersection is determined as a node in the reinforcing layer model. In addition, the finite element of the reinforcing layer model is rearranged and reconfigured. As shown in FIG. 5D, the
If a reinforcement layer model is placed in the tire body model and the reinforcement layer model protrudes from the tire body model, the protruding portion is not affected by the tire body model and is therefore deleted from the member model. .
次に、図5(e)に示すように、タイヤ本体モデルの有限要素毎にこの有限要素内に内包される節点を検出してリストが作成される。勿論、この節点は、モデルにおける位置情報が節点番号に対応して対応づけられている。
さらに、タイヤ本体モデルの結合部分における有限要素毎に、後述する各節点の重み係数Wが求められる。例えば、図5(g)に示すように、補強層モデルの節点がタイヤ本体モデル要素1に内包されている場合、タイヤ本体モデル要素1の節点1,2,5,4の重み係数W(102)_1,W(102)_2,W(102)_5,W(102)4が求められる。
Next, as shown in FIG. 5 ( e ), for each finite element of the tire body model, a node included in the finite element is detected and a list is created. Of course, this node is associated with position information in the model corresponding to the node number.
Further, a weighting factor W of each node described later is obtained for each finite element in the joint portion of the tire body model. For example, as shown in FIG. 5G, when the nodes of the reinforcing layer model are included in the tire
図6は、重み係数Wを算出する際に用いる変換Tを説明する図である。この変換Tは、上記タイヤ本体モデル要素1の節点1、2、5、4とこれらの節点間を結ぶ線分によって形成される物理空間上の四角形は、パラメトリック空間上の基準形状、例えば一辺の長さが2の正方形に変換されるものであり、節点1、2、5、4は正方形の各頂点に、四角形の各辺は正方形の各辺に、四角形の内部領域は正方形の内部領域に写像される。また、この逆変換T−1により正方形を四角形に変換し、正方形の内部領域は四角形の内部領域に、正方形の各頂点は四角形の各節点に、正方形の各辺は四角形の各辺に写像される。すなわち、変換Tは、X−Y座標空間におけるタイヤ本体モデル要素をR−S座標空間における正方形に一対一に写像する。
したがって、タイヤ本体モデルの有限要素毎にこの有限要素内に内包される、あるいは辺上に位置する節点に対して、変換Tにより正方形上の対応点を求めることができる。
より具体的には、形状関数N1(r,s),N2(r,s),N3(r,s),N4(r,s)を用いて、X−Y座標空間における位置座標(x,y)を下記式(1)を用いて位置座標(r、s)と対応づけることができる。ここで、x1,y1,x2,y2,x5,y5,x4,y4は、それぞれ、タイヤ本体モデルの有限要素の節点1、2、5、4の位置座標である。
上記パラメトリック空間上の基準形状として正方形を用いているが、3角形の形状であってもよく、本発明において特に限定されない。勿論、変換Tが3次元形状を形状変換するものであれば、基準形状は立方体、三角柱あるいは四面体等を用いることができる。
FIG. 6 is a diagram for explaining the conversion T used when calculating the weighting coefficient W. This transformation T is a square on the physical space formed by the
Therefore, the corresponding points on the square can be obtained by transformation T for the nodes included in the finite elements or located on the sides for each finite element of the tire body model.
More specifically, the position in the XY coordinate space using the shape functions N 1 (r, s), N 2 (r, s), N 3 (r, s), and N 4 (r, s). The coordinates (x, y) can be associated with the position coordinates (r, s) using the following formula (1). Here, x 1 , y 1 , x 2 , y 2 , x 5 , y 5 , x 4 , y 4 are the position coordinates of the nodes 1 , 2 , 5 , 4 of the finite element of the tire body model, respectively. .
Although a square is used as the reference shape in the parametric space, it may be a triangular shape and is not particularly limited in the present invention. Of course, if the transformation T transforms a three-dimensional shape, a cube, a triangular prism, or a tetrahedron can be used as the reference shape.
ここで、形状関数N1(r,s),N2(r,s),N3(r,s),N4(r,s)は、図7(a)〜(d)に定義される関数である。ここで、式(1)中のマトリクスをMとすると、このマトリクスMの成分が上述した各節点における重み係数Wとなる。具体的には、節点102(位置座標(x0,y0))の、節点1に対する重み係数W(102)_1は、節点102のR−S空間座標における対応点の位置座標を(r0,s0)としてN1(r0,s0)となる。従って、節点102の位置座標(x0,y0)は、下記式(2)で表すことができる。
このようにして、重み係数Wが算出される。
Here, the shape functions N 1 (r, s), N 2 (r, s), N 3 (r, s), and N 4 (r, s) are defined in FIGS. Function. Here, when the matrix in the expression (1) is M, the components of the matrix M are the weighting factors W at the nodes described above. Specifically, the weighting factor W (102) _1 of the node 102 (position coordinates (x 0 , y 0 )) for the
In this way, the weighting factor W is calculated.
算出された重み係数Wは補強層モデル12の各節点毎に定められてリスト化されるが、タイヤ本体モデルの有限要素毎に上記重み係数Wを定めるため、タイヤ本体モデルの有限要素の辺上に位置する補強層モデルの節点(交点)については、異なる有限要素で重み係数Wが二重に設定される。このため、重複する節点の一方は削除される(スッテプS16)。 The calculated weighting factor W is determined and listed for each node of the reinforcing layer model 12, but the weighting factor W is determined for each finite element of the tire body model. For the nodes (intersections) of the reinforcing layer model located at, the weighting factor W is set to be double with different finite elements. For this reason, one of the overlapping nodes is deleted (step S16).
次に、補強層モデルの各節点に作用する物理量を、この節点を内包するタイヤ本体モデルの有限要素の節点の物理量と重み係数Wとを用いて表す、下記式(3)〜(5)に示すような拘束式が拘束条件として設定される(ステップS18)。
図5(e)中の節点1,2,5,4の所定の物理量、例えばX方向の変位をu(1),u(2),u(5),u(4)とすると、節点102におけるX方向の変位u(102)は下記式(3)のように定める。同様に、節点101,202における変位u(101),u(202)は、下記式(4)、(5)のように定める。
Next, the physical quantity acting on each node of the reinforcing layer model is expressed by the following formulas (3) to (5) using the physical quantity of the node of the finite element of the tire body model including the node and the weight coefficient W. A constraint equation as shown is set as a constraint condition (step S18).
Assuming that predetermined physical quantities of
このように補強層モデルの節点に作用する物理量を、この節点を内包するタイヤ本体モデルの有限要素の節点の物理量で表すことで、補強層モデルの各有限要素の挙動を規制することができる。 Thus, the behavior of each finite element of the reinforcing layer model can be regulated by expressing the physical quantity acting on the node of the reinforcing layer model by the physical quantity of the node of the finite element of the tire body model including the node.
次に、設定された拘束式を用いて補強層モデルがタイヤ本体モデルに結合される(ステップS20)。
モデルの結合は種々の公知のシミュレーションに用いることができる。
例えば、タイヤのシミュレーションモデルの変形挙動を動的に算出する、すなわち動的解析を行なう場合、所定の時間ステップ毎に以下の計算を行なう陽解法を行なう。ある時間ステップにおいて、図1(c)に示すような補強層モデルの節点のうち、補強層モデルがタイヤ本体モデルの有限要素の辺(境界)を交差する境界節点(拘束される節点)に作用する力とこの境界節点の質量を、タイヤ本体モデルの節点(拘束する節点)に、重み係数Wに応じた分配を行なって、これらの節点(タイヤ本体モデルの拘束する節点)の質量および作用する力を修正する。この場合、補強層モデルの拘束される境界節点すべてに対して上記分配を行なった後、補強層モデルの拘束される境界節点を除いた補強層モデルの節点とタイヤ本体モデルの節点の加速度を計算する。この後、タイヤ本体モデルの拘束する節点の加速度は、重み係数Wを用いて補強層モデルの境界節点に振り分けられる。こうして、補強層モデルにおける境界節点の加速度を求めることができる。求められた境界節点における加速度とこの境界節点における質量とを用いてこの境界節点に加わる力を求める。こうして、次の時間ステップにおいて作用する力を求める。勿論外力として次の時間ステップにおいて境界節点に力が付加された場合、この力も加算される。このような陽解法は、タイヤの挙動を動的に再現するシミュレーション演算に好適である。
Then, the reinforcing layer model is coupled to the tire body model using the set constraint equation (Step S20).
The model combination can be used for various known simulations.
For example, when the deformation behavior of a tire simulation model is dynamically calculated, that is, when dynamic analysis is performed, an explicit method is performed in which the following calculation is performed for each predetermined time step. At a certain time step, among the nodes of the reinforcing layer model as shown in FIG. 1C, the reinforcing layer model acts on a boundary node (a constrained node) that intersects a side (boundary) of the finite element of the tire body model. The distribution force and the mass of this boundary node are distributed to the nodes of the tire main body model (the nodes to be constrained) according to the weighting factor W, and the mass of these nodes (the nodes to which the tire main body model is constrained) and the action Correct the power. In this case, after the above distribution is performed for all the boundary nodes of the reinforcement layer model, the accelerations of the nodes of the reinforcement layer model and the tire body model are calculated excluding the boundary nodes of the reinforcement layer model. To do. Thereafter, the acceleration of the node restrained by the tire body model is distributed to the boundary node of the reinforcing layer model using the weighting factor W. Thus, the acceleration of the boundary node in the reinforcing layer model can be obtained. The force applied to the boundary node is obtained using the acceleration at the obtained boundary node and the mass at the boundary node. Thus, the force acting in the next time step is obtained. Of course, when a force is applied to the boundary node in the next time step as an external force, this force is also added. Such an explicit method is suitable for a simulation calculation that dynamically reproduces the behavior of the tire.
また、以下のように静的解析を行なう場合、陰解法を行なうこともできる。
例えば、上記拘束式から補強層モデルの境界節点の自由度を消去したモデルのマトリクスを作成する。この方法は、タイヤの挙動を静的に再現するシミュレーション演算に好適であり、境界節点の自由度を消去してマトリクス全体における自由度を少なくするので解析に要する演算時間を短縮することができる。
また、別の方法として拘束式から境界節点の自由度を消去する方法に替えて、モデル全体のマトリクス中、拘束される補強層モデルの境界節点と拘束するタイヤ本体モデルの節点との対角成分に同じ値のぺナルティ数を加算し、交差成分に同じ値のペナルティ数を減算することで、修正したモデルのマトリクスを作成する。
Moreover, when performing a static analysis as follows, an implicit method can also be performed.
For example, a model matrix in which the degrees of freedom of the boundary nodes of the reinforcing layer model are eliminated from the constraint equation is created. This method is suitable for simulation calculation that statically reproduces the behavior of the tire, and the degree of calculation required for analysis can be shortened because the degree of freedom in the entire matrix is reduced by eliminating the degree of freedom of the boundary nodes.
In addition, instead of the method of eliminating the degree of freedom of the boundary node from the constraint equation, the diagonal component of the boundary node of the constrained reinforcement layer model and the node of the tire body model to be constrained in the matrix of the entire model By adding the penalty number of the same value to, and subtracting the penalty number of the same value from the intersection component, a modified model matrix is created.
例えば、下記式(6)のようなモデルのマトリクスにおいて、u3=u2の拘束式が定められた場合、下記式(7)のように、u3のマトリクス成分を削除して、u1,u2,u4のマトリクス成分で表す。
また、下記式(8)に示すように、マトリクス中のu2とu3に対応する対角成分k22,k33にペナルティ係数Kを加算し、マトリクス中のu2とu3の交差成分k23,k32から同じ値のペナルティ係数Kを減算する。ここで、ペナルティ係数Kは例えば、マトリクス中のu2とu3の対角成分k22,k33の大きい方に1010倍した、極めて大きな値である。
For example, in a model matrix such as the following equation (6), when a constraint equation of u 3 = u 2 is determined, the matrix component of u 3 is deleted as shown in the following equation (7), and u 1 , U 2 , u 4 .
Further, as shown in the following equation (8), a penalty coefficient K is added to the diagonal components k 22 and k 33 corresponding to u 2 and u 3 in the matrix, and the intersection component of u 2 and u 3 in the matrix A penalty coefficient K having the same value is subtracted from k 23 and k 32 . Here, the penalty coefficient K is, for example, a very large value obtained by multiplying 10 10 times the larger of the diagonal components k 22 and k 33 of u 2 and u 3 in the matrix.
上記部材モデルの分離〜再結合は、補強層モデルをタイヤ本体モデル内に埋設して結合させるものであるが、図1(b)に示すようなトレッド部材モデル10をベース部材モデル11に接合させるものであってもよい。
In the separation and recombination of the member models, the reinforcing layer model is embedded in the tire body model and joined, but the
この接合方法は、まず、ベース部材モデル11に対して再構成されたトレッド部材モデル10が接合するように所定の位置に配置される。このとき、ベース部材モデル11の有限要素の境界上に位置するトレッド部材モデル10の節点が境界点として求められる。
図8に示す例では、節点a1〜a6のうち節点a4,a5,a6が接合面の境界点として求められる。
In this joining method, first, the
In the example shown in FIG. 8, node a 4, a 5, a 6 of
次に、この境界点における位置座標とこの境界点を境界上に持つベース部材モデル11の有限要素の節点の位置座標とを用いて、上述した方法と同様に重み係数Wが算出される。
次に、この重み係数Wを用いて、境界点の物理量を、この境界点を境界上に持つベース部材モデル11の有限要素の節点の物理量によって表す拘束条件が定められる。例えば、図8中のトレッド部材モデル10の境界点a5の物理量は、ベース部材モデル11の節点2,3の物理量によって表される。
次に、この拘束条件を用いて、上述した結合方法と同様に、ベース部材モデルの拘束する節点の質量および作用する力を修正し、また各モデルの合成されたモデルの質量や剛性に関するマトリクス中の境界点の自由度を消去して修正し、あるいはマトリクスの成分にペナルティ係数を加算、減算してマトリクスを修正することで、トレッド部材モデル10の結合が行なわれる。
こうして、トレッド部材モデル10がベース部材モデル11に境界上で結合したシミュレーションモデルを作成することができる。
本発明においては、補強層モデルやトレッド部材モデルを区分けする前のタイヤ本体モデルやベース部材モデルとの結合方法によらず、結合する部分同士の有限要素の節点間で相対変位が生じないように拘束関係を定めて上述のステップ20による方法により補強層モデルやトレッド部材モデルを、タイヤ本体モデルやベース部材モデルに結合することができる。
Next, using the position coordinates at this boundary point and the position coordinates of the nodes of the finite element of the base member model 11 having this boundary point on the boundary, the weighting coefficient W is calculated in the same manner as described above.
Next, using this weighting factor W, a constraint condition is defined in which the physical quantity of the boundary point is represented by the physical quantity of the node of the finite element of the base member model 11 having the boundary point on the boundary. For example, the physical quantity of the boundary point a 5 of the
Next, using this constraint condition, as in the above-described coupling method, the mass of the nodal point and the acting force of the base member model are corrected, and each model is combined in a matrix related to the mass and stiffness of the synthesized model. The
In this way, a simulation model in which the
In the present invention, the relative displacement does not occur between the nodes of the finite elements of the joined parts, regardless of the joining method with the tire body model and the base member model before dividing the reinforcing layer model and the tread member model. By defining the constraint relationship, the reinforcing layer model and the tread member model can be combined with the tire body model and the base member model by the method according to
従来のシミュレーションモデルの作成では、トレッド部材モデルおよびベース部材モデルの接合面では互いに節点が共有となり、ベース部材モデル内に配置される補強層モデルの節点はベース部材モデルの節点と共有となるように、モデルが作成されていた。このため、補強層モデルを変更する場合、この変更に応じて節点の共有が維持されるようにベース部材モデルの有限要素も再構成しなければならなかった。これに対し、本発明では、拘束条件を用いてモデルの結合を行なうので、埋設される部材モデルや境界面で接合される部材モデルにおいて節点を共有するようにモデルを構成する必要はなく、別々に作成することができる。
こうして修正されたシミュレーションモデルに対してシミュレーション演算が行なわれる。
In the creation of the conventional simulation model, the joints of the tread member model and the base member model share nodes, and the nodes of the reinforcing layer model placed in the base member model share the nodes of the base member model. The model was created. For this reason, when the reinforcing layer model is changed, the finite element of the base member model has to be reconfigured so that the sharing of the nodes is maintained in accordance with the change. On the other hand, in the present invention, since the models are combined using the constraint condition, it is not necessary to configure the model so as to share the nodes in the embedded member model or the member model joined at the boundary surface. Can be created.
A simulation calculation is performed on the simulation model thus corrected.
なお、上記シミュレーションモデルの作成は、シミュレーションモデル演算において計算が不能となったり特異な結果になる等、シミュレーション演算に不都合が生じて有限要素を再構成する必要性が生じる場合を例に説明したが、上記シミュレーションモデルの作成方法を、最適設計やロバスト設計のためにタイヤの形状探索を行なう場合に用いることもできる。 Note that the creation of the simulation model has been described by taking as an example the case where the simulation calculation becomes inconvenient or the finite element needs to be reconfigured, for example, the simulation model calculation becomes impossible or the result is unusual. The simulation model creation method can also be used when a tire shape search is performed for optimum design or robust design.
また、図1(b)に示すトレッド部材モデル10は有限要素からなるモデルであるが、本発明では、これに限定されない。例えば、トレッド部材を複数の要素点(離散点)で表し、この複数の要素点のそれぞれを中心としたときの所定の範囲(サポート)に含まれる複数の要素点の位置情報と、これらの要素点の中心からの距離に応じて重み係数が定まる重み関数とを用いて、所定の範囲(サポート)内の所定の物理量の分布を表す内挿関数を定めることによってトレッド部材モデルを作成してもよい。このようなモデルの作成方法は有限要素を形成するためのメッシュ分割がないことからメッシュフリー法と呼ばれている。このメッシュフリー法によるモデルは、有限要素のモデルの物理量を表す内挿関数が、有限要素を構成する節点の物理量によって表わされるのと異なり、上記サポート内に含まれる移動可能な要素点に応じて設定される。この点で大きく有限要素のモデルと異なる。このようなメッシュフリー法によるモデルは、本発明において、分離される部材モデル(第1の部材モデル)に用いられてもよいし、部材モデルの分離後の残りのモデル(第2の部材モデル)に用いられてもよい。なお、メッシュフリー法によるモデルについては、本願出願人による特願2003−179732号に詳細に記載されている。さらに、トレッド部材モデル10は有限要素によるモデルとメッシュフリー法によるモデルが組み合わされたモデルを用いてもよい。
タイヤ本体モデルから区分けされ再構成される部材モデルはトレッド部材モデルや補強層モデルの他、サイド部材モデル等であってもよく、特に制限されない。
Moreover, although the
Reconstituted member model is partitioned from the tire body model Other Torre head member model and reinforcing layer model may be a side member models, etc., it is not particularly limited.
本発明の構造体のシミュレーションモデルの作成方法およびシミュレーション方法についてタイヤに基づいて説明したが、本発明においては、ゴム部材で構成されたタイヤに限られず、2つの構成部材を少なくとも有し、このうち一方の構成部材が他方の構成部材に埋設され、あるいは接合されている各種構造体であればいずれであってもよい。 The method for creating a simulation model of a structural body and the simulation method of the present invention have been described based on tires. However, the present invention is not limited to tires composed of rubber members, and has at least two structural members, of which Any structure may be used as long as one structural member is embedded in or joined to the other structural member.
以上、本発明の構造体のシミュレーションモデルの作成方法およびシミュレーション方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。 As described above, the method for creating the simulation model of the structural body and the simulation method of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course.
10 トレッド部材モデル
11 ベース部材モデル
12 補強層モデル
20 演算装置
22 条件設定部
24 モデル作成部
26 シミュレーション演算部
28 モデル修正部
30 性能予測部
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記CPUが、
複数の有限要素を用いて複数の構成部材からなる構造体全体のシミュレーションモデルを構成し、このシミュレーションモデルから、前記構成部材の少なくとも1つを再現した第1の部材モデルを分離して、前記構成部材のうち前記第1の部材モデルにより再現されたもの以外の少なくとも1つの構成部材を再現した第2の部材モデルと区分けするステップと、
前記第1の部材モデルおよび前記第2の部材モデルの少なくとも一方の部材モデルを再構成するステップと、
部材モデルの再構成後、分離された前記第1の部材モデルを前記第2の部材モデルに再結合するために、前記第1の部材モデルを前記第2の部材モデルに対して所定の位置に配置する際に、前記第1の部材モデルの有限要素の節点が前記第2の部材モデルの有限要素の内部あるいは境界上に位置するときの、この前記第2の部材モデルの有限要素を特定し、この有限要素の形状を、パラメトリック空間上の基準形状から形状関数を用いて形状変換したものとして定めることにより、前記第1の部材モデルの各節点の前記基準形状内における対応点の位置情報を求め、この位置情報および前記形状関数を用いて、前記第1の部材モデルの各節点の物理量を規制する拘束条件を定めるステップと、
この拘束条件を用いて再構成後の前記第1の部材モデルと前記第2の部材モデルとを互いに結合させて一体化したシミュレーションモデルを作成するステップと、
を実行することを特徴とする構造体のシミュレーションモデルの作成方法。 The arithmetic unit having a CPU, a method of making a simulation model of the at least two components is configured by coupling structure,
The CPU is
Using a plurality of finite elements constitute the whole structure of a simulation model comprising a plurality of components, from the simulation model, to separate the first member model simulates at least one of said components, said structure Partitioning a member from a second member model reproducing at least one component member other than the member reproduced by the first member model among the members;
Reconfiguring at least one member model of the first member model and the second member model;
After reconfiguring the member model, the first member model is placed in a predetermined position relative to the second member model in order to recombine the separated first member model with the second member model. When placing, the finite element of the second member model is specified when the node of the finite element of the first member model is located inside or on the boundary of the finite element of the second member model. By determining the shape of the finite element as a shape converted from a reference shape in a parametric space using a shape function, position information of corresponding points in the reference shape of each node of the first member model is obtained. Determining, using the position information and the shape function , a constraint condition for restricting a physical quantity of each node of the first member model;
And creating a simulation model that is integrated by bonding together the first member model after reconstitution and said second member model using this constraint,
How to create a simulation model of the structure, characterized by the execution.
このシミュレーションモデルに所定の条件を付与してシミュレーション演算を行なうステップと、を有することを特徴とする構造体のシミュレーション方法。 Creating a structure simulation model using the method for creating a structure simulation model according to any one of claims 1 to 10 ;
And a step of performing a simulation operation by applying a predetermined condition to the simulation model.
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