JP4586436B2 - How to create a tire model - Google Patents

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Description

本発明は、有限要素法によってタイヤ特性を評価する際の解析モデルの作成方法に関する。   The present invention relates to a method of creating an analysis model when evaluating tire characteristics by a finite element method.

有限要素法を用いて、タイヤ特性を予測し、このタイヤ特性に基づいてタイヤを設計する方法が種々提案されている。これらの方法は、いずれもコンピュータを用いてタイヤの有限要素モデルを作成し、作成したタイヤモデルを用いてタイヤの静止状態あるいは転動状態を再現し、このときタイヤモデルに作用する特定の材料物性値を算出してタイヤ特性を評価している。このタイヤ特性を用いることで、実際にタイヤを作製することなく、タイヤ特性の優れたタイヤを設計することができる。   Various methods for predicting tire characteristics using a finite element method and designing tires based on the tire characteristics have been proposed. Each of these methods uses a computer to create a finite element model of the tire, uses the created tire model to reproduce the stationary or rolling state of the tire, and at this time the specific material properties that act on the tire model The tire characteristics are evaluated by calculating the value. By using this tire characteristic, a tire having excellent tire characteristics can be designed without actually manufacturing the tire.

このようなタイヤのシミュレーションに用いるタイヤモデルの作成方法として、タイヤボディ部の2次元形状を周方向に展開して要素分割しタイヤボディ部要素モデルを設定し、そのタイヤボディ部要素モデルよりも詳細に要素分割したトレッドパターン部要素モデルを設定し、タイヤボディ部要素モデルにトレッドパターン部要素モデルを結合して、タイヤの有限要素モデルを作成する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特許3314082号公報
As a method of creating a tire model used for such a tire simulation, the tire body part element model is set by dividing the two-dimensional shape of the tire body part in the circumferential direction and dividing the element, and more detailed than the tire body part element model. There is proposed a method of creating a finite element model of a tire by setting a tread pattern part element model divided into elements and combining the tread pattern part element model with a tire body part element model (see, for example, Patent Document 1). .)
Japanese Patent No. 3314082

ところで、実際のタイヤの製造工程は、一般に、生タイヤケーシング100を成形する第1成形工程と、完成生タイヤ108(グリーンタイヤ)を成形する(図9(b)破線参照)第2成形工程と、グリーンタイヤ108を加硫する加硫工程を含んでいる。
第1成形工程では、図9(a),(b)に示すように、カーカス部材P、1対のビードコア部材Bd、1対のビードフィラー部材Bfおよび1対のサイドトレッド部材Sを有する、回転体形状の生タイヤケーシング100を成形する。
第2成形工程では、トレッド部材Tおよびベルト部材Beを有する回転体形状のトレッド/ベルト部106を成形し、この成形されたトレッド/ベルト部106の内周面側に回転体の中心軸を一致させるようにして生タイヤケーシング100を配し、この状態で生タイヤケーシング100を膨張させて上記生タイヤケーシング100をトレッド/ベルト部106の内周面に圧着させてグリーンタイヤ108を成形する。
By the way, the actual tire manufacturing process generally includes a first molding process for molding the green tire casing 100 and a second molding process for molding the finished green tire 108 (green tire) (see the broken line in FIG. 9B). , A vulcanization step of vulcanizing the green tire 108 is included.
In the first molding step, as shown in FIGS. 9A and 9B, a carcass member P, a pair of bead core members Bd, a pair of bead filler members Bf, and a pair of side tread members S are rotated. A body-shaped raw tire casing 100 is formed.
In the second forming step, a tread / belt portion 106 having a rotating body shape having a tread member T and a belt member Be is formed, and the central axis of the rotating body is aligned with the inner peripheral surface side of the formed tread / belt portion 106. In this state, the raw tire casing 100 is disposed, and in this state, the raw tire casing 100 is expanded, and the green tire 108 is molded by pressing the raw tire casing 100 onto the inner peripheral surface of the tread / belt portion 106.

加硫工程では、このグリーンタイヤ108を加硫用金型(モールド)内に入れて、グリーンタイヤ108の内周面側から伸縮自在な加硫用ブラダー(図示せず)を膨張させて、グリーンタイヤ108を加硫用モールドの内表面の形状に沿わせるように拡張し、その後、加硫用モールドおよび加硫用ブラダーを昇温して、拡張したグリーンタイヤ108を加硫する。
したがって、第2成形工程では、タイヤケーシング100が膨張させられ、加硫工程では、加硫用ブラダーを用いてグリーンタイヤ108の内周面側から圧力が加えられ、グリーンタイヤ108が拡張させられる。
特に、タイヤ断面形状は、タイヤ内の補強コードとして有機繊維を用いた場合には、補強コードにかかる張力の高低や、タイヤを接地面に接地させた時のタイヤの接地形状(踏面形状)に大きく影響を与える。さらに、この補強コードにかかる張力および接地形状は、タイヤ特性、例えば、転がり抵抗特性、摩耗特性、耐久特性、操縦安定性、振動乗り心地特性、ウェット特性および騒音特性等に大きな影響を与える。
In the vulcanization process, the green tire 108 is placed in a vulcanization mold (mold), and a vulcanization bladder (not shown) that can be expanded and contracted from the inner peripheral surface side of the green tire 108 is inflated. The tire 108 is expanded so as to conform to the shape of the inner surface of the vulcanization mold, and then the temperature of the vulcanization mold and the vulcanization bladder is increased to vulcanize the expanded green tire 108.
Therefore, in the second molding step, the tire casing 100 is expanded, and in the vulcanization step, pressure is applied from the inner peripheral surface side of the green tire 108 using the vulcanization bladder, and the green tire 108 is expanded.
In particular, when organic fibers are used as the reinforcing cord in the tire, the tire cross-sectional shape is the level of tension applied to the reinforcing cord or the ground contact shape (tread surface shape) of the tire when the tire is grounded to the ground surface. It has a big impact. Further, the tension and the ground contact shape applied to the reinforcing cord have a great influence on tire characteristics such as rolling resistance characteristics, wear characteristics, durability characteristics, steering stability, vibration riding comfort characteristics, wet characteristics and noise characteristics.

したがって、タイヤ特性が優れたタイヤを設計するには、タイヤ断面形状を正確に再現するとともに、補強コードにかかる初期応力をタイヤの製造工程を考慮して再現することが重要である。特に、ベルト層およびベルト補強層にかかる初期応力は、タイヤ接地特性に与える影響が大きい。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、タイヤの補強コード、特にベルト層および/またはベルト補強層の初期応力を適切に再現し、精度良くタイヤ特性をシミュレーションすることができるタイヤモデル作成方法を提供することを目的とする。
Therefore, in order to design a tire having excellent tire characteristics, it is important to accurately reproduce the tire cross-sectional shape and reproduce the initial stress applied to the reinforcing cord in consideration of the tire manufacturing process. In particular, the initial stress applied to the belt layer and the belt reinforcing layer has a great influence on the tire ground contact characteristics.
The present invention has been made in view of such problems, and a tire capable of appropriately reproducing the initial stress of the tire reinforcement cord, particularly the belt layer and / or the belt reinforcement layer, and accurately simulating the tire characteristics. The purpose is to provide a model creation method.

上記目的を達成するために、本発明に係るタイヤモデル作成方法は、シミュレーション装置において、タイヤ特性をシミュレーションにより解析するためのタイヤの製造工程を考慮したタイヤモデルを作成するタイヤモデル作成方法であって、前記シミュレーション装置が、複数の要素にメッシュ分割して、タイヤを構成するカーカス部、ビード部及び補強コード層を少なくとも含む複数の部材を再現した2次元断面モデルを作成するステップと、前記シミュレーション装置が、前記2次元断面モデルを直線状に展開すると共に、展開方向に所定の要素数の要素にメッシュ分割して、複数の3次元有限要素からなる3次元直線モデルを作成するステップと、前記シミュレーション装置が、前記3次元直線モデルを所定の直線を中心としてその一端から前記3次元直線モデルの前記複数の有限要素の各節点に対して強制変位を与えて順番に変形させて、前記3次元直線モデルを前記所定の直線を中心として丸めて、円環状に変形して3次元モデルを作成する変形ステップと、前記シミュレーション装置が、円環状に変形された前記3次元モデルの両端面を結合してタイヤモデルを作成する結合ステップと、前記シミュレーション装置が、前記タイヤモデルに、前記補強コード層に作用する初期応力を、前記タイヤの製造工程において前記補強コードに生じた初期応力として付与する初期応力付与ステップと、を含むことを特徴とする。
ここで、前記変形ステップは、前記初期応力付与ステップを含み、前記複数の有限要素の各節点に対して強制変位を与えて順番に変形させる変形解析を行い、前記補強コード層に生じる応力を算出し、算出された該応力に基づいて、前記初期応力付与ステップで付与される前記補強コード層に作用する初期応力を算出することが好ましい。
また、前記初期応力付与ステップは、前記結合ステップの後に、前記補強コード層に作用する初期応力を付与するものであることが好ましい。
また、前記補強コード層は、ベルト層及びベルト補強層の少なくとも一方を含むことが好ましい。
さらに、前記変形ステップは、前記3次元直線モデルのうち、少なくとも前記補強コード層を含む前記部材の部材モデルに材料物性値を付与して、シミュレーションを実行することにより前記3次元直線モデルを円環状に変形することが好ましい。
また、前記材料物性値は、前記補強コード層のみに設定されることが好ましい。
また、前記材料物性値は、比重、並びに機械的特性を示す引張り弾性率、曲げ弾性率及びポアソン比の少なくとも1つを含むことが好ましい
In order to achieve the above object, a tire model creation method according to the present invention is a tire model creation method for creating a tire model in consideration of a tire manufacturing process for analyzing tire characteristics by simulation in a simulation device. A step of creating a two-dimensional cross-sectional model in which the simulation device reproduces a plurality of members including at least a carcass portion, a bead portion, and a reinforcing cord layer constituting a tire by dividing a mesh into a plurality of elements; but with deploying the two-dimensional cross-sectional model linearly with mesh divided into elements of a predetermined number of the deployment direction element, the step of creating a three-dimensional linear model comprising a plurality of three-dimensional finite element, the simulation device, the said 3-dimensional linear model about a predetermined straight line Is deformed in order to give a forced displacement for each node of the plurality of finite elements of the three-dimensional linear model from the edge, rounded to the 3-dimensional linear model about said predetermined straight line, deformation annularly a deformation step of creating a three-dimensional model by the simulation device, and a coupling step of creating a tire model by combining both end surfaces of the three-dimensional model deformed in an annular, said simulation apparatus, said tire The model includes an initial stress applying step of applying an initial stress acting on the reinforcing cord layer as an initial stress generated in the reinforcing cord in the tire manufacturing process .
Here, the deformation step includes the initial stress applying step, performs a deformation analysis in which each node of the plurality of finite elements is deformed in order by applying a forced displacement, and calculates a stress generated in the reinforcing cord layer. Preferably, the initial stress acting on the reinforcing cord layer applied in the initial stress applying step is calculated based on the calculated stress.
Moreover, it is preferable that the said initial stress provision step provides the initial stress which acts on the said reinforcement cord layer after the said coupling | bonding step.
The reinforcing cord layer preferably includes at least one of a belt layer and a belt reinforcing layer.
Further, in the deformation step, a material property value is given to a member model of the member including at least the reinforcing cord layer in the three-dimensional linear model, and the three-dimensional linear model is annularly formed by executing a simulation. It is preferable to be deformed.
Moreover, it is preferable that the material property value is set only in the reinforcing cord layer .
The physical property value of the material preferably includes at least one of specific gravity and tensile elastic modulus, bending elastic modulus and Poisson's ratio indicating mechanical properties .

本発明は、タイヤモデルの2次元断面形状を作成し、それを直線状に展開したあと、タイヤの製造工程のように、円環状(トロイド状)に変形する。このとき、直線状のタイヤモデルを変形させることにより、タイヤモデルを構成するタイヤ補強コードを含む部材モデルには応力が作用する。
本発明によれば、タイヤの補強コード、特にベルト層およびベルト補強層の初期応力を適切に再現し、精度良くタイヤ特性をシミュレーションすることができるタイヤモデル作成方法を提供することができる。
The present invention creates a two-dimensional cross-sectional shape of a tire model, develops it in a straight line, and then transforms it into an annular shape (toroidal shape) as in the tire manufacturing process. At this time, by deforming the linear tire model, stress acts on the member model including the tire reinforcing cord constituting the tire model.
According to the present invention, it is possible to provide a tire model creation method capable of appropriately reproducing the initial stress of the tire reinforcement cord, particularly the belt layer and the belt reinforcement layer, and accurately simulating the tire characteristics.

以下、本発明のタイヤモデル作成方法について、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。
図1は、本発明のタイヤモデル作成方法を実行し、実際のタイヤ特性試験をシミュレーションして、タイヤ特性の解析を実行するシミュレーション装置の概略を示す概略図である。
Hereinafter, the tire model creation method of the present invention will be described in detail based on the preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a simulation apparatus that executes a tire model creation method of the present invention, simulates an actual tire characteristic test, and executes an analysis of tire characteristics.

シミュレーション装置1は、各種演算処理を実行するとともに各部を統括して制御する中央演算処理装置(CPU)2と、このCPU2のワークエリアとして機能したり、CPU2によって実行される処理プログラムや、CPU2によって実行される処理プログラムの処理結果や各種データ等を記憶するメモリ3とを備え、CPU2とメモリ3はバスを介して接続される。
メモリ3としては、コンデンサに電気を蓄えることによって、情報を記憶するDRAM(Dynamic Random Access Memory)、コンデンサを使用せず、論理回路でメモリを構成しているSRAM(Static Random Access Memory)や、CPUによる実行プログラムなどを記憶する不揮発性で読み取り専用なROM(Read Only Memory)などの半導体記憶装置がある。
The simulation apparatus 1 executes various arithmetic processes and centrally controls each part, and functions as a work area of the CPU 2, processing programs executed by the CPU 2, and the CPU 2. A memory 3 for storing processing results of the processing program to be executed, various data, and the like is provided, and the CPU 2 and the memory 3 are connected via a bus.
As the memory 3, a DRAM (Dynamic Random Access Memory) that stores information by storing electricity in a capacitor, a SRAM (Static Random Access Memory) that uses a logic circuit without using a capacitor, a CPU, There is a semiconductor storage device such as a nonvolatile read-only ROM (Read Only Memory) that stores an execution program or the like.

また、シミュレーション装置1は、I/Oインターフェース4を介して、入力装置5、出力装置6および外部記憶装置7に接続され、これらとの間でデータのやり取りを行う。
入力装置5は、モデル作成条件、処理条件、あるいは特性演算条件など各種の条件を入力するものであり、代表的なものとしてキーボードやマウスなどがある。出力装置6は、入力装置5からの入力結果やタイヤ特性の解析結果などを表示するものであり、代表的なものとしてディスプレイやプリンタなどがある。
外部記憶装置7としては、フレキシブルディスクなどの磁気ディスク、CDやDVDといった光学ディスクなどがある。
The simulation apparatus 1 is connected to an input device 5, an output device 6, and an external storage device 7 via the I / O interface 4, and exchanges data with them.
The input device 5 inputs various conditions such as model creation conditions, processing conditions, or characteristic calculation conditions, and representative examples include a keyboard and a mouse. The output device 6 displays an input result from the input device 5, an analysis result of tire characteristics, and the like, and representative examples include a display and a printer.
Examples of the external storage device 7 include a magnetic disk such as a flexible disk and an optical disk such as a CD and a DVD.

このようなシミュレーション装置1は、オペレータの入力に従って、有限要素法(Finite Element Method)によるタイヤの解析モデル(以下、タイヤモデルという)を作成し、シミュレーション条件を設定した後に、タイヤ特性試験をシミュレーションすることによってタイヤ特性を解析する。   Such a simulation apparatus 1 creates a tire analysis model (hereinafter referred to as a tire model) by a finite element method in accordance with an input from an operator, sets simulation conditions, and then simulates a tire characteristic test. By analyzing the tire characteristics.

図2は、タイヤ2次断面モデルの一例を示す斜視図である。2次元断面モデルは、3次元空間において作成しようとするタイヤモデルの2次元断面形状であり、トレッド部、ベルト部、カーカス部、ビード部、サイドゴム部およびベルト補強層を含むタイヤモデルのタイヤ周方向に対して垂直な断面を再現したものである。
2次元断面モデルは、オペレータの入力に応じて複数の要素にメッシュ分割される。各要素は頂点を節点で規定することにより表され、要素番号と節点番号との対応関係を示すデータが記憶装置に格納される。また、節点座標は3次元空間座標で定義され、節点番号とその空間座標とが記憶装置に格納される。
FIG. 2 is a perspective view showing an example of a tire secondary cross-section model. 2 dimensional section model is a two-dimensional cross-sectional shape of the tire model to be created in three-dimensional space, the tread portion, a belt portion, a carcass portion, a bead portion, the tire circumferential of the tire model which includes a support Idogomu portion and the belt reinforcing layer It reproduces the cross section perpendicular to the direction.
The two-dimensional cross-sectional model is mesh-divided into a plurality of elements in response to operator input. Each element is represented by defining a vertex with a node, and data indicating the correspondence between the element number and the node number is stored in the storage device. The node coordinates are defined by three-dimensional space coordinates, and the node numbers and the space coordinates are stored in the storage device.

なお、ここで作成される2次元断面は、タイヤモデルを作成した際に、タイヤ周方向に対して垂直となる面に限定されない。例えば、タイヤ周方向に対して一定の角度で傾斜させてタイヤモデルをメッシュ分割することを考慮して、タイヤ周方向に対して傾斜した断面を予め想定して2次元断面としてもよい。   The two-dimensional section created here is not limited to a plane perpendicular to the tire circumferential direction when a tire model is created. For example, considering that the tire model is mesh-divided by inclining at a constant angle with respect to the tire circumferential direction, a cross section inclined with respect to the tire circumferential direction may be assumed in advance to be a two-dimensional cross section.

図3はタイヤ3次元直線モデルの一例を示す斜視図である。タイヤ3次元直線モデルは、図2に示すタイヤ2次元断面モデルを所定の直線方向(Z方向)に展開して作成される3次元有限要素モデルである。2次元断面モデルを直線状に展開する際に、Z方向に対してメッシュ分割する。このようにして作成されたタイヤ3次元直線モデルは、ソリッド要素、膜要素あるいはシェル要素など複数の要素によって表される。
Z方向において分割される要素数は、あとで要素数を再設定する処理を省くため、最終的なタイヤモデルの円周方向の要素数を予め算出して設定することが好ましい。
なお、ここで設定されるZ方向の長さは、後述するタイヤ3次元直線モデルを変形させてタイヤモデルを作成する処理において、基準部(変形の基準部)の長さとなる。
FIG. 3 is a perspective view showing an example of a tire three-dimensional linear model. The tire three-dimensional linear model is a three-dimensional finite element model created by developing the tire two-dimensional cross-sectional model shown in FIG. 2 in a predetermined linear direction (Z direction). When the two-dimensional section model is developed in a straight line, the mesh is divided in the Z direction. The tire three-dimensional straight line model created in this way is represented by a plurality of elements such as a solid element, a membrane element or a shell element.
The number of elements divided in the Z direction is preferably set by calculating in advance the number of elements in the circumferential direction of the final tire model in order to omit the process of resetting the number of elements later.
Note that the length in the Z direction set here is the length of the reference portion (reference portion for deformation) in the process of creating a tire model by deforming a tire three-dimensional linear model described later.

図4はタイヤ3次元直線モデルが変形する様子を示す図である。オペレータの入力に従って、タイヤ3次元直線モデルに対して材料物性値が付与された後に、直線Oを中心として一方の端部から各節点に対して強制変位が与えられ、順番にタイヤ3次元直線モデルが変形させられることにより、タイヤ3次元直線モデルはトロイド状(円環状)に丸まる。
この処理は材料物性値を与えられたタイヤ3次元直線モデルをシミュレーション演算することにより実行される。
FIG. 4 is a diagram showing how the tire three-dimensional linear model is deformed. After the material physical property values are given to the tire three-dimensional linear model according to the input from the operator, a forced displacement is given to each node from one end with the straight line O as the center, and the tire three-dimensional linear model in turn. Is deformed, the tire three-dimensional linear model is rounded in a toroidal shape (annular).
This process is executed by performing a simulation calculation on a tire three-dimensional linear model given material property values.

この処理を具体的に示すと、例えば、他方の端部の結合面における節点を除く、強制変位を与える節点すべてに対して並進運動を行わせ、所定の基準線を越えたものから順番に丸めて、変形解析を行うことにより、補強コードに生じる応力を算出する。
この応力に基づいて、補強コードに作用する初期応力が算出される。初期応力は、発生した応力にある数値を加算するなど、所定の数学的処理を施すことで算出することができる。
Specifically, for example, a translational motion is performed on all nodes that give a forced displacement, excluding nodes on the joint surface at the other end, and rounded in order from a point that exceeds a predetermined reference line. Thus, the stress generated in the reinforcing cord is calculated by performing deformation analysis.
Based on this stress, an initial stress acting on the reinforcing cord is calculated. The initial stress can be calculated by applying a predetermined mathematical process such as adding a numerical value to the generated stress.

ここで、タイヤモデルの基準部における円周長は、図3に示すタイヤ3次元直線モデルの直線方向(Z方向)の長さとなる。したがって、タイヤモデルの基準部よりタイヤ径方向に対して外側であるトレッド側は変形により伸長し、タイヤ周方向に対して内側であるビードコア側は収縮される。   Here, the circumferential length at the reference portion of the tire model is the length in the linear direction (Z direction) of the tire three-dimensional linear model shown in FIG. Therefore, the tread side that is outside the tire radial direction from the reference portion of the tire model is extended by deformation, and the bead core side that is inside the tire circumferential direction is contracted.

しかしながら、実際のタイヤ製造工程において、タイヤの各部材に加わる初期応力は、加硫工程においてブラダーを膨張させることによりグリーンタイヤに加わる圧力によるものであり、初期応力は引張り応力のみである。したがって、実際のタイヤ製造工程において、圧縮力は作用しない。
また、タイヤの補強コード以外の部材の初期応力は、補強コードのものに比べてタイヤ特性に与える影響が少ない。
そこで、補強コード以外の部材については材料物性値を設定しなくてもよい。
However, in the actual tire manufacturing process, the initial stress applied to each member of the tire is due to the pressure applied to the green tire by inflating the bladder in the vulcanization process, and the initial stress is only tensile stress. Therefore, no compression force acts in the actual tire manufacturing process.
In addition, the initial stress of the members other than the tire reinforcing cord has less influence on the tire characteristics than that of the reinforcing cord.
Therefore, the material property values need not be set for members other than the reinforcing cord.

一方、タイヤの補強コードの材料物性値は、実際の値に基づいて設定し、ゴム部およびビードコアの弾性率は、未加硫ゴムの弾性率以下の小さな値に設定し、ゴム部およびビードコアのポアソン比はゼロに設定する。   On the other hand, the material property value of the tire reinforcement cord is set based on the actual value, and the elastic modulus of the rubber part and the bead core is set to a small value less than the elastic modulus of the unvulcanized rubber. The Poisson's ratio is set to zero.

そうすることで、タイヤの補強コード、特にベルト層およびベルト補強層の初期応力を適切に再現することができる。
ただし、材料物性値の設定方法は、上記に限定されず、例えば、タイヤの補強コード、特にベルト層及び/又はベルト補強層に加わる初期応力が重要であるものとして、材料物性値をベルト層及び/又はベルト補強層(補強コード)についてのみ設定し、補強コード以外の部材についてはタイヤ特性に与える影響が少ないため材料物性値を設定しなくてもよい。
By doing so, it is possible to appropriately reproduce the initial stress of the tire reinforcing cord, particularly the belt layer and the belt reinforcing layer.
However, the method for setting the material physical property value is not limited to the above. For example, assuming that the initial stress applied to the tire reinforcing cord, particularly the belt layer and / or the belt reinforcing layer is important, the material physical property value is Only the belt reinforcing layer (reinforcing cord) is set, and the members other than the reinforcing cord have little influence on the tire characteristics, so that the material property value does not need to be set.

このような材料物性値としては、比重や、機械的特性を示す引張り弾性率、曲げ弾性率、ポアソン比などを挙げることができる。   Examples of such material property values include specific gravity, tensile elastic modulus showing mechanical properties, bending elastic modulus, Poisson's ratio, and the like.

図5はタイヤ3次元有限要素モデルの一例を示す斜視図である。トロイド状に変形したタイヤ3次元直線モデルは、結合していない断面(不連続部)を有している。すなわち、タイヤ3次元直線モデルにおいて、端部であった両断面は、トロイド状に変形することにより接しているが、この面における節点は2重に存在し、互いに拘束されていない状態である。
そこで、重複する節点座標をマージして共有節点とすることで不連続部を結合する。このようにして作成されるタイヤモデルはタイヤの補強コードにかかる初期応力を適切に再現しているため、精度良くタイヤ特性のシミュレーションを行うことができる。
図6はベルト層およびベルト補強層にかかる初期応力分布の一例を示す図である。図4に示す変形解析においてタイヤの補強層に作用する初期応力分布の一例である。
FIG. 5 is a perspective view showing an example of a tire three-dimensional finite element model. The tire three-dimensional linear model deformed into a toroid has cross sections (discontinuous portions) that are not joined. That is, in the tire three-dimensional straight line model, both cross-sections which were end portions are in contact with each other by being deformed into a toroidal shape, but the nodes on this surface are doubly present and are not constrained to each other.
Therefore, discontinuous parts are joined by merging overlapping node coordinates to form a shared node. Since the tire model created in this manner appropriately reproduces the initial stress applied to the tire reinforcement cord, the tire characteristics can be accurately simulated.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an initial stress distribution applied to the belt layer and the belt reinforcing layer. 5 is an example of an initial stress distribution acting on a tire reinforcing layer in the deformation analysis shown in FIG. 4.

図7はタイヤ3次元有限要素モデルの作成方法の処理の流れを示す図である。
タイヤ2次元断面モデルを設定する(ステップS101)。トレッド部、ベルト部、カーカス部、ビード部、サイドゴム部およびベルト補強層を含むタイヤモデルのタイヤ周方向に対して垂直な2次元断面形状を、2次元断面モデルとして、作成する。
2次元断面モデルは、オペレータの入力操作に応じて、所定の要素数にメッシュ分割される。
FIG. 7 is a diagram showing a processing flow of a method for creating a tire three-dimensional finite element model.
A tire two-dimensional section model is set (step S101). Tread portion, a belt portion, a carcass portion, a bead portion, a two-dimensional cross-sectional shape perpendicular to the tire circumferential direction of the tire model which includes a support Idogomu portion and the belt reinforcing layer, as a two-dimensional cross-sectional model created.
The two-dimensional section model is mesh-divided into a predetermined number of elements in accordance with an input operation by the operator.

タイヤ2次元断面モデルを直線状に展開し、3次元直線タイヤモデルを設定する(ステップS102)。ステップS101で作成された2次元断面モデルを、直線方向に展開して、タイヤ3次元直線モデルを作成する。ここで設定されるタイヤ3次元直線モデルの直線方向の長さがステップS103における変形の基準部の長さとなる。   The tire two-dimensional cross-sectional model is developed linearly, and a three-dimensional straight tire model is set (step S102). The two-dimensional cross-sectional model created in step S101 is developed in the linear direction to create a tire three-dimensional linear model. The length in the linear direction of the three-dimensional tire model set here is the length of the deformation reference portion in step S103.

3次元直線モデルを変形する(ステップS103)。ステップS102で作成されたタイヤ3次元直線モデルに対して材料物性値を付与した後に、一方の端部から各節点に対して強制変位を与え、タイヤ3次元直線モデルを変形してトロイド状にする。ここで材料物性値はタイヤモデルすべての部材モデルに設定する必要はなく、例えば、タイヤ補強コードなど、タイヤ特性をシミュレーションする際に影響を与える部材について設定すればよい。   The three-dimensional straight line model is deformed (step S103). After assigning material property values to the tire three-dimensional linear model created in step S102, a forced displacement is applied to each node from one end, and the tire three-dimensional linear model is deformed into a toroidal shape. . Here, the material property values need not be set for all the member models of the tire model, and may be set for members that affect the tire characteristics, such as tire reinforcement cords, for example.

不連続部分を結合する(ステップS104)。ステップS103で作成されたタイヤモデルは、両端部に相当する断面(不連続部)における節点は2重に存在し、互いに拘束されていない状態であるため、重複する節点座標をマージして共有節点とすることで不連続部を結合する。
このようにして、作成されたタイヤモデルは予め初期応力が付与されたモデルであり、このタイヤモデルを用いてタイヤ特性をシミュレーションすることで精度のよい解析結果を得ることができる。
The discontinuous portions are combined (step S104). In the tire model created in step S103, the nodes in the cross section (discontinuous portion) corresponding to both ends exist in a double state and are not constrained to each other. To connect discontinuous parts.
Thus, the created tire model is a model to which an initial stress is applied in advance, and an accurate analysis result can be obtained by simulating tire characteristics using this tire model.

上記の手順に従うことによって、実際のタイヤ製造工程においてベルト部補強コード層にかかる初期応力を適切に設定することが可能となり、精度良くタイヤの諸性能をシミュレーションすることができる。
このようなタイヤモデルを利用したシミュレーションの際のタイヤ特性として、制動状態や加速状態をシミュレーションしたときの接地面内のすべり特性(摩擦力、スリップ率など)、タイヤをインフレートしたときのカーカスにかかる応力特性、ハイドロプレーニングをシミュレーションしたときのウェットグリップ性能、スノータイヤの雪上性能、車両のコーナリングをシミュレーションするときのコーナリング特性(横バネ特性)、タイヤに荷重を加えてタイヤのたわみ具合(荷重負荷時の変形)をシミュレーションするときの縦バネ特性や接地圧、タイヤの転動状態において路面から伝わる振動をいかに吸収するかをシミュレーションするときの振動乗り心地特性(エンベロープ特性)などを挙げることができる。
By following the above procedure, it is possible to appropriately set the initial stress applied to the belt portion reinforcing cord layer in the actual tire manufacturing process, and it is possible to accurately simulate various performances of the tire.
The tire characteristics in the simulation using such a tire model include the slip characteristics (friction force, slip ratio, etc.) in the contact surface when simulating the braking state and acceleration state, and the carcass when the tire is inflated. Such stress characteristics, wet grip performance when simulating hydroplaning, snow performance on snow tires, cornering characteristics (lateral spring characteristics) when simulating vehicle cornering, tire deflection by applying a load to the tire (load load) Vertical spring characteristics and ground pressure when simulating (deformation of time), and vibration riding comfort characteristics (envelope characteristics) when simulating how to absorb vibration transmitted from the road surface in tire rolling conditions .

また、上記実施形態では、タイヤ3次元直線モデルの各節点に強制変位を与え、順番に変形させてトロイド状に丸めたが、タイヤ3次元直線の変形の仕方はこれに限定されず、一端を固定し、他端を特定の関数式(例えば、サイクロイド曲線)に従って強制変位を与えることで、タイヤモデルを作成してもよい。
また、不連続部の結合を、接合面において重複する節点座標をマージして共有節点とすることで行ったが、接合面と節点との相対位置が一定となるような拘束条件を設定して不連続部を接合してもよい。
Moreover, in the said embodiment, although forced displacement was given to each node of a tire three-dimensional linear model, it was made to deform | transform in order and rounded to a toroid shape, However, the method of deformation | transformation of a tire three-dimensional straight line is not limited to this, One end A tire model may be created by fixing the other end and applying a forced displacement according to a specific functional expression (for example, a cycloid curve).
In addition, the discontinuous part was joined by merging overlapping node coordinates on the joint surface to make a common node, but the constraint condition was set so that the relative position of the joint surface and the node was constant. You may join a discontinuous part.

また、上記実施形態では、トレッド部、ベルト部、カーカス部、ビード部、サイドゴム部およびベルト補強層を含むタイヤモデルの2次元断面を作成して、タイヤモデルを作成したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、図8に示すように、トレッド部モデル(図8(b))とトレッド部モデル以外を含むケーシング部モデル(図8(a))とを作成し、ケーシング部モデルとトレッド部モデルとを結合してタイヤモデル(図8(c))を作成してもよい。
ケーシング部モデルは、トレッド部以外の部材、つまりベルト部、カーカス部、ビード部、サイドゴム部およびベルト補強層などを再現したものであり、上述した作成方法により作成させる。
トレッド部はトレッドパターンを含み、作成方法について特に限定はなく、周知の方法により作成される。トレッド部では、ベルト層およびベルト補強層にかかる初期応力のように、タイヤ接地特性に影響を与える初期応力がかからないため周知の方法により作成することができる。
In the above embodiment, a tread portion, a belt portion, a carcass portion, a bead portion, to create a two-dimensional cross-section of the tire model which includes a support Idogomu portion and the belt reinforcing layer has been created the tire model, the present invention will now It is not limited to.
For example, as shown in FIG. 8, a tread part model (FIG. 8 (b)) and a casing part model (FIG. 8 (a)) including other than the tread part model are created, and the casing part model and the tread part model are created. A tire model (FIG. 8C) may be created by combining the tire models.
Casing section model, members other than the tread portion, i.e. the belt portion, a carcass portion, a bead portion, which reproduces the like Sa Idogomu unit and the belt reinforcing layer, is prepared by creating method described above.
The tread portion includes a tread pattern, and the creation method is not particularly limited, and is created by a well-known method. In the tread portion, unlike the initial stress applied to the belt layer and the belt reinforcing layer, the initial stress that affects the tire ground contact characteristics is not applied, and therefore, the tread portion can be formed by a known method.

以上、本発明に係るタイヤモデル作成方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよい。   The tire model creation method according to the present invention has been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and modifications are made without departing from the gist of the present invention. May be.

本発明を実現するためのシミュレーション装置の概略を示す概略図である。It is the schematic which shows the outline of the simulation apparatus for implement | achieving this invention. タイヤ2次断面モデルの一例を示す斜視図である。It is a perspective view showing an example of a tire secondary section model. タイヤ3次元直線モデルの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of a tire three-dimensional linear model. タイヤ3次元直線モデルが変形する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a tire three-dimensional linear model deform | transforms. タイヤ3次元有限要素モデルの一例を示す斜視図である。It is a perspective view showing an example of a tire three-dimensional finite element model. 初期応力分布の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of initial stage stress distribution. タイヤ3次元有限要素モデルの作成方法の処理の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of a process of the preparation method of a tire three-dimensional finite element model. 本発明のタイヤモデル作成方法の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the tire model creation method of this invention. タイヤ製造工程におけるタイヤの成形を説明するための図である。It is a figure for demonstrating shaping | molding of the tire in a tire manufacturing process.

符号の説明Explanation of symbols

1 シミュレーション装置
2 中央演算処理部
3 メモリ
4 I/Oインターフェース
5 入力装置
6 出力装置
7 外部記憶装置
100 タイヤケーシング
106 ベルト部
108 グリーンタイヤ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Simulation apparatus 2 Central processing part 3 Memory 4 I / O interface 5 Input device 6 Output device 7 External storage device 100 Tire casing 106 Belt part 108 Green tire

Claims (7)

シミュレーション装置において、タイヤ特性をシミュレーションにより解析するためのタイヤの製造工程を考慮したタイヤモデルを作成するタイヤモデル作成方法であって、
前記シミュレーション装置が、複数の要素にメッシュ分割して、タイヤを構成するカーカス部、ビード部及び補強コード層を少なくとも含む複数の部材を再現した2次元断面モデルを作成するステップと、
前記シミュレーション装置が、前記2次元断面モデルを直線状に展開すると共に、展開方向に所定の要素数の要素にメッシュ分割して、複数の3次元有限要素からなる3次元直線モデルを作成するステップと、
前記シミュレーション装置が、前記3次元直線モデルを所定の直線を中心としてその一端から前記3次元直線モデルの前記複数の有限要素の各節点に対して強制変位を与えて順番に変形させて、前記3次元直線モデルを前記所定の直線を中心として丸めて、円環状に変形して3次元モデルを作成する変形ステップと、
前記シミュレーション装置が、円環状に変形された前記3次元モデルの両端面を結合してタイヤモデルを作成する結合ステップと
前記シミュレーション装置が、前記タイヤモデルに、前記補強コード層に作用する初期応力を、前記タイヤの製造工程において前記補強コードに生じた初期応力として付与する初期応力付与ステップと、を含むことを特徴とするタイヤモデル作成方法。
In a simulation device, a tire model creation method for creating a tire model considering a tire manufacturing process for analyzing tire characteristics by simulation,
A step of creating a two-dimensional cross-sectional model in which the simulation apparatus reproduces a plurality of members including at least a carcass portion, a bead portion, and a reinforcing cord layer constituting a tire by dividing a mesh into a plurality of elements ;
The simulation apparatus develops the two-dimensional cross-sectional model in a straight line and divides the mesh into elements having a predetermined number of elements in the development direction to create a three-dimensional linear model composed of a plurality of three-dimensional finite elements ; ,
The simulation apparatus sequentially deforms the three-dimensional linear model by applying a forced displacement to each node of the plurality of finite elements of the three-dimensional linear model from one end thereof with a predetermined straight line as a center. A deformation step of rounding the dimensional straight line model around the predetermined straight line and deforming it into an annular shape to create a 3D model ;
The simulation device, and a coupling step of creating a tire model by combining both end surfaces of the three dimensional model which is deformed in a ring shape,
The simulation apparatus includes an initial stress applying step of applying, to the tire model, an initial stress acting on the reinforcing cord layer as an initial stress generated in the reinforcing cord in the tire manufacturing process. Tire model creation method.
前記変形ステップは、前記初期応力付与ステップを含み、前記複数の有限要素の各節点に対して強制変位を与えて順番に変形させる変形解析を行い、前記補強コード層に生じる応力を算出し、算出された該応力に基づいて、前記初期応力付与ステップで付与される前記補強コード層に作用する初期応力を算出する請求項1に記載のタイヤモデル作成方法。The deformation step includes the initial stress application step, performs a deformation analysis in which a forced displacement is applied to each node of the plurality of finite elements and sequentially deforms, calculates a stress generated in the reinforcing cord layer, and calculates The tire model creation method according to claim 1, wherein an initial stress acting on the reinforcing cord layer applied in the initial stress applying step is calculated based on the applied stress. 前記初期応力付与ステップは、前記結合ステップの後に、前記補強コード層に作用する初期応力を付与するものである請求項1に記載のタイヤモデル作成方法。 The initial stress applying step, after said coupling step, the tire model generating method according to claim 1 is intended to impart an initial stress acting on the reinforcing cord layer. 前記補強コード層は、ベルト層及びベルト補強層の少なくとも一方を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載のタイヤモデル作成方法。The tire model creation method according to claim 1, wherein the reinforcing cord layer includes at least one of a belt layer and a belt reinforcing layer. 前記変形ステップは、前記3次元直線モデルのうち、少なくとも前記補強コード層を含む前記部材の部材モデルに材料物性値を付与して、シミュレーションを実行することにより前記3次元直線モデルを円環状に変形する請求項1〜4のいずれか1項に記載のタイヤモデル作成方法。 In the deforming step, a material property value is given to a member model of the member including at least the reinforcing cord layer in the three-dimensional linear model, and the three-dimensional linear model is deformed into an annular shape by executing a simulation. The tire model creation method according to any one of claims 1 to 4 . 前記材料物性値は、前記補強コード層のみに設定される請求項1〜5のいずれか1項に記載のタイヤモデル作成方法。The tire model creation method according to any one of claims 1 to 5, wherein the material property value is set only in the reinforcing cord layer. 前記材料物性値は、比重、並びに機械的特性を示す引張り弾性率、曲げ弾性率及びポアソン比の少なくとも1つを含む請求項1〜6のいずれか1項に記載のタイヤモデル作成方法。The tire material creation method according to any one of claims 1 to 6, wherein the material property value includes at least one of a specific gravity and a tensile elastic modulus, a bending elastic modulus, and a Poisson's ratio indicating mechanical properties.
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