JP5457863B2 - ゴム材料の変形挙動予測方法及びゴム材料の変形挙動予測装置 - Google Patents
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図面を参照して、本発明の第1の実施形態を説明する。具体的には、(1)ゴム材料変形挙動予測システムの全体概略構成、(2)コンピュータの電気系の要部構成、(3)ゴム材料変形挙動予測システムの動作、(4)作用・効果について説明する。以下の実施形態における図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
図1には、第1の実施の形態に係るゴム材料変形挙動予測システム10の構成が示されている。
次に、図2を参照して、コンピュータ12の電気系の要部構成を説明する。
(3−1)スライス画像生成処理
次に、図3を参照しつつ、CTスキャナ11により実行されるスライス画像生成処理の作用を詳細に説明する。なお、図3は、スライス画像生成処理プログラムの流れを示すフローチャートである。
次に、図4を参照しつつ、コンピュータ12により実行される3次元モデル生成処理の作用を詳細に説明する。なお、図4は、3次元モデル生成処理プログラムの流れを示すフローチャ−トである。
次に、図5を参照しつつ、コンピュータ12により実行される解析処理の作用を詳細に説明する。なお、図5は、解析処理プログラムの流れを示すフローチャ−トである。
先行技術の有限要素法において生成される3次元モデルは、2値化画像における単一方形を要素とする格子領域の要素によって構成されている。
このように、第1の実施の形態によれば、ゴムと充填剤とにより構成されるゴム材料から生成された3次元モデルを用いることにより、ゴム材料の応力及び歪状態の解析が可能となる。この応力及び歪状態の解析により、ゴム材料における充填剤の配合量等の最適化が可能となり、ゴム材料のより高い精度での性能コントロールが可能となる。
次に、図面を参照して、第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態の特徴は、3次元モデルの充填剤部分とゴム部分の界面の滑りを構成条件としてさらに付与して解析を行う点にある。具体的には、(1)ゴム材料変形挙動予測システムの動作、(2)作用・効果について説明する。以下の実施形態における図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
第2の実施の形態に係るゴム材料変形挙動予測システム10の構成及びコンピュータ12の電気系の要部構成は、第1の実施の形態の図1及び図2と同様であるため説明を省略する。また、第2の実施の形態に係るCTスキャナ11により実行されるスライス画像生成処理の流れについても、第1の実施の形態の図3と同様であるため説明を省略する。
図16には、第2の実施の形態に係る3次元モデル生成処理の流れを示すフローチャートが示されている。なお、図16に示される3次元モデル生成処理は、第1の実施の実施の形態の3次元モデル生成処理(図4)と異なる処理の部分に符号にAを付しており、同一符号箇所は同様の処理である。このため、以下では符号にAを付した部分についてのみ説明し、図4と同一符号箇所の説明を省略する。
次に、第2の実施の形態に係る解析処理について説明する。
以上のように第2の実施の形態によれば、ゴム部分と充填剤部分との界面に一定以上の相互にずれる方向の力が発生すると滑りを生じるため、3次元モデルのゴム部分と充填剤部分との界面に滑りを示す構成条件を付与することにより、より正確に変形挙動を解析することができる。
第1の実施の形態及び第2の実施の形態では、生成された3次元モデルの全ての領域において解析処理を行ったが、例えば、実際にゴム材料に配合された充填剤の体積比率をキーボード15から入力し、解析処理において充填剤部分の体積比率が実際の充填剤の体積比率となる3次元モデルの領域を解析対象の領域としてもよい。これにより、実際のゴム材料の充填剤の体積比率の領域の3次元モデルを用いて解析を行うことができるため、実際の充填剤の配合量に応じた弾性率及び応力分布を適切に解析することができる。
12 コンピュータ(変形挙動予測装置)
14 ディスプレイ(提示手段)
40 CPU(変換手段、生成手段、付与手段、解析手段)
60 外部I/O制御部(取得手段)
Claims (3)
- ゴムに前記ゴムとは異なる材料を配合した所定形状のゴム材料について所定平面により所定間隔でスライスしたときの内部構造を含む断面形状を表す複数のスライス画像を取得するステップと、
前記ゴム材料に配合したゴムとゴムとは異なる材料とを判別するための前記スライス画像における画像濃度を示す濃度値のしきい値を予め定め、前記スライス画像を縦横所定数で分割して作られる単位方形の各々の濃度値と前記しきい値とに基づいて前記スライス画像の各々を2値化画像に変換するステップと、
変換された複数の2値化画像の各々を対応するスライス画像のスライス位置の順序でかつ前記所定間隔で積層し、前記2値化画像における前記単位方形に対応する要素を置き換えたノードにより構成される3次元モデルを生成するステップと、
前記ノードに対して前記2値化された値に基づいてゴムあるいはゴムとは異なる材料の歪と応力との関係を定めた構成条件を付与するステップと、
構成条件が付与された前記3次元モデルを用いて変形挙動を解析するステップとを備え、
前記変形挙動を解析するステップは、前記ゴム材料の任意位置での変位又は速度を、前記任意位置に対応する前記3次元モデルの前記ノードに対して定義された基本変数と重み関数との積によって近似させ、
前記重み関数は、少なくとも、前記任意位置から前記任意位置に対応する前記ノードまでの距離を用いて算出され、
前記ゴムとは異なる材料は、充填剤であり、
前記構成条件を付与するステップは、
前記3次元モデルのゴム部分とゴムとは異なる材料の部分との界面に対して滑りを示す構成条件をさらに付与し、かつ
前記3次元モデルの界面層での充填剤部分の構成条件として、前記ゴム部分と前記界面層と間に所定の静止摩擦係数を与えており、
前記ノードを中心とする球状の領域であり、前記変形挙動を解析するステップにおいて前記任意位置における前記変位又は前記速度の算出に用いられる、前記任意の位置に対応する前記ノードを特定する領域を影響領域とし、前記影響領域の半径の長さを影響半径Rとし、前記ノードを中心とする球状の領域であり、同一平面上にない少なくとも4つの前記ノードのそれぞれが前記任意位置を前記影響領域に含むために最低限必要な前記球状の領域の半径の長さを基準半径R0とした場合、
前記影響半径Rが前記基準半径R0の1.0倍以上1.5倍以下である、前記任意位置を前記影響領域に含む、前記任意位置に対応する前記ノードの情報は、前記任意位置における前記変位又は前記速度の算出に用いられる、ゴム材料の変形挙動予測方法。 - ゴムに前記ゴムとは異なる材料を配合した所定形状のゴム材料について所定平面により所定間隔でスライスしたときの内部構造を含む断面形状を表す複数のスライス画像を取得する取得手段と、
前記ゴム材料に配合したゴムとゴムとは異なる材料とを判別するための前記スライス画像における画像濃度を示す濃度値のしきい値を予め定め、前記スライス画像を縦横所定数で分割して作られる単位方形の各々の濃度値と前記しきい値とに基づいて前記各スライス画像の各々を2値化画像に変換する変換手段と、
前記変換手段により変換された複数の2値化画像の各々を対応するスライス画像のスライス位置の順序でかつ前記所定間隔で積層し、前記2値化画像における前記単位方形に対応する要素を置き換えたノードにより構成される3次元モデルを生成する生成手段と、
前記生成手段により生成された前記3次元モデルの前記ノードに対して前記2値化された値に基づいてゴムあるいはゴムとは異なる材料の歪と応力の関係を定めた構成条件を付与する付与手段と、
前記付与手段により構成条件が付与された前記3次元モデルを用いて変形挙動を解析する解析手段と、
前記解析手段による解析結果を提示する提示手段とを備え、
前記解析手段は、前記ゴム材料の任意位置での変位及び速度を、前記任意位置に対応する前記3次元モデルの前記ノードに対して定義された基本変数と重み関数との積によって近似させ、
前記重み関数は、少なくとも、前記任意位置から前記任意位置に対応する前記ノードまでの距離を用いて算出され、
前記ゴムとは異なる材料は、充填剤であり、
前記付与手段は、
前記3次元モデルのゴム部分とゴムとは異なる材料の部分との界面に対して滑りを示す構成条件をさらに付与し、かつ
前記3次元モデルの界面層となる充填剤部分の構成条件として、前記ゴム部分と前記界面層と間に所定の静止摩擦係数を与えており、
前記ノードを中心とする球状の領域であり、前記変形挙動を解析する解析手段によって前記任意位置における前記変位又は前記速度の算出に用いられる、前記任意の位置に対応する前記ノードを特定する領域を影響領域とし、前記影響領域の半径の長さを影響半径Rとし、前記ノードを中心とする球状の領域であり、同一平面上にない少なくとも4つの前記ノードのそれぞれが前記任意位置を前記影響領域に含むために最低限必要な前記球状の領域の半径の長さを基準半径R0とした場合、
前記影響半径Rが前記基準半径R0の1.0倍以上1.5倍以下である、前記任意位置を前記影響領域に含む、前記任意位置に対応する前記ノードの情報は、前記任意位置における前記変位又は前記速度の算出に用いられる、ゴム材料の変形挙動予測装置。
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