JP5668532B2 - Simulation method and material parameter identification method - Google Patents
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Description
本発明は、弾性体の解析に用いられるシミュレーション方法および材料パラメータ同定方法に関する。 The present invention relates to a simulation method and a material parameter identification method used for analysis of an elastic body.
従来からタイヤを解析するためのシミュレーション方法として、種々の方法が提案されている。例えば、有限要素法を用いてタイヤを解析する方法がある。また、タイヤのシミュレーションを行うためには、ゴム弾性特性を表現する超弾性モデル(構成式)の材料パラメータ(係数)を同定する必要があるが、材料パラメータの同定方法についても、種々の方法が提案されている。 Conventionally, various methods have been proposed as simulation methods for analyzing tires. For example, there is a method of analyzing a tire using a finite element method. In order to simulate a tire, it is necessary to identify material parameters (coefficients) of a superelastic model (constitutive equation) that expresses rubber elastic characteristics. There are various methods for identifying material parameters. Proposed.
例えば、特許文献1には、超弾性材料の構成式に使用されるひずみエネルギー密度関数の一つであるMooney−Rivlinモデルに含まれる係数の値を、材料試験の測定値と係数算出式とから推定する係数算出装置において、応力シミュレーションをより安定して行うために必要な安定条件を満たす係数を算出するための技術が開示されている。
For example, in
具体的には、特許文献1では、測定値および計算過程のデータを記憶する記憶装置とこの記憶装置に接続された計算装置とで構成され、制約条件付き非線形最小2乗法により係数の近似解を算出する係数算出手段と、近似解の誤差を評価し、最適解の候補を更新する誤差評価・解更新手段と、近似解の繰り返し計算において、近似解の収束状態を評価する収束評価手段と、収束評価手段の評価に基づき収束困難な場合、最適解の候補を係数の初期値とし、制約条件付き非線形最小2乗法のパラメータを初期化して、制約条件付き非線形最小2乗法をやり直す初期変更手段と、を備える係数算出装置が開示されている。
Specifically,
しかしながら、上記の特許文献1で開示されている技術を用いた場合、収束条件が満たされるまで係数算出手段等による演算処理が繰り返して実行されるため、演算時間や処理負荷が増大するおそれがある。
However, when the technique disclosed in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、少ない演算量で精度の高い材料パラメータを同定することができるシミュレーション方法および材料パラメータ同定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a simulation method and a material parameter identification method capable of identifying a highly accurate material parameter with a small amount of calculation.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、コンピュータを用いて材料パラメータを同定する材料パラメータ同定方法であって、一軸伸張条件での応力とひずみの関係の実測値に基づいて、第1の弾性モデルの材料パラメータを同定するステップと、同定された前記第1の弾性モデルの材料パラメータを用いて、一軸伸張条件での応力とひずみの関係、純せん断条件での応力とひずみの関係および均等二軸条件での応力とひずみの関係を算出するステップと、前記一軸伸張条件での応力とひずみの関係と前記純せん断条件での応力とひずみの関係とに基づいて一軸伸張条件と純せん断条件の応力の比率を算出するステップと、前記一軸伸張条件での応力とひずみの関係と前記均等二軸条件での応力とひずみの関係とに基づいて一軸伸張条件と均等二軸条件の応力の比率を算出するステップと、前記一軸伸張条件と純せん断条件の応力の比率と前記一軸伸張条件での応力とひずみの関係の実測値とに基づいて、純せん断条件での応力とひずみの関係の推定値を算出するステップと、前記一軸伸張条件と均等二軸条件の応力の比率と前記一軸伸張条件での応力とひずみの関係の実測値とに基づいて、均等二軸条件での応力とひずみの関係の推定値を算出するステップと、前記一軸伸張条件での応力とひずみの関係の実測値と前記純せん断条件での応力とひずみの関係の推定値と前記均等二軸条件での応力とひずみの関係の推定値とに基づいて、第2の弾性モデルの材料パラメータを同定するステップとを含む。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention is a material parameter identification method for identifying a material parameter using a computer, which is based on an actual measurement value of a relationship between stress and strain under a uniaxial stretching condition. And identifying the material parameters of the first elastic model, using the identified material parameters of the first elastic model, the relationship between the stress and strain under the uniaxial extension condition, the stress under the pure shear condition, and Uniaxial stretching based on the relationship of strain and the relationship between stress and strain under uniform biaxial conditions, the relationship between stress and strain under uniaxial stretching conditions and the relationship between stress and strain under pure shear conditions Based on the step of calculating the ratio of the stress between the condition and the pure shear condition, the relationship between the stress and strain under the uniaxial stretching condition, and the relationship between the stress and strain under the uniform biaxial condition Based on the step of calculating the ratio of the stress of the axial extension condition and the uniform biaxial condition, the ratio of the stress of the uniaxial extension condition and the pure shear condition, and the measured value of the stress and strain in the uniaxial extension condition, Based on the step of calculating an estimated value of the relationship between stress and strain under pure shear conditions, the ratio of the stress under the uniaxial stretching condition and the uniform biaxial condition, and the measured value of the relationship between stress and strain under the uniaxial stretching condition Calculating an estimated value of the relationship between stress and strain under a uniform biaxial condition, an actual value of the relationship between stress and strain under the uniaxial stretching condition, and an estimation of the relationship between stress and strain under the pure shear condition Identifying a material parameter of the second elastic model based on the value and an estimated value of the relationship between stress and strain under the uniform biaxial condition.
ここで、前記第1の弾性モデルは、ひずみの一次不変量のみからなる関数で構成されることが好ましい。前記第1の弾性モデルは、例えば、Arruda−BoyceモデルまたはYeohモデルであってもよい。 Here, it is preferable that the first elastic model is composed of a function including only a first-order invariant of strain. The first elastic model may be, for example, an Arruda-Boyce model or a Yeoh model.
また、前記第2の弾性モデルは、少なくともひずみの二次不変量または伸張比を含む関数で構成されることが好ましい。前記第2の弾性モデルは、例えば、OgdenモデルまたはPolynomial(多項式)モデルであってもよい。 Further, it is preferable that the second elastic model is constituted by a function including at least a second-order invariant amount of strain or an extension ratio. The second elastic model may be, for example, an Ogden model or a Polynomial model.
また、前記第2の弾性モデルの材料パラメータを同定するステップにおいて、同定される前記第2の弾性モデルの材料パラメータを用いて行われるシミュレーションにおいて頻繁に用いられるひずみ領域の誤差に重みを付けた最小二乗法によって材料パラメータを同定することが好ましい。 Further, in the step of identifying the material parameter of the second elastic model, a minimum weighted to an error of a strain region frequently used in a simulation performed using the material parameter of the second elastic model to be identified It is preferable to identify the material parameters by the square method.
また、前記第1の弾性モデルの材料パラメータを同定するステップにおいて、同定される前記第2の弾性モデルの材料パラメータを用いて行われるシミュレーションにおいて頻繁に用いられるひずみ領域の誤差に重みを付けた最小二乗法によって材料パラメータを同定することが好ましい。 Further, in the step of identifying the material parameter of the first elastic model, a minimum weighted to an error of a strain region frequently used in a simulation performed using the material parameter of the second elastic model to be identified It is preferable to identify the material parameters by the square method.
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、コンピュータを用いて弾性体を解析するためのシミュレーション方法であって、前記弾性体の一軸伸張条件での応力とひずみの関係の実測値に基づいて、第1の弾性モデルの材料パラメータを同定するステップと、同定された前記第1の弾性モデルの材料パラメータを用いて、一軸伸張条件での応力とひずみの関係、純せん断条件での応力とひずみの関係および均等二軸条件での応力とひずみの関係を算出するステップと、前記一軸伸張条件での応力とひずみの関係と前記純せん断条件での応力とひずみの関係とに基づいて一軸伸張条件と純せん断条件の応力の比率を算出するステップと、前記一軸伸張条件での応力とひずみの関係と前記均等二軸条件での応力とひずみの関係とに基づいて一軸伸張条件と均等二軸条件の応力の比率を算出するステップと、前記一軸伸張条件と純せん断条件の応力の比率と前記一軸伸張条件での応力とひずみの関係の実測値とに基づいて、純せん断条件での応力とひずみの関係の推定値を算出するステップと、前記一軸伸張条件と均等二軸条件の応力の比率と前記一軸伸張条件での応力とひずみの関係の実測値とに基づいて、均等二軸条件での応力とひずみの関係の推定値を算出するステップと、前記一軸伸張条件での応力とひずみの関係の実測値と前記純せん断条件での応力とひずみの関係の推定値と前記均等二軸条件での応力とひずみの関係の推定値とに基づいて、第2の弾性モデルの材料パラメータを同定するステップと、前記第2の弾性モデルの材料パラメータを用いて前記弾性体のシミュレーションを行うステップとを含む。 Further, in order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention is a simulation method for analyzing an elastic body using a computer, in which stress and strain under the uniaxial extension condition of the elastic body are analyzed. The step of identifying the material parameter of the first elastic model based on the actually measured value of the relationship, and using the identified material parameter of the first elastic model, the relationship between stress and strain under the uniaxial stretching condition, Calculating the relationship between stress and strain under shear conditions and the relationship between stress and strain under uniform biaxial conditions, the relationship between stress and strain under uniaxial stretching conditions, and the relationship between stress and strain under pure shear conditions And calculating the ratio of the stress under the uniaxial stretching condition and the pure shear condition based on the relationship between the stress and strain under the uniaxial stretching condition and the relationship between the stress and strain under the uniform biaxial condition. Calculating the ratio of the stress in the uniaxial stretching condition and the uniform biaxial condition based on the following: the ratio of the stress in the uniaxial stretching condition and the pure shear condition, and the actual value of the relationship between the stress and the strain in the uniaxial stretching condition; A step of calculating an estimated value of the relationship between stress and strain under a pure shear condition, the ratio of the stress under the uniaxial stretching condition and the uniform biaxial condition, and the measurement of the relationship between the stress and strain under the uniaxial stretching condition. A step of calculating an estimated value of the relationship between stress and strain under a uniform biaxial condition, a measured value of the relationship between stress and strain under the uniaxial extension condition, and a stress and strain under the pure shear condition Identifying the material parameter of the second elastic model based on the estimated value of the relationship and the estimated value of the stress-strain relationship under the uniform biaxial condition, and the material parameter of the second elastic model Before using And performing a simulation of the elastic body.
本発明にかかるシミュレーション方法および材料パラメータ同定方法は、少ない演算量で精度の高い材料パラメータを同定することができるという効果を奏する。 The simulation method and the material parameter identification method according to the present invention have an effect that a highly accurate material parameter can be identified with a small amount of calculation.
以下、添付した図面を参照して、本発明に係るシミュレーション方法および材料パラメータ同定方法について説明する。また、以下の説明では本発明をタイヤのシミュレーションに適用する例について説明するが、本発明は、弾性体を含む各種物品のシミュレーションに適用することができる。なお、以下の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。 Hereinafter, a simulation method and a material parameter identification method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Moreover, although the following description demonstrates the example which applies this invention to the simulation of a tire, this invention is applicable to the simulation of various articles | goods containing an elastic body. The present invention is not limited to the following examples. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same.
本実施例に係るタイヤのシミュレーション方法は、いわゆる、有限要素法(FEM)を用いたシミュレーション方法であり、有限個に分割したタイヤモデルを、コンピュータを用いて解析し、解析後に得られる解析情報から所定の算出式を用いて演算することにより、タイヤの性能を評価するための評価物理量を算出する方法である。本実施例に係るタイヤのシミュレーション方法では、シミュレーションの実行に先立って、材料パラメータの同定が実行される。 The tire simulation method according to the present embodiment is a simulation method using a so-called finite element method (FEM). The tire model divided into a finite number is analyzed using a computer, and the analysis information obtained after the analysis is used. This is a method of calculating an evaluation physical quantity for evaluating the performance of a tire by calculating using a predetermined calculation formula. In the tire simulation method according to this embodiment, material parameters are identified prior to the execution of the simulation.
まず、図1を参照しながら、本実施例に係るタイヤのシミュレーション方法を実行するコンピュータ50について説明する。図1は、本実施例に係るタイヤのシミュレーション方法を実行するコンピュータの構成図である。
First, a
コンピュータ50は、例えば、いわゆるホストコンピュータであり、端末装置70と接続される。また、コンピュータ50は、ネットワーク63を介して、他のコンピュータ64aおよび64bと接続され、相互にデータのやり取りを行うことが可能となっている。
The
コンピュータ50は、各種プログラムを格納する記憶部50mと、各種プログラムを実行する処理部50pと、処理部50pと記憶部50mとを接続する入出力部(I/O)59とを備える。
The
記憶部50mは、各種プログラム等を実行するための作業領域となるRAM等の揮発性の記憶装置、ROMやハードディスクドライブ等の不揮発性の記憶装置、あるいはこれらの組み合わせにより構成される。そして、記憶部50mは、シミュレーションプログラム27を記憶する。
The
処理部50pは、各種プログラムを実行するための演算を行うCPU等で構成されており、情報取得部51と、材料パラメータ同定部52と、解析部53とを含む。情報取得部51、材料パラメータ同定部52および解析部53は、処理部50pが記憶部50mに記憶されたシミュレーションプログラム27を実行することにより機能するようになる。
The
情報取得部51は、シミュレーションの実行に必要な各種の情報を取得する。材料パラメータ同定部52は、情報取得部51によって取得された情報に基づいて、シミュレーションの実行に用いられる弾性モデルの材料パラメータの同定を行う。解析部53は、情報取得部51によって取得された情報と、材料パラメータ同定部52によって同定された材料パラメータとを用いて、シミュレーションを実行する。
The information acquisition unit 51 acquires various types of information necessary for executing the simulation. Based on the information acquired by the information acquisition unit 51, the material
入出力部59は、端末装置70と接続されており、端末装置70から出力された各種データを受け取り、受け取った各種データを処理部50pまたは記憶部50mへ適宜入力する。また、入出力部59は、処理部50pまたは記憶部50mから出力された各種データを受け取り、受け取った各種データを端末装置70へ適宜入力する。
The input /
さらに、入出力部59は、ネットワーク63を介して、他のコンピュータ64aおよび64bと接続される。このため、入出力部59は、処理部50pまたは記憶部50mから出力された各種データを受け取り、受け取った各種データを、ネットワーク63を介して、他のコンピュータ64aまたは64bへ適宜入力することが可能となっている。また、入出力部59は、他のコンピュータ64aまたは64bから出力された各種データを、ネットワーク63を介して受け取り、受け取った各種データを処理部50pまたは記憶部50mへ適宜入力することが可能となっている。
Further, the input /
端末装置70は、端末装置本体60と、端末装置本体60に接続された表示装置62と、端末装置本体60に接続された入力装置61とを備える。端末装置本体60は、タイヤの解析を実行するために必要なデータ(例えば、タイヤを構成する各部材の材料特性、接地解析における境界条件等)を入力装置61で入力されると、入力装置61で入力されたデータを、ホストコンピュータ50へ向けて出力する。また、端末装置本体60は、コンピュータ50から端末装置70へ向けてデータが出力されると、コンピュータ50から出力されたデータを受け取り、受け取ったデータを表示装置62に視認可能に表示させる。
The
本実施例に係るタイヤのシミュレーション方法が実行される場合、コンピュータ50において、処理部50pが記憶部50mに格納されたシミュレーションプログラム27を実行する。続いて、端末装置70では、端末装置本体60が、入力装置61から入力されたデータをホストコンピュータ50の入出力部59に入力する処理が行われる。すると、処理部50pは、端末装置70から入力されたデータと、情報取得部51によって取得されたその他のデータとに基づいて、材料パラメータ同定部52および解析部53を作動させる。
When the tire simulation method according to the present embodiment is executed, in the
なお、本実施例に係るタイヤのシミュレーション方法を実行するための装置構成は、上記構成に限定されない。例えば、ネットワーク63を介して接続された、他のコンピュータ64aおよび64bは必ずしも必要ではない。また、コンピュータ50は、いわゆるパソコンやワークステーションであってもよい。
Note that the apparatus configuration for executing the tire simulation method according to the present embodiment is not limited to the above configuration. For example, the
次に、図2から図4を参照しながら、本実施例に係るタイヤのシミュレーション方法に含まれる材料パラメータ同定方法について説明する。図2は、3種の試験結果に基づいてOgdenモデルの材料パラメータを同定した結果の一例を示す図である。図3は、一軸伸張試験のみ、すなわち1種の試験結果に基づいてOgdenモデルの材料パラメータを同定した結果の一例を示す図である。図4は、図3と同じく1種の試験結果に基づいてArruda−Boyceモデルの材料パラメータを同定した結果の一例を示す図である。 Next, a material parameter identification method included in the tire simulation method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a result of identifying material parameters of the Ogden model based on three types of test results. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a result of identifying material parameters of the Ogden model based on only a uniaxial extension test, that is, one type of test result. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the result of identifying the material parameters of the Arruda-Boyce model based on one type of test result as in FIG. 3.
図2、図3および図4に示すグラフは、弾性体の応力とひずみとの関係(応力−ひずみ関係)を示しており、ここでは縦軸に公称応力(Stress)[MPa]がとられ、横軸に公称ひずみ(Strain)[%]がとられている。ひずみとは、物体が応力を受けた時に生じる単位寸法あたりの変形量のことであり、対象の弾性体に応力が作用していない状態の引張方向長さに対する、対象の弾性体に応力を作用させて発生した引張方向変位量の割合を示す。ひずみは、対象の弾性体の長さがもとの2倍になると100%となる。 The graphs shown in FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 4 show the relationship between the stress and strain of the elastic body (stress-strain relationship). Here, the vertical axis is the nominal stress (Stress) [MPa], Nominal strain (Strain) [%] is taken on the horizontal axis. Strain is the amount of deformation per unit dimension that occurs when an object is subjected to stress, and the stress is applied to the target elastic body against the length in the tensile direction when no stress is applied to the target elastic body. The ratio of the amount of displacement in the tensile direction generated by this is shown. The strain becomes 100% when the length of the target elastic body is double the original length.
図2に示す例では、同定結果に基づいて算出した応力−ひずみ関係と実測値の乖離が非常に少ない。このことは、3種の試験結果に基づいてOgdenモデルの材料パラメータを同定することにより、精度の高い同定結果を得ることができることを示している。 In the example shown in FIG. 2, the difference between the stress-strain relationship calculated based on the identification result and the actual measurement value is very small. This indicates that a highly accurate identification result can be obtained by identifying the material parameters of the Ogden model based on the three types of test results.
Ogdenモデルは、代表的な弾性モデルの1つであり、N次の級数にて表現される主伸長比の関数であり、3次の場合、以下の式(1)で表される。 The Ogden model is one of typical elasticity models, and is a function of the main stretch ratio expressed by an Nth order series. In the third order, the Ogden model is expressed by the following equation (1).
ここで、Uは、単位体積あたりのひずみエネルギー量である。λ1、λ2、λ3は、主伸張比である。伸張比とは初期形状の長さに対する変形後の長さの比であり、ひずみをεとすると、λ=1+εの関係である。そして、αiおよびμiが、Ogdenモデルの材料パラメータである。 Here, U is the amount of strain energy per unit volume. λ 1 , λ 2 , and λ 3 are main stretch ratios. The stretch ratio is the ratio of the length after deformation to the length of the initial shape. When the strain is ε, the relationship is λ = 1 + ε. Α i and μ i are material parameters of the Ogden model.
また、3種の試験とは、一軸伸張試験(単軸引張試験)、純せん断試験(一軸高速二軸引張試験)、均等二軸試験の3つの試験を指す。一軸伸張試験とは、最も一般的な試験であり、図13に示すように、弾性体を一軸方向に引っ張る試験である。一軸伸張試験の場合、引張方向の伸張比をλUとして、引張方向の伸張比であるλ1と、断面方向の伸張比であるλ2およびλ3と、公称応力TUとは、以下の式(2)〜式(4)のように表される。 The three types of tests refer to three tests: a uniaxial extension test (uniaxial tensile test), a pure shear test (uniaxial high-speed biaxial tensile test), and a uniform biaxial test. The uniaxial extension test is the most common test, and is a test in which an elastic body is pulled in a uniaxial direction as shown in FIG. In the case of the uniaxial extension test, the extension ratio in the tensile direction is λ U , the extension ratio in the tensile direction is λ 1 , the extension ratios in the cross-sectional direction are λ 2 and λ 3, and the nominal stress T U is as follows: It is expressed as Expression (2) to Expression (4).
純せん断試験とは、図14に示すように、一軸方向に拘束した状態の弾性体を他の軸方向に引っ張る試験である。純せん断試験の場合、引張方向の伸張比をλSとして、引張方向の伸張比であるλ1と、拘束方向の伸張比であるλ2と、厚み方向の伸張比であるλ3と、公称応力TSとは、以下の式(5)〜式(8)のように表される。 As shown in FIG. 14, the pure shear test is a test in which an elastic body constrained in one axial direction is pulled in the other axial direction. For pure shear test, the stretch ratio in the pulling direction as lambda S, and lambda 1 is a draw ratio of the tensile direction, and lambda 2 is a stretch ratio in the restraining direction, and lambda 3 is a stretch ratio in the thickness direction, the nominal the stress T S, is represented by the following formula (5) to (8).
均等二軸試験とは、図15に示すように、弾性体を2つの軸方向に同じ大きさの力で引っ張る試験である。均等二軸試験の場合、それぞれの軸方向の伸張比をλBとして、引張方向の伸張比であるλ1およびλ2と、厚み方向の伸張比であるλ3と、公称応力TBとは、以下の式(9)〜式(11)のように表される。 The uniform biaxial test is a test in which an elastic body is pulled in two axial directions with the same magnitude of force, as shown in FIG. For uniform biaxial test, the stretch ratio in each axial direction lambda B, the pulling direction of the stretching ratio in which lambda 1 and lambda 2, and lambda 3 is a stretch ratio in the thickness direction, the nominal stress T B is These are expressed as the following formulas (9) to (11).
これらの3種の試験で測定した実測値に基づいてOgdenモデルの材料パラメータを同定することにより、図2に示したように理想的な同定結果を得ることができる。しかしながら、一軸伸張試験以外の試験は、コスト等の問題から実施が難しい場合がある。一軸伸張試験のみの結果に基づいてOgdenモデルの材料パラメータを同定することは可能であるが、その場合、図3に示すように、同定結果に基づいて算出した応力−ひずみ関係と実測値の乖離が大きくなってしまう。 By identifying the material parameters of the Ogden model based on the actual measurement values measured in these three types of tests, an ideal identification result can be obtained as shown in FIG. However, tests other than the uniaxial extension test may be difficult to implement due to problems such as cost. Although it is possible to identify the material parameters of the Ogden model based on the result of only the uniaxial extension test, in that case, as shown in FIG. 3, the difference between the stress-strain relationship calculated based on the identification result and the actual measurement value Will become bigger.
一軸伸張試験以外の試験を行うことができない場合には、同定結果の精度を向上させるために、Ogdenモデル以外の弾性モデルを用いることが考えられる。Ogdenモデル以外の弾性モデルとしては、例えば、高分子ネットワークの統計的考察から導き出されたArruda−Boyceモデルを用いることができる。Arruda−Boyceモデルは、弾性モデルの1つであり、以下の式(12)で表される。 When a test other than the uniaxial extension test cannot be performed, it is conceivable to use an elastic model other than the Ogden model in order to improve the accuracy of the identification result. As an elastic model other than the Ogden model, for example, an Arruda-Boyce model derived from statistical consideration of a polymer network can be used. The Arruda-Boyce model is one of elastic models, and is represented by the following formula (12).
ここで、I1は、ストレッチテンソルの一次不変量である。そして、μおよびλmが、Arruda−Boyceモデルの材料パラメータである。 Here, I 1 is a primary invariant of the stretch tensor. Μ and λ m are material parameters of the Arruda-Boyce model.
一軸伸張試験のみの結果に基づいてArruda−Boyceモデルの材料パラメータを同定した場合、図4に示すように、比較的良好な同定結果が得られるが、低ひずみ領域において、同定結果に基づいて算出した応力−ひずみ関係と実測値の乖離が大きい。低ひずみ領域は、例えば、ひずみが0〜40%の領域であり、タイヤのシミュレーションにおいて頻繁に用いられる。したがって、低ひずみ領域において乖離が大きいことは、タイヤのシミュレーションにおいて重大な問題となる。 When the material parameters of the Arruda-Boyce model are identified based on the result of only the uniaxial extension test, a relatively good identification result is obtained as shown in FIG. 4, but the calculation is performed based on the identification result in the low strain region. The difference between the measured stress-strain relationship and the measured value is large. The low strain region is, for example, a region where the strain is 0 to 40%, and is frequently used in tire simulation. Therefore, the large deviation in the low strain region becomes a serious problem in tire simulation.
このように、一軸伸張試験のみの実測値しかない場合、1つの弾性モデルのみを用いて材料パラメータを同定したのでは、精度のよい同定結果を得ることは難しい。そこで、本実施例に係る材料パラメータ同定方法では、1つの弾性モデルを用いて同定した材料パラメータを利用して、他の弾性モデルの材料パラメータが算出される。 As described above, when there is only an actual measurement value of only the uniaxial extension test, it is difficult to obtain an accurate identification result by identifying the material parameter using only one elastic model. Therefore, in the material parameter identification method according to the present embodiment, the material parameter of another elastic model is calculated using the material parameter identified using one elastic model.
具体的には、まず、一軸伸張試験のみの実測値に基づいて第1の弾性モデルの材料パラメータが同定される。ここで用いられる第1の弾性モデルは、同定結果に基づいて算出される3種の試験の応力−ひずみ関係における応力の比率がほぼ正確な弾性モデルである。応力−ひずみ関係における応力の比率がほぼ正確とは、同一のひずみに対応する各試験での応力の比率が、実測値での比率とほぼ一致することを意味する。 Specifically, first, the material parameter of the first elastic model is identified based on the actual measurement value of only the uniaxial extension test. The first elastic model used here is an elastic model in which the ratio of stress in the stress-strain relationship of the three types of tests calculated based on the identification result is almost accurate. The fact that the stress ratio in the stress-strain relationship is substantially accurate means that the stress ratio in each test corresponding to the same strain is substantially the same as the ratio in the actual measurement value.
応力−ひずみ関係における応力の比率がほぼ正確である場合、例えば、実際に3種の試験を行った場合に同一のひずみに対応する応力の比率が、
一軸伸張試験:純せん断試験:均等二軸試験=1:1.1:1.4
となる弾性体があったものとして、その弾性体について1種類の試験結果に基づいて同定した材料パラメータを用いて算出される3種の試験の応力−ひずみ関係において、同一のひずみに対応する応力の比率が、
一軸伸張試験:純せん断試験:均等二軸試験≒1:1.1:1.4
となる。
When the stress ratio in the stress-strain relationship is almost accurate, for example, when three types of tests are actually performed, the stress ratio corresponding to the same strain is
Uniaxial extension test: pure shear test: uniform biaxial test = 1: 1.1: 1.4
The stress corresponding to the same strain in the stress-strain relationship of the three types of tests calculated using the material parameters identified based on the test results of one type for the elastic body. The ratio of
Uniaxial extension test: pure shear test: uniform biaxial test ≒ 1: 1.1: 1.4
It becomes.
第1の弾性モデルとしては、例えば、Arruda−Boyceモデルを使用することができる。なお、第1の弾性モデルとして使用する弾性モデルは、少なくとも、シミュレーションで用いるひずみの範囲内で、3種の試験の応力−ひずみ関係における応力の比率がほぼ正確であればよい。 As the first elastic model, for example, an Arruda-Boyce model can be used. Note that the elastic model used as the first elastic model only needs to have a substantially accurate stress ratio in the stress-strain relationship of the three types of tests, at least within the strain range used in the simulation.
続いて、本実施例に係る材料パラメータ同定方法では、同定結果に基づいて算出した応力−ひずみ関係(第1の推定値)における応力の比率を用いて、純せん断試験および均等二軸試験を行った場合に得られる計測値の推定値(第2の推定値)が算出される。純せん断試験および均等二軸試験を行った場合に得られる計測値の推定値は、同定結果に基づいて算出した3種の試験の応力−ひずみ関係における応力の比率を一軸伸張試験の実測値に乗じることで算出される。 Subsequently, in the material parameter identification method according to the present example, a pure shear test and a uniform biaxial test are performed using the stress ratio in the stress-strain relationship (first estimated value) calculated based on the identification result. In this case, an estimated value (second estimated value) of the measured value obtained in this case is calculated. The estimated values obtained when performing the pure shear test and the uniform biaxial test are calculated based on the stress ratio in the stress-strain relationship of the three types of tests calculated based on the identification results. Calculated by multiplying.
同定結果に基づいて算出した3種の試験の応力−ひずみ関係における応力の比率はほぼ正確であるため、ここで算出される推定値は、実際に試験を行って得られる実測値にほぼ等しいと考えられる。 Since the stress ratio in the stress-strain relationship of the three types of tests calculated based on the identification results is almost accurate, the estimated value calculated here is almost equal to the actually measured value obtained by actually performing the test. Conceivable.
続いて、本実施例に係る材料パラメータ同定方法では、一軸伸張試験の実測値と、純せん断試験の推定値と、均等二軸試験の推定値とに基づいて、第2の弾性モデルの材料パラメータが同定される。ここで用いられる第2の弾性モデルは、3種の試験の結果に基づいて材料パラメータを同定することにより、精度の高い同定結果を得ることができる弾性モデルである。第2の弾性モデルとしては、例えば、Ogdenモデルを使用することができる。なお、第2の弾性モデルとして使用する弾性モデルは、少なくとも、シミュレーションで用いるひずみの範囲内で、精度の高い同定結果を得ることができればよい。 Subsequently, in the material parameter identification method according to the present embodiment, the material parameter of the second elastic model is based on the measured value of the uniaxial extension test, the estimated value of the pure shear test, and the estimated value of the uniform biaxial test. Is identified. The second elastic model used here is an elastic model that can obtain a highly accurate identification result by identifying material parameters based on the results of three types of tests. As the second elastic model, for example, the Ogden model can be used. Note that the elastic model used as the second elastic model only needs to obtain a highly accurate identification result at least within the strain range used in the simulation.
ここで用いられる推定値は、実際に試験を行って得られる実測値にほぼ等しいと考えられるので、それらの推定値を実測値とみなして、第2の弾性モデルの材料パラメータを同定することにより、精度の高い同定結果が得られることが期待できる。 Since the estimated values used here are considered to be approximately equal to the actual measured values obtained by actually performing the test, the estimated values are regarded as actual measured values, and the material parameters of the second elastic model are identified. It can be expected that an accurate identification result will be obtained.
次に、図5から図8を参照しながら、本実施例に係るシミュレーション方法の実行手順について説明する。図5は、本実施例に係るシミュレーション方法の実行手順を示すフローチャートである。図6は、第1の弾性モデルの材料パラメータを同定した結果の一例を示す図である。図7は、応力の比率に基づいて算出した推定値の一例を示す図である。図8は、第2の弾性モデルの材料パラメータを同定した結果の一例を示す図である。なお、図5においては、シミュレーションプログラム27が予め実行され、情報取得部51等が既に機能する状態になっているものとする。
Next, the execution procedure of the simulation method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a flowchart illustrating the execution procedure of the simulation method according to the present embodiment. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the result of identifying the material parameters of the first elastic model. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an estimated value calculated based on the stress ratio. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the result of identifying the material parameters of the second elastic model. In FIG. 5, it is assumed that the
コンピュータ50は、ユーザによるシミュレーションの開始指示の入力を検出したら、ステップS12として、シミュレーションの条件を設定する。具体的には、ユーザにより入力された各種条件を検出し、検出した条件をシミュレーション条件として設定する。ここで、シミュレーションの条件とは、解析の種類、解析対象のモデル、条件等である。
When the
コンピュータ50は、ステップS12でシミュレーションの条件を設定したら、ステップS14として、入力された条件に基づいて、材料パラメータの同定範囲として設定するひずみの範囲を設定する。なお、以下では、ひずみの範囲として0〜100%が設定されたものとして説明する。
After setting the simulation conditions in step S12, the
続いて、コンピュータ50は、ステップS16として、一軸伸張条件での応力−ひずみ関係の実測値を取得する。ここで取得される応力−ひずみ関係の実測値は、例えば、10%刻みで増加させた各ひずみに対応する応力が記録されたデータである。なお、実測値は、端末装置70から取得してもよいし、他のコンピュータ64aまたは64bから取得してもよい。
Subsequently, in step S16, the
続いて、コンピュータ50は、ステップS18として、一軸伸張条件での応力−ひずみ関係の実測値を用いて第1の弾性モデルの材料パラメータ(第1の材料パラメータ)を同定する。ここで、同定手法としては、例えば、最小二乗法を利用することができる。
Subsequently, in step S18, the
続いて、コンピュータ50は、ステップS20として、同定された材料パラメータを用いて一軸伸張条件での応力−ひずみ関係の第1の推定値を算出する。そして、コンピュータ50は、ステップS22として、同定された材料パラメータを用いて純せん断条件での応力−ひずみ関係の第1の推定値を算出し、ステップS24として、同定された材料パラメータを用いて均等二軸条件での応力−ひずみ関係の第1の推定値を算出する。
Subsequently, in Step S20, the
ステップS20、ステップS22およびステップS24での演算により、図6に示すように3つの試験の応力−ひずみ関係の第1の推定値が算出される。これらの第1の推定値は、値そのものは実測値と乖離している可能性があるが、応力−ひずみ関係における応力の比率がほぼ正確である。 By the calculations in step S20, step S22, and step S24, as shown in FIG. 6, the first estimated value of the stress-strain relationship of the three tests is calculated. Although these first estimated values may deviate from the actually measured values, the stress ratio in the stress-strain relationship is almost accurate.
続いて、コンピュータ50は、ステップS26として、一軸伸張条件での応力−ひずみ関係の第1の推定値と、純せん断条件での応力−ひずみ関係の第1の推定値とに基づいて、一軸伸張条件での応力と純せん断条件での応力の比率を算出する。そして、コンピュータ50は、ステップS28として、一軸伸張条件での応力−ひずみ関係の第1の推定値と、均等二軸条件での応力−ひずみ関係の第1の推定値とに基づいて、一軸伸張条件での応力と均等二軸条件での応力の比率を算出する。
Subsequently, in step S26, the
例えば、図6に示す例において、ひずみが50%のとき、一軸伸張条件での応力と純せん断条件での応力の比率は、Y50/X50であり、一軸伸張条件での応力と均等二軸条件での応力の比率は、Z50/X50である。また、ひずみが100%のとき、一軸伸張条件での応力と純せん断条件での応力の比率は、Y100/X100であり、一軸伸張条件での応力と均等二軸条件での応力の比率は、Z100/X100である。
For example, in the example shown in FIG. 6, when the strain is 50%, the ratio of the stress under the uniaxial stretching condition and the stress under the pure shearing condition is Y 50 / X 50 , which is equal to the stress under the uniaxial stretching condition. The ratio of stress under the axial condition is Z 50 / X 50 . When the strain is 100%, the ratio of the stress under the uniaxial stretching condition to the stress under the pure shear condition is Y 100 / X 100 , and the ratio of the stress under the uniaxial stretching condition and the stress under the uniform biaxial condition. is a
続いて、コンピュータ50は、ステップS30として、一軸伸張条件での応力と純せん断条件での応力の比率を一軸伸張条件での応力−ひずみ関係の実測値に乗じて、純せん断条件での応力−ひずみ関係の推定値(第2の推定値)を算出する。そして、コンピュータ50は、ステップS32として、一軸伸張条件での応力と均等二軸条件での応力の比率を一軸伸張条件での応力−ひずみ関係の実測値に乗じて、均等二軸条件での応力−ひずみ関係の推定値(第2の推定値)を算出する。
Subsequently, in step S30, the
ここでは、図7に示すように、一軸伸張条件の実測値ごとに、純せん断条件の推定値および均等二軸条件の推定値が算出される。例えば、純せん断条件でひずみが50%のときの応力の推定値は、一軸伸張条件でひずみが50%のときの応力の実測値にY50/X50を乗じて算出される。また、均等二軸条件でひずみが50%のときの応力の推定値は、一軸伸張条件でひずみが50%のときの応力の実測値にZ50/X50を乗じて算出される。同様に、純せん断条件でひずみが100%のときの応力の推定値は、一軸伸張条件でひずみが100%のときの応力の実測値にY100/X100を乗じて算出される。また、均等二軸条件でひずみが100%のときの応力の推定値は、一軸伸張条件でひずみが100%のときの応力の実測値にZ100/X100を乗じて算出される。 Here, as shown in FIG. 7, the estimated value of the pure shear condition and the estimated value of the uniform biaxial condition are calculated for each measured value of the uniaxial extension condition. For example, the estimated value of the stress when the strain is 50% under the pure shear condition is calculated by multiplying the actual measured value of the stress when the strain is 50% under the uniaxial stretching condition by Y 50 / X 50 . Further, the estimated value of the stress when the strain is 50% under the uniform biaxial condition is calculated by multiplying the measured value of the stress when the strain is 50% under the uniaxial stretching condition by Z 50 / X 50 . Similarly, the estimated value of the stress when the strain is 100% under the pure shear condition is calculated by multiplying the measured value of the stress when the strain is 100% under the uniaxial stretching condition by Y 100 / X 100 . Further, the estimated value of the stress when the strain is 100% under the uniform biaxial condition is calculated by multiplying the actually measured value of the stress when the strain is 100% under the uniaxial extension condition by Z 100 / X 100 .
なお、一軸伸張条件の実測値に乗じる比率は、ひずみが同一のときの応力の比率ではなく、応力の比率を統計処理した平均値や中央値等でもよい。例えば、一軸伸張条件でひずみが50%のときの応力の実測値に、一軸伸張条件での応力と純せん断条件での応力の比率のひずみの範囲内での平均値を乗じて、純せん断条件でひずみが50%のときの応力の推定値を算出してもよい。 Note that the ratio multiplied by the actual measurement value of the uniaxial stretching condition may be an average value or a median value obtained by statistically processing the stress ratio instead of the stress ratio when the strain is the same. For example, the pure shear condition is obtained by multiplying the measured value of the stress when the strain is 50% under the uniaxial stretching condition by the average value within the strain range of the ratio of the stress under the uniaxial stretching condition and the stress under the pure shearing condition. The estimated value of the stress when the strain is 50% may be calculated.
続いて、コンピュータ50は、ステップS34として、一軸伸張条件での応力−ひずみ関係の実測値と、純せん断条件での応力−ひずみ関係の推定値(第2の推定値)と、均等二軸条件での応力−ひずみ関係の推定値(第2の推定値)とを用いて、第2の弾性モデルの材料パラメータを同定する。ここで、同定手法としては、例えば、最小二乗法を利用することができる。
Subsequently, in step S34, the
こうして同定した材料パラメータを用いて3種の試験の応力−ひずみ関係を算出すると、図8に示すように、一軸伸張条件の実測値と同定結果に基づく応力−ひずみ関係の乖離が小さく、同定結果の精度が高いことが分かる。また、同定された材料パラメータは多軸場にも対応し、純せん断条件および均等二軸条件についても実測値を算出すれば、実測値と同定結果に基づく応力−ひずみ関係の乖離が小さいものと期待される。 When the stress-strain relationship of the three types of tests is calculated using the material parameters thus identified, as shown in FIG. 8, the difference between the stress-strain relationship based on the measured value of the uniaxial extension condition and the identification result is small, and the identification result It can be seen that the accuracy of is high. The identified material parameters also correspond to multiaxial fields, and if the measured values are calculated for pure shear conditions and uniform biaxial conditions, the difference between the measured values and the stress-strain relationship based on the identification results is small. Be expected.
続いて、コンピュータ50は、ステップS36として、同定した材料パラメータを用いてシミュレーションを実行する。なお、用いるコンパウンドが異なる複数の部材がタイヤに含まれる場合、部材ごとにステップS12〜S34の手順を実行して材料パラメータを同定することが好ましい。例えば、キャップトレッド、ビードフィラー、インナーライナーが異なるコンパウンドを用いている場合、それぞれ別個に材料パラメータを同定することが好ましい。また、ステップS36で実行されるシミュレーションは、第2の弾性モデルの材料パラメータを用い、かつ、数値解析可能な要素でモデル化されたタイヤのシミュレーションであり、例えば、接地解析、剛性解析、転動解析を含む。
Subsequently, the
次に、図9から図12を参照しながら本実施例に係るシミュレーション方法および材料パラメータ同定方法の効果について説明する。図9は、3種の試験結果に基づいてOgdenモデルの材料パラメータを同定した結果の一例を示す図である。図10は、1種の試験結果に基づいてArruda−Boyceモデルの材料パラメータの同定を行った結果の一例を示す図である。図11は、1種の試験結果と公知の応力の比率とに基づいてOgdenモデルの材料パラメータを同定した結果の一例を示す図である。図12は、本実施例に係る材料パラメータ同定方法を用いて材料パラメータを同定した結果の一例を示す図である。なお、図9から図12に示す例の解析対象の弾性体は同一である。 Next, effects of the simulation method and the material parameter identification method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the results of identifying the material parameters of the Ogden model based on the three types of test results. FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a result of identification of material parameters of the Arruda-Boyce model based on one type of test result. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a result of identifying material parameters of the Ogden model based on one type of test result and a known stress ratio. FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a result of identifying material parameters using the material parameter identification method according to the present embodiment. The elastic bodies to be analyzed in the examples shown in FIGS. 9 to 12 are the same.
図9に示すように、3種の試験結果に基づいてOgdenモデルの材料パラメータを同定した場合、同定結果に基づいて算出した応力−ひずみ関係と実測値との乖離が小さく、理想的な同定結果を得ることができる。ただし、3種の試験結果を揃えることは、コスト等の問題から難しいことがある。 As shown in FIG. 9, when the material parameters of the Ogden model are identified based on the three types of test results, the difference between the stress-strain relationship calculated based on the identification results and the actual measurement value is small, and ideal identification results Can be obtained. However, it may be difficult to prepare three kinds of test results due to problems such as cost.
図10に示すように、1種の試験結果に基づいてArruda−Boyceモデルの材料パラメータを同定した場合、同定結果に基づいて算出した応力−ひずみ関係と実測値との乖離が低ひずみ領域において大きく、低ひずみ領域の使用頻度が高いタイヤのシミュレーションに適した同定結果は得られない。 As shown in FIG. 10, when the material parameters of the Arruda-Boyce model are identified based on one type of test result, the difference between the stress-strain relationship calculated based on the identification result and the actual measurement value is large in the low strain region. Therefore, an identification result suitable for the simulation of a tire that is frequently used in the low strain region cannot be obtained.
図11に示す例は、一軸伸張条件の実測値と、解析対象の弾性体と同様の組成をもつ弾性体について知られている
一軸伸張試験:純せん断試験:均等二軸試験=1:1.1:1.4
という応力の比率を一軸伸張条件の実測値に乗じて得た純せん断条件および均等二軸条件の推定値とに基づいてOgdenモデルの材料パラメータを同定した結果を示している。この例でも、同定結果に基づいて算出した応力−ひずみ関係と実測値との乖離が低ひずみ領域において大きく、タイヤのシミュレーションに適した同定結果は得られない。また、この例では、同定結果に基づいて算出した応力−ひずみ関係と実測値との乖離が全体的に比較的小さくなっているが、配合によって特性が大きく変化する弾性体、例えばタイヤに用いられるコンパウンド等の分野では、同様の組成をもつ弾性体の応力の比率を流用しても、実測値と大きく乖離した同定結果が得られることがある。
The example shown in FIG. 11 is known for an actual measurement value of a uniaxial extension condition and an elastic body having the same composition as the elastic body to be analyzed. Uniaxial extension test: pure shear test: equal biaxial test = 1: 1. 1: 1.4
The results of identifying the material parameters of the Ogden model based on the pure shear condition and the estimated value of the uniform biaxial condition obtained by multiplying the actual stress value of the uniaxial stretching condition by the stress ratio. Even in this example, the difference between the stress-strain relationship calculated based on the identification result and the actually measured value is large in the low strain region, and the identification result suitable for the tire simulation cannot be obtained. Further, in this example, the difference between the stress-strain relationship calculated based on the identification result and the actually measured value is relatively small as a whole, but it is used for an elastic body such as a tire whose characteristics greatly change depending on the composition. In the field of compounds and the like, even if the ratio of the stress of an elastic body having a similar composition is used, an identification result that is greatly different from the actual measurement value may be obtained.
図12に示すように、本実施例に係る材料パラメータ同定方法を用いて材料パラメータを同定した場合、用いている実測値は1つであるにもかかわらず、同定結果に基づいて算出した応力−ひずみ関係と実測値との乖離が低ひずみ領域においても小さく、3種の実測値を用いた場合に近い精度が得られている。 As shown in FIG. 12, when the material parameter is identified using the material parameter identification method according to the present embodiment, the stress − calculated based on the identification result is used even though the actually measured value is one. The deviation between the strain relationship and the measured value is small even in the low strain region, and an accuracy close to that obtained when three types of measured values are used is obtained.
以上の4つの方式で得た同定結果に基づいて算出した応力−ひずみ関係と実測値との乖離は以下の表の通りであり、本実施例に係る材料パラメータ同定方法は、3種の実測値を用いる場合に近い精度で材料パラメータを同定できることが分かる。 The divergence between the stress-strain relationship calculated based on the identification results obtained by the above four methods and the actual measurement values is as shown in the following table, and the material parameter identification method according to this example has three types of actual measurement values. It can be seen that the material parameters can be identified with an accuracy close to the case of using.
上述してきたように、本実施例に係るシミュレーション方法および材料パラメータ同定方法によれば、1種の実測値から材料パラメータを精度よく同定することができる。また、収束条件が満たされるまで何度も繰り返して演算を行わずにすむため、少ない演算量で材料パラメータを同定することができる。 As described above, according to the simulation method and the material parameter identification method according to the present embodiment, the material parameter can be accurately identified from one kind of actually measured value. Further, since it is not necessary to repeatedly perform the calculation until the convergence condition is satisfied, the material parameter can be identified with a small amount of calculation.
なお、本実施例に係るシミュレーション方法および材料パラメータ同定方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。例えば、図5に示した実行手順のステップS18およびステップS34の同定処理において、シミュレーションで頻繁に用いられるひずみ領域の誤差に重みをつけて最小二乗法で材料パラメータを同定することとしてもよい。シミュレーションで頻繁に用いられるひずみ領域は、タイヤのシミュレーションの場合、低ひずみ領域(例えば、0〜40%)である。また、好適な重みは、例えば、10〜100倍である。このようにシミュレーションで頻繁に用いられるひずみ領域の誤差に重みをつけて材料パラメータを同定することにより、シミュレーションの精度を向上させることができる。 The simulation method and material parameter identification method according to the present embodiment can be variously modified without departing from the gist of the present invention. For example, in the identification process of step S18 and step S34 of the execution procedure shown in FIG. 5, the material parameter may be identified by the least square method by weighting the error in the strain region frequently used in the simulation. In the case of tire simulation, the strain region frequently used in the simulation is a low strain region (for example, 0 to 40%). Moreover, a suitable weight is 10 to 100 times, for example. Thus, the accuracy of the simulation can be improved by identifying the material parameter by weighting the error in the strain region frequently used in the simulation.
また、上記の実施例では、第1の弾性モデルとしてArruda−Boyceモデルを使用する例を示したが、第1の弾性モデルは、同定結果に基づいて算出される3種の試験の応力−ひずみ関係における応力の比率がほぼ正確な弾性モデルであればよい。このような特性をもつ弾性モデルは、例えば、ひずみの一次不変量のみからなる関数で構成される弾性モデルである。一次不変量のみからなる関数で構成される弾性モデルには、Arruda−Boyceモデル以外に、例えば、Yeohモデルがある。 In the above embodiment, an example is shown in which the Arruda-Boyce model is used as the first elastic model. However, the first elastic model is a stress-strain of three types of tests calculated based on the identification result. Any elastic model in which the ratio of stress in the relationship is almost accurate may be used. The elastic model having such characteristics is, for example, an elastic model composed of a function composed only of a first-order invariant of strain. In addition to the Arruda-Boyce model, for example, there is a Yeoh model as an elastic model composed of a function consisting of only primary invariants.
Yeohモデルは、超弾性モデルの1つであり、以下の式(13)で表される。 The Yeoh model is one of the superelastic models, and is represented by the following formula (13).
ここで、C10、C20、C30が、Yeohモデルにおける材料パラメータである。 Here, C 10 , C 20 , and C 30 are material parameters in the Yeoh model.
また、上記の実施例では、第2の弾性モデルとしてOgdenモデルを使用する例を示したが、第2の弾性モデルは、3種の試験の結果に基づいて材料パラメータを同定することにより、精度の高い同定結果を得ることができる弾性モデルであればよい。このような特性をもつ弾性モデルは、例えば、少なくともひずみの二次不変量または伸張比を含む関数で構成される弾性モデルである。少なくとも二次不変量または伸張比を含む関数で構成される弾性モデルには、Ogdenモデル以外に、例えば、Polynomial(多項式)モデルがある。 In the above-described embodiment, an example in which the Ogden model is used as the second elastic model has been described. However, the second elastic model can be obtained by identifying material parameters based on the results of three types of tests, thereby improving accuracy. Any elastic model that can obtain a high identification result. The elastic model having such characteristics is, for example, an elastic model composed of a function including at least a second-order invariant of strain or an extension ratio. In addition to the Ogden model, for example, there is a Polynomial model as an elastic model composed of a function including at least a second-order invariant or an expansion ratio.
Polynomial(多項式)モデルは、超弾性モデルの1つであり、以下の式(14)で表される。ここでは、例として2次多項式を挙げる。 The Polynomial model is one of the superelastic models and is represented by the following formula (14). Here, a quadratic polynomial is given as an example.
ここで、I2は、ストレッチテンソルの二次不変量である。そして、C10、C01、C11、C20、C02が、2次のPolynomialモデルにおける材料パラメータである。 Here, I 2 is a secondary invariant of the stretch tensor. C 10 , C 01 , C 11 , C 20 , and C 02 are material parameters in the second-order Polynomial model.
27 シミュレーションプログラム
50 ホストコンピュータ
50m 記憶部
50p 処理部
51 情報取得部
52 材料パラメータ同定部
53 解析部
59 入出力部
60 端末装置本体
61 入力装置
62 表示装置
63 ネットワーク
64a、64b コンピュータ
27
Claims (8)
一軸伸張条件での応力とひずみの関係の実測値に基づいて、第1の弾性モデルの材料パラメータを同定するステップと、
同定された前記第1の弾性モデルの材料パラメータを用いて、一軸伸張条件での応力とひずみの関係、純せん断条件での応力とひずみの関係および均等二軸条件での応力とひずみの関係を算出するステップと、
前記一軸伸張条件での応力とひずみの関係と前記純せん断条件での応力とひずみの関係とに基づいて一軸伸張条件と純せん断条件の応力の比率を算出するステップと、
前記一軸伸張条件での応力とひずみの関係と前記均等二軸条件での応力とひずみの関係とに基づいて一軸伸張条件と均等二軸条件の応力の比率を算出するステップと、
前記一軸伸張条件と純せん断条件の応力の比率と前記一軸伸張条件での応力とひずみの関係の実測値とに基づいて、純せん断条件での応力とひずみの関係の推定値を算出するステップと、
前記一軸伸張条件と均等二軸条件の応力の比率と前記一軸伸張条件での応力とひずみの関係の実測値とに基づいて、均等二軸条件での応力とひずみの関係の推定値を算出するステップと、
前記一軸伸張条件での応力とひずみの関係の実測値と前記純せん断条件での応力とひずみの関係の推定値と前記均等二軸条件での応力とひずみの関係の推定値とに基づいて、第2の弾性モデルの材料パラメータを同定するステップと
を含むことを特徴とする材料パラメータ同定方法。 A material parameter identification method for identifying a material parameter using a computer,
Identifying the material parameters of the first elastic model based on the measured values of the relationship between stress and strain under uniaxial stretching conditions;
Using the identified material parameters of the first elastic model, the relationship between stress and strain under uniaxial stretching conditions, the relationship between stress and strain under pure shear conditions, and the relationship between stress and strain under equal biaxial conditions A calculating step;
Calculating the ratio of stress under uniaxial stretching condition and pure shear condition based on the relationship between stress and strain under uniaxial stretching condition and the relation between stress and strain under pure shear condition;
Calculating the ratio of the stress in the uniaxial stretching condition and the uniform biaxial condition based on the relationship between the stress and strain in the uniaxial stretching condition and the relationship between the stress and strain in the uniform biaxial condition;
Calculating an estimated value of the relationship between the stress and strain under the pure shear condition based on the ratio of the stress under the uniaxial extension condition and the actual value of the relationship between the stress and strain under the uniaxial extension condition; ,
Based on the ratio of stress between the uniaxial stretching condition and the uniform biaxial condition and the measured value of the relationship between stress and strain under the uniaxial stretching condition, an estimated value of the relationship between stress and strain under the uniform biaxial condition is calculated. Steps,
Based on the measured value of the relationship between stress and strain under the uniaxial stretching condition, the estimated value of the relationship between stress and strain under the pure shear condition, and the estimated value of the relationship between stress and strain under the uniform biaxial condition, Identifying a material parameter of the second elastic model. A method of identifying a material parameter, comprising:
前記弾性体の一軸伸張条件での応力とひずみの関係の実測値に基づいて、第1の弾性モデルの材料パラメータを同定するステップと、
同定された前記第1の弾性モデルの材料パラメータを用いて、一軸伸張条件での応力とひずみの関係、純せん断条件での応力とひずみの関係および均等二軸条件での応力とひずみの関係を算出するステップと、
前記一軸伸張条件での応力とひずみの関係と前記純せん断条件での応力とひずみの関係とに基づいて一軸伸張条件と純せん断条件の応力の比率を算出するステップと、
前記一軸伸張条件での応力とひずみの関係と前記均等二軸条件での応力とひずみの関係とに基づいて一軸伸張条件と均等二軸条件の応力の比率を算出するステップと、
前記一軸伸張条件と純せん断条件の応力の比率と前記一軸伸張条件での応力とひずみの関係の実測値とに基づいて、純せん断条件での応力とひずみの関係の推定値を算出するステップと、
前記一軸伸張条件と均等二軸条件の応力の比率と前記一軸伸張条件での応力とひずみの関係の実測値とに基づいて、均等二軸条件での応力とひずみの関係の推定値を算出するステップと、
前記一軸伸張条件での応力とひずみの関係の実測値と前記純せん断条件での応力とひずみの関係の推定値と前記均等二軸条件での応力とひずみの関係の推定値とに基づいて、第2の弾性モデルの材料パラメータを同定するステップと、
前記第2の弾性モデルの材料パラメータを用いて前記弾性体のシミュレーションを行うステップと
を含むことを特徴とするシミュレーション方法。 A simulation method for analyzing an elastic body using a computer,
Identifying a material parameter of the first elastic model based on an actual measurement value of a relationship between stress and strain under a uniaxial extension condition of the elastic body;
Using the identified material parameters of the first elastic model, the relationship between stress and strain under uniaxial stretching conditions, the relationship between stress and strain under pure shear conditions, and the relationship between stress and strain under equal biaxial conditions A calculating step;
Calculating the ratio of stress under uniaxial stretching condition and pure shear condition based on the relationship between stress and strain under uniaxial stretching condition and the relation between stress and strain under pure shear condition;
Calculating the ratio of the stress in the uniaxial stretching condition and the uniform biaxial condition based on the relationship between the stress and strain in the uniaxial stretching condition and the relationship between the stress and strain in the uniform biaxial condition;
Calculating an estimated value of the relationship between the stress and strain under the pure shear condition based on the ratio of the stress under the uniaxial extension condition and the actual value of the relationship between the stress and strain under the uniaxial extension condition; ,
Based on the ratio of stress between the uniaxial stretching condition and the uniform biaxial condition and the measured value of the relationship between stress and strain under the uniaxial stretching condition, an estimated value of the relationship between stress and strain under the uniform biaxial condition is calculated. Steps,
Based on the measured value of the relationship between stress and strain under the uniaxial stretching condition, the estimated value of the relationship between stress and strain under the pure shear condition, and the estimated value of the relationship between stress and strain under the uniform biaxial condition, Identifying the material parameters of the second elastic model;
And a step of simulating the elastic body using material parameters of the second elastic model.
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