JP5705425B2 - Tire performance simulation method, tire performance simulation apparatus, and tire performance simulation program - Google Patents
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本発明は、タイヤ性能シミュレーション方法、タイヤ性能シミュレーション装置、及びタイヤ性能シミュレーションプログラムに係り、より詳しくは、有限要素法等の数値解析法によりタイヤの性能を解析するためのタイヤ性能シミュレーション方法、タイヤ性能シミュレーション装置、及びタイヤ性能シミュレーションプログラムに関する。 The present invention relates to a tire performance simulation method, a tire performance simulation apparatus, and a tire performance simulation program. More specifically, the present invention relates to a tire performance simulation method and tire performance for analyzing tire performance by a numerical analysis method such as a finite element method. The present invention relates to a simulation apparatus and a tire performance simulation program.
従来、タイヤの性能をシミュレーションする方法として、評価しようとするタイヤを有限個の多数の要素に分割したタイヤ有限要素モデルで近似するとともに、各有限要素に密度や弾性率などの特性を与え、上記モデルに内圧、荷重などの境界条件を与えて上記各要素の変形状態を計算してタイヤの変形や転がり抵抗などのタイヤの動特性を数値解析する有限要素法(Finite Element Method)が多く用いられている。 Conventionally, as a method for simulating tire performance, the tire to be evaluated is approximated by a tire finite element model obtained by dividing a tire into a finite number of elements, and characteristics such as density and elastic modulus are given to each finite element. The Finite Element Method (Finite Element Method) is often used to give boundary conditions such as internal pressure and load to a model and calculate the deformation state of each of the above elements to numerically analyze the tire dynamics such as tire deformation and rolling resistance. ing.
ところで、タイヤの転がり抵抗の発生原因は、タイヤと路面の摩擦によるものや空気抵抗によるものもあるが、通常走行時においては、タイヤが転動する際の変形により発生するヒステリシスロスの影響が最も大きいとされている。このタイヤの転がり抵抗をシミュレーションする方法として、トレッドゴムなどのゴム材及びビードコアを3次元ソリッド要素でモデル化し、カーカスやベルトなどの繊維複合体を膜要素としたタイヤの有限要素モデル(タイヤモデルという)を、路面を平坦な剛表面要素によってモデル化した路面モデル上に接地させて所定の走行条件で走行させ、上記タイヤモデルの各要素のひずみ量の履歴を求め、このひずみ量の履歴、具体的には、ゴム材料の貯蔵弾性率、損失(tanδ)、及び、ひずみの最大振幅ひずみを求めたり、ヒステリシスループの囲む面積を求めたりするなどしてゴム部材のエネルギーロスを算出して、このエネルギーロスから転がり抵抗を算出する方法が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。 By the way, the cause of tire rolling resistance may be due to friction between the tire and the road surface or due to air resistance, but in normal driving, the effect of hysteresis loss caused by deformation when the tire rolls is the most. It is said to be big. As a method of simulating the rolling resistance of a tire, a tire finite element model (called a tire model) in which a rubber material such as tread rubber and a bead core are modeled as a three-dimensional solid element and a fiber composite such as a carcass or a belt is used as a membrane element. ) Is grounded on a road surface model that is modeled with a flat rigid surface element and travels under predetermined driving conditions, and a history of strain amount of each element of the tire model is obtained. Specifically, the energy loss of the rubber member is calculated by calculating the storage elastic modulus, loss (tan δ) and maximum amplitude strain of the rubber material, or determining the area surrounded by the hysteresis loop. A method for calculating rolling resistance from energy loss has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
具体的には、例えば、ゴム材、カーカス、ベルト、及び、ビードコアなどがタイヤ周方向に同一断面状に連続するタイヤモデルを設定するとともに、路面モデルを設定し、縦荷重や路面摩擦係数などの境界条件に基づいて、上記タイヤモデルを転動させることなく上記路面モデルに接地させて変形させ、上記変形したタイヤモデルのトレッド部を構成する各ゴム要素のひずみ量をそれぞれ算出して、上記ゴム要素の周方向のひずみ分布を求め、このひずみ分布から、タイヤが一回転したときの上記ゴム要素のひずみの履歴を計算した後、上記ひずみの履歴からエネルギーロスを算出して転がり抵抗をシミュレーションする。 Specifically, for example, a tire model in which a rubber material, a carcass, a belt, a bead core, etc. are continuous in the same cross-sectional shape in the tire circumferential direction is set, a road surface model is set, and a longitudinal load, a road surface friction coefficient, etc. Based on the boundary conditions, the tire model is grounded and deformed without rolling, the strain amount of each rubber element constituting the tread portion of the deformed tire model is calculated, and the rubber Obtain the strain distribution in the circumferential direction of the element, calculate the strain history of the rubber element when the tire rotates once from this strain distribution, then calculate the energy loss from the strain history and simulate the rolling resistance .
このように、タイヤの有限要素モデルを路面モデル上に接地させて変形させ、タイヤが転動する際の変形により発生するヒステリシスロスの大きさを数値解析すれば、タイヤの転がり抵抗を求めることができる。 In this way, if the tire finite element model is grounded on the road surface model and deformed, and the magnitude of hysteresis loss caused by the deformation when the tire rolls is numerically analyzed, the tire rolling resistance can be obtained. it can.
しかしながら、上記従来のシミュレーション方法では、求められたひずみ量からエネルギーロスを算出するときにはゴム部材を粘弾性体として扱っているが、タイヤモデルを路面モデルに接地させてゴム部材を構成する各要素のひずみ量を解析する際には、上記ゴム部材を弾性体としているため、解析精度がよくないといった問題点があった。 However, in the above conventional simulation method, when calculating the energy loss from the obtained strain amount, the rubber member is handled as a viscoelastic body. However, the tire model is grounded on the road surface model and each element constituting the rubber member is grounded. When analyzing the amount of strain, since the rubber member is an elastic body, there is a problem that the analysis accuracy is not good.
また、上記従来のタイヤモデルは、計算手法上、タイヤ回転方向に連続していない部分を考慮できないだけでなく、タイヤ回転方向の不連続部においては、転がり抵抗によりタイヤが路面に接する部分が進行方向後方に移動するように変形する効果を考慮することができないため、転がり抵抗を精度よく求めることが困難であった。 In addition, the conventional tire model described above cannot calculate a portion that is not continuous in the tire rotation direction due to a calculation method, and a portion where the tire is in contact with the road surface due to rolling resistance proceeds in a discontinuous portion in the tire rotation direction. Since the effect of deformation so as to move backward in the direction cannot be considered, it is difficult to accurately determine the rolling resistance.
ところで、タイヤモデルにおいて、ゴム部材を構成する各要素に始めから粘弾性係数を与えてシミュレーションすることも考えられるが、ゴムの粘弾性係数はひずみ量や周波数により異なるため、予め様々なひずみ量及び周波数にて各ゴム部材の粘弾性特性試験を行わなければならないため、非常に多くの計測が必要であるだけでなく、転動状態での粘弾性係数を設定するためには、相当回数シミュレーションを繰り返さなければならないので、解析効率が著しく悪いといった問題点があった。 By the way, in a tire model, it is conceivable to perform simulation by giving a viscoelastic coefficient to each element constituting the rubber member from the beginning, but since the viscoelastic coefficient of rubber differs depending on the strain amount and the frequency, various strain amounts and Not only is it necessary to perform viscoelastic property tests for each rubber member at the frequency, but it is not only necessary to measure a lot, but also to set the viscoelastic coefficient in the rolling state, a considerable number of simulations are required. Since it had to be repeated, there was a problem that the analysis efficiency was remarkably bad.
この問題を解決するため、路面をドラムでモデル化し、タイヤのゴム部材を弾性体としてモデル化して、路面上を一定速度にてタイヤが転動する解析を行ない、これにより得られたタイヤの各ゴム要素に発生するひずみ波形から、上記ゴム材料のひずみの振幅と周波数を求めた後、ゴム材料の粘弾性試験を上記求められたひずみの振幅と周波数で実施して、上記ゴム材料の粘弾性率を算出し、この粘弾性率を用いてタイヤモデルを作成するとともに、このタイヤモデルを用いてタイヤ・ホイール組立体の数値解析モデルを作成して転動解析を行い転がり抵抗の値を求める方法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。 In order to solve this problem, the road surface is modeled with a drum, the rubber member of the tire is modeled as an elastic body, and the tire rolls at a constant speed on the road surface. After obtaining the strain amplitude and frequency of the rubber material from the strain waveform generated in the rubber element, the viscoelasticity test of the rubber material is performed with the obtained strain amplitude and frequency to obtain the viscoelasticity of the rubber material. A tire model is created using this viscoelastic modulus, and a numerical analysis model of the tire / wheel assembly is created using this tire model, and a rolling analysis is performed to obtain a rolling resistance value. Has been proposed (see, for example, Patent Document 3).
なお、ひずみエネルギーロスの計算方法としては、ひずみと応力との位相差に基づいてひずみエネルギーロスを求める位相遅れの方法、非特許文献1に記載されたWarholicの方法等がある。これらの方法は、弾性解析又は超弾性解析によって得られた応力に、ひずみに対する一定の位相遅れを与えることによりヒステリシスを作り、これに基づいてひずみエネルギーロスを計算するものである。 In addition, as a calculation method of strain energy loss, there are a phase delay method for obtaining strain energy loss based on a phase difference between strain and stress, a Warholic method described in Non-Patent Document 1, and the like. In these methods, hysteresis is generated by giving a constant phase lag with respect to strain to the stress obtained by elastic analysis or superelastic analysis, and strain energy loss is calculated based on this.
しかしながら、特許文献3に記載された方法は、エネルギーロスを計算してからタイヤの転がり抵抗を求めるのではなく、ゴム材料の粘弾性試験を実施してゴム材料の粘弾性率を算出し、この粘弾性率を用いてタイヤモデルを作成するとともに、このタイヤモデルを用いてタイヤ・ホイール組立体の数値解析モデルを作成して転動解析を行うことにより転がり抵抗の値を直接求めるものであり、エネルギーロスを求めるものではない。また、ゴム材料の粘弾性試験を実施しなければならないため、大がかりとなる。 However, the method described in Patent Document 3 does not calculate the tire rolling resistance after calculating the energy loss, but performs a viscoelasticity test of the rubber material to calculate the viscoelasticity of the rubber material. A tire model is created using the viscoelastic modulus, a numerical analysis model of the tire / wheel assembly is created using the tire model, and a rolling resistance value is directly obtained by performing a rolling analysis. It does not require energy loss. Moreover, since the viscoelasticity test of a rubber material must be implemented, it becomes a big scale.
また、ひずみエネルギーロスは、粘弾性特性によるひずみと応力とのヒステリシスによって発生するため、粘弾性解析(時間依存)を行う必要があるが、タイヤのひずみエネルギーロスを求めるために、上記の位相遅れの方法やWarholicの方法を適用した例はない。 In addition, strain energy loss occurs due to hysteresis between strain and stress due to viscoelastic characteristics, so it is necessary to perform viscoelasticity analysis (time-dependent). There is no example of applying the method of or Warholic's method.
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、精度良くひずみエネルギーロスを求めることができるタイヤ性能シミュレーション方法、タイヤ性能シミュレーション装置、及びタイヤ性能シミュレーションプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a tire performance simulation method, a tire performance simulation apparatus, and a tire performance simulation program capable of accurately obtaining a strain energy loss. .
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明のタイヤ性能シミュレーション方法は、タイヤを複数の要素にメッシュ分割したタイヤモデルについて転動解析を実行することで前記要素毎の変形を解析するステップと、前記転動解析の解析結果に基づき、前記要素の変形による変位の時刻歴分布、及び前記変位の時刻歴分布に対応する前記要素についてのCauchy応力の時刻歴分布を前記要素毎に求めるステップと、前記変位の時刻歴分布に基づき、前記Cauchy応力に応じた前記変位の時刻歴分布に対応する前記要素についてのGreenひずみの時刻歴分布を前記要素毎に求めるステップと、前記変位の時刻歴分布、及び前記Cauchy応力の時刻歴分布に基づき、前記Greenひずみに応じた前記変位の時刻歴分布に対応する前記要素について2ndPiora-Kirhihoff応力の時刻歴分布を前記要素毎に求めるステップと、前記Greenひずみの時刻歴分布と前記2ndPiora-Kirhihoff応力の時刻歴分布との間に予め設定した位相差を付与し、該位相差を付与したGreenひずみの時刻歴分布及び2ndPiora-Kirhihoff応力の時刻歴分布から前記要素のひずみエネルギーロスを前記要素毎に求めるステップと、前記要素の各々の前記ひずみエネルギーロスを加算することにより、前記タイヤのひずみエネルギーロスを求めるステップと、を含む。 In order to achieve the above object, the tire performance simulation method according to the first aspect of the present invention is a step of analyzing deformation for each element by executing rolling analysis on a tire model obtained by dividing a tire into a plurality of elements. If, Hazuki group to the analysis result of the rolling analysis, time history profile deformation by displacement of the element, and the time history distribution of Cauchy stress for the elements corresponding to the time history profile of the displacement for each of the elements a step of obtaining, Hazuki group time history distribution of the displacement, and determining the Green strain time history distribution of the elements corresponding to the time history profile of the displacement in accordance with the Cauchy stress for each of the elements, the displacement time history profile, and the Cauchy Hazuki group time history distribution of stress, 2ndPiora-Kirhihoff stress on the elements corresponding to the time history profile of the displacement in accordance with the Green strain Determining a time history profile of each said element, a phase difference imparted previously set between the time history profile of the Green strain time history distribution and before Symbol 2ndPiora-Kirhihoff stress imparted with phase difference and determining from the time history distribution of Green strain time history distribution and 2ndPiora-Kirhihoff stress strain energy loss of the element for each of the elements, by adding the strain energy loss of each of the elements, the strain of the tire Determining an energy loss.
この発明によれば、転動解析の結果から求めたGreenひずみと2ndPiora-Kirhihoff応力との間に位相差を付与し、該位相差を付与したGreenひずみの時刻歴分布及び2ndPiora-Kirhihoff応力の時刻歴分布から要素のひずみエネルギーロスを求めるので、タイヤの転動解析を弾性解析とした場合でも、粘弾性解析を実行したのと同様にひずみエネルギーロスを求めることができ、精度良くひずみエネルギーロスを求めることができる。 According to the present invention, a phase difference is imparted between the Green strain obtained from the result of the rolling analysis and the 2ndPiora-Kirhihoff stress , the time history distribution of the Green strain to which the phase difference is imparted, and the time of the 2ndPiora-Kirhihoff stress. Since the strain energy loss of the element is obtained from the history distribution, even if the rolling analysis of the tire is an elastic analysis, the strain energy loss can be obtained in the same manner as the viscoelastic analysis is performed, and the strain energy loss can be accurately calculated. Can be sought.
なお、Greenひずみは、要素の初期状態(変形が加えられる前の状態)の長さを基準とした変位量であり、Cauchy応力は、変形後の応力であり、2ndPiora-Kirhihoff応力は、要素の初期状態の応力を基準とした応力であり、要素の変位及びCauchy応力から求められる。 The G reen strain is the amount of displacement based on the length of the initial state of the element (the state before deformation) , the Cauchy stress is the stress after deformation , and the 2nd Piora-Kirhihoff stress is a stress relative to the stress in the initial state of the elements, Ru determined from displacement and Cauchy stress factors.
なお、請求項2に記載したように、前記タイヤのひずみエネルギーロスに基づいて、前記タイヤの転がり抵抗を求めるステップをさらに含むことにより、タイヤの転がり抵抗を求めるシミュレーションを精度良く行うことができる。 Incidentally, as described in claim 2, based on the strain energy loss of the tire, by further comprising the step of determining the rolling resistance of the tire can be accurately simulated to obtain the rolling resistance of tires.
請求項3記載の発明のタイヤ性能シミュレーション装置は、タイヤを複数の要素にメッシュ分割したタイヤモデルについて転動解析を実行することで前記要素毎の変形を解析する解析手段と、前記解析手段による解析結果に基づき、前記要素の変形による変位の時刻歴分布、及び前記変位の時刻歴分布に対応する前記要素についてのCauchy応力の時刻歴分布を前記要素毎に求める第1の時刻歴分布算出手段と、前記変位の時刻歴分布に基づき、前記Cauchy応力に応じた前記変位の時刻歴分布に対応する前記要素についてのGreenひずみの時刻歴分布を前記要素毎に求める第2の時刻歴分布算出手段と、前記変位の時刻歴分布、及び前記Cauchy応力の時刻歴分布に基づき、前記Greenひずみに応じた前記変位の時刻歴分布に対応する前記要素について2ndPiora-Kirhihoff応力の時刻歴分布を前記要素毎に求める第3の時刻歴分布算出手段と、前記Greenひずみの時刻歴分布と前記2ndPiora-Kirhihoff応力の時刻歴分布との間に予め設定した位相差を付与し、該位相差を付与したGreenひずみの時刻歴分布及び2ndPiora-Kirhihoff応力の時刻歴分布から前記要素のひずみエネルギーロスを前記要素毎に求めるエネルギーロス算出手段と、前記要素の各々の前記ひずみエネルギーロスを加算することにより、前記タイヤのひずみエネルギーロスを求める加算手段と、を含む。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a tire performance simulation apparatus, comprising: analyzing means for analyzing deformation of each element by executing a rolling analysis on a tire model obtained by dividing a tire into a plurality of elements; and analyzing by the analyzing means. First time history distribution calculating means for obtaining, for each element, a time history distribution of displacement due to deformation of the element and a time history distribution of Cauchy stress for the element corresponding to the time history distribution of the displacement based on a result; Second time history distribution calculating means for obtaining, for each element, a time history distribution of Green strain for the element corresponding to the time history distribution of the displacement according to the Cauchy stress based on the time history distribution of the displacement; , Based on the time history distribution of the displacement and the time history distribution of the Cauchy stress , 2ndPiora− for the element corresponding to the time history distribution of the displacement according to the Green strain A third time history distribution calculating means for obtaining a time history distribution of Kirhihoff stress for each element, and providing a predetermined phase difference between the time history distribution of Green strain and the time history distribution of 2ndPiora-Kirhihoff stress Energy loss calculating means for obtaining the strain energy loss of each element from the time history distribution of Green strain and the time history distribution of 2ndPiora-Kirhihoff stress to which the phase difference is given, and the strain energy of each of the elements Adding means for calculating a strain energy loss of the tire by adding a loss.
この発明によれば、転動解析の結果から求めたGreenひずみと2ndPiora-Kirhihoff応力との間に位相差を付与し、位相差を付与したGreenひずみの時刻歴分布及び第2の時刻歴分布から要素のひずみエネルギーロスを求めるので、タイヤの転動解析を弾性解析とした場合でも、粘弾性解析を実行したのと同様にひずみエネルギーロスを求めることができ、精度良くひずみエネルギーロスを求めることができる。 According to the present invention, a phase difference is given between the Green strain obtained from the result of the rolling analysis and the 2nd Piora-Kirhihoff stress, and the time history distribution and the second time history distribution of the Green strain to which the phase difference is given. Since the strain energy loss of the element is obtained, even if the rolling analysis of the tire is an elastic analysis, the strain energy loss can be obtained in the same manner as the viscoelastic analysis is performed, and the strain energy loss can be obtained with high accuracy. it can.
請求項4記載の発明のタイヤ性能シミュレーションプログラムは、タイヤを複数の要素にメッシュ分割したタイヤモデルについて転動解析を実行することで前記要素毎の変形を解析するステップと、前記転動解析の解析結果に基づき、前記要素の変形による変位の時刻歴分布、及び前記変位の時刻歴分布に対応する前記要素についてのCauchy応力の時刻歴分布を前記要素毎に求めるステップと、前記変位の時刻歴分布に基づき、前記Cauchy応力に応じた前記変位の時刻歴分布に対応する前記要素についてのGreenひずみの時刻歴分布を前記要素毎に求めるステップと、前記変位の時刻歴分布、及び前記Cauchy応力の時刻歴分布に基づき、前記Greenひずみに応じた前記変位の時刻歴分布に対応する前記要素について2ndPiora-Kirhihoff応力の時刻歴分布を前記要素毎に求めるステップと、前記Greenひずみの時刻歴分布と前記2ndPiora-Kirhihoff応力の時刻歴分布との間に予め設定した位相差を付与し、該位相差を付与したGreenひずみの時刻歴分布及び2ndPiora-Kirhihoff応力の時刻歴分布から前記要素のひずみエネルギーロスを前記要素毎に求めるステップと、前記要素の各々の前記ひずみエネルギーロスを加算することにより、前記タイヤのひずみエネルギーロスを求めるステップと、を含む処理をコンピュータに実行させる。 A tire performance simulation program according to a fourth aspect of the invention includes a step of analyzing a deformation for each element by executing a rolling analysis on a tire model obtained by dividing a tire into a plurality of elements, and an analysis of the rolling analysis. results Hazuki group, a step of obtaining time histories distribution deformation by displacement of the element, and the time history distribution of Cauchy stress for the elements corresponding to the time history profile of the displacement for each of the elements, the time of the displacement Hazuki group gravel distribution, said determining a time history profile of Green strain for each of the elements of the element in which the corresponding to the time history distribution of displacement in accordance with the Cauchy stress, time history profile of the displacement, and the Cauchy Hazuki group time history distribution of stress, the time history distribution of 2ndPiora-Kirhihoff stress on the elements corresponding to the time history profile of the displacement in accordance with the Green strain essential A step of obtaining the Motogoto, preset phase difference grant you, Green strain time history distribution of grants phase difference between the time history profile of the Green strain time history distribution and before Symbol 2ndPiora-Kirhihoff stress a method and from time history distribution of 2ndPiora-Kirhihoff stress seek strain energy loss of the element for each of the elements, by adding the strain energy loss of each of the elements, and determining the strain energy loss of the tire The computer is caused to execute processing including
この発明によれば、転動解析の結果から求めたGreenひずみと2ndPiora-Kirhihoff応力との間に位相差を付与し、位相差を付与したGreenひずみの時刻歴分布及び第2の時刻歴分布から要素のひずみエネルギーロスを求めるので、タイヤの転動解析を弾性解析とした場合でも、粘弾性解析を実行したのと同様にひずみエネルギーロスを求めることができ、精度良くひずみエネルギーロスを求めることができる。なお、請求項5に記載したように、前記タイヤのひずみエネルギーロスに基づいて、前記タイヤの転がり抵抗を求めるステップをさらに含むことにより、タイヤの転がり抵抗を精度良く求めることができる。 According to the present invention, a phase difference is given between the Green strain obtained from the result of the rolling analysis and the 2nd Piora-Kirhihoff stress, and the time history distribution and the second time history distribution of the Green strain to which the phase difference is given. Since the strain energy loss of the element is obtained, even if the rolling analysis of the tire is an elastic analysis, the strain energy loss can be obtained in the same manner as the viscoelastic analysis is performed, and the strain energy loss can be obtained with high accuracy. it can. In addition, as described in claim 5, the tire rolling resistance can be obtained with high accuracy by further including the step of obtaining the rolling resistance of the tire based on the strain energy loss of the tire.
本発明によれば、精度良くエネルギーロスを求めることができる、という効果を有する。 According to the present invention, there is an effect that energy loss can be obtained with high accuracy.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1には一例として空気入りタイヤのタイヤモデルの作成や性能予測を実施するためのタイヤ性能シミュレーション装置としてのパーソナルコンピュータの概略が示されている。このパーソナルコンピュータは、データ等を入力するためのキーボード10、予め記憶された処理プログラムに従ってタイヤの3次元モデルを作成したり性能を予測したりするコンピュータ本体12、コンピュータ本体12による演算結果や各種画面等を表示するCRT14、及びCRT14に表示されたカーソルを所望の位置に移動させたり、カーソル位置のメニュー項目やオブジェクト等を選択したり選択解除したりドラッグしたりする操作を行うためのマウス16を含んで構成されている。
FIG. 1 shows an outline of a personal computer as a tire performance simulation apparatus for creating a tire model of a pneumatic tire and performing performance prediction as an example. This personal computer includes a
コンピュータ本体12は、図2に示すように、CPU(Central Processing Unit)12A、ROM(Read Only Memory)12B、RAM(Random Access Memory)12C、不揮発性メモリ12D、及び入出力インターフェース(I/O)12Eがバス12Fを介して各々接続された構成となっている。
As shown in FIG. 2, the computer
I/O12Eには、キーボード10、CRT14、マウス16、ハードディスク18、及び記録媒体としてのフレキシブルディスク(FD)が挿抜可能なフレキシブルディスクユニット(FDU)が接続されている。
Connected to the I /
ハードディスク18には、後述するタイヤ性能シミュレーションプログラムや、これらの実行に必要な各種パラメータやデータ等が記憶されている。CPU12Aは、ハードディスク18に記憶されたタイヤ性能シミュレーションプログラムを読み込んで実行する。
The
なお、後述するタイヤ性能シミュレーションプログラム等は、例えばFDUを用いてフレキシブルディスクFDに対して読み書き可能とすることもできるので、後述するタイヤ性能シミュレーションプログラムは、予めFDに記録しておき、FDUを介してFDに記録されたタイヤ性能シミュレーションプログラムを読み込んで実行してもよい。また、記録媒体としては、CD−ROM、DVD−ROM等の光ディスクや、MD,MO等の光磁気ディスクがあり、これらを用いるときには、上記FDUに代えて、またはさらにCD−ROM装置、DVD−ROM装置、MD装置、MO装置等を用いればよい。 Incidentally, tire performance simulation program to be described later, for example because it may be a read-write with respect to the flexible disk FD by using the FDU, tire performance simulation program section later may record in advance FD, the FDU The tire performance simulation program recorded in the FD may be read and executed. As recording media, there are optical discs such as CD-ROM and DVD-ROM, and magneto-optical discs such as MD and MO. When these are used, a CD-ROM device or DVD-ROM is used instead of or in addition to the FDU. A ROM device, MD device, MO device, or the like may be used.
次に、本実施の形態の作用として、コンピュータ本体12のCPU12Aで実行されるタイヤ性能シミュレーションプログラムの処理ルーチンについて、図3に示すフローチャートを参照して説明する。
Next, as a function of the present embodiment, a processing routine of a tire performance simulation program executed by the
まず、ステップ100では、タイヤ性能解析の対象となるタイヤの設計案(タイヤ形状、構造、材料など)を定めたタイヤ設計データに基づいて、タイヤ設計案を数値解析上のモデルに落とし込むためのタイヤモデルを作成する。
First, in
例えば、ハードディスク18に、タイヤ性能解析の対象となるCADデータ(タイヤ形状、構造、材料等の設計データ)等のタイヤ設計データを予め記憶しておき、これを読み込む。そして、読み込んだタイヤ設計データに基づいて、図4に示すような3次元のタイヤモデル20を作成する。
For example, the
このタイヤモデル20の作成は、用いる数値解析手法により若干異なる。本実施の形態では数値解析手法として有限要素法(FEM)を用いるものとする。
The creation of the
従って、上記ステップ100で作成するタイヤモデル20は、図4に示すように、有限要素法(FEM)に対応した要素分割、例えば、メッシュ分割によって複数の要素22に分割され、タイヤを数値的・解析的手法に基づいて作成されたコンピュータプログラムヘのインプットデータ形式に数値化したものをいう。この要素分割とは、タイヤ及び路面等の対象物を小さな幾つかの(有限の)小部分、すなわち要素に分割することをいう。この要素ごとに計算を行い全ての要素について計算した後、全部の要素を足し合わせることにより全体の応答を得ることができる。
Therefore, the
上記のようにしてタイヤの有限要素モデル(解析モデル)を含むタイヤモデル20を作成した後には、ステップ102へ進み、路面の設定すなわち路面モデルの作成と共に路面状態の入力がなされる。このステップ102では、路面をモデル化し、そのモデル化した路面を実際の路面状態に設定するために入力するものである。路面のモデル化は、路面形状を要素分割してモデル化し、路面の摩擦係数μを選択設定することで路面状態を入力する。例えば、路面状態により乾燥(DRY)、濡れ(WET)、氷上、雪上、非舗装等に対応する路面の摩擦係数μが存在するので、摩擦係数μについて適正な値を選択することで、実際の路面状態を再現させることができる。
After as described above to create a
このようにして、路面状態の入力がなされると、次のステップ104において、タイヤモデル20の転動解析が実行される。この転動解析は有限要素法を用いた公知の手法により実行される。まず、境界条件の設定がなされる。この境界条件とは、タイヤモデル20に解析上すなわちタイヤの挙動をシミュレートする上で必要なものであり、タイヤモデル20に付与する各種条件である。この境界条件の設定では、まず、タイヤモデル20には内圧を与えて、タイヤモデル20に回転変位及び直進変位(変位は力、速度でも良い)の少なくとも一方と、予め定めた負荷荷重と、の少なくとも1つを与える。なお、路面との摩擦を考慮する場合は、回転変位(または力、速度でもよい)もしくは直進変位(または力、速度でもよい)のどちらか一方のみでよい。
When the road surface condition is thus input, the rolling analysis of the
そして、路面モデルに対してタイヤモデル20を転動させ、タイヤモデル20の変形計算を有限要素法に基づく公知の転動解析手法により行う。
And the
なお、本実施形態では、トレッドパターンまで含めたタイヤ全体のタイヤモデルを作成し、これを転動解析するものとしているが、タイヤの転動解析はこれに限られるものではない。例えば、トレッドパターンのないスムースタイヤや簡単なパターンのリブパターンタイヤ等のタイヤ本体モデルと、トレッドパターンモデルと、を各々作成し、このタイヤ本体モデルの転動解析を行うことにより得られたタイヤモデルの変形形状から、トレッドパターンモデルの転動状態における軌跡を作成し、この軌跡に沿ってトレッドパターンモデルを転動させることにより詳細な解析を行うようにしてもよい。 In the present embodiment, a tire model of the entire tire including the tread pattern is created and subjected to rolling analysis. However, tire rolling analysis is not limited to this. For example, a tire model obtained by creating a tire body model such as a smooth tire without a tread pattern or a simple pattern rib pattern tire, and a tread pattern model, and performing a rolling analysis of the tire body model. From the deformed shape, a trajectory in the rolling state of the tread pattern model may be created, and detailed analysis may be performed by rolling the tread pattern model along the trajectory.
また、タイヤモデルの転動解析を擬似的に行う方法として、タイヤモデルをシミュレーションにおいて実際に転動させることなく擬似的にタイヤの定常転動状態を解析する方法として、例えば下記の非特許文献1に記載されたSteady State Transport解析(定常輸送解析)を行うようにしてもよい。 Further, as a method of performing a rolling analysis of a tire model in a pseudo manner, as a method of analyzing a steady rolling state of a tire in a simulated manner without actually rolling the tire model in a simulation, for example, the following Non-Patent Document 1 is provided. Steady State Transport analysis described in (1) may be performed.
(非特許文献2) (Non-Patent Document 2)
ABAQUS Version6.6 Analysis User’s Manual6.4.1 ABAQUS Version 6.6 Analysis User's Manual 6.4.1
上記の転動解析を実行することにより、タイヤモデル20の各要素22の変位や応力等のタイヤ変形時の物理量が得られる。なお、上記の転動解析は、タイヤを弾性体として扱う弾性解析である。
By executing the above rolling analysis, physical quantities at the time of tire deformation such as displacement and stress of each
ステップ106では、ステップ104の転動解析の結果に基づいて、各要素の変位の時刻歴分布を取得する。
In
ステップ108では、ステップ104の転動解析の結果に基づいて、各要素の応力、本実施形態では、第1の応力としてのCauchy応力(変形後の応力)の時刻歴分布を取得する。
In
ステップ110では、ステップ106で得られた各要素の変位の時刻歴分布に基づいて、各要素のGreenひずみの時刻歴分布を算出する。なお、Greenひずみは、要素22の初期状態(変形が加えられる前の状態)の長さを基準とした変位量であり、ステップ106で得られた変位から予め定めた計算式によって算出される。
In
ステップ112では、ステップ106で得られた各要素22の変位の時刻歴分布及びCauchy応力の時刻歴分布に基づいて、各要素の第2の応力としての2ndPiora-Kirhihoff応力の時刻歴分布を算出する。
In
この2ndPiora-Kirhihoff応力は、要素22の前記初期状態の応力を基準とした応力であり、ステップ106で得られた変位及びCauchy応力から予め定めた計算式によって算出される。このように、2ndPiora-Kirhihoff応力は、要素22の初期状態の応力を基準とした応力であり、Greenひずみは、同じく要素22の初期状態の長さを基準とした変位量であることから、基準が共通した物理量である。これにより、後述するひずみエネルギーロスを正確に計算することができる。
The 2nd Piora-Kirhihoff stress is a stress based on the stress of the
ステップ114では、ステップ110で求めた各要素22のGreenひずみの時刻歴分布とステップ112で求めた各要素22の2ndPiora-Kirhihoff応力の時刻歴分布とに基づいて、各要素22のひずみエネルギーロスを算出する。
In
ここで、タイヤのゴムは粘弾性であるため、本来粘弾性解析(時間依存)を行う必要があるが、前述したように、ステップ104の転動解析は、タイヤのゴムを弾性体として扱う弾性解析であるため、ひずみと応力との位相差はない。すなわち、ゴムを弾性として扱う場合、ひずみと応力の位相差がないため、図5に示す破線24のように、ひずみと応力との関係は線形となるが、ゴムを粘弾性として扱う場合は、図5の実線26で示すように、ひずみと応力の関係にヒステリシスが発生する。この図5の実線26で囲まれた領域の面積を求めることによってヒステリシスロス、すなわちひずみエネルギーロスを計算することができる。
Here, since the rubber of the tire is viscoelastic, it is inherently necessary to perform a viscoelastic analysis (time-dependent). However, as described above, the rolling analysis in
そこで、本実施形態では、ひずみエネルギーロスの計算方法として位相遅れの手法を用いてひずみエネルギーロスを計算する。すなわち、図6に示すように、応力28は、ひずみ30に対して遅れるので、その位相差aを設定することによって図5に示す実線26のようにひずみと応力との関係にヒステリシスを生じさせ、実線26で囲まれた領域の面積を計算することによって、ヒステリシスロス、すなわちひずみエネルギーロスを計算する。なお、位相差aは、タイヤのゴムの材質や温度、タイヤの振動数、周波数等によって異なり、例えば実験等によって予め定めた値を付与する。また、位相差aをユーザーに入力させるようにしてもよい。
Therefore, in the present embodiment, the strain energy loss is calculated using a phase lag technique as a strain energy loss calculation method. That is, as shown in FIG. 6, since the
ステップ116では、ステップ114で求めた各要素22のひずみエネルギーロスを加算することにより、タイヤ全体のひずみエネルギーロスを計算する。
In
ステップ118では、ステップ116で求めたひずみエネルギーロスに基づいて、予め定めた計算式によってタイヤの転がり抵抗を算出する。
In
ステップ120では、計算結果を出力する。例えば、ステップ116で求めたひずみエネルギーロスやステップ118で求めたタイヤの転がり抵抗等をCRT14に表示させたり、ハードディスク18に記録したりする。
In
このように、本実施形態では、タイヤのゴムを弾性体として扱う転動解析の結果から、基準が共通となる物理量であるGreenひずみ及び2ndPiora-Kirhihoff応力を求め、これらの物理量に位相差を付与して粘弾性解析を行ったのと同様にしてヒステリシスロスを発生させ、ひずみエネルギーロスを計算している。これにより、簡便に精度良くひずみエネルギーロスを求めることができる。また、ひずみエネルギーロスを精度良く求めることができるので、タイヤの転がり抵抗を精度良く求めることができる。 As described above, in the present embodiment, Green strain and 2nd Piora-Kirhihoff stress, which are physical quantities having a common reference, are obtained from the result of rolling analysis in which tire rubber is treated as an elastic body, and a phase difference is given to these physical quantities. Then, the hysteresis energy is generated and the strain energy loss is calculated in the same manner as the viscoelasticity analysis. Thereby, the strain energy loss can be obtained easily and accurately. Further, since the strain energy loss can be obtained with high accuracy, the rolling resistance of the tire can be obtained with high accuracy.
なお、本実施形態では、ひずみエネルギーロスを計算する手法として位相遅れの手法を用いた場合について説明したが、これに限らず、上記非特許文献1に記載されたWarholicの手法を用いてひずみエネルギーロスを計算するようにしてもよい。 In the present embodiment, the case of using the phase lag technique as the technique for calculating the strain energy loss has been described. However, the present invention is not limited to this, and the strain energy is calculated using the Warholic technique described in Non-Patent Document 1. Loss may be calculated.
10 キーボード
12 コンピュータ本体
14 CRT
16 マウス
18 ハードディスク
10
16
Claims (5)
前記転動解析の解析結果に基づき、前記要素の変形による変位の時刻歴分布、及び前記変位の時刻歴分布に対応する前記要素についてのCauchy応力の時刻歴分布を前記要素毎に求めるステップと、
前記変位の時刻歴分布に基づき、前記Cauchy応力に応じた前記変位の時刻歴分布に対応する前記要素についてのGreenひずみの時刻歴分布を前記要素毎に求めるステップと、
前記変位の時刻歴分布、及び前記Cauchy応力の時刻歴分布に基づき、前記Greenひずみに応じた前記変位の時刻歴分布に対応する前記要素について2ndPiora-Kirhihoff応力の時刻歴分布を前記要素毎に求めるステップと、
前記Greenひずみの時刻歴分布と前記2ndPiora-Kirhihoff応力の時刻歴分布との間に予め設定した位相差を付与し、該位相差を付与したGreenひずみの時刻歴分布及び2ndPiora-Kirhihoff応力の時刻歴分布から前記要素のひずみエネルギーロスを前記要素毎に求めるステップと、
前記要素の各々の前記ひずみエネルギーロスを加算することにより、前記タイヤのひずみエネルギーロスを求めるステップと、
を含むタイヤ性能シミュレーション方法。 Analyzing the deformation for each element by performing rolling analysis on a tire model obtained by meshing a tire into a plurality of elements; and
Based on the analysis result of the rolling analysis, obtaining a time history distribution of displacement due to deformation of the element and a time history distribution of Cauchy stress for the element corresponding to the time history distribution of the displacement for each element;
Based on the time history distribution of the displacement, obtaining a Green strain time history distribution for the element corresponding to the displacement time history distribution according to the Cauchy stress for each element;
Based on the time history distribution of the displacement and the time history distribution of the Cauchy stress, the time history distribution of the 2ndPiora-Kirhihoff stress is obtained for each element for the element corresponding to the time history distribution of the displacement according to the Green strain. Steps,
Giving a preset phase difference between the time history distribution of the Green strain and the time history distribution of the 2nd Piora-Kirhihoff stress, the time history distribution of the Green strain and the time history of the 2nd Piora-Kirhihoff stress to which the phase difference was applied Obtaining a strain energy loss of the element for each element from a distribution;
Determining the strain energy loss of the tire by adding the strain energy loss of each of the elements;
A tire performance simulation method including:
前記解析手段による解析結果に基づき、前記要素の変形による変位の時刻歴分布、及び前記変位の時刻歴分布に対応する前記要素についてのCauchy応力の時刻歴分布を前記要素毎に求める第1の時刻歴分布算出手段と、
前記変位の時刻歴分布に基づき、前記Cauchy応力に応じた前記変位の時刻歴分布に対応する前記要素についてのGreenひずみの時刻歴分布を前記要素毎に求める第2の時刻歴分布算出手段と、
前記変位の時刻歴分布、及び前記Cauchy応力の時刻歴分布に基づき、前記Greenひずみに応じた前記変位の時刻歴分布に対応する前記要素について2ndPiora-Kirhihoff応力の時刻歴分布を前記要素毎に求める第3の時刻歴分布算出手段と、
前記Greenひずみの時刻歴分布と前記2ndPiora-Kirhihoff応力の時刻歴分布との間に予め設定した位相差を付与し、該位相差を付与したGreenひずみの時刻歴分布及び2ndPiora-Kirhihoff応力の時刻歴分布から前記要素のひずみエネルギーロスを前記要素毎に求めるエネルギーロス算出手段と、
前記要素の各々の前記ひずみエネルギーロスを加算することにより、前記タイヤのひずみエネルギーロスを求める加算手段と、
を含むタイヤ性能シミュレーション装置。 Analyzing means for analyzing deformation for each element by executing rolling analysis on a tire model obtained by meshing a tire into a plurality of elements,
A first time for obtaining, for each element, a time history distribution of displacement due to deformation of the element and a time history distribution of Cauchy stress for the element corresponding to the time history distribution of displacement based on the analysis result by the analyzing means. History distribution calculating means,
A second time history distribution calculating means for obtaining, for each element, a time history distribution of Green strain for the element corresponding to the time history distribution of the displacement according to the Cauchy stress , based on the time history distribution of the displacement;
Based on the time history distribution of the displacement and the time history distribution of the Cauchy stress , the time history distribution of the 2ndPiora-Kirhihoff stress is obtained for each element for the element corresponding to the time history distribution of the displacement according to the Green strain. A third time history distribution calculating means;
Preset phase difference grant that the time history of time history distribution and 2ndPiora-Kirhihoff stress strain Green imparted with phase difference between the time history distribution of the time history profile of the Green strain the 2ndPiora-Kirhihoff stress Energy loss calculating means for obtaining the strain energy loss of the element from the distribution for each element;
Adding means for determining the strain energy loss of the tire by adding the strain energy loss of each of the elements;
Tire performance simulation equipment including
前記転動解析の解析結果に基づき、前記要素の変形による変位の時刻歴分布、及び前記変位の時刻歴分布に対応する前記要素についてのCauchy応力の時刻歴分布を前記要素毎に求めるステップと、
前記変位の時刻歴分布に基づき、前記Cauchy応力に応じた前記変位の時刻歴分布に対応する前記要素についてのGreenひずみの時刻歴分布を前記要素毎に求めるステップと、
前記変位の時刻歴分布、及び前記Cauchy応力の時刻歴分布に基づき、前記Greenひずみに応じた前記変位の時刻歴分布に対応する前記要素について2ndPiora-Kirhihoff応力の時刻歴分布を前記要素毎に求めるステップと、
前記Greenひずみの時刻歴分布と前記2ndPiora-Kirhihoff応力の時刻歴分布との間に予め設定した位相差を付与し、該位相差を付与したGreenひずみの時刻歴分布及び2ndPiora-Kirhihoff応力の時刻歴分布から前記要素のひずみエネルギーロスを前記要素毎に求めるステップと、
前記要素の各々の前記ひずみエネルギーロスを加算することにより、前記タイヤのひずみエネルギーロスを求めるステップと、
を含む処理をコンピュータに実行させるためのタイヤ性能シミュレーションプログラム。 Analyzing the deformation for each element by performing rolling analysis on a tire model obtained by meshing a tire into a plurality of elements; and
Based on the analysis result of the rolling analysis, obtaining a time history distribution of displacement due to deformation of the element and a time history distribution of Cauchy stress for the element corresponding to the time history distribution of the displacement for each element;
Based on the time history distribution of the displacement, obtaining a Green strain time history distribution for the element corresponding to the displacement time history distribution according to the Cauchy stress for each element;
Based on the time history distribution of the displacement and the time history distribution of the Cauchy stress, the time history distribution of the 2ndPiora-Kirhihoff stress is obtained for each element for the element corresponding to the time history distribution of the displacement according to the Green strain. Steps,
Giving a preset phase difference between the time history distribution of the Green strain and the time history distribution of the 2nd Piora-Kirhihoff stress, the time history distribution of the Green strain and the time history of the 2nd Piora-Kirhihoff stress to which the phase difference was given Obtaining a strain energy loss of the element for each element from a distribution;
Determining the strain energy loss of the tire by adding the strain energy loss of each of the elements;
Tire performance simulation program for causing a computer to execute processing including
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