JP6281270B2 - Method and program for creating simulation model - Google Patents
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Description
本発明は、タイヤを取り巻く空間中の流体の流れをシミュレートするためのシミュレーションモデルの作成方法、及びこの作成方法を実行するプログラムに関する。 The present invention relates to a simulation model creation method for simulating fluid flow in a space surrounding a tire, and a program for executing the creation method.
従来より、コンピュータを用いた構造体周りの空気等の流体の流れのシミュレーション計算が行われている。このシミュレーション計算では、流体の流れを再現するために、流体空間を多数の領域に分割した、すなわちメッシュ分割したモデルを作成する。現在、タイヤを含めた車両の空力抵抗を低減するためのシミュレーション計算においてもメッシュ分割したシミュレーションモデルが用いられる。 Conventionally, simulation calculation of the flow of fluid such as air around a structure using a computer has been performed. In this simulation calculation, in order to reproduce the fluid flow, a model in which the fluid space is divided into a number of regions, that is, a meshed model is created. Currently, a simulation model divided into meshes is also used in a simulation calculation for reducing the aerodynamic resistance of a vehicle including a tire.
例えば、ゴルフクラブを構造体とし、このゴルフクラブヘッドの空力特性を実物モデルによる試験評価によらずに評価して、効率的にゴルフクラブを開発するためのシミュレーション方法が提案されている(特許文献1)。 For example, a simulation method for efficiently developing a golf club by using a golf club as a structure and evaluating the aerodynamic characteristics of the golf club head without performing a test evaluation using a real model has been proposed (Patent Document). 1).
当該シミュレーション方法では、気流仮想領域を、上記ゴルフボールモデルのボール表面から離間する方向に格子区画の体積が漸次増大するように多数の格子区画で分割する。
また、ゴルフクラブヘッドモデルの表面を、三角形、四角形等の多辺形、又は略三角形、略四角形等の略多辺形の面区画を多数設定し、この各々の面区画を一面とするゴルフクラブヘッドのモデル表面に隣接した格子区画を設定する。ゴルフクラブヘッドのモデル表面に隣接する格子区画は、略四角柱形状等の略多角柱形状や略多角錐形状に設定される。そしてゴルフクラブヘッドのモデル表面に隣接する格子区画からゴルフクラブヘッドから離間する方向に格子区画の体積が漸次増大するように、気流仮想領域の残部を格子状に区画して、気流仮想領域全域を格子区画で区画する。
In the simulation method, the airflow virtual region is divided into a large number of grid sections so that the volume of the grid sections gradually increases in a direction away from the ball surface of the golf ball model.
In addition, the golf club head model has a plurality of polygonal surfaces such as triangles and rectangles, or substantially polygonal surfaces such as substantially triangles and rectangles, and a golf club having each of these surface regions as one surface. Set a grid section adjacent to the model surface of the head. The lattice section adjacent to the model surface of the golf club head is set to a substantially polygonal column shape such as a substantially quadrangular prism shape or a substantially polygonal pyramid shape. The remainder of the airflow virtual region is partitioned in a lattice shape so that the volume of the lattice partition gradually increases in the direction away from the golf club head from the lattice partition adjacent to the model surface of the golf club head. Compartment with lattice section.
また、タイヤの主溝と空力特性との関係を、シミュレーションモデルを用いて解析した研究も知られている(非特許文献1)。
当該研究では、タイヤ周りの流体空間をメッシュ分割したシミュレーションモデルが用いられている。
In addition, a study in which the relationship between the main groove of the tire and the aerodynamic characteristics is analyzed using a simulation model is also known (Non-Patent Document 1).
In this research, a simulation model in which the fluid space around the tire is divided into meshes is used.
しかし、上述のシミュレーションモデルを、タイヤを含めた車両の空力抵抗のシミュレーション方法に用いる場合、特にタイヤの形状が空力抵抗に及ぼす影響を検討するために、形状の異なる種々のタイヤモデルを作成するが、タイヤモデルを作成するたびに、タイヤモデル周りの空間としてメッシュ分割したシミュレーションモデルを作成することになる。このようなシミュレーションモデルは、極めて多数のメッシュ分割数を含むため、メッシュ分割に要する時間がかかる。したがって、種々のタイヤモデルを用いて空力抵抗のシミュレーションを行う際に要する時間は長大になる。 However, when the simulation model described above is used in a simulation method for aerodynamic resistance of a vehicle including a tire, various tire models having different shapes are created, particularly in order to examine the effect of the tire shape on the aerodynamic resistance. Each time a tire model is created, a simulation model is created by dividing the mesh as a space around the tire model. Since such a simulation model includes a very large number of mesh divisions, it takes time for mesh division. Therefore, the time required for aerodynamic resistance simulation using various tire models becomes long.
そこで、本発明は、タイヤを取り巻く空間中の流体の流れをシミュレートするとき、シミュレーションモデルの作成に要する時間を短縮することができるシミュレーションモデルの作成方法とこの作成方法を実行するプログラムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a simulation model creation method capable of reducing the time required to create a simulation model and a program for executing the creation method when simulating a fluid flow in a space surrounding a tire. For the purpose.
本発明の一つの態様は、タイヤを取り巻く空間中の流体の流れをシミュレートするためのシミュレーションモデルの作成方法である。当該作成方法は、
(1)少なくともタイヤの一部の形状を境界とする第1の空間領域を再現した第1のモデル空間領域と、前記第1の空間領域の周りに位置する第2の空間領域を再現した第2のモデル空間領域を別々にメッシュ分割するステップと、
(2)前記第1のモデル空間領域において作成された第1のメッシュと、前記2のモデル空間領域において作成された第2のメッシュとの間の前記流体の物理量を補間する関係を定めるステップと、を含む。
前記第1のモデル空間領域と前記第2のモデル空間領域とは、互いに離間しており、前記第1のモデル空間領域と前記第2のモデル空間領域との離間距離の寸法は、前記第1のメッシュの最小メッシュサイズの寸法よりも小さく、
前記流体の物理量を補間する関係を定める前記ステップにおいて、前記第1のメッシュが前記第2のメッシュに、及び前記第2のメッシュが前記第1のメッシュに物理量を与えるとき、前記第1のメッシュ及び前記第2のメッシュの中で、物理量を受ける側のメッシュAに対向する、前記物理量を与える側のメッシュBが複数ある場合、前記メッシュAに対向する前記メッシュBの境界面の部分の大きさの比率に応じて前記メッシュBの物理量を加重平均した値を前記メッシュAに与えるように、前記関係を定める。
One aspect of the present invention is a method for creating a simulation model for simulating fluid flow in a space surrounding a tire. The creation method is
(1) A first model space region that reproduces a first space region that borders at least a part of the shape of the tire, and a second space region that is located around the first space region. Meshing the two model space regions separately;
(2) defining a relationship for interpolating the physical quantity of the fluid between the first mesh created in the first model space region and the second mesh created in the second model space region; , including the.
The first model space region and the second model space region are separated from each other, and the dimension of the separation distance between the first model space region and the second model space region is the first model space region. Smaller than the minimum mesh size dimension of the mesh,
In the step of determining a relationship for interpolating the physical quantity of the fluid, the first mesh is applied when the first mesh gives the second mesh and the second mesh gives the first mesh a physical quantity. In the second mesh, when there are a plurality of physical quantity-giving meshes B facing the physical quantity receiving mesh A, the size of the boundary surface portion of the mesh B facing the mesh A The relationship is determined so that the mesh A is given a weighted average value of the physical quantities of the mesh B according to the ratio.
このとき、前記第1のメッシュの平均サイズは、前記第2のメッシュの平均サイズに比べて小さい、ことが好ましい。 At this time, it is preferable that the average size of the first mesh is smaller than the average size of the second mesh.
また、前記第1のメッシュは、前記タイヤをモデル化したタイヤモデルと接し、
前記タイヤモデルのタイヤ幅方向における、前記タイヤモデルの幅寸法をSt[mm]とし、前記タイヤモデルの直径寸法をDt[mm]としたとき、前記第1のモデル空間領域の前記タイヤ幅方向の幅寸法S[mm]は、前記幅寸法Stの0.1倍より大きく3倍より小さい寸法であり、かつ、前記第1の空間領域の前記タイヤ径方向に沿った寸法の最大値は、前記直径寸法Dtの0.3倍より大きく2倍より小さい寸法である、ことが好ましい。
The first mesh is in contact with a tire model that models the tire,
When the width dimension of the tire model in the tire width direction of the tire model is St [mm] and the diameter dimension of the tire model is Dt [mm], the tire width direction of the first model space region is the tire width direction. The width dimension S [mm] is a dimension larger than 0.1 times and smaller than three times the width dimension St, and the maximum value of the dimension along the tire radial direction of the first space region is It is preferable that the dimension is larger than 0.3 times the diameter dimension Dt and smaller than twice.
前記第1のモデル空間領域は、前記タイヤのサイドウォールと接する空間を再現したモデル空間領域を含む、ことが好ましい。 It is preferable that the first model space region includes a model space region that reproduces a space in contact with a sidewall of the tire.
また、前記第1のモデル空間領域は、前記タイヤのトレッドパターンと接する空間を再現したモデル空間領域を含む、ことも同様に好ましい。 It is also preferable that the first model space region includes a model space region that reproduces a space in contact with the tread pattern of the tire.
前記タイヤがタイヤ回転軸の周りに回転することを再現するために、前記第1のメッシュは、タイヤ回転軸の周りに回転するメッシュである、ことが好ましい。 In order to reproduce the rotation of the tire around the tire rotation axis, the first mesh is preferably a mesh that rotates around the tire rotation axis.
本発明のさらに一つの態様は、タイヤを取り巻く空間中の流体の流れをシミュレートするためのシミュレーションモデルの作成方法をコンピュータに実行させるコンピュータが実行可能なプログラムである。当該プログラムは、
(3)少なくともタイヤの一部の形状を境界とする第1の空間領域を再現した第1のモデル空間領域と、前記第1の空間領域の周りに位置する第2の空間領域を再現した第2のモデル空間領域を別々にメッシュ分割する処理をコンピュータに行わせる手順と、
(4)前記第1のモデル空間領域において作成された第1のメッシュと、前記2のモデル空間領域において作成された第2のメッシュとの間の前記流体の物理量を補間する関係をコンピュータに定めさせる手順と、を含む。
前記第1のモデル空間領域と前記第2のモデル空間領域とは、互いに離間しており、前記第1のモデル空間領域と前記第2のモデル空間領域との離間距離の寸法は、前記第1のメッシュの最小メッシュサイズの寸法よりも小さく、
前記流体の物理量を補間する関係をコンピュータに定めさせる前記手順において、前記第1のメッシュが前記第2のメッシュに、及び前記第2のメッシュが前記第1のメッシュに物理量を与えるとき、前記第1のメッシュ及び前記第2のメッシュの中で、物理量を受ける側のメッシュAに対向する、前記物理量を与える側のメッシュBが複数ある場合、前記メッシュAに対向する前記メッシュBの境界面の部分の大きさの比率に応じて前記メッシュBの物理量を加重平均した値を前記メッシュAに与えるように、前記関係を定めさせる。
Yet another embodiment of the present invention is a computer-executable program that causes a computer to execute a simulation model creation method for simulating fluid flow in a space surrounding a tire. The program is
(3) A first model space region that reproduces a first space region that borders at least a part of the shape of the tire, and a second space region that is located around the first space region. A procedure for causing a computer to perform the process of dividing the model space area of the two meshes separately;
(4) A relationship for interpolating the physical quantity of the fluid between the first mesh created in the first model space region and the second mesh created in the second model space region is determined in the computer. including a procedure for, the.
The first model space region and the second model space region are separated from each other, and the dimension of the separation distance between the first model space region and the second model space region is the first model space region. Smaller than the minimum mesh size dimension of the mesh,
In the step of causing the computer to determine a relationship for interpolating the physical quantity of the fluid, when the first mesh gives a physical quantity to the second mesh and the second mesh gives the physical quantity to the first mesh, the first mesh In the case where there are a plurality of meshes B on the physical quantity-given side facing the mesh A on the physical quantity receiving side among the one mesh and the second mesh, the boundary surface of the mesh B facing the mesh A The relationship is determined so that the mesh A is given a weighted average value of the physical quantities of the mesh B according to the ratio of the size of the parts.
上述の態様のシミュレーションモデルの作成方法及びプログラムによれば、シミュレーションモデルの作成に要する時間を短縮することができる。 According to the simulation model creation method and program of the above-described aspect, the time required to create the simulation model can be shortened.
以下、本実施形態のシミュレーションモデルの作成方法及びプログラムについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態で用いる空間領域をメッシュ分割したシミュレーションモデルは、有限要素法、有限差分法、有限体積法、有限メッシュ法、格子ボルツマン法のシミュレーション計算に適用できるシミュレーションモデルである。 Hereinafter, a simulation model creation method and program according to the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. Note that the simulation model obtained by dividing the space region used in this embodiment into a mesh is a simulation model that can be applied to simulation calculations of the finite element method, the finite difference method, the finite volume method, the finite mesh method, and the lattice Boltzmann method.
図1は、本実施形態のシミュレーションモデルの作成方法を実行するモデル作成装置10のブロック構成図である。モデル作成装置10は、CPU12、メモリ14、ROM16、及び入出力部18を有するコンピュータにより構成されている。ROM16には、本実施形態であるシミュレーションモデルの作成方法を実施するプログラムが記憶されており、CPU12の指示により呼び出して実行することにより、領域設定部20、メッシュ分割部22、補間関係設定部24、及び制御部26を形成する。
領域設定部20は、オペレータの指示に従って第1のモデル空間領域と第2のモデル空間領域とを設定する。
メッシュ分割部22は、第1のモデル空間領域と第2のモデル空間領域を別々にメッシュ分割する。
補間関係設定部24は、第1のモデル空間領域において作成された第1のメッシュと、2のモデル空間領域において作成された第2のメッシュとの間の流体の物理量を補間する関係を設定する。この設定は、オペレータの指示に従って行われる。
制御部26は、領域設定部20、メッシュ分割部22、補間関係設定部24の動作を制御し、あるいは、判定を行う。
入出力部18には、マウス・キーボード等の入力操作デバイス27、ディスプレイ28、及びプリンタ30と接続されている。
メモリ14には、領域設定部20、メッシュ分割部22、及び補間関係設定部24で得られた処理結果や、処理前の設定条件を記憶する。
FIG. 1 is a block configuration diagram of a
The
The
The interpolation
The
The input / output unit 18 is connected to an
The
図2は、モデル作成装置10が実施するシミュレーションモデルの作成方法の流れを説明する図である。本実施形態のシミュレーションモデルは、タイヤを取り巻く空間中の流体の流れをシミュレートするためのモデルである。
まず、領域設定部20は、タイヤの形状を設定する(ステップS10)。タイヤの形状は3次元形状であり、例えば、トレッドパターン、サイドウォールの表面の凹凸、サイドウォールの断面形状を忠実に再現した形状である。このタイヤの形状は、メモリ14に記憶されており、メモリ14から呼び出される。あるいは、入力操作デバイス27によって形状を設定することもできる。
FIG. 2 is a diagram for explaining the flow of a simulation model creation method performed by the
First, the
次に、メッシュ分割部22は、タイヤを取り巻く空間において、少なくともタイヤの一部の形状を境界とする第1の空間領域を再現した第1のモデル空間領域30と、第1の空間領域の周りに位置する第2の空間領域を再現した第2のモデル空間領域32を作成して別々にメッシュ分割する(ステップS20)。メッシュ分割された第1のモデル空間領域30と第2のモデル空間領域32はメモリ14に記憶される。
なお、第1の空間領域には、タイヤは含まれない。したがって、第1のモデル空間領域30は、タイヤの形状を境界面によって再現した空間領域である。上述の「タイヤの少なくとも一部」には、トレッドパターンを有するトレッド部、あるいは、サイド部が含まれ、タイヤ全体が含まれてもよい。なお、第1のモデル空間領域30によって作成される第1のメッシュにおいて、メッシュの格子点が、タイヤの形状の表面上、あるいは、この表面上よりも僅かにタイヤ表面外側に位置し、これらの格子点のうちタイヤの形状に近い2つの格子点により作られる直線あるいは、少なくとも3つの格子点により作られる平面の一部がタイヤの形状の内側を通ってもよい。メッシュ分割では、3次元の空間領域が、例えば4面体、5面体、あるいは6面体等の要素によって細かく分割される。メッシュ分割の方法については特に制限されず、公知のメッシュ分割法が用いられる。
図3は、別々に作成された第1のモデル空間領域30と第2のモデル空間領域32における第1のメッシュ及び第2のメッシュの一例を示す図である。第2のモデル空間領域32には、第1のモデル空間領域30の大きさと外周形状に概略対応した凹部38を有する。
Next, the
Note that the first space region does not include a tire. Therefore, the first
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the first mesh and the second mesh in the first
次に、補間関係設定部24は、第1のモデル空間領域30を第2のモデル空間領域32に組み込んで1つの空間領域を形成するとき、第1のモデル空間領域30と第2のモデル空間領域32の近接するメッシュ領域間で物理量を適切に受け渡すように補間の関係を設定する(ステップS30)。第1のモデル空間領域30あるいは第2のモデル空間領域32の互いに面する境界面を有するメッシュ領域のそれぞれについて、第2のモデル空間領域32あるいは第1のモデル空間領域30のメッシュ領域との間で、物理量の受け渡しを行うための物理量の補間関係が定められる。シミュレーション計算をするとき、物理量が第1のモデル空間領域30と第2のモデル空間領域32の接続部分で連続的に繋がることが、適切なシミュレーション結果を得る上で必要である。このため、第1のモデル空間領域30において作成された第1のメッシュと、第2のモデル空間領域32において作成された第2のメッシュとの間の流体の物理量を補間する関係が定められる。ここで、流体の物理量は、速度、圧力、密度、あるいは温度を含む。流体の物理量は、互いに近接するメッシュ領域内の平均物理量やメッシュ領域の重心位置における物理量が、第1のモデル空間領域30と第2のモデル空間領域32の近接するメッシュ領域間で受け渡される。
これにより、補間関係設定部24は、別々に作成された第1のモデル空間領域30を第2のモデル空間領域32に組み込んだ1つのモデル空間領域を有するシミュレーションモデルを作成する(ステップS40)。なお、図4は、作成された1つのシミュレーションモデルの一例を示す図である。
Next, when the interpolation
Thereby, the interpolation
図5(a),(b)は、第1のモデル空間領域30と第2のモデル空間領域32間の補間の関係の例を説明する図である。
図5(a)に示す例では、第1のモデル空間領域30と第2のモデル空間領域32の対向する境界に面する第1のメッシュ領域34及び第2のメッシュ領域36を補間対象のメッシュ領域とする。対向するメッシュ領域の大きさは同じサイズとし、メッシュ領域の境界面が互いに対向している。このとき、補間関係設定部24は、第1のメッシュ領域34に対して最も近くに位置する対向する第2のメッシュ領域36を抽出し、この第2のメッシュ領域36に、第1のメッシュ領域34における物理量を与える。あるいは、第1のメッシュ領域34に対して最も近くに位置する対向する第2のメッシュ領域36を抽出し、この第1のメッシュ領域34に、第2のメッシュ領域36における物理量を与える。すなわち、第1のメッシュ領域34と第2のメッシュ領域36における物理量を同一とする。
ここで、メッシュ領域の物理量は、メッシュ領域内の平均物理量あるいはメッシュ領域の重心位置における物理量が例示される。
FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating an example of an interpolation relationship between the first
In the example shown in FIG. 5A, the
Here, the physical quantity of the mesh area is exemplified by an average physical quantity in the mesh area or a physical quantity at the center of gravity of the mesh area.
図5(b)に示す例でも、第1のモデル空間領域30と第2のモデル空間領域32の対向する境界に面する第1のメッシュ領域34及び第2のメッシュ領域36を補間対象のメッシュ領域とする。図5(b)に示す例では、対向するメッシュ領域の大きさは異なり、メッシュ領域の対向する境界面が互いにタイヤの形状の周方向において位置ずれしている。図5(b)に示す例では、第1のメッシュ領域34aと第2のメッシュ領域34bは周方向に互いに隣接し、第2のメッシュ領域36aと第2のメッシュ領域36bは周方向に互いに隣接している。さらに、第1のメッシュ領域34a,34bの境界面のタイヤの形状の周方向に沿ったサイズは、第2のメッシュ領域36a,36bの境界面のタイヤの形状の周方向に沿ったサイズに比べて大きい。このような場合、第2のメッシュ領域36aの境界面全ては、第1のメッシュ領域34aの境界面に対向しているので、第2のメッシュ領域36aには、第1のメッシュ領域34aにおける物理量を与える。第2のメッシュ領域36bの境界面は、第1のメッシュ領域34aの境界面と第1のメッシュ領域34bの境界面にまたがって対向しているので、第1のメッシュ領域34aにおける物理量と第2のメッシュ領域34bにおける物理量の平均値を与える。この場合、上記平均値として、以下に記載する加重平均値を用いることが好ましい。加重平均値に用いる重み付け係数は、第2のメッシュ領域36bの境界面に対向する第1のメッシュ領域34aの境界面の部分の大きさと、第2のメッシュ領域36bの境界面に対向する第1のメッシュ領域34bの境界面の部分の大きさの比率に応じて定まる係数であり、上記比率が大きいほど重み付け係数は大きくなる。
同様に、第1のメッシュ領域34aに物理量を与えるとき、第2のメッシュ領域36aにおける物理量と第2のメッシュ領域36bにおける物理量の平均値を与える。この平均値は、上述した加重平均値を用いることが好ましい。
また、第1のモデル空間領域30と第2のモデル空間領域32間の物理量の補間について、メッシュ領域の位置情報あるいは格子点の位置情報を用いて物理量に線形外挿補間を適用してもよく、あるいは、周知のパラメトリック空間補間を適用することができる。パラメトリック空間補間は、例えば特許4548005号公報(段落0026〜0031)に記載されている。パラメトリック空間補間とは、物理量の補間をしようとする点を含むメッシュ領域を、例えば矩形形状等の単位メッシュ領域から形状関数を用いて形状変換を施したものとして定めることにより、物理量を補完しようとするメッシュ領域内の点に対応した、単位メッシュ領域の形状内における対応点の位置情報を求め、この位置情報を用いて物理量を補完する処理である。
Also in the example shown in FIG. 5B, the
Similarly, when a physical quantity is given to the
In addition, for the interpolation of the physical quantity between the first
このようにして、物理量の補間関係を定めることにより、図4に示すような1つのシミュレーションモデルが作成される。このようなシミュレーションモデルにおいて、流体の流れが再現される。
さらに、タイヤの形状を変更して他のシミュレーションモデルを作る場合、まず、領域設定部20は、変更したタイヤの形状を設定する(ステップS50)。
変更したタイヤの形状は、メモリ14から呼び出されてもよく、また、マウス・キーボード等の入力操作デバイス27による入力により設定されてもよい。
In this way, by defining the physical quantity interpolation relationship, one simulation model as shown in FIG. 4 is created. In such a simulation model, the fluid flow is reproduced.
Furthermore, when making another simulation model by changing the shape of the tire, first, the
The changed tire shape may be called from the
次に、メッシュ分割部22は、設定されたタイヤの形状を有するタイヤを取り巻く空間において、少なくともタイヤの一部の形状を境界とする第1の空間領域を再現した第1のモデル空間領域30を再度設定し、メッシュ分割する。メッシュ分割された第1のモデル空間領域30の外周は、ステップS20においてメッシュ分割された第2のモデル空間領域32に組み込まれるように、第2のモデル空間領域32の凹部38の大きさに対応している。ステップS60では、第2のモデル空間領域32は新たに作成されない。ステップS50で作成される第1のモデル空間領域30は、変更したタイヤの形状に合わせて作成され、外周は、第2のモデル空間領域32の凹部38の大きさに対応している。すなわち、メッシュ分割部22は、第1のモデル空間領域30のみをメッシュ分割するので、モデル作成時間を大きく低減することができる。メッシュ分割された第2のモデル空間領域32は、ステップS20で作成されたものを用いる。
Next, the
次に、補間関係設定部24は、ステップS60で作成された、メッシュ分割された第1のモデル空間領域30と、ステップS20で作成され、メモリ14に記憶されたメッシュ分割された第2のモデル空間領域32とを用いて、物理量の補間関係を設定する(ステップS70)。この補間関係の設定は、ステップS30における物理量の補間関係の設定と同じ方法で行う。このため、ステップS70の補間関係の設定の説明は省略する。
物理量の補間関係を境界面上に位置するメッシュ領域のそれぞれについて設定することにより、補間関係設定部24は、第1のモデル空間領域11を第2のモデル空間領域32に組み込んだシミュレーションモデルを作成する(ステップS80)。こうして、形状を変更したタイヤ周りの空間を再現したシミュレーションモデルが得られる。
Next, the interpolating
By setting the physical quantity interpolation relationship for each mesh region located on the boundary surface, the interpolation
さらに、制御部26は、タイヤの形状を変更したタイヤ周りの空間を再現したシミュレーションモデルを作成するか否かを判定する(ステップS)。制御部26は、入力操作デバイス27からのオペレータの入力指示に応じて、ステップS60〜S80を繰り返すステップに進むか、あるいは、シミュレーションモデルを用いた計算を行う(ステップS100)ステップに進む。シミュレーション計算を行うとき、制御部26は、例えばROM16に記憶されているソフトウェアを呼び出して起動し、シミュレーション計算を行う機能を有するソフトウェアモジュールを立ち上げる。このソフトウェアモジュールは、ステップS40及びステップS80で作成された複数のシミュレーションモデルを用いてシミュレーション計算を行う。シミュレーション計算は、例えば、有限要素法、有限差分法、有限体積法、有限メッシュ法、あるいは格子ボルツマン法を用いて行う。
Furthermore, the
このように、タイヤの形状を変更して、空間領域のシミュレーションモデルを作成するとき、タイヤの形状を変更する度に、先に作成してメモリ14に記憶した第2のモデル空間領域32を用いるので、第1のモデル空間領域30だけをメッシュ分割すればよい。したがって、シミュレーションモデルの作成に要する時間を短縮することができる。
As described above, when the simulation model of the space region is created by changing the shape of the tire, the second
なお、第1のモデル空間領域30における第1のメッシュの平均サイズは、第2のモデル空間領域32における第2のメッシュの平均サイズに比べて小さいことが、タイヤ周りの流体を正確に再現する点で、好ましい。ここで、平均サイズとは、メッシュ領域の平均体積、メッシュ領域の平均要素長さ、あるいは、各メッシュ領域の要素長さの総和の平均長さを含む。「平均要素長さ」とは、各メッシュ領域を作る線分の長さの平均を、第1のモデル空間領域30あるいは第2のモデル空間領域32の全メッシュ領域において平均したものである。「各メッシュ領域の要素長さの総和の平均長さ」とは、各メッシュ領域を作る線分の長さの総和を、第1のモデル空間領域30あるいは第2のモデル空間領域32の全メッシュ領域において平均したものである。
The average size of the first mesh in the first
また、第1のモデル空間領域30の第1のメッシュは、タイヤをモデル化したタイヤモデルと接し、タイヤモデルのタイヤ幅方向における、タイヤモデルの幅寸法をSt[mm]とし、タイヤモデルのタイヤ径方向の直径寸法をDt[mm]とする。このとき、第1のモデル空間領域30のタイヤ幅方向の幅寸法S[mm]は、タイヤモデルの幅寸法Stの0.1倍より大きく3倍より小さい寸法であり、かつ、第1のモデル空間領域30のタイヤ径方向の最大値は、直径寸法Dtの0.3倍より大きく2倍より小さい寸法であることが、第1のモデル空間領域30のメッシュ分割を効率よく行ってシミュレーションモデルの作成時間を短縮する点で好ましい。ここで、タイヤモデルは、メッシュ分割されたシミュレーション計算可能なメッシュモデルではなく、剛体モデルであり、第1のモデル空間領域30の境界を画するものである。したがって、シミュレーション計算時、上記剛体モデルを画する第1のモデル空間領域30の境界面において境界条件等が設定される。
The first mesh in the first
第1のモデル空間領域30と第2のモデル空間領域32とは、一部分が重なっていてもよく、あるいは、互いに離間してもよい。但し、互いに離間する場合、第1のモデル空間領域30と第2のモデル空間領域32との離間距離の寸法は、第1のモデル空間領域30の第1のメッシュの最小メッシュサイズの寸法よりも小さいことが、シミュレーション計算において計算結果の精度を確保する点で好ましく、物理量の補間の精度を保持する点で好ましい。ここで、最小メッシュのサイズとは、例えば各メッシュ領域を作る線分の長さの平均の中の最小長さを意味する。第1のモデル空間領域30と第2のモデル空間領域32との離間距離は、図5(a)に示す例では図中の距離Dである。
The first
第1のモデル空間領域30は、例えば、タイヤのサイドウォールと接する空間を再現したモデル空間領域を含むことができる。タイヤのサイドウォールの表面凹凸の形状を種々変更して空力抵抗に優れたタイヤの形状を抽出する際、シミュレーションモデルの作成時間を短縮できる点で効果は大きい。
また、第1のモデル空間領域30は、例えば、タイヤのトレッドパターンと接する空間を再現したモデル空間領域を含むことができる。タイヤのトレッドパターンやトレッドプロファイルを種々変更して空力抵抗に優れたタイヤを抽出する際、シミュレーションモデルの作成時間を短縮できる点で効果は大きい。特に、トレッドパターン近傍のメッシュ領域は、正確にトレッドパターンの形状を再現する点から複雑なメッシュ分割がなされている。このため、トレッドパターンを種々変更するとき、第1のモデル空間領域30のみを細かくメッシュ分割すればよいので、シミュレーションモデルの作成時間を大幅に短縮することができる。
ここで、第1のモデル空間領域30を作成するときに参照するタイヤの形状は、タイヤの設計図面やCAD情報から得ることができる。また、有限要素法などを用いたタイヤの動的又は静的変形解析によって算出されるタイヤの外側形状の一部から得ることもできる。タイヤの動的又は静的変形解析によって算出されるタイヤの外側形状の一部を用いることにより、タイヤが自動車に装着され接地した場合のタイヤの変形を考慮することができ、タイヤの設計図面やCAD情報を用いる場合よりもシミュレーションの精度が向上する効果がある。また、タイヤが自動車に装着され接地した場合のタイヤの変形した形状は、上記有限要素法などを用いたタイヤの動的又は静的変形解析によって算出された結果から取得する他、自動車などの車両に取り付けられた実際のタイヤの変形した形状をレーザ形状計測装置などによって計測して取得することもできる。
The first
The first
Here, the shape of the tire referred to when creating the first
さらに、タイヤがタイヤ回転軸の周りに回転することを再現するために、第1のモデル空間領域30の第1のメッシュは、タイヤ回転軸の周りに回転するメッシュとすることできる。第1のモデル空間領域30の第1のメッシュを回転可能にすることにより、シミュレーション計算結果をより正確にすることができる。この場合、回転する第1のメッシュと第2のモデル空間領域32の非回転のメッシュとの間では、上述した物理量の補間関係を設定して、物理量の受け渡しを行う。すなわち、シミュレーション計算中、第1のメッシュは回転するが、時間ステップを刻みながら時々刻々回転するので、時間ステップ毎に、図3(a),(b)に示す方法を用いて、物理量の受け渡すべきメッシュ領域を探索し、探索したメッシュ領域との間で、上述した物理量の受け渡しを行う。
Furthermore, in order to reproduce the rotation of the tire around the tire rotation axis, the first mesh in the first
上述したタイヤを取り巻く空間中の流体の流れをシミュレートするためのシミュレーションモデルの作成方法は、ROM16に記憶されたプログラムを呼び出して起動することにより実行される。このようなプログラムは、
少なくともタイヤの一部の形状を境界とする第1の空間領域を再現した第1のモデル空間領域30と、第1の空間領域の周りに位置する第2の空間領域を再現した第2のモデル空間領域32を別々にメッシュ分割する処理をコンピュータに行わせる手順と、
第1のモデル空間領域30において作成された第1のメッシュと、2のモデル空間領域32において作成された第2のメッシュとの間の流体の物理量を補間する関係をコンピュータに定めさせる手順と、含む。
このようなプログラムは、電気通信回線を通じて入手することができ、あるいは、ROMあるいは記録媒体に記憶された形態で入手することができる。
The method for creating a simulation model for simulating the flow of fluid in the space surrounding the tire described above is executed by calling and starting a program stored in the
A first
A procedure for causing a computer to determine a relationship for interpolating a physical quantity of fluid between a first mesh created in the first
Such a program can be obtained through a telecommunication line, or can be obtained in a form stored in a ROM or a recording medium.
以上のように、本実施形態では、少なくともタイヤの一部の形状を境界とする第1の空間領域を再現する第1のモデル空間領域30と、第1の空間領域の周りに位置する第2の空間領域を再現する第2のモデル空間領域32を別々にメッシュ分割し、第1のモデル空間領域30において作成された第1のメッシュと、第2のモデル空間領域32において作成された第2のメッシュとの間の流体の物理量を補間する関係を定める。このため、図4に示すように1つのシミュレーションモデルとして作成することができる。タイヤの形状を種々変更するとき、第1のモデル空間領域30を作成し直せばよいので、図4に示すようなシミュレーションモデル全体を作成し直す必要が無くなり、シミュレーションモデルの作成時間を短縮することができる。
As described above, in the present embodiment, the first
上述の実施形態は、タイヤの周りに流体を満たした第1及び第2の空間領域を再現したモデル空間領域(第1のモデル空間領域、第2のモデル空間領域)を含んだシミュレーションモデルを作成したが、タイヤを装着した車両の周りに流体を流す空間を再現したモデル空間領域をシミュレーションモデルとして作成することもできる。図6は、本実施形態の作成方法で用いる空間領域と車両モデルの一例を示す図である。タイヤを含む車両の形状を再現した剛体モデルである車両モデル40を、モデル空間領域42内に配して、車両モデル40に装着されたタイヤモデルの形状を変更する場合、タイヤモデルに比べてモデル空間領域42は極めて大きい。このため、タイヤの形状を変更する度にモデル空間領域42のメッシュ分割を繰り返すことは多大な時間を要する。このため、本実施形態で説明したように、少なくともタイヤの一部の形状を境界とする第1の空間領域を再現した第1のモデル空間領域30をメッシュ分割し、メッシュ分割した第1のモデル空間領域30を、第1のモデル空間領域30の周りを囲む、既に作成されている、メッシュ分割した第2のモデル空間領域32に組み込むことにより、短時間にシミュレーションモデルを作成することができる。なお、モデル空間領域42は、第1のモデル空間領域30と第2のモデル空間領域32を含む領域である。
The above-described embodiment creates a simulation model including a model space region (first model space region, second model space region) that reproduces the first and second space regions filled with fluid around the tire. However, it is also possible to create a model space region that reproduces a space in which a fluid flows around a vehicle equipped with tires as a simulation model. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a space area and a vehicle model used in the creation method of the present embodiment. When the
(実験例)
図6に示すモデル空間領域42のサイズを、縦26m×横26m×高さ11mとし、この領域の中心部分に、実車相当サイズの車両モデル40を配し、モデル空間領域の一方の端から空気を流して車両モデル42周りの空気の流れをシミュレートするためのシミュレーションモデルの作成を行った。シミュレーションモデルのメッシュの格子点の総数は約600万個である。このとき、従来のようにモデル空間領域42全体を一度にメッシュ分割してシミュレーションモデルを作成する方法(従来の方法)と、図2に示すフローに沿って、第1のモデル空間領域30と第2のモデル空間領域32を別々に作成する本実施形態の方法と、を行った。
本実施形態のステップS40までに要するシミュレーションモデルの作成時間は、従来の方法の作成時間と同等であったが、ステップS50〜S80の間のシミュレーションモデルの作成時間は、従来の方法の作成時間対比5分の1であった。すなわち、本実施形態の方法は、第2のモデル空間領域32のメッシュ分割をしないことにより作成時間を短縮することができる。これより、本実施形態の効果は明らかである。
(Experimental example)
The size of the
The simulation model creation time required until step S40 of the present embodiment is equivalent to the creation time of the conventional method, but the simulation model creation time between steps S50 to S80 is compared with the creation time of the conventional method. It was 1/5. That is, the method of the present embodiment can reduce the creation time by not dividing the second
以上、本発明のシミュレーションモデルの作成方法及びプログラムについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。 Although the simulation model creation method and program of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. Of course.
10 モデル作成装置
12 CPU
14 メモリ
16 ROM
18 入出力部
20 領域設定部
22 メッシュ分割部
24 補間関係設定部
26 制御部
27 入力操作デバイス
30 第1のモデル空間領域
32 第2のモデル空間領域
34,34a,34b 第1のメッシュ領域
36,36a,36b 第2のメッシュ領域
38 凹部
40 車両モデル
42 モデル空間領域
10
14
18 Input /
Claims (7)
(1)少なくともタイヤの一部の形状を境界とする第1の空間領域を再現した第1のモデル空間領域と、前記第1の空間領域の周りに位置する第2の空間領域を再現した第2のモデル空間領域を別々にメッシュ分割するステップと、
(2)前記第1のモデル空間領域において作成された第1のメッシュと、前記2のモデル空間領域において作成された第2のメッシュとの間の前記流体の物理量を補間する関係を定めるステップと、を含み、
前記第1のモデル空間領域と前記第2のモデル空間領域とは、互いに離間しており、前記第1のモデル空間領域と前記第2のモデル空間領域との離間距離の寸法は、前記第1のメッシュの最小メッシュサイズの寸法よりも小さく、
前記流体の物理量を補間する関係を定める前記ステップにおいて、前記第1のメッシュが前記第2のメッシュに、及び前記第2のメッシュが前記第1のメッシュに物理量を与えるとき、前記第1のメッシュ及び前記第2のメッシュの中で、物理量を受ける側のメッシュAに対向する、前記物理量を与える側のメッシュBが複数ある場合、前記メッシュAに対向する前記メッシュBの境界面の部分の大きさの比率に応じて前記メッシュBの物理量を加重平均した値を前記メッシュAに与えるように、前記関係を定める、ことを特徴とするシミュレーションモデルの作成方法。 A method of creating a simulation model for simulating fluid flow in a space surrounding a tire,
(1) A first model space region that reproduces a first space region that borders at least a part of the shape of the tire, and a second space region that is located around the first space region. Meshing the two model space regions separately;
(2) defining a relationship for interpolating the physical quantity of the fluid between the first mesh created in the first model space region and the second mesh created in the second model space region; It includes,
The first model space region and the second model space region are separated from each other, and the dimension of the separation distance between the first model space region and the second model space region is the first model space region. Smaller than the minimum mesh size dimension of the mesh,
In the step of determining a relationship for interpolating the physical quantity of the fluid, the first mesh is applied when the first mesh gives the second mesh and the second mesh gives the first mesh a physical quantity. In the second mesh, when there are a plurality of physical quantity-giving meshes B facing the physical quantity receiving mesh A, the size of the boundary surface portion of the mesh B facing the mesh A A method for creating a simulation model , wherein the relationship is determined so that a value obtained by weighted averaging of physical quantities of the mesh B is given to the mesh A in accordance with the ratio .
前記タイヤモデルのタイヤ幅方向における、前記タイヤモデルの幅寸法をSt[mm]とし、前記タイヤモデルの直径寸法をDt[mm]としたとき、前記第1のモデル空間領域の前記タイヤ幅方向の幅寸法S[mm]は、前記幅寸法Stの0.1倍より大きく3倍より小さい寸法であり、かつ、前記第1の空間領域の前記タイヤ径方向に沿った寸法の最大値は、前記直径寸法Dtの0.3倍より大きく2倍より小さい寸法である、請求項1または2に記載のシミュレーションモデルの作成方法。 The first mesh is in contact with a tire model that models the tire;
When the width dimension of the tire model in the tire width direction of the tire model is St [mm] and the diameter dimension of the tire model is Dt [mm], the tire width direction of the first model space region is the tire width direction. The width dimension S [mm] is a dimension larger than 0.1 times and smaller than three times the width dimension St, and the maximum value of the dimension along the tire radial direction of the first space region is The method for creating a simulation model according to claim 1 or 2, wherein the size is larger than 0.3 times and smaller than twice the diameter dimension Dt.
(3)少なくともタイヤの一部の形状を境界とする第1の空間領域を再現した第1のモデル空間領域と、前記第1の空間領域の周りに位置する第2の空間領域を再現した第2のモデル空間領域を別々にメッシュ分割する処理をコンピュータに行わせる手順と、
(4)前記第1のモデル空間領域において作成された第1のメッシュと、前記2のモデル空間領域において作成された第2のメッシュとの間の前記流体の物理量を補間する関係をコンピュータに定めさせる手順と、を含み、
前記第1のモデル空間領域と前記第2のモデル空間領域とは、互いに離間しており、前記第1のモデル空間領域と前記第2のモデル空間領域との離間距離の寸法は、前記第1のメッシュの最小メッシュサイズの寸法よりも小さく、
前記流体の物理量を補間する関係をコンピュータに定めさせる前記手順において、前記第1のメッシュが前記第2のメッシュに、及び前記第2のメッシュが前記第1のメッシュに物理量を与えるとき、前記第1のメッシュ及び前記第2のメッシュの中で、物理量を受ける側のメッシュAに対向する、前記物理量を与える側のメッシュBが複数ある場合、前記メッシュAに対向する前記メッシュBの境界面の部分の大きさの比率に応じて前記メッシュBの物理量を加重平均した値を前記メッシュAに与えるように、前記関係を定めさせる、ことを特徴とするプログラム。 A computer-executable program for causing a computer to execute a method of creating a simulation model for simulating a fluid flow in a space surrounding a tire,
(3) A first model space region that reproduces a first space region that borders at least a part of the shape of the tire, and a second space region that is located around the first space region. A procedure for causing a computer to perform the process of dividing the model space area of the two meshes separately;
(4) A relationship for interpolating the physical quantity of the fluid between the first mesh created in the first model space region and the second mesh created in the second model space region is determined in the computer. includes a procedure for, the,
The first model space region and the second model space region are separated from each other, and the dimension of the separation distance between the first model space region and the second model space region is the first model space region. Smaller than the minimum mesh size dimension of the mesh,
In the step of causing the computer to determine a relationship for interpolating the physical quantity of the fluid, when the first mesh gives a physical quantity to the second mesh and the second mesh gives the physical quantity to the first mesh, the first mesh In the case where there are a plurality of meshes B on the physical quantity-given side facing the mesh A on the physical quantity receiving side among the one mesh and the second mesh, the boundary surface of the mesh B facing the mesh A A program characterized in that the relationship is determined so that a value obtained by weighted averaging of physical quantities of the mesh B is given to the mesh A according to a ratio of the sizes of the parts .
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