JP6362510B2 - Contact state analysis method, contact state analysis apparatus, and program - Google Patents

Contact state analysis method, contact state analysis apparatus, and program Download PDF

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Description

本発明は、接触状態解析方法および接触状態解析装置並びにプログラムに関し、詳しくは、2部材の接触面の各部にすべりが生じているか否かのすべり状態を解析したり2部材の接触面の各部が接触しているか否かの接触状態を解析したりする接触状態解析方法、および、こうした接触状態解析方法を用いて接触状態解析を行なう接触状態解析装置、並びに、コンピュータを接触状態解析装置として機能させるプログラムに関する。   The present invention relates to a contact state analysis method, a contact state analysis apparatus, and a program, and more specifically, analyzes a slip state as to whether or not a slip has occurred in each part of a contact surface of two members, and each part of a contact surface of two members. Contact state analysis method for analyzing contact state whether contact is made, contact state analysis device for performing contact state analysis using such contact state analysis method, and causing computer to function as contact state analysis device Regarding the program.

従来、この種の接触状態解析方法としては、有限要素法を用いてボルト接合を有する平板構造物の減衰特性を解析するものが提案されている(例えば、非特許文献1参照)。この論文では、有限要素法解析を接触状態の解析に用いている。まず、線形振動解析を行ない、振動モード形状を基にモード毎の減衰特性の違いを考察する。そして、振動モード形状を強制変位部分とした静的接触解析を行ない、摩擦による散逸エネルギーを算定することによりモード毎の減衰特性を評価している。   Conventionally, as this kind of contact state analysis method, a method for analyzing the damping characteristics of a flat plate structure having a bolt joint by using a finite element method has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1). In this paper, finite element method analysis is used for contact state analysis. First, linear vibration analysis is performed, and the difference in damping characteristics for each mode is considered based on the vibration mode shape. And the static contact analysis which made the vibration mode shape the forced displacement part is performed, and the attenuation characteristic for each mode is evaluated by calculating the energy dissipated by friction.

「ボルト接合を有する平板構造物の減衰特性」,平居嵩朗,鞍谷文保,城戸一郎,日本機械学会[No.12-12] Dynamics and Design Conference 2012 USB論文集[2012,9,18-21,横浜]"Damping characteristics of flat structures with bolted joints", Takaro Hirai, Fumiho Sugaya, Ichiro Kido, Japan Society of Mechanical Engineers [No.12-12] Dynamics and Design Conference 2012 USB Proceedings [2012,9,18-21 ,Yokohama]

しかしながら、上述の論文の技術では、線形部分の有限要素法解析が繰り返し処理に組み込まれているため、解析結果を得るためには長時間を要してしまう。有限要素法解析は線形部分の解析に有効であるが、計算の規模が大きく処理が多いため、繰り返し処理には不向きである。こうした課題に対して、すべり率を導入し、これを適当に定めることにより、理論値と実験値とを合致させるものも提案されているが、接触面におけるどの部分が固着しており、どの部分がすべっているのかを特定することやすべり量を予測することもできず、本質的な解法と判断することはできない。   However, since the finite element method analysis of the linear portion is repeatedly incorporated in the technique of the above-mentioned paper, it takes a long time to obtain the analysis result. The finite element method analysis is effective for the analysis of the linear part, but is not suitable for iterative processing because of the large computation and the large amount of processing. In order to deal with these problems, it has been proposed to introduce the slip ratio and determine it appropriately so that the theoretical value matches the experimental value. However, which part of the contact surface is fixed and which part It is not possible to determine whether or not slipping, nor to predict the amount of slipping, and it cannot be determined as an essential solution.

本発明の接触状態解析方法および接触状態解析装置並びにプログラムは、すべり状態や接触状態をより的確に特定すると共に解析処理の短時間化を図ることを主目的とする。   A contact state analysis method, a contact state analysis apparatus, and a program according to the present invention are mainly intended to more accurately identify a slip state and a contact state and to shorten the analysis process.

本発明の接触状態解析方法および接触状態解析装置並びにプログラムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。   The contact state analysis method, contact state analysis apparatus, and program of the present invention employ the following means in order to achieve the main object described above.

本発明の第1の接触状態解析方法は、
第1部材と第2部材の接触面である前記第1部材の第1面と前記第2部材の第2面の各部にすべりが生じているか否かのすべり状態を解析する状態解析方法であって、
前記第1部材および前記第2部材の各部に作用する力とその変位の間の関係を線形データとして記憶しておき、
前記第1部材と前記第2部材に対して前記第1面と前記第2面におけるすべり方向に相対変位または相対力を作用させたときに、
前記線形データを用いて、前記第1面と前記第2面の対応する各部のうちすべりが生じない固着領域に属すると仮定された各固着部については前記第1部材と前記第2部材とに生じる変位が各部材の変位の和に等しく既知とすると共にすべり方向のせん断力を未知とする方程式を作成すると共に、前記第1面と前記第2面の対応する各部のうちすべりが生じるすべり領域に属すると仮定された各すべり部については変位を未知とすると共にすべり方向のせん断力を既知とする方程式を作成し、作成した方程式を連立させて未知とされた前記各固着部のせん断力と前記各すべり部の変位とを求解する求解ステップと、
前記求解ステップにより得られる解において、前記各固着部のうちせん断力が静止摩擦力を超えるという矛盾を有する固着部の少なくとも一部については前記すべり領域に属するものに変更し、前記各すべり部のうち変位がすべり方向のすべり変位とならないという矛盾を有するすべり部の少なくとも一部については前記固着領域に属するものに変更する変更ステップと、
を前記変更ステップにおいて前記固着部および前記すべり部に矛盾が生じなくなるまで繰り返すことにより、前記各固着部と前記各すべり部とを特定する、
ことを特徴とする。
The first contact state analysis method of the present invention includes:
It is a state analysis method for analyzing a slip state as to whether or not slip has occurred in each part of the first surface of the first member and the second surface of the second member, which are contact surfaces of the first member and the second member. And
The relationship between the force acting on each part of the first member and the second member and the displacement thereof is stored as linear data,
When a relative displacement or a relative force is applied to the first member and the second member in the sliding direction on the first surface and the second surface,
Using the linear data, for each fixing portion assumed to belong to a fixing region where no slip occurs among the corresponding portions of the first surface and the second surface, the first member and the second member A slip region in which the generated displacement is known to be equal to the sum of the displacements of each member and the shear force in the slip direction is unknown, and a slip occurs in the corresponding portions of the first surface and the second surface. For each slip part assumed to belong to the equation, an equation is made in which the displacement is unknown and the shear force in the slip direction is known. A solution finding step for solving the displacement of each sliding portion;
In the solution obtained by the solution finding step, at least a part of the fixed portions having a contradiction that the shear force exceeds the static friction force among the fixed portions is changed to a member belonging to the slip region, and A change step of changing at least a part of the slip portion having a contradiction that the displacement does not become a slip displacement in the slip direction to belong to the fixing region;
By repeating until the contradiction does not occur in the fixing part and the sliding part in the changing step, to identify the fixing part and the sliding part,
It is characterized by that.

この本発明の接触状態解析方法では、まず、第1部材と第2部材の各部に作用する力とその変位の間の関係を線形データとして記憶しておく。即ち、線形データをデータベース化して記憶しておくのである。次に、第1部材と第2部材に対して第1面と第2面におけるすべり方向に相対変位または相対力を作用させたときに、求解ステップとして、線形データを用いて、第1面と第2面の対応する各部のうちすべりが生じない固着領域に属すると仮定された各固着部については第1部材と第2部材とに生じる変位が各部材の変位の和に等しく既知とすると共にすべり方向のせん断力を未知とする方程式を作成すると共に、第1面と第2面の対応する各部のうちすべりが生じるすべり領域に属すると仮定された各すべり部については変位を未知とすると共にすべり方向のせん断力を既知とする方程式を作成し、作成した方程式を連立させて未知とされた各固着部のせん断力と各すべり部の変位とを求解し、変更ステップとして、求解ステップにより得られる解において、各固着部のうちせん断力が静止摩擦力を超えるという矛盾を有する固着部の少なくとも一部についてはすべり領域に属するものに変更し、各すべり部のうち変位がすべり方向のすべり変位とならないという矛盾を有するすべり部の少なくとも一部については固着領域に属するものに変更する。そして、こうした矛盾が生じなくなるまで、求解ステップによる求解と変更ステップによる領域の変更を繰り返し実行する。こうした繰り返し処理により矛盾が生じなくなったときには、そのときの固着領域に属する各固着部とすべり領域に属する各すべり部とを特定する。線形データについてはデータベース化して記憶させておくから、繰り返し処理中には線形問題の解析(線形データの求解)は行なわない。このため、繰り返し処理中に線形問題の解析が行なわれるものに比して解析時間を短縮することができる。また、第1面と第2面の対応する各部について固着領域に属するかすべり領域に属するかを仮定して解析するから、固着部とすべり部とをより的確に特定することができる。また、第1面と第2面の対応する各部におけるすべり方向のせん断力や変位の分布、あるいはその履歴や各部材内の各部の変形や応力分布を求めることもできる。ここで、線形データは、実測したものでもよいし、有限要素法により解析されたものでもよいし、差分法や境界要素法により解析されたものでもよい。また、各すべり部のすべり方向のせん断力は、摩擦係数と抗力との積により得られる動摩擦力を用いることができる。   In this contact state analysis method of the present invention, first, the relationship between the force acting on each part of the first member and the second member and the displacement thereof is stored as linear data. That is, linear data is stored in a database. Next, when a relative displacement or a relative force is applied to the first member and the second member in the sliding direction on the first surface and the second surface, linear data is used as a solution finding step, For each fixed portion assumed to belong to a fixed region where slip does not occur among the corresponding portions of the second surface, the displacement generated in the first member and the second member is known to be equal to the sum of the displacement of each member. In addition to creating an equation that makes the shear force in the slip direction unknown, the displacement is unknown for each slip part assumed to belong to the slip region where slip occurs among the corresponding parts of the first and second surfaces. Create an equation with a known shear force in the slip direction, and solve the shear force of each fixed part and the displacement of each slip part that are made unknown by connecting the created equations. In this solution, at least a part of the fixed parts having the contradiction that the shear force exceeds the static friction force among the fixed parts is changed to belong to the slip region, and the displacement of each slip part is the slip displacement in the slip direction. At least a part of the slip portion having the contradiction that it does not become is changed to belong to the fixed region. Then, until such a contradiction does not occur, the solution by the solution step and the change of the region by the change step are repeatedly executed. When no contradiction is caused by such repeated processing, each fixing portion belonging to the fixing region at that time and each sliding portion belonging to the sliding region are specified. Since linear data is stored in a database, linear problems are not analyzed (linear data is solved) during repetitive processing. For this reason, the analysis time can be shortened as compared with the case where the linear problem is analyzed during the iterative process. Moreover, since it analyzes on the assumption that each part which respond | corresponds to a 1st surface and a 2nd surface belongs to a sticking | fixed area | region, a sticking part and a slip part can be specified more correctly. It is also possible to determine the shearing force and displacement distribution in the sliding direction at the corresponding portions of the first surface and the second surface, or the history, deformation and stress distribution of each portion within each member. Here, the linear data may be actually measured, may be analyzed by a finite element method, or may be analyzed by a difference method or a boundary element method. Moreover, the dynamic friction force obtained by the product of a friction coefficient and a drag can be used for the shearing force in the sliding direction of each sliding portion.

こうした本発明の第1の接触状態解析方法において、前記相対変位または前記相対力を微小量ずつ変化させて各相対変位または各相対力に対する前記各固着部と前記各すべり部とを特定するものとすることもできる。こうすれば、相対変位や相対力が微小量変化する毎に固着部とすべり部とを特定するから、相対変位や相対力の変化の過程で固着部やすべり部がどのように変化するのかを特定することができる。この場合、前記相対変位または前記相対力を微小量だけの変化の前後において前記各すべり部におけるすべり変位の変化量とせん断力との積の和を該変化の前後における仕事量として演算する仕事量演算ステップを有する、ものとすることもできる。こうすれば、相対変位や相対力が微小量変化する毎に摩擦損失仕事を演算するから、相対変位や相対力の変化の過程で摩擦損失仕事がどのように変化するのかを演算することができる。この結果を用いて等価減衰係数を求めれば、より適正な等価減衰係数を求めることができる。   In the first contact state analysis method of the present invention, the relative displacement or the relative force is changed by a minute amount to identify the respective fixed portions and the respective slip portions for each relative displacement or each relative force; You can also In this way, each time the relative displacement or relative force changes by a small amount, the fixed portion and the sliding portion are specified, so how the fixed portion and the sliding portion change in the process of relative displacement and relative force change. Can be identified. In this case, the amount of work for calculating the work amount before and after the change as the sum of the product of the amount of change in the slip displacement and the shear force in each slip portion before and after the change of the relative displacement or the relative force by a minute amount. It can also have a calculation step. In this way, the friction loss work is calculated every time the relative displacement or relative force changes by a small amount, so it is possible to calculate how the friction loss work changes in the process of the relative displacement or relative force change. . If the equivalent attenuation coefficient is obtained using this result, a more appropriate equivalent attenuation coefficient can be obtained.

また、本発明の接触状態解析方法において、前記力をトルク、前記変位を回転変位、前記相対変位を相対回転変位、前記相対力を相対トルク、として前記第1部材と前記第2部材の相対回転運動または相対回転振動における前記各固着部と前記各すべり部とを特定するものとしてもよい。こうすれば、回転系のすべり状態の解析に用いることができる。   In the contact state analysis method of the present invention, the first member and the second member may be rotated relative to each other using the force as torque, the displacement as rotational displacement, the relative displacement as relative rotational displacement, and the relative force as relative torque. The fixed portions and the sliding portions in motion or relative rotational vibration may be specified. In this way, it can be used for analysis of the sliding state of the rotating system.

本発明の第2の接触状態解析方法は、
第1部材と第2部材の接触面である前記第1部材の第1面と前記第2部材の第2面の各部が接触しているか否かの接触状態を解析する接触状態解析方法であって、
前記第1部材および前記第2部材の各部に作用する力とその変位の間の関係を線形データとして記憶しておき、
前記線形データを用いて、前記第1面と前記第2面の対応する各部のうち接触領域に属すると仮定された各接触部については前記第1部材と前記第2部材とに生じる変位が各部材の変位の和に等しく既知とすると共に接触力を未知とする方程式を作成し、前記第1面と前記第2面の対応する各部のうち非接触領域に属すると仮定された各非接触部については変位を未知とすると共に接触力を値0とする方程式を作成し、該作成した方程式を連立させて未知とされた前記各接触部の接触力と前記各非接触部の変位とを求解する求解ステップと、
前記求解ステップにより得られる解において、前記各接触部のうち接触力が負となるという矛盾を有する接触部の少なくとも一部については前記非接触領域に属するものに変更し、前記各非接触部のうち互いに食い込む変位となるという矛盾を有する非接触部の少なくとも一部については前記接触領域に属するものに変更する変更ステップと、
を前記変更ステップにおいて前記接触部および前記非接触部に矛盾が生じなくなるまで繰り返すことにより、前記各接触部と前記各非接触部とを特定する、
ことを特徴とする。
The second contact state analysis method of the present invention is:
A contact state analysis method for analyzing a contact state as to whether or not each part of the first surface of the first member and the second surface of the second member, which are contact surfaces of the first member and the second member, is in contact. And
The relationship between the force acting on each part of the first member and the second member and the displacement thereof is stored as linear data,
Using the linear data, for each contact portion assumed to belong to the contact region among the corresponding portions of the first surface and the second surface, the displacement generated in the first member and the second member is Each non-contact portion assumed to belong to the non-contact region among the corresponding portions of the first surface and the second surface is created by making an equation that is known to be equal to the sum of the displacements of the members and that the contact force is unknown. For, create an equation in which the displacement is unknown and the contact force is 0, and solve the contact force of each contact portion and the displacement of each non-contact portion that are made unknown by combining the created equations Solving step to
In the solution obtained by the solving step, at least a part of the contact parts having a contradiction that the contact force is negative among the contact parts is changed to belong to the non-contact area, A change step of changing to at least a part of the non-contact portion having a contradiction that it becomes a displacement that bites into each other, to belong to the contact area;
In the changing step, the contact parts and the non-contact parts are identified by repeating until no contradiction occurs in the contact parts and the non-contact parts,
It is characterized by that.

この本発明の第2の接触状態解析方法では、まず、第1部材の第1面と第2部材の第2面の対応する各部に作用する力とその変位の間の関係を線形データとして記憶しておく。即ち、線形データをデータベース化して記憶しておくのである。次に、求解ステップとして、線形データを用いて、第1面と第2面の対応する各部のうち接触領域に属すると仮定された各接触部については第1部材と第2部材とに生じる変位が各部材の変位の和に等しく既知とすると共に接触力を未知とする方程式を作成し、第1面と第2面の対応する各部のうち非接触領域に属すると仮定された各非接触部については変位を未知とすると共に接触力を値0とする方程式を作成し、作成した方程式を連立させて未知とされた各接触部の接触力と各非接触部の変位とを求解し、変更ステップとして、求解ステップにより得られる解において、各接触部のうち接触力が負となるという矛盾を有する接触部の少なくとも一部については非接触領域に属するものに変更し、各非接触部のうち互いに食い込む変位となるという矛盾を有する非接触部の少なくとも一部については接触領域に属するものに変更する。そして、こうした矛盾が生じなくなるまで、求解ステップによる求解と領域変更ステップによる領域の変更を繰り返し実行する。そして、矛盾が生じなくなったときに、そのときの接触領域に属する各接触部と非接触領域に属する各非接触部とを特定する。線形データについてはデータベース化して記憶させておくから、繰り返し処理中には線形問題の解析(線形データの求解)は行なわない。このため、繰り返し処理中に線形問題の解析が行なわれるものに比して解析時間を短縮することができる。また、第1面と第2面の対応する各部について接触領域に属するか非接触領域に属するかを仮定して解析するから、接触部と非接触部とをより的確に特定することができる。また、第1面と第2面の対応する各部における接触力や変位の分布、あるいは各部材内の各部の変形や応力分布を求めることもできる。ここで、線形データは、実測したものでもよいし、有限要素法により解析されたものでもよいし、差分法や境界要素法により解析されたものでもよい。   In the second contact state analysis method of the present invention, first, the relationship between the force acting on each corresponding part of the first surface of the first member and the second surface of the second member and the displacement thereof is stored as linear data. Keep it. That is, linear data is stored in a database. Next, as the solving step, using linear data, the displacement generated in the first member and the second member for each contact portion assumed to belong to the contact region among the corresponding portions of the first surface and the second surface Each non-contact portion assumed to belong to the non-contact region among the corresponding portions of the first surface and the second surface by creating an equation in which the contact force is unknown and the contact force is unknown Create an equation with unknown displacement and contact force value of 0, and solve the contact force of each contact part and the displacement of each non-contact part that were made unknown by connecting the created equations. As a step, in the solution obtained by the solution step, at least a part of the contact parts having a contradiction that the contact force becomes negative among the contact parts is changed to belong to the non-contact area, The displacement that bites into each other For at least some of the non-contact portion having a contradiction it is changed to belong to the contact area. Then, until such a contradiction does not occur, the solution finding by the solution finding step and the region changing by the region changing step are repeatedly executed. Then, when no contradiction occurs, each contact part belonging to the contact area at that time and each non-contact part belonging to the non-contact area are specified. Since linear data is stored in a database, linear problems are not analyzed (linear data is solved) during repetitive processing. For this reason, the analysis time can be shortened as compared with the case where the linear problem is analyzed during the iterative process. Moreover, since each part corresponding to the first surface and the second surface is analyzed on the assumption that it belongs to the contact area or the non-contact area, the contact part and the non-contact part can be more accurately identified. It is also possible to obtain the distribution of contact force and displacement in each corresponding part of the first surface and the second surface, or the deformation and stress distribution of each part in each member. Here, the linear data may be actually measured, may be analyzed by a finite element method, or may be analyzed by a difference method or a boundary element method.

本発明の接触状態解析装置は、上述の何れかの態様の本発明の接触状態解析方法、即ち、基本的には、
(1)第1部材と第2部材の接触面である前記第1部材の第1面と前記第2部材の第2面の各部にすべりが生じているか否かのすべり状態を解析する状態解析方法であって、
前記第1部材および前記第2部材の各部に作用する力とその変位の間の関係を線形データとして記憶しておき、前記第1部材と前記第2部材に対して前記第1面と前記第2面におけるすべり方向に相対変位または相対力を作用させたときに、前記線形データを用いて、前記第1面と前記第2面の対応する各部のうちすべりが生じない固着領域に属すると仮定された各固着部については前記第1部材と前記第2部材とに生じる変位が各部材の変位の和に等しく既知とすると共にすべり方向のせん断力を未知とする方程式を作成し、前記第1面と前記第2面の対応する各部のうちすべりが生じるすべり領域に属すると仮定された各すべり部については変位を未知とすると共にすべり方向のせん断力を既知とする方程式を作成し、作成した方程式を連立させて未知とされた前記各固着部のせん断力と前記各すべり部の変位とを求解する求解ステップと、前記求解ステップにより得られる解において、前記各固着部のうちせん断力が静止摩擦力を超えるという矛盾を有する固着部の少なくとも一部については前記すべり領域に属するものに変更し、前記各すべり部のうち変位がすべり方向のすべり変位とならないという矛盾を有するすべり部の少なくとも一部については前記固着領域に属するものに変更する変更ステップと、を前記変更ステップにおいて前記固着部および前記すべり部に矛盾が生じなくなるまで繰り返すことにより、前記各固着部と前記各すべり部とを特定する、ことを特徴とする本発明の第1の接触状態解析方法や、
(2)第1部材と第2部材の接触面である前記第1部材の第1面と前記第2部材の第2面の各部が接触しているか否かの接触状態を解析する接触状態解析方法であって、前記第1部材および前記第2部材の各部に作用する力とその変位の間の関係を線形データとして記憶しておき、前記線形データを用いて、前記第1面と前記第2面の対応する各部のうち接触領域に属すると仮定された各接触部については前記第1部材と前記第2部材とに生じる変位が各部材の変位の和に等しく既知とすると共に接触力を未知とする方程式を作成し、前記第1面と前記第2面の対応する各部のうち非接触領域に属すると仮定された各非接触部については変位を未知とすると共に接触力を値0とする方程式を作成し、該作成した方程式を連立させて未知とされた前記各接触部の接触力と前記各非接触部の変位とを求解する求解ステップと、前記求解ステップにより得られる解において、前記各接触部のうち接触力が負となるという矛盾を有する接触部の少なくとも一部については前記非接触領域に属するものに変更し、前記各非接触部のうち互いに食い込む変位となるという矛盾を有する非接触部の少なくとも一部については前記接触領域に属するものに変更する変更ステップと、を前記変更ステップにおいて前記接触部および前記非接触部に矛盾が生じなくなるまで繰り返すことにより、前記各接触部と前記各非接触部とを特定する、ことを特徴とする本発明の第2の接触状態解析方法、
を用いて接触状態解析を行なう装置である。
The contact state analysis apparatus of the present invention is a contact state analysis method of the present invention according to any one of the above-described aspects, that is, basically,
(1) State analysis for analyzing whether or not slip occurs in each part of the first surface of the first member and the second surface of the second member, which are contact surfaces of the first member and the second member. A method,
The relationship between the force acting on each part of the first member and the second member and the displacement thereof is stored as linear data, and the first surface and the first member with respect to the first member and the second member are stored. When a relative displacement or a relative force is applied in the sliding direction on two surfaces, it is assumed that the linear data belongs to a fixed region where no slip occurs among corresponding parts of the first surface and the second surface. For each of the fixed portions, an equation is prepared in which the displacement generated in the first member and the second member is known to be equal to the sum of the displacements of the members and the shear force in the sliding direction is unknown. For each slip part assumed to belong to the slip region where the slip occurs among the corresponding parts of the surface and the second surface, an equation was created to make the displacement unknown and the shear force in the slip direction known. The equation In the solution step obtained by solving the shearing force of each of the fixed portions and the displacement of each of the sliding portions that are made unknown by standing, and in the solution obtained by the solution step, the shear force of each of the fixed portions is a static friction force At least a part of the fixed part having a contradiction that exceeds that of the slip region is changed to one belonging to the slip region, and at least a part of the slip part having a contradiction that the displacement does not become a slip displacement in the slip direction among the slip parts. Is determined by repeating the change step to change to those belonging to the fixed region, until the contradiction does not occur in the fixed portion and the slip portion in the change step, to identify each fixed portion and each slip portion, A first contact state analysis method according to the present invention,
(2) Contact state analysis for analyzing whether or not each part of the first surface of the first member and the second surface of the second member which are contact surfaces of the first member and the second member are in contact with each other. In the method, a relationship between a force acting on each part of the first member and the second member and a displacement thereof is stored as linear data, and the first surface and the first member are stored using the linear data. For each contact portion assumed to belong to the contact area among the corresponding portions of the two surfaces, the displacement generated in the first member and the second member is assumed to be equal to the sum of the displacement of each member and the contact force is An unknown equation is created, and for each non-contact portion assumed to belong to a non-contact region among the corresponding portions of the first surface and the second surface, the displacement is unknown and the contact force is 0. To create an equation that is In the solution step obtained by solving the contact force of each contact part and the displacement of each non-contact part, and in the solution obtained by the solution finding step, the contact part having a contradiction that the contact force becomes negative among the contact parts. At least a part of the non-contact part is changed to belong to the non-contact area, and at least a part of the non-contact part having a contradiction that each of the non-contact parts bites into each other is changed to belong to the contact area. And identifying the contact parts and the non-contact parts by repeating the change step until the contradiction does not occur in the contact part and the non-contact part in the change step. The second contact state analysis method of
It is an apparatus which performs a contact state analysis using.

この本発明の接触状態解析装置では、本発明の第1の接触状態解析方法を用いるから、本発明の第1の接触状態解析方法が奏する効果、即ち、繰り返し処理中に線形問題の解析が行なわれるものに比して解析時間を短縮することができるという効果や、固着部とすべり部とをより的確に特定したり、第1面と第2面の対応する各部におけるすべり方向のせん断力や変位の分布、あるいはその履歴や各部材内の各部の変形や応力分布を求めることもできるという効果を奏することができる。また、本発明の第2の接触状態解析方法を用いるから、本発明の第2の接触状態解析方法が奏する効果、即ち、繰り返し処理中に線形問題の解析が行なわれるものに比して解析時間を短縮することができるという効果や、接触部と非接触部とをより的確に特定したり、第1面と第2面の対応する各部における接触力や変位の分布、あるいは各部材内の各部の変形や応力分布を求めることもできるという効果を奏することができる。   Since the contact state analysis apparatus of the present invention uses the first contact state analysis method of the present invention, the effect exhibited by the first contact state analysis method of the present invention, that is, the linear problem is analyzed during repetitive processing. The analysis time can be shortened compared to what is to be achieved, the fixing part and the sliding part can be specified more accurately, the shearing force in the sliding direction at the corresponding parts of the first surface and the second surface, The displacement distribution, the history thereof, the deformation of each part in each member, and the stress distribution can also be obtained. In addition, since the second contact state analysis method of the present invention is used, the effect of the second contact state analysis method of the present invention, that is, the analysis time compared with the case where the linear problem is analyzed during the repeated processing. The effect that the contact portion and the non-contact portion can be specified more accurately, the contact force and the distribution of displacement in the corresponding portions of the first surface and the second surface, or each portion in each member It is possible to obtain the effect that the deformation and the stress distribution can be obtained.

本発明のプログラムは、コンピュータを本発明の接触状態解析装置、即ち、基本的には、本発明の第1の接触状態解析方法を用いて接触状態解析を行なう装置や、本発明の第2の接触状態解析方法を用いて接触状態解析を行なう装置、として機能させるものである。したがって、本発明のプログラムでは、本発明の第1の接触状態解析方法や本発明の第2の接触状態解析方法を用いるから、本発明の第1の接触状態解析方法が奏する効果や本発明の第2接触状態解析方法が奏する効果、即ち、繰り返し処理中に線形問題の解析が行なわれるものに比して解析時間を短縮することができるという効果や、固着部とすべり部とをより的確に特定したり、接触部と非接触部とをより的確に特定したりすることができるなどの効果を奏することができる。   The program of the present invention causes a computer to perform the contact state analysis apparatus of the present invention, that is, an apparatus that basically performs contact state analysis using the first contact state analysis method of the present invention, or the second of the present invention. It functions as a device that performs contact state analysis using the contact state analysis method. Therefore, since the program of the present invention uses the first contact state analysis method of the present invention or the second contact state analysis method of the present invention, the effects exhibited by the first contact state analysis method of the present invention and the The effect of the second contact state analysis method, that is, the effect that the analysis time can be shortened as compared with the case where the analysis of the linear problem is performed during the repetitive processing, and the fixing portion and the sliding portion more accurately. It is possible to obtain an effect such as specifying or more accurately specifying the contact portion and the non-contact portion.

本発明の一実施例としてのすべり状態解析装置20の構成の概略を示す構成図である。It is a block diagram which shows the outline of a structure of the slip condition analysis apparatus 20 as one Example of this invention. ボルト締結の2部材にボルト軸を中心軸して振動する回転相対変位を作用させたときの締結面におけるすべり状態を解析するすべり状態解析ブログラムの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the slip state analysis program which analyzes the slip state in a fastening surface when the rotational relative displacement which vibrates centering on a bolt axis | shaft is made to act on two bolt fastening members. ボルト締結の2部材に振動する相対回転変位(トルク)や相対変位(相対力)を作用させた例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example which made the relative rotational displacement (torque) and the relative displacement (relative force) which vibrate act on two members of bolt fastening. ボルト60の締結力に対して第2部材50の第2面52に生じる応力(接触応力)の分布の一例を示す説明図である。5 is an explanatory diagram showing an example of a distribution of stress (contact stress) generated on the second surface 52 of the second member 50 with respect to the fastening force of the bolt 60. FIG. ボルト60に単位クランプ力を作用させたときのボルト60の中心軸からの距離rjと応力σjとの関係を示す説明図である。Is an explanatory view showing the relationship between the distance r j and the stress sigma j from the central axis of the bolt 60 when allowed to act unit clamping force to the bolt 60. 第2部材50の第2面52に単位トルクを作用させたときの第2部材50の下面54を基準としたときの相対変位φを模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically relative displacement (phi) when the lower surface 54 of the 2nd member 50 when making unit torque act on the 2nd surface 52 of the 2nd member 50 is made into a reference | standard. 相対回転変位を与えたときの回転変位Ψを固着領域とすべり領域とを用いて模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically rotational displacement (PSI) when giving a relative rotational displacement using a sticking area | region and a sliding area | region. 相対回転変位を与えたときのトルクTを固着領域とすべり領域とを用いて模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the torque T when giving a relative rotational displacement using the adhering area | region and a slip area | region. 相対回転変位を与えたときの摩擦損失仕事Wiを模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the friction loss work Wi when giving a relative rotational displacement. 相対回転変位Ωが振動する場合の摩擦損失仕事Wを模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the friction loss work W in case the relative rotational displacement (omega | ohm) vibrates. 相対回転変位Ωが振動する実験装置の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the experimental apparatus with which relative rotational displacement (ohm) vibrates. 実験装置と実施例による解析例の諸元や条件を一覧表示した説明図である。It is explanatory drawing which displayed the list and the specification and conditions of the analysis example by an experiment apparatus and an Example. 解析例と実験装置の実験による回転変位ΩとトルクTとの関係の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the relationship between the rotational displacement (ohm) by the example of an analysis, and experiment of an experiment apparatus, and the torque T. FIG. 解析例と実験装置の実験による回転変位Ωと摩擦損失仕事Wとの関係の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the relationship between the rotational displacement (ohm) by the example of an analysis, and experiment of an experiment apparatus, and the friction loss work W. FIG. 解析例と実験装置の実験による回転変位Ωと等価減衰係数Deとの関係の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the relationship between the rotational displacement (ohm) by experiment of an analysis example and an experiment apparatus, and the equivalent damping coefficient De. 一般化したすべり状態解析プログラムの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the generalized slip condition analysis program. 接触状態解析プログラムの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of a contact state analysis program.

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。   Next, the form for implementing this invention is demonstrated using an Example.

図1は、本発明の一実施例としてのすべり状態解析装置20の構成の概略を示す構成図である。実施例のすべり状態解析装置20は、図示するように、一般的な汎用コンピュータ22にアプリケーションソフトウエアとしてのすべり状態解析プログラム30がインストールされたものとして構成されている。すべり状態解析プログラム30は、線形データ求解モジュール32、求解モジュール34、領域変更モジュール36、摩擦損失仕事演算モジュール38、を含んでいる。   FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of a slip state analysis apparatus 20 as an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the slip state analysis apparatus 20 according to the embodiment is configured such that a general state computer 22 is installed with a slip state analysis program 30 as application software. The slip state analysis program 30 includes a linear data solution module 32, a solution module 34, a region change module 36, and a friction loss work calculation module 38.

線形データ求解モジュール32は、ボルトなどにより締結された部材の各部(各節点)に対して線形変形の範囲内の力やトルクと各部に作用する応力や各節点の変位との関係を有限要素法解析や差分法あるいは境界要素法などを用いて求解し、得られた解を線形データとしてデータベース化して記憶するモジュールである。   The linear data solution module 32 determines the relationship between the force and torque within the linear deformation range and the stress acting on each part and the displacement of each node with respect to each part (each node) fastened by a bolt or the like. It is a module that finds solutions using analysis, the difference method, the boundary element method, etc., and stores the obtained solutions in a database as linear data.

求解モジュール34は、2部材に相対変位や相対回転変位あるいは相対力や相対トルク(以下、「相対変位等」と省略する。)を作用したときに、線形データを用いて、すべりが生じない固着領域に属すると仮定した節点については、2部材に生じる変位が各節点の変位の和に等しく既知とすると共にすべり方向のせん断力(トルク)を未知とする方程式を作成し、すべりが生じるすべり領域に属すると仮定した節点については、2部材の締結面における対応する節点の変位を未知とすると共にすべり方向のせん断力(トルク)を既知とする方程式を作成し、固着領域の各節点についての方程式とすべり領域の各節点についての方程式とを連立させて解を求めるモジュールである。   The solution module 34 uses linear data to prevent slippage when a relative displacement, a relative rotational displacement, a relative force or a relative torque (hereinafter abbreviated as “relative displacement, etc.”) is applied to two members. For a node assumed to belong to a region, a slip region where slip occurs where the displacement generated in the two members is known equal to the sum of the displacements of each node and the shear force (torque) in the slip direction is unknown. For the nodes assumed to belong to the equation, an equation is created in which the displacement of the corresponding nodes on the fastening surface of the two members is unknown and the shear force (torque) in the sliding direction is known, and the equations for each node in the fixed region This is a module that finds a solution by combining the equations for each node in the slip region.

領域変更モジュール36は、求解モジュール34により得られる解において、固着領域に属する各節点のうちせん断力(トルク)が静止摩擦力を超える節点の少なくとも一部についてはすべり領域に属するものと変更し、すべり領域に属する各節点のうち変位がすべり方向のすべり変位とならない節点の少なくとも一部については固着領域に属するものに変更するモジュールである。例えば、固着領域に属する各節点のうちせん断力(トルク)が静止摩擦力を超える節点のうち最も大きなせん断力(トルク)となる節点をすべり領域に属するものと変更し、すべり領域に属する各節点のうち変位がすべり方向のすべり変位とならない節点のうちすべり方向とは異なるすべり変位が最大のものを固着領域に属するものと変更するものとしてもよい。この変更モジュール36において節点の領域の変更が行なわれなくなるまで領域変更後の各節点に対して求解モジュール34によって求解することと変更モジュール36による領域の変更とを繰り返すことにより、固着領域に属する節点とすべり領域に属する節点とを特定することができる。そして、相対変位等を微小量ずつ増加したり或いは減少したりして同様に固着領域に属する節点とすべり領域に属する節点とを特定することにより、相対変位等の変化に対して固着領域とすべり領域の変動を特定することができる。   In the solution obtained by the solution finding module 34, the region change module 36 changes at least a part of the nodes whose shear force (torque) exceeds the static friction force among the nodes belonging to the fixed region to belong to the slip region, In this module, at least some of the nodes whose displacement does not become the slip displacement in the slip direction among the nodes belonging to the slip region are changed to those belonging to the fixed region. For example, among the nodes belonging to the fixed region, the node having the largest shear force (torque) among the nodes whose shear force (torque) exceeds the static friction force is changed to the one belonging to the slip region, and each node belonging to the slip region Of the nodes whose displacement does not become the slip displacement in the slip direction, the one having the maximum slip displacement different from the slip direction may be changed to belong to the fixing region. The nodes belonging to the fixed region are obtained by repeating the solution by the solution module 34 for each node after the region change and the region change by the change module 36 until the change of the node region in the change module 36 is not performed. And nodes belonging to the slip region can be specified. Then, the relative displacement is increased or decreased by a minute amount, and the nodes belonging to the fixed region and the nodes belonging to the slip region are specified in the same manner, so that the fixed region slides against the change of the relative displacement. Region variations can be identified.

摩擦損失仕事演算モジュール38は、すべり領域に属する節点間のすべり変位と動摩擦力との積により節点の摩擦損失仕事を演算すると共にその総和により相対変位等に対する2部材の締結面における摩擦損失仕事を演算するモジュールである。即ち、相対変位等を微小量ずつ増加したり或いは減少したりして同様に相対変位等の各微小量の変位に対する各節点の摩擦損失仕事を求め、その総和により相対変位等を微小量ずつ増加したり或いは減少したりした際の全体の摩擦損失仕事を求め、更にこの全体の摩擦損失仕事を総和することにより相対変位等の全摩擦損失仕事を演算することができる。相対変位等が振動するものである場合、この全摩擦損失仕事は振動の減衰エネルギーとなる。   The friction loss work calculation module 38 calculates the friction loss work of the nodes by the product of the sliding displacement between the nodes belonging to the slip region and the dynamic friction force, and calculates the friction loss work on the fastening surface of the two members with respect to the relative displacement etc. by the sum. This is a module to calculate. In other words, the relative displacement is increased or decreased by a minute amount, and the friction loss work at each node for each minute displacement, such as relative displacement, is similarly obtained. The total friction loss work such as relative displacement can be calculated by obtaining the total friction loss work when the total friction loss work is reduced or reduced, and further adding up the total friction loss work. When the relative displacement or the like vibrates, this total friction loss work becomes vibration damping energy.

図2は、ボルト締結の2部材にボルト軸を中心軸として振動する回転相対変位(トルク)を作用させたときの締結面におけるすべり状態を解析するすべり状態解析ブログラムの一例を示すフローチャートであり、図3は、ボルト締結の2部材に振動する相対回転変位(トルク)や相対変位(相対力)を作用させた例を示す説明図である。図3に示すように、第1部材40は、図中下面の第1面42をベースプレートとしての第2部材50の上面の第2面52に当接するようにしてボルト60により第2部材50に締結されている。締結面としては、第1部材40の第1面42と第2部材50の第2面52とが該当する。図3(a)は、ボルト60により締結された第1部材40と第2部材50にボルト60の軸を中心軸として振動する回転相対変位(トルク)が作用している様子を説明する説明図であり、図3(b)は、第1部材40と第2部材50に対して平行な振動する相対変位(相対力)が作用している様子を説明する説明図であり、図3(c)は、第1部材40と第2部材50に対して垂直な振動する相対力が作用している様子を説明する説明図である。図2のすべり解析プログラムは、図3(a)の回転相対変位(トルク)が作用している場合のすべり状態を解析するプログラムである。以下、図2のすべり状態解析プログラムの処理に沿って図3(a)のすべり状態の解析方法を説明する。   FIG. 2 is a flowchart showing an example of a slip state analysis program for analyzing a slip state on the fastening surface when a rotational relative displacement (torque) that vibrates about the bolt axis is applied to two bolt fastening members. FIG. 3 is an explanatory view showing an example in which a relative rotational displacement (torque) and a relative displacement (relative force) are applied to two bolt-fastened members. As shown in FIG. 3, the first member 40 is attached to the second member 50 by a bolt 60 so that the first surface 42 of the lower surface in the drawing contacts the second surface 52 of the upper surface of the second member 50 as the base plate. It is concluded. The fastening surface corresponds to the first surface 42 of the first member 40 and the second surface 52 of the second member 50. FIG. 3A is an explanatory diagram for explaining a state in which a rotational relative displacement (torque) that vibrates about the axis of the bolt 60 acts on the first member 40 and the second member 50 fastened by the bolt 60. FIG. 3B is an explanatory diagram for explaining a state in which a relative displacement (relative force) that vibrates in parallel acts on the first member 40 and the second member 50, and FIG. ) Is an explanatory view illustrating a state in which a vertical relative vibrating force is acting on the first member 40 and the second member 50. The slip analysis program of FIG. 2 is a program for analyzing the slip state when the rotational relative displacement (torque) of FIG. The slip state analysis method of FIG. 3A will be described below along the processing of the slip state analysis program of FIG.

図2のすべり状態解析プログラムでは、まず、有限要素法を用いて線形データを求解すると共に線形データをデータベース化して記憶する(ステップS100)。具体的には、ボルト60の締結力(クランプ力)に対して第1部材40の第1面42や第2部材50の第2面52に生じる応力や、ボルト60の軸を中心とするトルクを作用したときの第1部材40の第1面42や第2部材50の第2面52の各部の変位などの線形問題を解析し、解析して得られた結果(線形データ)をデータベース化するのである。図4にボルト60の締結力に対して第2部材50の第2面52に生じる応力(接触応力)の分布の一例を示し、図5にボルト60に単位クランプ力を作用させたときのボルト60の中心軸からの距離rjと応力σjとの関係を示す。したがって、ボルト60にクランプ力Pを作用させると、線形の範囲内では内周側からj番目の径位置にはP×σjの応力が作用することになる。図6に第2部材50の第2面52に単位トルクを作用させたときの第2部材50の下面54を基準としたときの相対変位φを模式的に示す。図6では、内周側からk番目の径位置に単位トルクを作用したときの内周側からj番目の径位置の変位φj,kを示している。このため、内周側からk番目の径位置にトルクTを作用させると、線形の範囲内では内周側からj番目の径位置にはT×φj,kの変位が生じる。内周側からj番目の径位置の回転変位は、最内周側から最外周側までの全ての径位置に作用するトルクによる変位の和となるから、Σ(Ti×φj,i)によって計算することができる。ステップS100では、図5のボルト60に単位クランプ力を作用させたときのボルト60の中心軸からの距離rjの応力σjと、第1部材40の第1面42と第2部材50の第2面52に対して内周側からk番目の径位置に単位トルクを作用したときの内周側からj番目の径位置の変位θj,k,変位φj,kと、を有限要素法により求めて線形データとしてデータベース化して記憶するのである。 In the slip state analysis program of FIG. 2, first, linear data is obtained using the finite element method, and the linear data is stored in a database (step S100). Specifically, the stress generated on the first surface 42 of the first member 40 and the second surface 52 of the second member 50 with respect to the fastening force (clamping force) of the bolt 60, or the torque about the axis of the bolt 60 Analyzing linear problems such as the displacement of each part of the first surface 42 of the first member 40 and the second surface 52 of the second member 50 when acting, and database the results (linear data) obtained by the analysis To do. FIG. 4 shows an example of the distribution of stress (contact stress) generated on the second surface 52 of the second member 50 with respect to the fastening force of the bolt 60, and FIG. 5 shows the bolt when a unit clamping force is applied to the bolt 60. The relationship between the distance r j from the central axis of 60 and the stress σ j is shown. Therefore, when the clamping force P is applied to the bolt 60, the stress of P × σ j is applied to the j-th radial position from the inner peripheral side within the linear range. FIG. 6 schematically shows the relative displacement φ with reference to the lower surface 54 of the second member 50 when unit torque is applied to the second surface 52 of the second member 50. FIG. 6 shows the displacement φ j, k of the jth radial position from the inner peripheral side when the unit torque is applied to the kth radial position from the inner peripheral side. For this reason, when the torque T is applied to the k-th radial position from the inner circumferential side , a displacement of T × φ j, k occurs at the j-th radial position from the inner circumferential side within the linear range. Since the rotational displacement at the j-th radial position from the inner circumferential side is the sum of displacements due to torque acting on all radial positions from the innermost circumferential side to the outermost circumferential side, Σ (T i × φ j, i ) Can be calculated by: In step S100, the stress σ j of the distance r j from the central axis of the bolt 60 when the unit clamping force is applied to the bolt 60 of FIG. 5, the first surface 42 of the first member 40 and the second member 50 The displacement θ j, k and the displacement φ j, k of the j-th radial position from the inner peripheral side when a unit torque is applied to the second surface 52 at the k-th radial position from the inner peripheral side are defined as finite elements. It is obtained by the method and stored as linear data as a database.

次に、第1部材40の第1面42と第2部材50の第2面52との摩擦係数μとボルト60のクランプ力Pを入力する(ステップS110)。ここで、摩擦係数μは、静止摩擦係数と動摩擦係数の2つを用いてもよく、または摩擦係数が摩擦速度の関数であるとしてもよいが、簡便のために単一のものを用いるものとしてもよい。そして、第1部材40の第1面42のうちステップS100により得られた線形データに基づいて接触応力が値0ではない領域をすべりが生じない固着領域であると仮定する(ステップS120)。第1部材40の上面44にボルト60の軸を中心軸とするトルクを作用させると、第1面42には、すべりを生じることなく第2部材50の第2面52に固着している領域(固着領域)と、第2部材50の第2面52に対してすべりが生じている領域(すべり領域)と、第2部材50の第2面52に対して接触応力が値0の非接触領域とが存在するが、実施例のすべり状態解析プログラムでは、初期値として第1面42のうち非接触領域ではない全ての領域を固着領域であると仮定するのである。なお、仮定であるから、初期値として第1面42の内周側からn番目以内の径位置を固着領域であると仮定すると共に内周側からn+1番目以降の径位置をすべり領域であると仮定するものとしてもよい。   Next, the coefficient of friction μ between the first surface 42 of the first member 40 and the second surface 52 of the second member 50 and the clamping force P of the bolt 60 are input (step S110). Here, the friction coefficient μ may be a static friction coefficient or a dynamic friction coefficient, or the friction coefficient may be a function of the friction speed, but a single one is used for convenience. Also good. Then, based on the linear data obtained in step S100 on the first surface 42 of the first member 40, an area where the contact stress is not 0 is assumed to be a fixed area where no slip occurs (step S120). When torque about the axis of the bolt 60 is applied to the upper surface 44 of the first member 40, the first surface 42 is fixed to the second surface 52 of the second member 50 without slipping. (Fixed region), a region where a slip occurs with respect to the second surface 52 of the second member 50 (slip region), and a non-contact with a contact stress of 0 on the second surface 52 of the second member 50 However, in the slip state analysis program of the embodiment, it is assumed that all areas of the first surface 42 that are not non-contact areas are fixed areas as initial values. Since this is an assumption, it is assumed that the nth radial position from the inner peripheral side of the first surface 42 is the fixed region as an initial value, and the n + 1 and subsequent radial positions from the inner peripheral side are the slip regions. It may be assumed.

こうして領域を仮定すると、第2部材50の下面54に対して第1部材40の上面44に相対的に与える回転変位としての相対回転変位Ωiを微小量ΔΩずつ増加して(ステップS130)、ステップS140〜ステップS210の処理を最大相対回転変位に至るまで繰り返す。ステップS130を最初に実行するときには、初期値の相対回転変位Ω0は値0であるから、相対回転変位Ω1は微小量ΔΩとなる。i番目の相対回転変位Ωiは微小量ΔΩとiとの積として計算することができる。こうして相対回転変位Ωiが与えられると、仮定によって固着領域に属するとされた節点については、第2部材50の下面54に対する第2部材50の第2面52上での回転変位φと第1部材40の上面44に対する第1部材40の第1面42上での回転変位θとの和として得られる回転変位Ψを既知とすると共に、トルクTを未知とする方程式を作成する(ステップS140)。図7は、第2部材50の下面54に対して第1部材40の上面44に相対回転変位を与えたときの回転変位Ψを固着領域とすべり領域とを用いて模式的に示す説明図であり、図8は、第2部材50の下面54に対して第1部材40の上面44に相対回転変位を与えたときのトルクTを固着領域とすべり領域とを用いて模式的に示す説明図である。図中、横軸rxは絶対回転変位の原点(ゼロ)の第2部材50の下面54を示し、約30度の斜め線rΩは第1部材40の上面44の周囲の絶対回転変位を示している。なお、図8は模式図であるため、図中の斜め線rΩの角度は模式的に示したものである。横軸rxと斜め線rΩとの間の分岐する太実線(一部破線)の分岐より左側と分岐から右上部が第1部材40の第1面42の各半径での絶対回転変位を示し、太実線(一部破線)の分岐より左側と分岐から右下部が第2部材50の第2面52の各半径での絶対回転変位を示している。太実線(一部破線)の分岐より左側は固着領域であり、分岐より右側がすべり領域と非接触領域である。なお、図中下部には接触応力σkを示した。図7に示すように、内周側からk番目の径位置の回転変位Ψkは、第1部材40の第1面42の変位θkと第2部材50の第2面52の変位φkとの和として定義した。固着領域では、与えられた相対回転変位Ωが回転変位Ψに等しくなり、既知とすることができる。 Assuming the region in this way, the relative rotational displacement Ω i as a rotational displacement given relative to the lower surface 54 of the second member 50 relative to the upper surface 44 of the first member 40 is increased by a minute amount ΔΩ (step S130). Steps S140 to S210 are repeated until the maximum relative rotational displacement is reached. When step S130 is executed for the first time, the initial value of the relative rotational displacement Ω 0 is 0, so the relative rotational displacement Ω 1 is a minute amount ΔΩ. The i-th relative rotational displacement Ω i can be calculated as a product of a minute amount ΔΩ and i. When the relative rotational displacement Ω i is given in this way, the rotational displacement φ on the second surface 52 of the second member 50 relative to the lower surface 54 of the second member 50 and the first displacement are assumed to belong to the fixed region by assumption. An equation is prepared in which the rotational displacement Ψ obtained as the sum of the rotational displacement θ on the first surface 42 of the first member 40 with respect to the upper surface 44 of the member 40 is known and the torque T is unknown (step S140). . FIG. 7 is an explanatory diagram schematically showing the rotational displacement Ψ when a relative rotational displacement is given to the upper surface 44 of the first member 40 with respect to the lower surface 54 of the second member 50 using a fixed region and a slip region. FIG. 8 is an explanatory diagram schematically showing the torque T when a relative rotational displacement is given to the upper surface 44 of the first member 40 with respect to the lower surface 54 of the second member 50 using a fixing region and a sliding region. It is. In the figure, the horizontal axis r x represents the lower surface 54 of the second member 50 of the origin of the absolute rotational displacement (zero), the oblique line r Omega about 30 degrees absolute rotational displacement around the upper surface 44 of the first member 40 Show. 8 shows for a schematic diagram, the angle of the oblique line r Omega in the figure illustrates schematically. The horizontal axis r x and the left and right upper from a branch from the branching of the branch to a thick solid line (a portion broken line) between the diagonal line r Omega absolute rotational displacement at each radius of the first surface 42 of the first member 40 The left side of the thick solid line (partially broken line) branch and the lower right part of the branch indicate the absolute rotational displacement at each radius of the second surface 52 of the second member 50. The left side of the thick solid line (partially broken line) branch is a fixing region, and the right side of the branch is a slip region and a non-contact region. In the lower part of the figure, the contact stress σ k is shown. As shown in FIG. 7, the rotational displacement Ψ k at the k-th radial position from the inner peripheral side is the displacement θ k of the first surface 42 of the first member 40 and the displacement φ k of the second surface 52 of the second member 50. And defined as the sum of In the fixed region, the given relative rotational displacement Ω is equal to the rotational displacement ψ and can be known.

一方、仮定によってすべり領域に属するとされた節点については、回転変位Ψを未知とすると共にトルクTを既知する方程式を作成する(ステップS150)。すべり領域では、内周側からj番目のトルクTjは、摩擦力qjと回転中心からの距離rjとの積として計算することができる。ここで摩擦力qjは、摩擦係数μと接触応力σjと内周側からj番目の径位置の面積2πrj・Δrとの積として次式(1)により表わされるから、既知とすることができる。なお、本プログラムにより最初にステップS150が実行されるときには、ステップS120で第1部材40の第1面42のうち非接触領域ではない全ての領域をすべりが生じない固着領域であると仮定されているから、何ら方程式の作成は行なわれない。 On the other hand, for a node that is assumed to belong to the slip region by assumption, an equation for making the rotational displacement Ψ unknown and the torque T known is created (step S150). In the slip region, the j-th torque T j from the inner circumference side can be calculated as the product of the frictional force q j and the distance r j from the rotation center. Here, the frictional force q j is expressed by the following equation (1) as a product of the friction coefficient μ, the contact stress σ j, and the area 2πr j · Δr at the j-th radial position from the inner circumference side, and therefore should be known. Can do. When step S150 is first executed by this program, it is assumed in step S120 that all areas that are not non-contact areas of the first surface 42 of the first member 40 are fixed areas that do not slip. Therefore, no equation is created.

こうして固着領域に属する節点についての方程式とすべり領域に属する節点についての方程式を作成すると、作成した方程式を連立させて次式(2)の連立方程式とし、固着領域の未知のトルクTとすべり領域の未知の回転変位Ψとを解として求める(ステップS160)。式(2)では、内周側からstk番目以内が固着領域であり、内周側からstk番目の次からsld番目までがすべり領域である。したがって、左辺の回転変位のうちΨ1〜Ψstkまでは既知であり、Ψstkの次からΨsldまでは未知である。また、右辺のトルクのうちT1〜Tstkまでは未知であり、Tstkの次からTsldまでは既知である。このため、未知数と方程式数が同一であるから、連立一次方程式として解を求めることができる。なお、非接触領域に属する節点については、トルクTが値0として方程式を作成し、固着領域に属する節点やすべり領域に属する節点についての方程式と共に連立させて連立方程式としてもよい。この場合、非接触領域に属する節点の変位を求めることができる。 In this way, when the equation for the node belonging to the fixed region and the equation for the node belonging to the slip region are created, the created equation is combined into the simultaneous equation of the following equation (2), and the unknown torque T in the fixed region and the slip region An unknown rotational displacement Ψ is obtained as a solution (step S160). In the expression (2), the stk region from the inner periphery side is the fixed region, and the stk number from the inner periphery side to the sld region is the slip region. Therefore, from the rotational displacement on the left side, ψ 1 to ψ stk are known, and from ψ stk to ψ sld are unknown. Further, T 1 to T stk of the torque on the right side is unknown, and from T stk to T sld is known. For this reason, since the number of unknowns and the number of equations are the same, a solution can be obtained as a simultaneous linear equation. For the nodes belonging to the non-contact region, an equation may be created with the torque T as a value of 0, and the equations may be combined with the equations for the nodes belonging to the fixed region and the slip region to form simultaneous equations. In this case, the displacement of the node belonging to the non-contact area can be obtained.

こうして連立方程式を解くと、固着領域に属する節点のうち最外周側の節点についてトルクTstkが摩擦力qstkと回転中心からの距離rstkとの積以下であるか否かを判定し、トルクTstkが摩擦力qstkと距離rstkとの積より大きいときには、固着領域の最外周側の節点の属する領域を固着領域からすべり領域に変更する(ステップS170)。そして、こうした領域の変更なしの判定(ステップS180)に対して否定的判定がなされ、ステップS140に戻り、新たな固着領域とすべり領域との仮定に基づいて式(2)の連立方程式を作成して解を求め、再び固着領域に属する節点のうち最外周側の節点についてトルクTstkが摩擦力qstkと距離rstkとの積以下であるか否かを判定するのである。 When the simultaneous equations are solved in this manner, it is determined whether or not the torque T stk is less than or equal to the product of the friction force q stk and the distance r stk from the rotation center at the outermost peripheral node among the nodes belonging to the fixed region. When T stk is larger than the product of the frictional force q stk and the distance r stk , the region to which the outermost node of the fixed region belongs is changed from the fixed region to the slip region (step S170). Then, a negative determination is made with respect to the determination that there is no change in the area (step S180), and the process returns to step S140, and the simultaneous equations of expression (2) are created based on the assumption of the new fixed area and the slip area. Then, a solution is obtained, and it is determined again whether or not the torque T stk is less than or equal to the product of the frictional force q stk and the distance r stk at the outermost peripheral node among the nodes belonging to the fixed region.

ステップS180で固着領域の最外周側の節点に対する領域の変更なしと判定されると、そのときに仮定されている固着領域とすべり領域をその相対回転変位Ωiにおける固着領域とすべり領域として特定する(ステップS190)。そして、すべり領域の各節点において相対回転変位Ωiに対して摩擦損失仕事Wiを計算する(ステップS200)。摩擦損失仕事Wiは、次式(3)により表わされる。式(3)中のui,jは式(4)により表わされる。この摩擦損失仕事Wiは、図9の最大相対回転変位Ωampおよびこれと反対側の最大相対回転変位−Ωampを与えたときの摩擦損失仕事Wiを模式的に示す説明図に示すように、ハッチングの領域で示されるすべり領域の各節点における接触応力と微小リング要素の面積(内周側からj番目の径位置の面積2πrj・Δr)と摩擦係数とすべり量の積(各節点の摩擦損失仕事)の総和として表わすことができる。 If it is determined in step S180 that there is no change in the region with respect to the outermost peripheral node of the fixed region, the fixed region and the slip region assumed at that time are specified as the fixed region and the slip region at the relative rotational displacement Ωi ( Step S190). Then, the friction loss work W i is calculated with respect to the relative rotational displacement Ω i at each node of the slip region (step S200). The friction loss work W i is expressed by the following equation (3). U i, j in equation (3) is expressed by equation (4). The friction loss work W i is shown in an explanatory diagram schematically showing the friction loss work W i when the maximum relative rotational displacement Ω amp and the maximum relative rotational displacement −Ω amp on the opposite side are given in FIG. The product of the contact stress, the area of the minute ring element (area 2πr j · Δr at the j-th radial position from the inner circumference side), the friction coefficient, and the slip amount at each node in the slip region indicated by the hatched region (each node) Of friction loss work).

こうして摩擦損失仕事Wiを計算すると、相対回転変位Ωが最大相対回転変位Ωampに至っているか否かを判定し(ステップS210)、相対回転変位Ωが最大相対回転変位Ωampに至っていないときには、相対回転変位Ωが最大相対回転変位Ωampに至るまで、ステップS130に戻って相対回転変位Ωiを微小量ΔΩだけ増加するステップS130〜ステップS210の処理を繰り返し実行する。即ち、相対回転変位Ωを微小量ΔΩずつ増加して各相対回転変位Ωにおける固着領域とすべり領域とを特定すると共に摩擦損失仕事Wiを計算するのである。相対回転変位Ωが最大相対回転変位Ωampに至っているときには、すべり状態の解析が完了したとしてプログラムを終了する。 When the friction loss work W i is calculated in this way, it is determined whether or not the relative rotational displacement Ω has reached the maximum relative rotational displacement Ω amp (step S210), and when the relative rotational displacement Ω has not reached the maximum relative rotational displacement Ω amp , relative rotational displacement Omega is up to the maximum relative rotational displacement Omega # 038, repeats the processing of steps S130~ step S210 of increasing the relative rotational displacement Omega i minute amount ΔΩ returns to step S130. That is, the relative rotational displacement Ω is increased by a minute amount ΔΩ to identify the fixed region and the slip region at each relative rotational displacement Ω and calculate the friction loss work Wi. When the relative rotational displacement Ω reaches the maximum relative rotational displacement Ω amp , the program is terminated on the assumption that the slip state analysis has been completed.

いま、相対回転変位Ωが振動する場合を考える。この場合、摩擦損失仕事は減衰力の原因となるから、等価減衰係数Deは次式(5)により与えられる。ここで摩擦損失仕事Wは振動振幅Ωampの振動1周期間に散逸する摩擦損失仕事である。図10に相対回転変位Ωが振動する場合の摩擦損失仕事Wを模式的に示す。図示するように、回転変位ΩとトルクTの関係は、まず、ポイントAから回転変位ΩとトルクTとが矢印線に沿ってポイントBに至る。そして、ポイントBから下側の矢印線に沿ってポイントCに至り、ポイントCから上側の矢印線に沿ってポイントBに至るヒステリシスを描くようになる。摩擦損失仕事Wは、このヒステリシスの領域(上側の矢印線と下側の矢印線で囲まれたハッチングされた領域)の面積として表わすことができる。回転変位ΩとトルクTの関係がポイントAからポイントBに至るまでに図9(a)に示す摩擦損失仕事WA-BとしてWiを散逸する。ポイントCは、ポイントBと対称であるから、図9(b)に示す状態になっており、それゆえポイントBからポイントCに至るまでに摩擦損失仕事WB-Cとして2Wiを散逸する。同様に、ポイントCからポイントBまでにも摩擦損失仕事WC-Bとして2Wiを散逸する。この結果、1周期では、摩擦損失仕事Wは4Wiとなる。このため、摩擦損失仕事Wは、ポイントAからポイントBに至るまでの摩擦損失仕事WA-Bの4倍(W=4WA-B)として表わすことができる。等価減衰係数Deを求めるためには、ポイントAからポイントBに至るまで、即ち、相対回転変位Ωが値0から最大相対回転変位Ωampに至るまでを図2に例示したすべり状態解析プログラムにより解析すればよいことになる。なお、これらは摩擦係数が一定とする簡易的な解法で成立するものであり、厳密には摩擦係数が摩擦速度の関数となる場合には成立しない。 Consider the case where the relative rotational displacement Ω vibrates. In this case, since the friction loss work causes a damping force, the equivalent damping coefficient De is given by the following equation (5). Here, the friction loss work W is the friction loss work dissipated in one vibration cycle of the vibration amplitude Ω amp . FIG. 10 schematically shows the friction loss work W when the relative rotational displacement Ω vibrates. As shown in the drawing, the relationship between the rotational displacement Ω and the torque T is as follows. First, from the point A, the rotational displacement Ω and the torque T reach the point B along the arrow line. A hysteresis is drawn from point B to point C along the lower arrow line and from point C to point B along the upper arrow line. The friction loss work W can be expressed as the area of this hysteresis region (a hatched region surrounded by an upper arrow line and a lower arrow line). Dissipating W i by the relationship between the rotational displacement Ω and the torque T reaches the point A to the point B as a friction loss work WA-B shown in Figure 9 (a). Since the point C is symmetrical with the point B, the state shown in FIG. 9B is obtained, and therefore 2W i is dissipated as the friction loss work WB-C from the point B to the point C. Similarly, 2W i is dissipated from point C to point B as friction loss work WC-B. As a result, in one cycle, the friction loss work W is 4W i . Therefore, the friction loss work W can be expressed as four times the friction loss work WA-B from the point A to the point B (W = 4WA-B). In order to obtain the equivalent damping coefficient De, analysis from the point A to the point B, that is, the relative rotational displacement Ω from the value 0 to the maximum relative rotational displacement Ω amp is analyzed by the slip state analysis program illustrated in FIG. You can do it. Note that these are established by a simple solution in which the friction coefficient is constant, and strictly speaking, they are not established when the friction coefficient is a function of the friction speed.

図11は、相対回転変位Ωが振動する実験装置の一例を示す構成図である。図11(a)は実験装置の正面を示し、図11(b)は実験装置の側面を示す。図12は、実験装置と実施例による解析例の諸元や条件を一覧表示した説明図である。実験装置では、第2部材としては鋳鉄により形成された一辺が130mmの正方形で厚みが30mmのプレートを用い、第1部材としては鋼鉄(SS400)により形成された80mm×175mmの四角形で厚みが10mmのプレートを用いた。第1部材および第2部材には、締結用のボルト孔として中心にφ10mmが形成されている。図11に示すように、第1部材には、プレートスプリングによりウエイトが取り付けられており、ウエイトを図11(a)中右側に引いた状態でピアノ線を切断し、ウエイトを図11(a)中の左右に振動させることにより、相対回転変位Ωを振動させる。この装置ではウエイトの振動周期が25Hz、角速度ωが50π[rad/s]となるように調整されている。   FIG. 11 is a configuration diagram illustrating an example of an experimental apparatus in which the relative rotational displacement Ω vibrates. FIG. 11A shows the front of the experimental apparatus, and FIG. 11B shows the side of the experimental apparatus. FIG. 12 is an explanatory diagram showing a list of specifications and conditions of an analysis example according to an experimental apparatus and an example. In the experimental apparatus, a square plate with a side of 130 mm and a thickness of 30 mm formed of cast iron is used as the second member, and a square of 80 mm × 175 mm formed of steel (SS400) as the first member with a thickness of 10 mm. Plates were used. The first member and the second member are formed with φ10 mm at the center as fastening bolt holes. As shown in FIG. 11, a weight is attached to the first member by a plate spring, and the piano wire is cut in a state where the weight is pulled to the right side in FIG. The relative rotational displacement Ω is vibrated by vibrating left and right inside. This apparatus is adjusted so that the vibration period of the weight is 25 Hz and the angular velocity ω is 50π [rad / s].

一方、解析例では、第2部材としては弾性率が110GPaでポアソン比が0.3の材料により形成された直径130mmの円形で厚みが30mmのプレートを用い、第1部材としては弾性率が200GPaでポアソン比が0.3の材料により形成された直径80mmの円形で厚みが10mmのプレートを用いた。第1部材および第2部材には、締結用のボルト孔として中心にφ10mmが形成されている。解析条件としては、振動周期と角速度ωについて実験装置と同一になるように25Hz,50π[rad/s]とし、相対回転変位Ωを増加する微小量ΔΩを0.4[μrad]、径方向の径位置の増加量Δrを0.5[mm]、摩擦係数μを0.17とした。   On the other hand, in the analysis example, a circular plate having a diameter of 130 mm and a thickness of 30 mm formed of a material having an elastic modulus of 110 GPa and a Poisson's ratio of 0.3 is used as the second member, and the elastic modulus is 200 GPa as the first member. A circular plate having a diameter of 80 mm and a thickness of 10 mm made of a material having a Poisson's ratio of 0.3 was used. The first member and the second member are formed with φ10 mm at the center as fastening bolt holes. As analysis conditions, the vibration period and the angular velocity ω are set to 25 Hz and 50π [rad / s] so as to be the same as the experimental apparatus, the minute amount ΔΩ that increases the relative rotational displacement Ω is 0.4 [μrad], and the radial direction The increase Δr of the radial position was 0.5 [mm], and the friction coefficient μ was 0.17.

解析例による解析結果と実験装置による実験結果を図13〜図15に示す。図13に回転変位ΩとトルクTとの関係の結果を示し、図14に回転変位振幅Ωと摩擦損失仕事Wとの関係の結果を示し、図15は回転変位振幅Ωと等価減衰係数Deとの関係の結果を示す。図中、P=10kN,20kN,30kN,40kNの各曲線は、クランプ力Pが10kN,20kN,30kN,40kNのときの解析例を示す。図中、丸印,三角印,四角印,菱形印は、クランプ力Pが10kN,20kN,30kN,40kNのときの実験装置による実験結果を示す。図13中、「No slip」の直線は、全てが固着領域ですべりがないものとしたときの解析例である。解析例は、実験装置による実験結果に対して比較的よく一致しているということができる。したがって、実施例のすべり状態解析装置20による解析結果は、充分に実用的であると言える。   The analysis result by an analysis example and the experiment result by an experimental apparatus are shown in FIGS. FIG. 13 shows the result of the relationship between the rotational displacement Ω and the torque T, FIG. 14 shows the result of the relationship between the rotational displacement amplitude Ω and the friction loss work W, and FIG. 15 shows the rotational displacement amplitude Ω and the equivalent damping coefficient De. The result of the relationship is shown. In the drawing, each curve of P = 10 kN, 20 kN, 30 kN, and 40 kN shows an analysis example when the clamping force P is 10 kN, 20 kN, 30 kN, and 40 kN. In the figure, circles, triangles, squares, and rhombuses indicate the experimental results of the experimental apparatus when the clamping force P is 10 kN, 20 kN, 30 kN, and 40 kN. In FIG. 13, the straight line “No slip” is an analysis example when it is assumed that all are fixed areas and no slip occurs. It can be said that the analysis example is comparatively well matched with the experimental result by the experimental apparatus. Therefore, it can be said that the analysis result by the slip state analysis apparatus 20 of the embodiment is sufficiently practical.

以上説明した実施例のすべり状態解析装置20では、まず、ボルト60により締結された第1部材40と第2部材50のクランプ力Pやボルト60の軸周りのトルクに対して1回だけ有限要素法により線形データを求解してデータベース化して記憶しておく。求解ステップとして、線形データを利用して、固着領域に属する節点については回転変位Ψを既知とすると共にトルクTを未知として方程式を作成し、すべり領域に属する節点については回転変位Ψを未知とすると共にトルクTを既知として方程式を作成し、作成した方程式を連立させて未知の回転変位Ψと未知のトルクTとを求める。領域変更ステップとして、固着領域に属する節点のうち最外周側の節点についてトルクTstkが摩擦力qstkと回転中心からの距離rstkとの積より大きいときには固着領域の最外周側の節点の属する領域を固着領域からすべり領域に変更する。こうした領域の変更が行なわれなくなるまで求解ステップと領域変更ステップとを繰り返すことにより、固着領域とすべり領域をその相対回転変位Ωiにおける固着領域とすべり領域として特定することができる。このように繰り返し処理に有限要素法解析が含まれないから、繰り返し処理を迅速に終了することができる。しかも、初期値として、全ての領域を固着領域としたから、固着領域の最外周側の節点についてのみトルクTstkが摩擦力qstkと回転中心からの距離rstkとの積より大きいか否かの判定を行なえばよいから、計算量を大幅に小さくすることができ、解析時間の短縮化を図ることができる。 In the slip state analysis apparatus 20 of the embodiment described above, first, the finite element is only once for the clamping force P of the first member 40 and the second member 50 fastened by the bolt 60 and the torque around the axis of the bolt 60. The linear data is solved by the method and stored in a database. As a solving step, using linear data, an equation is created with the rotational displacement ψ known and torque T unknown for nodes belonging to the fixed region, and the rotational displacement ψ unknown for nodes belonging to the slip region. At the same time, an equation is created assuming that the torque T is known, and an unknown rotational displacement ψ and an unknown torque T are obtained by simultaneous creation of the created equations. As a region change step, when the torque T stk is larger than the product of the friction force q stk and the distance r stk from the rotation center at the outermost peripheral node among the nodes belonging to the fixed region, the outermost peripheral node of the fixed region belongs. Change the area from the fixed area to the sliding area. By repeating the solution finding step and the region changing step until the change of the region is not performed, the fixed region and the slip region can be specified as the fixed region and the slip region at the relative rotational displacement Ω i . As described above, since the finite element method analysis is not included in the iterative process, the iterative process can be completed quickly. In addition, since all regions are fixed regions as initial values, whether or not the torque T stk is larger than the product of the friction force q stk and the distance r stk from the rotation center only at the outermost peripheral node of the fixed region. Therefore, the calculation amount can be greatly reduced, and the analysis time can be shortened.

実施例のすべり状態解析装置20では、静止摩擦係数と動摩擦係数とを区別せずに摩擦係数μを用いたが、静止摩擦係数と動摩擦係数とを区別して用いるものとしてもよく、摩擦係数を摩擦速度の関数として扱ってもよい。また、実施例のすべり状態解析装置20では、初期値として第1面42のうち非接触領域ではない全ての領域を固着領域と仮定したが、初期値として非接触領域ではない領域のうち内周側から径方向に3/4までを固着領域と仮定すると共にそれより外周側をすべり領域と仮定するなどと適宜固着領域とすべり領域とを仮定するものとしてもよい。   In the slip state analysis apparatus 20 of the embodiment, the friction coefficient μ is used without distinguishing between the static friction coefficient and the dynamic friction coefficient. However, the static friction coefficient and the dynamic friction coefficient may be used separately. May be treated as a function of speed. Further, in the slip state analysis apparatus 20 of the embodiment, all the regions that are not the non-contact region in the first surface 42 are assumed as the fixed regions as the initial values, but the inner periphery of the regions that are not the non-contact regions as the initial values. It is also possible to assume the fixing region and the sliding region as appropriate, assuming that the region from the side to 3/4 in the radial direction is the fixing region and the outer peripheral side thereof is the sliding region.

実施例のすべり状態解析装置20では、図3(a)の回転相対変位(トルク)が作用している場合のすべり状態を解析するために図2のすべり解析プログラムを用いたが、図3(b)の第1面42と第2面52に対して平行な振動する相対変位(相対力)が作用している場合や、図3(c)の第1面42と第2面52に対して垂直な振動する相対変位(相対力)が作用している場合(ただし、接触領域が変化しない場合)についてのすべり状態を解析するためには、図16のすべり状態解析プログラムを用いればよい。この図16のすべり状態解析プログラムは、図2のすべり状態解析プログラムを一般化したものであるから、基本的には同様の処理となる。したがって、重複する記載を回避するために、同様の処理についての説明は充分に理解できる程度に省略する。なお、同様の処理であることが容易に理解できるように、図16のすべり状態解析プログラムのステップ番号には図2のすべり状態解析プログラムの各処理と同様の処理に対しては同一のステップ番号に1000を加えたものとした。したがって、図16のすべり状態解析プログラムにおいて、全く新規な処理はステップS1175となる。以下に、図16のすべり状態解析プログラムを用いて図3(b)や図3(c)の場合のすべり状態の解析について説明する。   In the slip state analyzing apparatus 20 of the embodiment, the slip analysis program of FIG. 2 is used to analyze the slip state when the rotational relative displacement (torque) of FIG. When the relative displacement (relative force) which vibrates in parallel with respect to the 1st surface 42 and 2nd surface 52 of b) is acting, or with respect to the 1st surface 42 and 2nd surface 52 of FIG.3 (c). In order to analyze the slip state in the case where the relative displacement (relative force) that vibrates vertically is acting (however, the contact area does not change), the slip state analysis program of FIG. 16 may be used. The slip state analysis program shown in FIG. 16 is a generalized version of the slip state analysis program shown in FIG. Therefore, in order to avoid redundant descriptions, descriptions of similar processing are omitted to the extent that they can be fully understood. In order to easily understand that the processing is the same, the step number of the slip state analysis program in FIG. 16 includes the same step number for the same processing as each processing of the slip state analysis program in FIG. 1000 was added. Therefore, a completely new process in the slip state analysis program of FIG. 16 is step S1175. Hereinafter, the analysis of the slip state in the case of FIG. 3B or 3C will be described using the slip state analysis program of FIG.

図16のすべり状態解析プログラムでは、まず、有限要素法を用いて線形データを求解すると共に結果として得られる線形データをデータベース化して記憶する(ステップS1100)。線形データとしては、各部材の境界面上にあって、相対変位や相対力,相対回転変位,トルクなどの相対変位等が作用する各節点、および締結面である第1部材の第1面または第2部材の第2面の各節点のうち、ある節点のある方向のみに単位変位を与え、他の節点変位をすべて固定したときに各節点、各方向に生じる力などが該当する。続いて、摩擦係数μや固定的に作用している作用力Pを入力する(ステップS1110)。固定的に作用している作用力としては、ボルトのクランプ力に限られず、固定的に作用している全ての力を意味している。そして、第1部材の第1面と第2部材の第2面に対して固着領域とすべり領域を仮定する(ステップS1120)。ここで、固着領域とすべり領域については、如何なる領域を仮定しても構わないが、繰り返し処理を減らして解析時間を短くするために妥当であると考えられる領域を仮定するのが好ましい。   In the slip state analysis program of FIG. 16, first, linear data is obtained using the finite element method, and the resulting linear data is stored in a database (step S1100). As the linear data, each node on the boundary surface of each member on which relative displacement such as relative displacement, relative force, relative rotational displacement, and torque acts, and the first surface of the first member that is the fastening surface or Among the nodes on the second surface of the second member, a unit displacement is given only in a certain direction of a certain node, and a force generated in each node and each direction when all the other node displacements are fixed. Subsequently, the friction coefficient μ and the acting force P acting in a fixed manner are input (step S1110). The acting force acting fixedly is not limited to the clamping force of the bolt, but means all forces acting fixedly. Then, a fixed region and a slip region are assumed with respect to the first surface of the first member and the second surface of the second member (step S1120). Here, any region may be assumed as the fixed region and the slip region, but it is preferable to assume a region that is considered appropriate for reducing the repetitive processing and shortening the analysis time.

続いて、相対変位等を微小量ずつ増加したり或いは減少したりして(ステップS1130)、ステップS1140〜ステップS1210の処理を最大の相対変位等に至るまで繰り返す。繰り返し処理では、まず、仮定によって固着領域に属するとされた節点については、変位Ψが2部材間に与えられた相対変位に等しく既知とすると共にせん断力Fを未知とする方程式を作成し(ステップS1140)、仮定によってすべり領域に属するとされた節点については、変位Ψを未知とすると共にせん断力Fを既知する方程式を作成し(ステップS1150)、これらの方程式を連立させて未知の変位Ψとせん断力Fを求める(ステップS1160)。固着領域の節点について変位Ψが既知であることは、2部材間に与えた相対変位が各部材の相対変位(各部材の変形量)の和になっているからである。また、すべり領域の節点についてせん断力Fが既知であることは、動摩擦力に基づいて求めることができるからである。   Subsequently, the relative displacement or the like is increased or decreased by a minute amount (step S1130), and the processing of steps S1140 to S1210 is repeated until the maximum relative displacement or the like is reached. In the iterative process, first, for a node that is assumed to belong to the fixed region, an equation is prepared in which the displacement ψ is known to be equal to the relative displacement given between the two members and the shear force F is unknown (step). S1140) For the nodes that are assumed to belong to the slip region by assumption, an equation for making the displacement ψ unknown and the shearing force F known is created (step S1150), and these equations are coupled to the unknown displacement ψ. A shearing force F is obtained (step S1160). The reason why the displacement ψ is known at the node of the fixed region is that the relative displacement given between the two members is the sum of the relative displacements of each member (the amount of deformation of each member). In addition, the fact that the shear force F is known at the nodes of the slip region can be obtained based on the dynamic friction force.

こうして連立方程式を解くと、固着領域に属する各節点のうちせん断力が静止摩擦力より大きい節点の少なくとも一部については固着領域からすべり領域に領域変更を行ない(ステップS1170)、すべり領域に属する各節点のうち変位Ψがすべり方向のすべり変位とならない節点の少なくとも一部についてはすべり領域から固着領域に領域変更を行なう(ステップS1180)。固着領域からすべり領域に領域変更については実施例と同様である。すべり領域に属する節点は、すべり方向に変位するから、すべり方向に変位しない節点がすべり領域に属するのは矛盾となる。また、仮定したせん断力の方向(すべりの逆方向)とすべり変位の方向がなす角度が小さい(90度未満)ときには、すべり領域としたことが矛盾となり、なす角が大きい(90度以上であって180度との誤差が十分に小さくないとき)にはすべり方向を修正する必要が生じる。こうした矛盾を回避するために、すべり領域に属する各節点のうち変位Ψがすべり方向のすべり変位とならない節点の一部についてはすべり領域から固着領域に領域変更やすべり方向の修正を行なうのである。固着領域からすべり領域への領域変更やすべり領域から固着領域への領域変更が行なわれなくなるまで、変更された領域に基づいてステップS1140〜S1180までの処理を繰り返し、領域とせん断力の方向(すべりの逆方向)の変更が行なわれなくなると、そのときに仮定されている固着領域とすべり領域をその相対変位等における固着領域とすべり領域として特定する(ステップS1190)。そして、すべり領域の各節点における相対変位に対して摩擦損失仕事を計算し(ステップS1200)、相対変位等が最大の相対変位等になるまで、ステップS1130に戻って相対変位等を微小量だけ増加する処理からステップS1210までを繰り返す。   When the simultaneous equations are solved in this way, among the nodes belonging to the fixed region, at least some of the nodes whose shear force is greater than the static friction force, the region is changed from the fixed region to the slip region (step S1170). At least a part of the nodes where the displacement ψ does not become the slip displacement in the slip direction is changed from the slip region to the fixed region (step S1180). The area change from the fixed area to the sliding area is the same as in the embodiment. Since the nodes belonging to the slip region are displaced in the slip direction, it is contradictory that the nodes not displaced in the slip direction belong to the slip region. In addition, when the angle formed between the assumed shear force direction (the reverse direction of the slip) and the slip displacement direction is small (less than 90 degrees), the slip region is contradictory, and the angle formed is large (greater than 90 degrees). Therefore, it is necessary to correct the slip direction. In order to avoid such a contradiction, among the nodes belonging to the slip region, for some of the nodes where the displacement Ψ does not become the slip displacement in the slip direction, the region is changed from the slip region to the fixed region and the slip direction is corrected. The process from step S1140 to step S1180 is repeated based on the changed area until the area change from the fixing area to the sliding area or the area change from the sliding area to the fixing area is not performed. If the change in the opposite direction) is not performed, the fixing region and the sliding region assumed at that time are specified as the fixing region and the sliding region in the relative displacement or the like (step S1190). Then, the friction loss work is calculated with respect to the relative displacement at each node in the slip region (step S1200), and the process returns to step S1130 and the relative displacement is increased by a minute amount until the relative displacement becomes the maximum relative displacement. Steps S1210 to S1210 are repeated.

以上説明した図16のすべり状態解析プログラムを実行することにより、2部材に対して相対変位や相対回転変位,相対力,トルクが作用したときの当接面における固着領域とすべり領域とを相対変位等を微小量ずつ変動させて特定することができる。しかも、すべり領域による摩擦損失仕事も計算するから、減衰現象を解析することができる。もとより、繰り返し処理中に有限要素法による線形データの求解が含まれないから、繰り返し処理を迅速に終了することができ、すべり状態の解析を短時間に行なうことができる。   By executing the slip state analysis program of FIG. 16 described above, the relative displacement between the fixed region and the slip region on the contact surface when relative displacement, relative rotational displacement, relative force, and torque are applied to the two members is performed. Etc. can be specified by varying each minute amount. Moreover, since the friction loss work due to the slip region is also calculated, the damping phenomenon can be analyzed. Of course, since the solution of linear data by the finite element method is not included in the iterative process, the iterative process can be completed quickly, and the slip state can be analyzed in a short time.

実施例では、接触面における各節点が固着しているかすべっているかのすべり状態を解析するものとしたが、接触面における各節点が接触しているか接触していないかの接触状態を解析するものとしてもよい。図17は、図1のコンピュータにすべり状態解析プログラムに代えてインストールする接触状態解析プログラムの一例を示すフローチャートである。したがって、図17の接触状態解析プログラムがインストールされたコンピュータは接触状態解析装置として機能する。図17の接触状態解析プログラムは、図16のすべり状態解析プログラムを簡便化すると共に若干の変更を施したものであるため、基本的には同様の処理となる。したがって、重複する記載を回避するために、同様の処理についての説明は充分に理解できる程度に省略する。なお、同様の処理であることが容易に理解できるように、図17の接触状態解析プログラムのステップ番号には図16のすべり状態解析プログラムの各処理と同様の処理に対しては2000番台とした。以下に、図17の接触状態解析プログラムを用いて接触状態の解析について説明する。   In the embodiment, the slip state is analyzed whether each node on the contact surface is fixed or slipped, but the contact state is analyzed whether each node on the contact surface is in contact or not in contact. It is good. FIG. 17 is a flowchart showing an example of a contact state analysis program installed in the computer of FIG. 1 instead of the slip state analysis program. Therefore, the computer in which the contact state analysis program of FIG. 17 is installed functions as a contact state analysis device. The contact state analysis program shown in FIG. 17 is basically the same process because the slip state analysis program shown in FIG. 16 is simplified and slightly modified. Therefore, in order to avoid redundant descriptions, descriptions of similar processing are omitted to the extent that they can be fully understood. In order to easily understand that the processing is the same, the step number of the contact state analysis program in FIG. 17 is set to the 2000s for the same processing as each processing of the slip state analysis program in FIG. . The contact state analysis will be described below using the contact state analysis program of FIG.

図17の接触状態解析プログラムでは、まず、有限要素法を用いて線形データを解析すると共に線形データをデータベース化して記憶する(ステップS2100)。線形データとしては、解析対象の各部材の境界面上にあって、相対変位や相対力,相対回転変位,トルクなどの相対変位等が作用する各節点、および接触面である第1部材の第1面または第2部材の第2面の各節点のうち、ある節点のある方向のみに単位変位を与え、他の節点変位をすべて固定したときに各節点、各方向に生じる力などが該当する。続いて、固定的に作用している作用力を入力し(ステップS2110)、第1部材の第1面と第2部材の第2面に対して接触している接触領域と接触していない非接触領域を仮定する(ステップS2120)。ここで、接触領域と非接触領域については、如何なる領域を仮定しても構わないが、繰り返し処理を減らして解析時間を短くするために妥当であると考えられる領域を仮定するのが好ましい。   In the contact state analysis program of FIG. 17, first, linear data is analyzed using the finite element method and the linear data is stored in a database (step S2100). The linear data includes the nodes on the boundary surface of each member to be analyzed, the nodes on which relative displacement such as relative displacement, relative force, relative rotational displacement, and torque acts, and the first member that is the contact surface. Among the nodes on one surface or the second surface of the second member, the unit displacement is given only to a certain direction of a certain node, and the forces generated in each node and each direction when all other node displacements are fixed. . Subsequently, the acting force acting in a fixed manner is input (step S2110), and the contact area that is in contact with the first surface of the first member and the second surface of the second member is not in contact. A contact area is assumed (step S2120). Here, regarding the contact area and the non-contact area, any area may be assumed, but it is preferable to assume an area that is considered appropriate in order to reduce the repetitive processing and shorten the analysis time.

続いて、仮定によって接触領域に属するとされた節点については、変位Ψが2部材間に与えられた相対変位に等しく既知とすると共に接触力Fを未知する方程式を作成し(ステップS2140)、仮定によって非接触領域に属するとされた節点については、変位Ψを未知とすると共に接触力Fが値0の既知する方程式を作成し(ステップS2150)、これらの方程式を連立させて未知の変位Ψと接触力Fを求める(ステップS2160)。接触領域の節点について変位Ψが2部材間に与えられた相対変位に等しいことや非接触領域の節点について接触力Fが値0であることは、接触か非接触かに由来するものである。   Subsequently, for a node that is assumed to belong to the contact region, an equation is prepared in which the displacement ψ is known to be equal to the relative displacement given between the two members and the contact force F is unknown (step S2140). With respect to the nodes belonging to the non-contact region by the above, the displacement ψ is made unknown and a known equation with a contact force F of 0 is created (step S2150). The contact force F is obtained (step S2160). The fact that the displacement ψ is equal to the relative displacement applied between the two members for the nodes in the contact area and that the contact force F is 0 for the nodes in the non-contact area originates from contact or non-contact.

こうして連立方程式を解くと、接触領域に属する各節点のうち接触力Fの接触面法線方向成分が負の値の節点の少なくとも一部については接触領域から非接触領域に領域変更を行ない(ステップS2170)、非接触領域に属する各節点のうち互いに食い込む変位Ψとなる節点の少なくとも一部については非接触領域から接触領域に領域変更を行なう(ステップS2180)。接触領域の節点では、僅かでも正の接触力が生じることから、接触力Fの接触面法線方向成分が負の値となることが矛盾となる。また、非接触領域の節点では、接触していないため、互いの変位Ψは食い込むことはないから、互いに食い込む変位Ψとなることは矛盾となる。こうした矛盾を回避するために、領域変更を行なうのである。接触領域から非接触領域への領域変更や非接触領域から接触領域への領域変更が行なわれなくなるまで、変更された領域に基づいてステップS2140〜S2180までの処理を繰り返し、領域変更が行なわれなくなると、そのときに仮定されている接触領域と非接触領域を接触領域と非接触領域として特定し(ステップS2190)、処理を終了する。なお、変形することで接触面を介して向かい合う節点の位置がずれた場合、または最初からずれている場合には、内挿して相対する位置の変位または力を求めればよい。   When the simultaneous equations are solved in this way, at least a part of the nodes having a negative contact surface normal direction component of the contact force F among the nodes belonging to the contact area is changed from the contact area to the non-contact area (step) In step S2170, at least a part of the nodes having the displacement ψ that bite into each other among the nodes belonging to the non-contact area is changed from the non-contact area to the contact area (step S2180). Since a positive contact force is generated even slightly at the nodes of the contact region, it is a contradiction that the contact surface normal direction component of the contact force F becomes a negative value. Further, since the nodes in the non-contact region are not in contact with each other, the mutual displacements ψ do not bite into each other, and therefore it is contradictory to become the biting displacements ψ. In order to avoid such a contradiction, the area is changed. Until the area change from the contact area to the non-contact area or the area change from the non-contact area to the contact area is not performed, the processes from step S2140 to S2180 are repeated based on the changed area, and the area change is not performed. Then, the contact area and the non-contact area assumed at that time are specified as the contact area and the non-contact area (step S2190), and the process is terminated. When the positions of the nodes facing each other through the contact surface are shifted due to the deformation, or when the position is shifted from the beginning, the displacement or force of the opposing positions may be obtained by interpolation.

以上説明した図17の接触状態解析プログラムがインストールされることにより得られる接触状態解析装置では、有限要素法を用いて線形データを求解すると共に結果として得られる線形データをデータベース化して記憶し、作用力が作用した状態で、接触領域に属する節点については変位Ψが2部材間に与えられた相対変位に等しく既知とすると共に接触力Fを未知する方程式を作成し、非接触領域に属する節点については変位Ψを未知とすると共に接触力Fが値0の既知する方程式を作成し、これらを連立させて解を求める求解ステップと、接触領域に属する各節点のうち接触力Fの接触面法線方向成分が負の値の節点の少なくとも一部については接触領域から非接触領域に変更し、非接触領域に属する各節点のうち互いに食い込む変位Ψとなる節点の少なくとも一部については非接触領域から接触領域に変更する領域変更ステップとを、領域変更が行なわれなくなるまで繰り返すことにより、2部材の当接面における接触領域と非接触領域とを特定することができる。もとより、繰り返し処理に有限要素法解析が含まれないから、繰り返し処理を迅速に終了することができ、すべり状態の解析を短時間に行なうことができる。   The contact state analysis apparatus obtained by installing the contact state analysis program of FIG. 17 described above solves linear data using the finite element method, stores the linear data obtained as a database, and stores the data. For the nodes belonging to the contact area in the state where the force is applied, an equation for making the displacement Ψ known to be equal to the relative displacement given between the two members and making the contact force F unknown is created. Creates a known equation with unknown displacement Ψ and a contact force F value of 0, and solves them by solving them simultaneously, and the contact surface normal of the contact force F among the nodes belonging to the contact region Displacement Ψ that changes at least some of the nodes whose direction component is negative from the contact area to the non-contact area and bites each other among the nodes belonging to the non-contact area The contact region and the non-contact region on the contact surface of the two members are identified by repeating the region changing step for changing from the non-contact region to the contact region for at least a part of the nodes, until the region change is not performed. can do. Naturally, since the finite element method analysis is not included in the iterative process, the iterative process can be completed quickly, and the slip state can be analyzed in a short time.

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。   As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated using the Example, this invention is not limited at all to such an Example, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it is with various forms. Of course, it can be implemented.

本発明は、機械製造産業などに利用可能である。   The present invention can be used in the machine manufacturing industry.

20 すべり状態解析装置、22 コンピュータ、30 すべり状態解析プログラム、32 線形データ求解モジュール、34 求解モジュール、36 領域変更モジュール、38 摩擦損失仕事演算モジュール、40 第1部材、42 第1面、44 上面、50 第2部材、52 第2面、54 下面、60 ボルト。   20 slip state analysis device, 22 computer, 30 slip state analysis program, 32 linear data solution module, 34 solution module, 36 region change module, 38 friction loss work calculation module, 40 first member, 42 first surface, 44 upper surface, 50 second member, 52 second surface, 54 lower surface, 60 bolts.

Claims (9)

第1部材と第2部材の接触面である前記第1部材の第1面と前記第2部材の第2面の各部にすべりが生じているか否かのすべり状態を解析する状態解析方法であって、
前記第1部材および前記第2部材の各部に作用する力とその変位の間の関係を線形データとして記憶しておき、
前記第1部材と前記第2部材に対して前記第1面と前記第2面におけるすべり方向に相対変位または相対力を作用させたときに、
前記線形データを用いて、前記第1面と前記第2面の対応する各部のうちすべりが生じない固着領域に属すると仮定された各固着部については前記第1部材と前記第2部材とに生じる変位が各部材の変位の和に等しく既知とすると共にすべり方向のせん断力を未知とする方程式を作成し、前記第1面と前記第2面の対応する各部のうちすべりが生じるすべり領域に属すると仮定された各すべり部については変位を未知とすると共にすべり方向のせん断力を既知とする方程式を作成し、作成した方程式を連立させて未知とされた前記各固着部のせん断力と前記各すべり部の変位とを求解する求解ステップと、
前記求解ステップにより得られる解において、前記各固着部のうちせん断力が静止摩擦力を超えるという矛盾を有する固着部の少なくとも一部については前記すべり領域に属するものに変更し、前記各すべり部のうち変位がすべり方向のすべり変位とならないという矛盾を有するすべり部の少なくとも一部については前記固着領域に属するものに変更する変更ステップと、
を前記変更ステップにおいて前記固着部および前記すべり部に矛盾が生じなくなるまで繰り返すことにより、前記各固着部と前記各すべり部とを特定する、
ことを特徴とする接触状態解析方法。
It is a state analysis method for analyzing a slip state as to whether or not slip has occurred in each part of the first surface of the first member and the second surface of the second member, which are contact surfaces of the first member and the second member. And
The relationship between the force acting on each part of the first member and the second member and the displacement thereof is stored as linear data,
When a relative displacement or a relative force is applied to the first member and the second member in the sliding direction on the first surface and the second surface,
Using the linear data, for each fixing portion assumed to belong to a fixing region where no slip occurs among the corresponding portions of the first surface and the second surface, the first member and the second member An equation is created in which the generated displacement is known to be equal to the sum of the displacements of each member and the shearing force in the sliding direction is unknown, and the slip region where the slip occurs among the corresponding portions of the first surface and the second surface is generated. For each slip portion assumed to belong, an equation is made in which the displacement is unknown and the shear force in the slip direction is known, and the shear force of each of the fixed portions made unknown by combining the prepared equations and the above A solution step for solving the displacement of each sliding portion;
In the solution obtained by the solution finding step, at least a part of the fixed portions having a contradiction that the shear force exceeds the static friction force among the fixed portions is changed to a member belonging to the slip region, and A change step of changing at least a part of the slip portion having a contradiction that the displacement does not become a slip displacement in the slip direction to belong to the fixing region;
By repeating until the contradiction does not occur in the fixing part and the sliding part in the changing step, to identify the fixing part and the sliding part,
The contact state analysis method characterized by this.
請求項1記載の接触状態解析方法であって、
前記相対変位または前記相対力を微小量ずつ変化させて各相対変位または各相対力に対する前記各固着部と前記各すべり部とを特定する、
接触状態解析方法。
The contact state analysis method according to claim 1,
Changing each of the relative displacement or the relative force by a minute amount to identify the fixing portion and the sliding portion with respect to each relative displacement or each relative force;
Contact state analysis method.
請求項2記載の接触状態解析方法であって、
前記相対変位または前記相対力を微小量だけの変化の前後において前記各すべり部におけるすべり変位の変化量とせん断力との積の和を該変化の前後における仕事量として演算する仕事量演算ステップを有する、
接触状態解析方法。
The contact state analysis method according to claim 2,
A work amount calculating step of calculating a sum of products of the amount of change of the slip displacement and the shear force in each of the slip portions before and after the change of the relative displacement or the relative force by a minute amount as a work amount before and after the change; Have
Contact state analysis method.
請求項1ないし3のうちのいずれか1つの請求項に記載の接触状態解析方法であって、
前記線形データは、有限要素法により解析されたデータである、
接触状態解析方法。
The contact state analysis method according to any one of claims 1 to 3,
The linear data is data analyzed by a finite element method.
Contact state analysis method.
請求項1ないし4のうちのいずれか1つの請求項に記載の接触状態解析方法であって、
前記各すべり部のすべり方向のせん断力は、摩擦係数と抗力との積により得られる動摩擦力である、
接触状態解析方法。
The contact state analysis method according to any one of claims 1 to 4,
The shearing force in the sliding direction of each sliding part is a dynamic frictional force obtained by the product of the friction coefficient and the drag,
Contact state analysis method.
請求項1ないし5のうちのいずれか1つの請求項に記載の接触状態解析方法であって、
前記力をトルク、前記変位を回転変位、前記相対変位を相対回転変位、前記相対力を相対トルク、として前記第1部材と前記第2部材の相対回転運動または相対回転振動における前記各固着部と前記各すべり部とを特定する、
接触状態解析方法。
The contact state analysis method according to any one of claims 1 to 5,
Each of the fixing portions in the relative rotational motion or relative rotational vibration of the first member and the second member, wherein the force is torque, the displacement is rotational displacement, the relative displacement is relative rotational displacement, and the relative force is relative torque. Identify each of the sliding parts,
Contact state analysis method.
第1部材と第2部材の接触面である前記第1部材の第1面と前記第2部材の第2面の各部が接触しているか否かの接触状態を解析する接触状態解析方法であって、
前記第1部材および前記第2部材の各部に作用する力とその変位の間の関係を線形データとして記憶しておき、
前記線形データを用いて、前記第1面と前記第2面の対応する各部のうち接触領域に属すると仮定された各接触部については前記第1部材と前記第2部材とに生じる変位が各部材の変位の和に等しく既知とすると共に接触力を未知とする方程式を作成し、前記第1面と前記第2面の対応する各部のうち非接触領域に属すると仮定された各非接触部については変位を未知とすると共に接触力を値0とする方程式を作成し、該作成した方程式を連立させて未知とされた前記各接触部の接触力と前記各非接触部の変位とを求解する求解ステップと、
前記求解ステップにより得られる解において、前記各接触部のうち接触力が負となるという矛盾を有する接触部の少なくとも一部については前記非接触領域に属するものに変更し、前記各非接触部のうち互いに食い込む変位となるという矛盾を有する非接触部の少なくとも一部については前記接触領域に属するものに変更する変更ステップと、
を前記変更ステップにおいて前記接触部および前記非接触部に矛盾が生じなくなるまで繰り返すことにより、前記各接触部と前記各非接触部とを特定する、
ことを特徴とする接触状態解析方法。
A contact state analysis method for analyzing a contact state as to whether or not each part of the first surface of the first member and the second surface of the second member, which are contact surfaces of the first member and the second member, is in contact. And
The relationship between the force acting on each part of the first member and the second member and the displacement thereof is stored as linear data,
Using the linear data, for each contact portion assumed to belong to the contact region among the corresponding portions of the first surface and the second surface, the displacement generated in the first member and the second member is Each non-contact portion assumed to belong to the non-contact region among the corresponding portions of the first surface and the second surface is created by making an equation that is known to be equal to the sum of the displacements of the members and that the contact force is unknown. For, create an equation in which the displacement is unknown and the contact force is 0, and solve the contact force of each contact portion and the displacement of each non-contact portion that are made unknown by combining the created equations Solving step to
In the solution obtained by the solving step, at least a part of the contact parts having a contradiction that the contact force is negative among the contact parts is changed to belong to the non-contact area, A change step of changing to at least a part of the non-contact portion having a contradiction that it becomes a displacement that bites into each other, to belong to the contact area;
In the changing step, the contact parts and the non-contact parts are identified by repeating until no contradiction occurs in the contact parts and the non-contact parts,
The contact state analysis method characterized by this.
請求項1ないし7のうちのいずれか1つの請求項に記載の接触状態解析方法を用いて接触状態解析を行なう接触状態解析装置。   A contact state analysis device that performs a contact state analysis using the contact state analysis method according to claim 1. コンピュータを請求項8の接触状態解析装置として機能させるプログラム。   A program for causing a computer to function as the contact state analyzing apparatus according to claim 8.
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