JP7152289B2 - SIMULATION APPARATUS, SIMULATION METHOD, AND PROGRAM - Google Patents

SIMULATION APPARATUS, SIMULATION METHOD, AND PROGRAM Download PDF

Info

Publication number
JP7152289B2
JP7152289B2 JP2018233219A JP2018233219A JP7152289B2 JP 7152289 B2 JP7152289 B2 JP 7152289B2 JP 2018233219 A JP2018233219 A JP 2018233219A JP 2018233219 A JP2018233219 A JP 2018233219A JP 7152289 B2 JP7152289 B2 JP 7152289B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
model
analysis
die
flow path
interpolation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018233219A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020095494A (en
Inventor
雄治 片岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyo Tire Corp
Original Assignee
Toyo Tire Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyo Tire Corp filed Critical Toyo Tire Corp
Priority to JP2018233219A priority Critical patent/JP7152289B2/en
Publication of JP2020095494A publication Critical patent/JP2020095494A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7152289B2 publication Critical patent/JP7152289B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Description

本発明は、シミュレーション方法、シミュレーション方法、およびプログラムに関する。 The present invention relates to a simulation method, a simulation method, and a program.

ゴムのような高分子材料の押し出し工程において不具合が生じた場合、不具合の原因を特定するためにシミュレーションを使用してダイ流路(管路)の高分子材料の流れに問題がないかを確認することが有効である。例えば、特許文献1には、管路内の流体の流れをシミュレーションすることにより最適流路形状を取得するシミュレーション方法が開示されている。 When a failure occurs in the extrusion process of polymeric materials such as rubber, simulation is used to check for problems with the flow of polymeric materials in the die channels (pipes) to identify the cause of the failure. It is effective to For example, Patent Literature 1 discloses a simulation method for obtaining an optimum flow path shape by simulating the flow of fluid in a pipeline.

特開2015-210776号公報JP 2015-210776 A

ところで、高分子材料がダイの出口から大気中に押し出されたとき、押出物の断面がダイの出口の断面よりも大きくなるダイスウェル現象(またはバラス効果)が発生することが知られている。シミュレーションによってダイ流路の高分子材料の流れを確認するためには解析モデルを実際に近い状態で再現することが重要である。そのため、ダイ流路のモデルに加えてダイの出口後の領域もモデル化してダイスウェル現象を再現することが好ましい。 By the way, it is known that when a polymeric material is extruded into the atmosphere from a die outlet, a die swell phenomenon (or ballast effect) occurs in which the cross section of the extrudate becomes larger than the cross section of the die outlet. In order to confirm the flow of polymer material in the die channel by simulation, it is important to reproduce the analytical model in a state close to the actual state. Therefore, it is preferable to model the area after the exit of the die in addition to the model of the die flow path to reproduce the die swell phenomenon.

特許文献1では、ダイ流路をモデル化し出口における流速分布を計算しているが、ダイスウェル現象については詳細な言及もない。単純にダイスウェル現象を再現するようにダイの出口後の領域もモデル化した解析モデルを作成してシミュレーションを実行すると、ダイの出口を境に速度や応力が急激に変化する。そのため、計算結果が発散し、解析が完了しないおそれがある。 In Patent Document 1, the die flow path is modeled and the flow velocity distribution at the outlet is calculated, but there is no detailed mention of the die swell phenomenon. When an analysis model is created that also models the area after the die exit so as to simply reproduce the die swell phenomenon, and a simulation is executed, the velocity and stress change rapidly at the die exit. Therefore, the calculation results may diverge and the analysis may not be completed.

本発明は、シミュレーション装置、シミュレーション方法、およびプログラムにおいて、ダイの出口後の領域をモデル化するとともに、計算結果の発散を防止することを課題とする。 An object of the present invention is to model a region after the exit of a die and to prevent divergence of calculation results in a simulation apparatus, a simulation method, and a program.

本発明の第1の態様は、ダイ流路から押し出される流体の流れのシミュレーションを行うシミュレーション装置であって、情報を入力する入力部と、情報を記録する記憶部と、前記入力部を介して入力されるデータまたは前記記憶部から読み出されたデータに基づいて解析を行う第1解析部および第2解析部とを備え、前記第1解析部は、前記ダイ流路を再現したダイ流路モデルを作成するダイ流路モデル作成部と、前記ダイ流路モデルを解析のための有限個の要素に分割してダイ流路FEMモデルを作成するダイ流路FEMモデリング部と、前記ダイ流路FEMモデルにおける解析条件を定義する第1解析条件定義部と、前記第1解析条件定義部にて解析条件が定義された前記ダイ流路FEMモデルについて流体の流れのシミュレーション演算を行い、前記ダイ流路モデルの出口における前記流体のパラメータを取得する予備計算を行う予備計算部とを含み、前記第2解析部は、前記ダイ流路モデルの前記出口から下流に接続される押出流路モデルを作成する押出流路モデル作成部と、前記ダイ流路モデルおよび前記押出流路モデルを解析のための有限個の要素に分割して全体FEMモデルを作成する全体FEMモデリング部と、前記全体FEMモデルにおける解析条件を定義し、特に前記予備計算によって取得されたパラメータに基づいて前記ダイ流路モデルの前記出口にて境界条件を連続とするように定義する第2解析条件定義部と、前記第2解析条件定義部にて解析条件が定義された前記全体FEMモデルについて流体の流れのシミュレーション演算を行う主計算部とを含む、シミュレーション装置を提供する。 A first aspect of the present invention is a simulation device for simulating the flow of a fluid extruded from a die channel, comprising an input unit for inputting information, a storage unit for recording information, and through the input unit A first analysis unit and a second analysis unit that perform analysis based on input data or data read from the storage unit, wherein the first analysis unit reproduces the die flow path a die flow path model creation unit that creates a model; a die flow path FEM modeling unit that creates a die flow path FEM model by dividing the die flow path model into a finite number of elements for analysis; A first analysis condition definition section that defines analysis conditions in the FEM model, and a fluid flow simulation calculation is performed for the die flow path FEM model for which the analysis conditions are defined in the first analysis condition definition section, and the die flow a preliminary calculation unit that performs preliminary calculations to obtain parameters of the fluid at the outlet of the channel model, and the second analysis unit creates an extrusion channel model that is connected downstream from the outlet of the die channel model. an extrusion channel model creation unit that divides the die channel model and the extrusion channel model into a finite number of elements for analysis to create an overall FEM model; a second analysis condition definition unit that defines analysis conditions, and in particular defines a boundary condition to be continuous at the outlet of the die flow path model based on the parameters obtained by the preliminary calculation; A simulation apparatus is provided, comprising: a main calculation unit that performs fluid flow simulation calculations for the entire FEM model for which analysis conditions are defined by a condition definition unit.

この構成によれば、ダイ流路をモデル化したダイ流路モデルだけでなくダイの出口後の領域をモデル化した押出流路モデルも含む流路モデルを使用し、ダイスウェル現象を考慮した解析を行うことができる。この際、第1解析部によって予備計算を実行し、ダイ流路の出口における流体の応力成分などのパラメータを予め取得する。そして、第2解析部にて、予備計算によって得られたパラメータに基づいてダイ流路モデルの出口にて境界条件を連続とするように定義した上で、全体解析を実行する。従って、流路モデルにおいて速度や応力などの値の急激な変化を防止でき、計算結果が発散することを防止でき、安定した解析を実行できる。 According to this configuration, a flow path model including not only a die flow path model that models the die flow path but also an extrusion flow path model that models the area after the exit of the die is used for analysis considering the die swell phenomenon. It can be performed. At this time, a preliminary calculation is performed by the first analysis unit, and parameters such as the stress component of the fluid at the outlet of the die channel are obtained in advance. Then, in the second analysis unit, based on the parameters obtained by the preliminary calculation, the boundary conditions are defined so as to be continuous at the exit of the die flow path model, and then the overall analysis is performed. Therefore, it is possible to prevent sudden changes in values such as velocity and stress in the flow path model, prevent divergence of calculation results, and perform stable analysis.

前記第2解析条件定義部にて定義される解析条件は、前記流体の内部応力、および壁面でのせん断応力を含み、前記押出流路モデルにおいて、前記ダイ流路モデルの前記出口から所定距離下流までの領域を補間領域として、前記内部応力は、前記補間領域の最下流にて大気圧となるように前記補間領域において補間され、前記せん断応力は、前記補間領域の最下流にてゼロとなるように前記補間領域において補間されてもよい。 The analysis conditions defined in the second analysis condition definition part include the internal stress of the fluid and the shear stress on the wall surface, and in the extrusion flow path model, a predetermined distance downstream from the outlet of the die flow path model The internal stress is interpolated in the interpolation area so that the pressure reaches the atmospheric pressure at the most downstream of the interpolation area, and the shear stress becomes zero at the most downstream of the interpolation area. may be interpolated in the interpolation area as follows.

この構成によれば、補間領域の境界条件を補間することで、急激な値の変化が生じることを防止できる。詳細には、本来、内部応力、せん断応力、および速度成分は、ダイ流路の出口から外に出たところで急激に変化する。しかし、このような急激な変化は解の振動を招き、解析が安定しないおそれがある。そこで、補間領域を設け、上記パラメータを不連続とならないように補間領域内で補間することで、境界条件の変化による値の急激な変化を防止できる。 According to this configuration, by interpolating the boundary conditions of the interpolation area, it is possible to prevent sudden changes in values. Specifically, by nature, the internal stress, shear stress, and velocity components change abruptly out of the outlet of the die channel. However, such abrupt changes may cause the solution to oscillate and the analysis to become unstable. Therefore, by providing an interpolation area and interpolating the parameters within the interpolation area so as not to make the parameters discontinuous, it is possible to prevent sudden changes in values due to changes in boundary conditions.

前記内部応力、および前記せん断応力の前記補間領域における補間は、線形補間であってもよい。 Interpolating the internal stress and the shear stress in the interpolating region may be linear interpolation.

この方法によれば、補間方法として線形補間を採用しているため、設定が簡易であるとともに、計算コストも低減できる。 According to this method, since linear interpolation is adopted as the interpolation method, the setting is simple and the calculation cost can be reduced.

前記内部応力、および前記せん断応力の前記補間領域における補間は、高次補間であってもよい。 Interpolating the internal stress and the shear stress in the interpolating region may be higher order interpolation.

この構成によれば、補間方法として、高次補間を採用しているため、線形補間と比較して自由度の高い補間が可能である。 According to this configuration, since high-order interpolation is employed as the interpolation method, interpolation with a higher degree of freedom than linear interpolation is possible.

前記補間領域は、前記流体の流れ方向において、前記ダイ流路FEMモデルの前記要素が少なくとも3要素入る長さであってもよい。 The interpolation region may have a length that includes at least three of the elements of the die channel FEM model in the direction of flow of the fluid.

この構成によれば、押出流路モデルを解析のための有限個の要素に分割した際、補間領域には流体の流れ方向において少なくとも3要素が設けられる。解析点は要素間に設定されるため、補間領域内に少なくとも2つの解析点が設けられる。従って、複数の解析点による高精度の解析が可能となる。 According to this configuration, when the extrusion channel model is divided into a finite number of elements for analysis, the interpolation area is provided with at least three elements in the fluid flow direction. Since analysis points are set between elements, at least two analysis points are provided within the interpolation area. Therefore, it is possible to perform highly accurate analysis using a plurality of analysis points.

本発明の第2の態様は、ダイ流路から押し出される流体の流れのシミュレーションを行うシミュレーション方法であって、入力部を介して入力されるデータまたは記憶部から読み出されたデータに基づいて第1の解析および第2の解析を実行することを含み、前記第1の解析は、前記ダイ流路を再現したダイ流路モデルを作成し、前記ダイ流路モデルを解析のための有限個の要素に分割してダイ流路FEMモデルを作成し、前記ダイ流路FEMモデルにおける解析条件を定義し、解析条件が定義された前記ダイ流路FEMモデルについて流体の流れのシミュレーション演算を行い、前記ダイ流路モデルの出口における前記流体のパラメータを取得する予備計算を行うことを含み、前記第2の解析は、前記ダイ流路モデルの前記出口から下流に接続される押出流路モデルを作成し、前記ダイ流路モデルおよび前記押出流路モデルを解析のための有限個の要素に分割して全体FEMモデルを作成し、前記全体FEMモデルにおける解析条件を定義し、特に前記予備計算によって取得されたパラメータに基づいて前記ダイ流路モデルの前記出口において境界条件を連続とするように定義し、解析条件が定義された前記全体FEMモデルについて流体の流れのシミュレーション演算を行うことを含む、シミュレーション方法を提供する。 A second aspect of the present invention is a simulation method for simulating the flow of a fluid extruded from a die flow path, wherein a second aspect of the present invention is a simulation method based on data input via an input unit or data read from a storage unit. performing one analysis and a second analysis, the first analysis creating a die channel model that reproduces the die channel; Create a die flow path FEM model by dividing it into elements, define analysis conditions in the die flow path FEM model, perform a fluid flow simulation calculation for the die flow path FEM model in which the analysis conditions are defined, The second analysis includes performing preliminary calculations to obtain parameters of the fluid at the outlet of the die channel model, wherein the second analysis creates an extrusion channel model connected downstream from the outlet of the die channel model. , dividing the die flow path model and the extrusion flow path model into a finite number of elements for analysis to create an overall FEM model, defining analysis conditions in the overall FEM model, particularly obtained by the preliminary calculation defining a boundary condition so as to be continuous at the outlet of the die flow path model based on the parameters obtained, and performing a fluid flow simulation calculation for the entire FEM model in which the analysis conditions are defined. I will provide a.

前記第2の解析において定義される解析条件は、前記流体の内部応力、および壁面でのせん断応力を含み、前記押出流路モデルにおいて、前記ダイ流路モデルの前記出口から所定距離下流までの領域を補間領域として、前記内部応力は、前記補間領域の最下流にて大気圧となるように前記補間領域において補間され、前記せん断応力は、前記補間領域の最下流にてゼロとなるように前記補間領域において補間されてもよい。 The analysis conditions defined in the second analysis include the internal stress of the fluid and the shear stress on the wall surface, and in the extrusion channel model, the area from the outlet of the die channel model to a predetermined distance downstream is an interpolation region, the internal stress is interpolated in the interpolation region so that it becomes atmospheric pressure at the most downstream of the interpolation region, and the shear stress is interpolated so that it becomes zero at the most downstream of the interpolation region. It may be interpolated in the interpolation domain.

前記内部応力、および前記せん断応力の前記補間領域における補間は、線形補間であってもよい。 Interpolating the internal stress and the shear stress in the interpolating region may be linear interpolation.

前記内部応力、および前記せん断応力の前記補間領域における補間は、高次補間であってもよい。 Interpolating the internal stress and the shear stress in the interpolating region may be higher order interpolation.

前記補間領域は、前記流体の流れ方向において、前記ダイ流路FEMモデルの前記要素が少なくとも3要素入る長さであってもよい。 The interpolation region may have a length that includes at least three of the elements of the die channel FEM model in the direction of flow of the fluid.

本発明の第3の態様は、コンピュータの制御部にロードされることにより、当該コンピュータに、前記シミュレーション方法を実行させる、プログラムを提供する。 A third aspect of the present invention provides a program that is loaded into a control unit of a computer to cause the computer to execute the simulation method.

本発明によれば、シミュレーション装置、シミュレーション方法、およびプログラムにおいて、流路モデルの境界条件が連続となるように定義されるため、ダイの出口後の領域をモデル化するとともに計算結果の発散を防止できる。 According to the present invention, in the simulation apparatus, simulation method, and program, the boundary conditions of the flow path model are defined so as to be continuous, so that the area after the exit of the die is modeled and the divergence of the calculation results is prevented. can.

ダイから押し出されるゴムを示す斜視図。The perspective view which shows the rubber|gum extruded from die|dye. 図1のゴムの流路を再現した流路モデル。A channel model that reproduces the rubber channel in Fig. 1. 本発明の一実施形態に係るシミュレーション装置のブロック図。1 is a block diagram of a simulation device according to one embodiment of the present invention; FIG. 図3のシミュレーション装置の第1解析部を示すブロック図。FIG. 4 is a block diagram showing a first analysis unit of the simulation device of FIG. 3; 図3のシミュレーション装置の第2解析部を示すブロック図。FIG. 4 is a block diagram showing a second analysis unit of the simulation device of FIG. 3; 流路モデルの側面図。The side view of a flow-path model. FEMモデルの側面図。Side view of FEM model. 内部応力と位置の関係を示すグラフ。Graph showing relationship between internal stress and position. せん断応力と位置の関係を示すグラフ。Graph showing the relationship between shear stress and position. シミュレーション装置によって実行される処理を示すフローチャート。4 is a flowchart showing processing executed by the simulation device; 変形例における内部応力と位置の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship of internal stress and a position in a modification. 変形例におけるせん断応力と位置の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the shear stress and position in a modification.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

本実施形態のシミュレーション装置は、自動車等のタイヤの材料となるゴム(流体の一例)の流れを解析するものである。ただし、以下の説明は例示であり、シミュレーション装置は、ゴムの流れの解析以外に他の様々な流体の流れの解析に使用できる。 The simulation device of the present embodiment analyzes the flow of rubber (an example of fluid) that is used as a material for tires of automobiles and the like. However, the following description is an example, and the simulation device can be used for analysis of various fluid flows other than rubber flow analysis.

図1を参照して、ゴム1は、図示しない混練機にて複数種類の材料が混合された後、内部にダイ流路12を構成するダイ10の出口11から押し出され、タイヤの各部に応じた様々な厚みおよび幅に成形される。本実施形態では、ダイ10の出口11は長方形状であるため、押し出されるゴム1の断面形状も概ね長方形状である。しかし、正確には、ゴム1は、ダイスウェル現象によって、ダイ10の出口11から出た際に膨張し、長方形状は維持されない。本実施形態では、ダイ流路12から押し出されるゴム1の流れを解析するが、特にダイスウェル現象を考慮したゴム1の流れを模した流路モデル20(図2参照)を用いて解析を行う。なお、以降の説明では、図示および説明を簡単にするため、ゴム1の厚み方向において上部のみがダイスウェル現象によって膨張しているものと扱うが、ゴム1は本来等方膨張する。 Referring to FIG. 1, rubber 1 is mixed with a plurality of types of materials by a kneader (not shown), and then extruded from outlet 11 of die 10 forming die flow path 12 therein, and is mixed with each part of the tire. It is molded in various thicknesses and widths. In this embodiment, since the outlet 11 of the die 10 is rectangular, the cross-sectional shape of the extruded rubber 1 is also substantially rectangular. However, to be precise, the rubber 1 expands due to the die swell phenomenon when coming out of the outlet 11 of the die 10, and the rectangular shape is not maintained. In this embodiment, the flow of the rubber 1 extruded from the die flow path 12 is analyzed, and the analysis is performed using a flow path model 20 (see FIG. 2) that imitates the flow of the rubber 1, especially considering the die swell phenomenon. . In the following description, for the sake of simplicity of illustration and description, it is assumed that only the upper portion of the rubber 1 expands due to the die swell phenomenon in the thickness direction, but the rubber 1 originally expands isotropically.

図2は、解析で使用する流路モデル20の一例を示す斜視図である。図2の流路モデル20は、図1のゴム1の流れを模したものである。流路モデル20は、ダイ流路モデル21と、押出流路モデル22とを有している。 FIG. 2 is a perspective view showing an example of a channel model 20 used in analysis. A flow path model 20 in FIG. 2 imitates the flow of the rubber 1 in FIG. The channel model 20 has a die channel model 21 and an extrusion channel model 22 .

ダイ流路モデル21は、ダイ流路12(図1参照)を再現したものである。ダイ流路モデル21は、流路モデル20において上流側の領域である。本実施形態では、ゴム1の流れ方向(図1における矢印参照)に垂直なダイ流路12の断面は、長方形状である。ダイ流路モデル21の厚みは、例えば3~40mm程度である。ただし、ダイ流路モデル21の断面形状は、長方形状に限定されず、三角形状、菱形状、または台形状など様々であり得る。従って、ダイ流路モデル21の厚みも必ずしも3mm以上ではなく、鋭角部分などがある場合には部分的に例えば1mmなどの値もとり得る。 The die channel model 21 reproduces the die channel 12 (see FIG. 1). The die channel model 21 is an upstream area in the channel model 20 . In this embodiment, the cross section of the die channel 12 perpendicular to the flow direction of the rubber 1 (see the arrow in FIG. 1) is rectangular. The thickness of the die flow path model 21 is, for example, about 3 to 40 mm. However, the cross-sectional shape of the die flow path model 21 is not limited to a rectangular shape, and may be various shapes such as a triangular shape, a rhombic shape, or a trapezoidal shape. Therefore, the thickness of the die flow path model 21 is not necessarily 3 mm or more, and if there is an acute-angled portion, the thickness can be partially set to 1 mm, for example.

押出流路モデル22は、流路モデル20において下流側の領域である。押出流路モデル22は、ダイ10(図1参照)の外の領域である。そのため、押出流路モデル22の厚みは、ダイスウェル現象を再現すべく、ダイ流路モデル21よりも大きく設定され、例えば3~80mm程度である。詳細には、押出流路モデル22は、後述するようにゴム1の内部応力と大気圧とが平衡状態に達するまで、厚みが下流側へ向かって徐々に大きくなっている。また、前述のように、断面形状に応じて例えば1mm程度の厚みを有する部分も存在し得る。押出流路モデル22の長さは、例えば1~100mm程度である。 The extrusion channel model 22 is a region on the downstream side in the channel model 20 . Extrusion channel model 22 is the area outside die 10 (see FIG. 1). Therefore, the thickness of the extrusion flow path model 22 is set larger than that of the die flow path model 21 in order to reproduce the die swell phenomenon, and is, for example, about 3 to 80 mm. Specifically, the thickness of the extrusion channel model 22 gradually increases toward the downstream side until the internal stress of the rubber 1 and the atmospheric pressure reach an equilibrium state, as will be described later. Moreover, as described above, there may be a portion having a thickness of, for example, about 1 mm depending on the cross-sectional shape. The length of the extrusion channel model 22 is, for example, about 1 to 100 mm.

押出流路モデル22には、補間領域22aが設定されている。補間領域22aは、押出流路モデル22のうちの上流側の領域であり、即ちダイ流路モデル21に接続された部分から所定距離下流までの領域である。補間領域22aの長さは、例えば10mm以下に設定される。補間領域22aでは、計算が発散しないように境界条件が設定されるが、詳細は後述する。 An interpolation region 22a is set in the extrusion channel model 22 . The interpolation region 22a is an upstream region of the extrusion flow path model 22, that is, a region from a portion connected to the die flow path model 21 to a predetermined distance downstream. The length of the interpolation area 22a is set to 10 mm or less, for example. In the interpolation area 22a, boundary conditions are set so that the calculations do not diverge, the details of which will be described later.

図3は、本実施形態のシミュレーション装置100のブロック図である。シミュレーション装置100は、制御部(プロセッサ)110と、情報を入力する入力部140と、情報を表示する表示部150と、情報を記録する記憶部160とを備える。 FIG. 3 is a block diagram of the simulation device 100 of this embodiment. The simulation apparatus 100 includes a control unit (processor) 110, an input unit 140 for inputting information, a display unit 150 for displaying information, and a storage unit 160 for recording information.

制御部110は、演算処理および装置全体の制御を行う。入力部140は、シミュレーション装置100に対する入力データを生成する若しくは受け取る部分であり、例えば、キーボード、マウス、またはタッチパネル等により構成される。表示部150は、制御部110による処理結果等を表示する部分であり、例えば、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、またはプラズマディスプレイ等により構成される。記憶部160は、制御部110で稼働するプログラムに必要なパラメータデータ等が記録されている。これらの制御部110、入力部140、表示部150、および記憶部160は、相互に接続されている。シミュレーション装置100は、デスクトップパソコン、ノートパソコン、ワークステーション、またはタブレット端末のような情報処理装置で構成される。 The control unit 110 performs arithmetic processing and control of the entire apparatus. The input unit 140 is a part that generates or receives input data for the simulation apparatus 100, and is configured by, for example, a keyboard, mouse, touch panel, or the like. The display unit 150 is a part that displays processing results and the like by the control unit 110, and is configured by, for example, a liquid crystal display, an organic EL display, a plasma display, or the like. The storage unit 160 stores parameter data and the like necessary for the programs that run on the control unit 110 . These control unit 110, input unit 140, display unit 150, and storage unit 160 are interconnected. The simulation device 100 is composed of an information processing device such as a desktop computer, a notebook computer, a workstation, or a tablet terminal.

制御部110は、予備計算(第1の解析)を実行するための第1解析部120と、主計算(第2の解析)を実行するための第2解析部130とを含んでいる。第1解析部120および第2解析部130は、入力部140を介して入力されるデータまたは記憶部160から読み出されたデータに基づいてそれぞれ解析を行う。これらの第1解析部120および第2解析部130は、ハードウェア資源であるプロセッサとしての制御部110と、記憶部160に記憶されるソフトウェアであるプログラムとの協働により実現される。 The control unit 110 includes a first analysis unit 120 for performing preliminary calculations (first analysis) and a second analysis unit 130 for performing main calculations (second analysis). First analysis unit 120 and second analysis unit 130 perform analysis based on data input via input unit 140 or data read from storage unit 160 . These first analysis unit 120 and second analysis unit 130 are realized by cooperation between control unit 110 as a processor, which is a hardware resource, and programs, which are software stored in storage unit 160 .

図4を参照して、第1解析部120は、ダイ流路モデル作成部121と、ダイ流路FEMモデリング部122と、第1解析条件定義部123と、予備計算部124とを含んでいる。 Referring to FIG. 4, first analysis unit 120 includes die flow path model creation unit 121, die flow path FEM modeling unit 122, first analysis condition definition unit 123, and preliminary calculation unit 124. .

ダイ流路モデル作成部121は、ダイ流路12(図1参照)を再現したダイ流路モデル21(図2参照)を作成する。ダイ流路FEMモデリング部122は、ダイ流路モデル21を解析のための有限個の要素に分割してダイ流路FEMモデル21A(後述する図7参照)を作成する。第1解析条件定義部123は、ダイ流路FEMモデル21Aにおける解析条件を定義する。例えば、解析条件は、流入条件としてダイ10の入口でのゴム1の質量流量や体積流量、ダイ10の内部での壁面におけるすべり有無などの条件、および、流れるゴム1の材料物性などを含む。予備計算部124は、第1解析条件定義部123にて解析条件が定義されたダイ流路FEMモデル21Aについて流体の流れのシミュレーション演算を行い、ダイ流路モデル21の出口21aにおけるゴム1の流れに関するパラメータを取得する予備計算を行う。例えば、ゴム1の流れに関するパラメータは、ゴム1の内部応力、およびダイ流路12(図1)の壁面でのせん断応力を含む。 The die flow path model creation unit 121 creates a die flow path model 21 (see FIG. 2) that reproduces the die flow path 12 (see FIG. 1). The die flow path FEM modeling unit 122 divides the die flow path model 21 into a finite number of elements for analysis to create a die flow path FEM model 21A (see FIG. 7 described later). The first analysis condition definition unit 123 defines analysis conditions in the die flow path FEM model 21A. For example, the analysis conditions include mass flow rate and volume flow rate of the rubber 1 at the inlet of the die 10 as inflow conditions, conditions such as the presence or absence of slippage on the wall surface inside the die 10, and material properties of the flowing rubber 1. The preliminary calculation unit 124 performs fluid flow simulation calculations for the die flow path FEM model 21A for which the analysis conditions are defined by the first analysis condition definition unit 123, and calculates the flow of the rubber 1 at the outlet 21a of the die flow path model 21. Perform preliminary calculations to obtain parameters for For example, parameters related to rubber 1 flow include internal stresses in rubber 1 and shear stresses at the walls of die channel 12 (FIG. 1).

第1解析部120は、予備計算として、ダイ流路モデル21のみにおけるゴム1の流れを解析する。これにより、ダイ流路モデル21の出口21aにおけるゴム1の内部応力、およびせん断応力などが求められる。 As a preliminary calculation, the first analysis unit 120 analyzes the flow of the rubber 1 only in the die flow path model 21 . As a result, the internal stress and shear stress of the rubber 1 at the outlet 21a of the die flow path model 21 are obtained.

図5を参照して、第2解析部130は、押出流路モデル作成部131と、全体FEMモデリング部132と、第2解析条件定義部133と、主計算部134とを含んでいる。 Referring to FIG. 5 , second analysis section 130 includes extrusion channel model creation section 131 , overall FEM modeling section 132 , second analysis condition definition section 133 , and main calculation section 134 .

押出流路モデル作成部131は、ダイ流路モデル21の出口21aから下流に接続される押出流路モデル22(図2参照)を作成する。全体FEMモデリング部132は、ダイ流路モデル21および押出流路モデル22を含む流路モデル20を解析のための有限個の要素に分割してダイ流路FEMモデル21Aおよび押出流路FEMモデル22Aを含む全体FEMモデル20A(後述する図7参照)を作成する。第2解析条件定義部133は、全体FEMモデル20Aにおける解析条件を定義し、特に予備計算によって取得されたパラメータに基づいてダイ流路モデル21と押出流路モデル22との間で不連続とならないように後述するように境界条件を定義する。主計算部134は、第2解析条件定義部133にて解析条件が定義された全体FEMモデル20Aについてゴム1の流れのシミュレーション演算を行う。 The extrusion channel model creation unit 131 creates the extrusion channel model 22 (see FIG. 2) connected downstream from the outlet 21a of the die channel model 21. FIG. The overall FEM modeling unit 132 divides the flow path model 20 including the die flow path model 21 and the extrusion flow path model 22 into a finite number of elements for analysis to obtain a die flow path FEM model 21A and an extrusion flow path FEM model 22A. An entire FEM model 20A (see FIG. 7, which will be described later) is created. The second analysis condition definition unit 133 defines the analysis conditions in the overall FEM model 20A, and especially based on the parameters obtained by the preliminary calculation, the die flow path model 21 and the extrusion flow path model 22 are not discontinuous. We define the boundary conditions as described later. The main calculation unit 134 performs a simulation calculation of the flow of the rubber 1 with respect to the entire FEM model 20A for which the analysis conditions are defined by the second analysis condition definition unit 133 .

図6は、模式的な流路モデル20の側面図である。図7は、模式的な全体FEMモデル20Aの側面図である。両図ともに、図において左側が上流側を示し、図において右側が下流側を示す。位置x1は、ダイ流路モデル21の出口21aの位置を示している。位置x2は、ダイ流路モデル21の出口21aから所定距離下流の位置を示し、解析の条件の設定のためにユーザが規定する位置である。この位置x1~x2の間の領域が前述の補間領域22aに対応する。 FIG. 6 is a schematic side view of the channel model 20. FIG. FIG. 7 is a side view of a schematic overall FEM model 20A. In both figures, the left side indicates the upstream side, and the right side indicates the downstream side. A position x1 indicates the position of the outlet 21a of the die channel model 21. FIG. A position x2 indicates a position a predetermined distance downstream from the outlet 21a of the die flow path model 21, and is a position defined by the user for setting analysis conditions. The area between the positions x1 and x2 corresponds to the interpolation area 22a.

本実施形態では、補間領域22aの長さは、ダイ流路FEMモデル21Aの要素が3要素入る長さである。詳細には、図7の例では、補間領域22aにて、解析のための要素が3つ設けられている。これにより、流れ方向A(矢印A参照)において、補間領域22aに解析点(図において黒丸で示す)が2つ設けられる。好ましくは、補間領域22aの長さは、ダイ流路FEMモデル21Aの要素が少なくとも3要素入る長さであり、即ち補間領域22aに4要素以上が設けられてもよい。これにより、流れ方向Aにおいて、補間領域22aに解析点が3つ以上設けられる。 In this embodiment, the length of the interpolation area 22a is a length that accommodates three elements of the die flow path FEM model 21A. Specifically, in the example of FIG. 7, three elements for analysis are provided in the interpolation area 22a. As a result, two analysis points (indicated by black circles in the figure) are provided in the interpolation area 22a in the flow direction A (see arrow A). Preferably, the length of the interpolation region 22a is such that at least three elements of the die flow path FEM model 21A are included, ie, four or more elements may be provided in the interpolation region 22a. As a result, in the flow direction A, three or more analysis points are provided in the interpolation area 22a.

図6,7を参照すると、第1解析部120による予備計算では、位置x1までのダイ流路モデル21での解析が実行される。次いで、第2解析部130による主計算では、位置x1以降の押出流路モデル22も含めた流路モデル20での解析が実行される。 Referring to FIGS. 6 and 7, in the preliminary calculation by the first analysis unit 120, analysis is performed with the die flow path model 21 up to the position x1. Next, in the main calculation by the second analysis unit 130, an analysis is performed on the channel model 20 including the extrusion channel model 22 after the position x1.

本実施形態では、第2解析部130では、予備計算部にて取得されたゴム1の内部応力、およびダイ流路12の壁面でのせん断応力に基づいて境界条件を定義する。 In this embodiment, the second analysis unit 130 defines boundary conditions based on the internal stress of the rubber 1 and the shear stress on the wall surface of the die flow path 12 obtained by the preliminary calculation unit.

図8は、ゴム1の流れ方向に垂直な方向における内部応力σと流れ方向の位置xとの関係を示すグラフである。横軸が流れ方向の位置xを示し、縦軸が上記内部応力σを示している。内部応力σは、ダイ流路モデル21の出口21a(位置x1)から所定距離下流(位置x2)にて大気圧Pとなるように補間領域22a(図7参照)において線形補間される。位置x2以降の下流の領域では、内部応力σと大気圧Pが平衡状態にある。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between the internal stress σ in the direction perpendicular to the flow direction of the rubber 1 and the position x in the flow direction. The horizontal axis indicates the position x in the flow direction, and the vertical axis indicates the internal stress σ. The internal stress σ is linearly interpolated in an interpolation region 22a (see FIG. 7) so as to reach atmospheric pressure P at a predetermined distance downstream (position x2) from the outlet 21a (position x1) of the die flow path model 21. FIG. In the downstream area after the position x2, the internal stress σ and the atmospheric pressure P are in equilibrium.

図9は、せん断応力τと流れ方向の位置xとの関係を示すグラフである。横軸が流れ方向の位置xを示し、縦軸が上記せん断応力τを示している。せん断応力τは、ダイ流路モデル21の出口21a(位置x1)から所定距離下流(位置x2)にてゼロとなるように補間領域22a(図7参照)において線形補間される。位置x2以降の下流の領域では、せん断応力τはゼロである。 FIG. 9 is a graph showing the relationship between the shear stress τ and the position x in the flow direction. The horizontal axis indicates the position x in the flow direction, and the vertical axis indicates the shear stress τ. The shear stress τ is linearly interpolated in the interpolation region 22a (see FIG. 7) so as to be zero at a predetermined distance downstream (position x2) from the outlet 21a (position x1) of the die flow path model 21. The shear stress τ is zero in the downstream region after the position x2.

図10は、シミュレーション装置100によって実行される処理を示すフローチャートである。 FIG. 10 is a flowchart showing processing executed by the simulation apparatus 100. As shown in FIG.

図10を参照して、処理を開始すると(ステップS1)、まず、ダイ流路モデル作成部121によってダイ流路モデル21(図6参照)が作成される(ステップS2)。次いで、作成されたダイ流路モデル21をダイ流路FEMモデリング部122によって解析のために要素分割し、ダイ流路FEMモデル21A(図7参照)が作成される(ステップS3)。次いで、第1解析条件定義部123によってダイ流路FEMモデル21Aに対して解析条件が定義される(ステップS4)。そして、予備計算部124によって、ダイ流路FEMモデル21Aについて予備計算が実行される(ステップS5)。予備計算の結果、ダイ流路モデル21の出口21aにおけるゴム1の内部応力などが得られる。次いで、押出流路モデル作成部131によって押出流路モデル22(図6参照)が作成される(ステップS6)。本実施形態では、ダイ流路モデル21と押出流路モデル22とによって流路モデル20の全体が構成される。そして、全体FEMモデリング部132によって流路モデル20を解析のために要素分割し、ダイ流路FEMモデル21Aおよび押出流路FEMモデル22Aを含む全体FEMモデル20A(図7参照)が作成される(ステップS7)。次いで、第2解析条件定義部133によって全体FEMモデル20Aに対して解析条件が定義される(ステップS8)。そして、主計算部134によって、全体FEMモデル20Aについて解析が実行される(ステップS9)。解析は、計算結果が収束するまで実行され(ステップS10)、収束しない場合には必要に応じて条件が再設定され(ステップS11)、解析が行われる(ステップS9)。解析が完了すると(ステップS10)、表示部150に結果を出力し(ステップS12)、処理を終了する(ステップS13)。表示部150に出力される結果は、例えば、流路モデル20の各部におけるゴム1の流れの速度成分と圧力値である。従って、ユーザは、表示部150を介して、特に外部から視認できないダイ流路モデル21における流れなどを確認できる。 Referring to FIG. 10, when the process is started (step S1), first, the die flow path model 21 (see FIG. 6) is created by the die flow path model creating unit 121 (step S2). Next, the created die flow path model 21 is divided into elements for analysis by the die flow path FEM modeling unit 122, and a die flow path FEM model 21A (see FIG. 7) is created (step S3). Next, analysis conditions are defined for the die flow path FEM model 21A by the first analysis condition definition unit 123 (step S4). Then, the preliminary calculation is performed for the die flow path FEM model 21A by the preliminary calculation unit 124 (step S5). As a result of the preliminary calculation, the internal stress of the rubber 1 at the outlet 21a of the die flow path model 21 and the like are obtained. Next, the extrusion channel model 22 (see FIG. 6) is created by the extrusion channel model creation unit 131 (step S6). In this embodiment, the die flow path model 21 and the extrusion flow path model 22 constitute the entire flow path model 20 . Then, the overall FEM modeling unit 132 divides the flow path model 20 into elements for analysis, and creates an overall FEM model 20A (see FIG. 7) including the die flow path FEM model 21A and the extrusion flow path FEM model 22A (see FIG. 7). step S7). Next, analysis conditions are defined for the entire FEM model 20A by the second analysis condition definition unit 133 (step S8). Then, the analysis is performed on the entire FEM model 20A by the main calculation unit 134 (step S9). The analysis is performed until the calculation result converges (step S10), and if not converged, the conditions are reset as necessary (step S11), and the analysis is performed (step S9). When the analysis is completed (step S10), the result is output to the display unit 150 (step S12), and the process is terminated (step S13). The results output to the display unit 150 are, for example, velocity components and pressure values of the flow of the rubber 1 in each portion of the channel model 20 . Therefore, the user can check the flow in the die flow path model 21, which cannot be visually recognized from the outside, through the display unit 150. FIG.

本実施形態のシミュレーション装置100によれば以下の有利な作用効果を奏する。 According to the simulation device 100 of this embodiment, the following advantageous effects are obtained.

図1,2を参照して、ダイ流路12をモデル化したダイ流路モデル21だけでなくダイ10の出口11後の領域をモデル化した押出流路モデル22も含む流路モデル20を使用し、ダイスウェル現象を考慮した解析を行うことができる。図3を併せて参照して、この際、第1解析部120によって予備計算を実行し、ダイ流路12の出口11におけるゴム1の内部応力などのパラメータを予め取得する。そして、第2解析部130にて、予備計算によって得られたパラメータに基づいてダイ流路モデル21の出口21aにて境界条件を連続とするように定義した上で、全体解析を実行する。従って、流路モデル20において速度や応力などの値の急激な変化を防止でき、計算結果が発散することを防止でき、安定した解析を実行できる。 1 and 2, a channel model 20 is used that includes not only a die channel model 21 that models the die channel 12 but also an extrusion channel model 22 that models the area after the exit 11 of the die 10. It is possible to perform an analysis that considers the die swell phenomenon. Also referring to FIG. 3 , at this time, preliminary calculation is performed by the first analysis unit 120 to obtain parameters such as the internal stress of the rubber 1 at the outlet 11 of the die flow path 12 in advance. Then, in the second analysis unit 130, based on the parameters obtained by the preliminary calculation, the boundary conditions are defined so as to be continuous at the outlet 21a of the die flow path model 21, and then the overall analysis is performed. Therefore, it is possible to prevent sudden changes in values such as velocity and stress in the flow path model 20, prevent divergence of calculation results, and perform stable analysis.

図1,2,6,7を参照して、補間領域22aの境界条件を補間することで、急激な値の変化が生じることを防止できる。図8,9を併せて参照して、詳細には、本来、内部応力σおよびせん断応力τは、ダイ流路12の出口11から外に出たところで急激に変化する。また、図示していないが、同様に速度成分もダイ流路12の出口11から外に出たところで急激に変化する。しかし、このような急激な変化は解の振動を招き、解析が安定しないおそれがある。そこで、補間領域22aを設け、上記パラメータを不連続とならないように補間領域22a内で補間することで、境界条件の変化による値の急激な変化を防止できる。特に、補間方法として線形補間を採用しているため、設定が簡易であるとともに、計算コストも低減できる。 1, 2, 6, and 7, by interpolating the boundary conditions of the interpolation area 22a, it is possible to prevent sudden changes in values. 8 and 9, more specifically, the internal stress σ and the shear stress τ originally change abruptly at the exit 11 of the die channel 12 . Also, although not shown, the velocity component also changes abruptly at the exit from the outlet 11 of the die channel 12 . However, such abrupt changes may cause the solution to oscillate and the analysis to become unstable. Therefore, by providing the interpolation area 22a and interpolating the parameters within the interpolation area 22a so as not to make the parameters discontinuous, it is possible to prevent sudden changes in values due to changes in boundary conditions. In particular, since linear interpolation is used as the interpolation method, the setting is simple and the calculation cost can be reduced.

図7を参照して、押出流路モデル22を解析のための有限個の要素に分割した際、補間領域22aには流体の流れ方向Aにおいて少なくとも3要素が設けられる。解析点は要素間に設定されるため、補間領域22a内に少なくとも2つの解析点が設けられる。従って、複数の解析点による高精度の解析が可能となる。 Referring to FIG. 7, when the extrusion channel model 22 is divided into a finite number of elements for analysis, the interpolation region 22a is provided with at least three elements in the fluid flow direction A. As shown in FIG. Since the analysis points are set between the elements, at least two analysis points are provided within the interpolation area 22a. Therefore, it is possible to perform highly accurate analysis using a plurality of analysis points.

(変形例)
図11,12は、図8,9に対応して、補間領域22aにおける補間方法の変形例を示している。図11,12に示すように、補間領域22aにおける補間方法は、図8,9に示した線形補間以外にも2次補間であってもよい。
(Modification)
11 and 12 correspond to FIGS. 8 and 9 and show a modification of the interpolation method in the interpolation area 22a. As shown in FIGS. 11 and 12, the interpolation method in the interpolation area 22a may be secondary interpolation other than the linear interpolation shown in FIGS.

本変形例では、図11,12にて2次の補間による例を図示している。即ち、2次関数にて位置x1~x2の補間領域の各パラメータσ,τが補間されている。本変形例によれば、前述のように、補間領域を設け、上記パラメータを徐々に変化させるように補間領域22a内で補間することで、境界条件の変化による値の急激な変化を防止できる。特に、補間方法として、高次補間を採用しているため、線形補間と比較して自由度の高い補間が可能である。なお、高次補間としては、3次以上の補間が採用されてもよいし、スプライン補間が採用されてもよい。 11 and 12 show an example of quadratic interpolation in this modification. That is, the parameters σ and τ of the interpolation regions at positions x1 to x2 are interpolated by a quadratic function. According to this modified example, as described above, an interpolation area is provided, and interpolation is performed within the interpolation area 22a so as to gradually change the parameters, thereby preventing sudden changes in values due to changes in boundary conditions. In particular, since high-order interpolation is employed as the interpolation method, interpolation with a higher degree of freedom than linear interpolation is possible. As the high-order interpolation, cubic or higher interpolation may be employed, or spline interpolation may be employed.

以上より、本発明の具体的な実施形態およびその変形例について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。 As described above, specific embodiments and modifications thereof of the present invention have been described, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes can be made within the scope of the present invention.

1 ゴム
10 ダイ
11 出口
12 ダイ流路
20 流路モデル
20A 全体FEMモデル
21 ダイ流路モデル
21a 出口
21A ダイ流路FEMモデル
22 押出流路モデル
22A 押出流路FEMモデル
22a 補間領域
100 シミュレーション装置
110 制御部(プロセッサ)
120 第1解析部
121 ダイ流路モデル作成部
122 ダイ流路FEMモデリング部
123 第1解析条件定義部
124 予備計算部
130 第2解析部
131 押出流路モデル作成部
132 全体FEMモデリング部
133 第2解析条件定義部
134 主計算部
140 入力部
150 表示部
160 記憶部
1 rubber 10 die 11 outlet 12 die channel 20 channel model 20A overall FEM model 21 die channel model 21a outlet 21A die channel FEM model 22 extrusion channel model 22A extrusion channel FEM model 22a interpolation region 100 simulation device 110 control Department (Processor)
120 first analysis unit 121 die flow channel model creation unit 122 die flow channel FEM modeling unit 123 first analysis condition definition unit 124 preliminary calculation unit 130 second analysis unit 131 extrusion flow channel model creation unit 132 overall FEM modeling unit 133 second Analysis condition definition unit 134 main calculation unit 140 input unit 150 display unit 160 storage unit

Claims (11)

ダイ流路から押し出される流体の流れのシミュレーションを行うシミュレーション装置であって、
情報を入力する入力部と、情報を記録する記憶部と、前記入力部を介して入力されるデータまたは前記記憶部から読み出されたデータに基づいて解析を行う第1解析部および第2解析部とを備え、
前記第1解析部は、
前記ダイ流路を再現したダイ流路モデルを作成するダイ流路モデル作成部と、
前記ダイ流路モデルを解析のための有限個の要素に分割してダイ流路FEMモデルを作成するダイ流路FEMモデリング部と、
前記ダイ流路FEMモデルにおける解析条件を定義する第1解析条件定義部と、
前記第1解析条件定義部にて解析条件が定義された前記ダイ流路FEMモデルについて流体の流れのシミュレーション演算を行い、前記ダイ流路モデルの出口における前記流体のパラメータを取得する予備計算を行う予備計算部と
を含み、
前記第2解析部は、
前記ダイ流路モデルの前記出口から下流に接続される押出流路モデルを作成する押出流路モデル作成部と、
前記ダイ流路モデルおよび前記押出流路モデルを解析のための有限個の要素に分割して全体FEMモデルを作成する全体FEMモデリング部と、
前記全体FEMモデルにおける解析条件を定義し、特に前記予備計算によって取得されたパラメータに基づいて前記ダイ流路モデルの前記出口にて境界条件を連続とするように定義する第2解析条件定義部と、
前記第2解析条件定義部にて解析条件が定義された前記全体FEMモデルについて流体の流れのシミュレーション演算を行う主計算部と
を含む、シミュレーション装置。
A simulation device for simulating the flow of a fluid extruded from a die channel,
An input unit for inputting information, a storage unit for recording information, and a first analysis unit and a second analysis unit for performing analysis based on data input via the input unit or data read from the storage unit. and
The first analysis unit is
a die flow path model creation unit that creates a die flow path model that reproduces the die flow path;
a die flow path FEM modeling unit that divides the die flow path model into a finite number of elements for analysis and creates a die flow path FEM model;
a first analysis condition definition unit that defines analysis conditions in the die flow path FEM model;
A fluid flow simulation calculation is performed for the die flow path FEM model for which the analysis conditions are defined by the first analysis condition definition unit, and a preliminary calculation is performed to obtain parameters of the fluid at the outlet of the die flow path model. including a precomputer and
The second analysis unit is
an extrusion channel model creation unit that creates an extrusion channel model connected downstream from the outlet of the die channel model;
a global FEM modeling unit that divides the die channel model and the extrusion channel model into a finite number of elements for analysis to create a global FEM model;
a second analysis condition definition unit that defines analysis conditions in the overall FEM model, and in particular defines boundary conditions to be continuous at the outlet of the die flow path model based on the parameters obtained by the preliminary calculation; ,
a main calculation unit that performs fluid flow simulation calculations for the entire FEM model for which the analysis conditions are defined by the second analysis condition definition unit.
前記第2解析条件定義部にて定義される解析条件は、前記流体の内部応力、および壁面でのせん断応力を含み、
前記押出流路モデルにおいて、前記ダイ流路モデルの前記出口から所定距離下流までの領域を補間領域として、
前記内部応力は、前記補間領域の最下流にて大気圧となるように前記補間領域において補間され、
前記せん断応力は、前記補間領域の最下流にてゼロとなるように前記補間領域において補間される、請求項1に記載のシミュレーション装置。
The analysis conditions defined in the second analysis condition definition part include the internal stress of the fluid and the shear stress on the wall surface,
In the extrusion flow path model, the area from the exit of the die flow path model to a predetermined distance downstream is an interpolation area,
The internal stress is interpolated in the interpolation area so that the most downstream of the interpolation area is atmospheric pressure,
The simulation apparatus according to claim 1, wherein said shear stress is interpolated in said interpolation area so as to be zero at the most downstream of said interpolation area.
前記内部応力、および前記せん断応力の前記補間領域における補間は、線形補間である、請求項2に記載のシミュレーション装置。 3. The simulation device according to claim 2, wherein the interpolation in the interpolation region of the internal stress and the shear stress is linear interpolation. 前記内部応力、および前記せん断応力の前記補間領域における補間は、高次補間である、請求項2に記載のシミュレーション装置。 3. The simulation device according to claim 2, wherein the interpolation in the interpolation region of the internal stress and the shear stress is higher-order interpolation. 前記補間領域は、前記流体の流れ方向において、前記ダイ流路FEMモデルの前記要素が少なくとも3要素入る長さである、請求項2から請求項4のいずれか1項に記載のシミュレーション装置。 5. The simulation apparatus according to any one of claims 2 to 4, wherein the interpolation region has a length in which at least three elements of the die flow path FEM model are included in the flow direction of the fluid. ダイ流路から押し出される流体の流れのシミュレーションを行うシミュレーション方法であって、
入力部を介して入力されるデータまたは記憶部から読み出されたデータに基づいて第1の解析および第2の解析を実行することを含み、
前記第1の解析は、
前記ダイ流路を再現したダイ流路モデルを作成し、
前記ダイ流路モデルを解析のための有限個の要素に分割してダイ流路FEMモデルを作成し、
前記ダイ流路FEMモデルにおける解析条件を定義し、
解析条件が定義された前記ダイ流路FEMモデルについて流体の流れのシミュレーション演算を行い、前記ダイ流路モデルの出口における前記流体のパラメータを取得する予備計算を行う
ことを含み、
前記第2の解析は、
前記ダイ流路モデルの前記出口から下流に接続される押出流路モデルを作成し、
前記ダイ流路モデルおよび前記押出流路モデルを解析のための有限個の要素に分割して全体FEMモデルを作成し、
前記全体FEMモデルにおける解析条件を定義し、特に前記予備計算によって取得されたパラメータに基づいて前記ダイ流路モデルの前記出口において境界条件を連続とするように定義し、
解析条件が定義された前記全体FEMモデルについて流体の流れのシミュレーション演算を行う
ことを含む、シミュレーション方法。
A simulation method for simulating the flow of a fluid extruded from a die channel,
Performing a first analysis and a second analysis based on data input via the input unit or data read from the storage unit,
The first analysis is
Create a die flow path model that reproduces the die flow path,
creating a die flow path FEM model by dividing the die flow path model into a finite number of elements for analysis;
Defining analysis conditions in the die flow path FEM model,
performing a fluid flow simulation calculation for the die flow channel FEM model for which analysis conditions are defined, and performing a preliminary calculation to obtain parameters of the fluid at the exit of the die flow channel model;
The second analysis is
creating an extrusion channel model connected downstream from the outlet of the die channel model;
creating an overall FEM model by dividing the die channel model and the extrusion channel model into a finite number of elements for analysis;
defining analysis conditions in the overall FEM model, in particular defining boundary conditions to be continuous at the outlet of the die channel model based on the parameters obtained by the preliminary calculation;
A simulation method, comprising performing fluid flow simulation calculations on the entire FEM model for which analysis conditions are defined.
前記第2の解析において定義される解析条件は、前記流体の内部応力、および壁面でのせん断応力を含み、
前記押出流路モデルにおいて、前記ダイ流路モデルの前記出口から所定距離下流までの領域を補間領域として、
前記内部応力は、前記補間領域の最下流にて大気圧となるように前記補間領域において補間され、
前記せん断応力は、前記補間領域の最下流にてゼロとなるように前記補間領域において補間される、請求項6に記載のシミュレーション方法。
The analysis conditions defined in the second analysis include the internal stress of the fluid and the shear stress at the wall surface,
In the extrusion flow path model, the area from the exit of the die flow path model to a predetermined distance downstream is an interpolation area,
The internal stress is interpolated in the interpolation area so that the most downstream of the interpolation area is atmospheric pressure,
7. The simulation method according to claim 6, wherein said shear stress is interpolated in said interpolation region so as to be zero at the most downstream of said interpolation region.
前記内部応力、および前記せん断応力の前記補間領域における補間は、線形補間である、請求項7に記載のシミュレーション方法。 8. The simulation method according to claim 7, wherein the interpolation in the interpolation region of the internal stress and the shear stress is linear interpolation. 前記内部応力、および前記せん断応力の前記補間領域における補間は、高次補間である、請求項7に記載のシミュレーション方法。 8. The simulation method according to claim 7, wherein the interpolation in the interpolation region of the internal stress and the shear stress is higher order interpolation. 前記補間領域は、前記流体の流れ方向において、前記ダイ流路FEMモデルの前記要素が少なくとも3要素入る長さである、請求項7から請求項9のいずれか1項に記載のシミュレーション方法。 10. The simulation method according to any one of claims 7 to 9, wherein the interpolation area has a length in which at least three elements of the die flow path FEM model are included in the flow direction of the fluid. コンピュータの制御部にロードされることにより、当該コンピュータに、請求項6から請求項10のうちのいずれか1項に記載のシミュレーション方法を実行させる、プログラム。 A program that, when loaded into a control unit of a computer, causes the computer to execute the simulation method according to any one of claims 6 to 10.
JP2018233219A 2018-12-13 2018-12-13 SIMULATION APPARATUS, SIMULATION METHOD, AND PROGRAM Active JP7152289B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018233219A JP7152289B2 (en) 2018-12-13 2018-12-13 SIMULATION APPARATUS, SIMULATION METHOD, AND PROGRAM

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018233219A JP7152289B2 (en) 2018-12-13 2018-12-13 SIMULATION APPARATUS, SIMULATION METHOD, AND PROGRAM

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020095494A JP2020095494A (en) 2020-06-18
JP7152289B2 true JP7152289B2 (en) 2022-10-12

Family

ID=71085228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018233219A Active JP7152289B2 (en) 2018-12-13 2018-12-13 SIMULATION APPARATUS, SIMULATION METHOD, AND PROGRAM

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7152289B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7110921B1 (en) 2000-08-08 2006-09-19 Kauzlarich James J Method for designing a profile die for polymer extrusion
US20090210189A1 (en) 2008-02-19 2009-08-20 Vivek Ganvir Polymer melt extrusion which has potential use in die design
JP2012250399A (en) 2011-06-01 2012-12-20 Terumo Corp Extrusion molding method, and extrusion molding apparatus
JP2017189957A (en) 2016-04-15 2017-10-19 横浜ゴム株式会社 Viscoelastic body simulation method, viscoelastic body simulation apparatus, and program

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7110921B1 (en) 2000-08-08 2006-09-19 Kauzlarich James J Method for designing a profile die for polymer extrusion
US20090210189A1 (en) 2008-02-19 2009-08-20 Vivek Ganvir Polymer melt extrusion which has potential use in die design
JP2012250399A (en) 2011-06-01 2012-12-20 Terumo Corp Extrusion molding method, and extrusion molding apparatus
JP2017189957A (en) 2016-04-15 2017-10-19 横浜ゴム株式会社 Viscoelastic body simulation method, viscoelastic body simulation apparatus, and program

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
劔持慎也 外4名,流動シミュレーションを用いたPVC高速押出成形用ダイ設計,松下電工技報,松下電工株式会社,2007年06月20日,Vol.55,No.2,pp.58-62

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020095494A (en) 2020-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hoang et al. Benchmark numerical simulations of segmented two-phase flows in microchannels using the Volume of Fluid method
Yu et al. An interaction potential based lattice Boltzmann method with adaptive mesh refinement (AMR) for two-phase flow simulation
Després et al. Robust uncertainty propagation in systems of conservation laws with the entropy closure method
US8457939B2 (en) Generating inviscid and viscous fluid-flow simulations over an aircraft surface using a fluid-flow mesh
Sarhangi Fard et al. Adaptive non‐conformal mesh refinement and extended finite element method for viscous flow inside complex moving geometries
Han et al. Mesoscopic coarse-grained representations of fluids rigorously derived from atomistic models
Spanjaards et al. Die shape optimization for extrudate swell using feedback control
Su et al. A high-order hybridizable discontinuous Galerkin method with fast convergence to steady-state solutions of the gas kinetic equation
Norouzi et al. Bifurcation phenomenon of inertial viscoelastic flow through gradual expansions
Arpaia et al. An ale formulation for explicit runge–kutta residual distribution
JP7152289B2 (en) SIMULATION APPARATUS, SIMULATION METHOD, AND PROGRAM
Kefayati et al. Immersed boundary-finite difference lattice Boltzmann method through fluid–structure interaction for viscoplastic fluids
JP5241310B2 (en) Method and apparatus for predicting deformed shape of molded product, program for predicting deformed shape and storage medium thereof
JP7152286B2 (en) SIMULATION APPARATUS, SIMULATION METHOD, AND PROGRAM
EP2816332B1 (en) Method and computer product for modeling the sound emission and propagation of systems over a wide frequency range
JP2017189957A (en) Viscoelastic body simulation method, viscoelastic body simulation apparatus, and program
Gordon et al. A material point method for simulation of viscoelastic flows
Junior et al. Numerical study of the square-root conformation tensor formulation for confined and free-surface viscoelastic fluid flows.
Giahi et al. A critical assessment of the immersed boundary method for modeling flow around fixed and moving bodies
US10297080B2 (en) Optimization of an automatically meshable shapes
Lande Complex Mesh Generation with OpenFOAM
Tsuji et al. Decay of a linear pendulum in a collisional gas: Spatially one-dimensional case
JP6092832B2 (en) Fluid behavior prediction apparatus, fluid behavior prediction method and fluid behavior prediction program
JP2007007951A (en) Uniform melt simulation method of extrusion screw, computer program for executing it and uniform melt simulation apparatus of extrusion screw
JP6327927B2 (en) Simulation device, model generation device, simulation method, model generation method, and computer program

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211015

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220909

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220927

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220929

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7152289

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150