JPH10267800A - ホイールのドラム耐久評価方法 - Google Patents

ホイールのドラム耐久評価方法

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JPH10267800A JP9071246A JP7124697A JPH10267800A JP H10267800 A JPH10267800 A JP H10267800A JP 9071246 A JP9071246 A JP 9071246A JP 7124697 A JP7124697 A JP 7124697A JP H10267800 A JPH10267800 A JP H10267800A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ホイールのドラム耐久試験の数値解析を容易
にし、解析時間を短縮し、設計品質の向上、試作回数の
削減、開発期間の短縮を実現し、低コスト、高品質のホ
イールを提供する。 【解決手段】 非線形な複合部品であるタイヤを線形な
要素でモデル化を行い、タイヤ部の空気圧，タイヤビー
ト部の圧接効果，ドラムとタイヤとの接触を介して入力
される付加荷重等を直接加重として取り扱い、非線形解
析から線形解析へと解析モデルを簡略化させ、数値解析
に必要なメモリを減少させ、計算時間を短縮する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、車両用ホイール
におけるドラム耐久評価試験を数値解析によりホイール
にかかる応力を求めることにより行うドラム耐久評価方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】車両用ホイールのドラム耐久試験装置を
図１に示す。ドラム耐久試験は回転するドラム４に、タ
イヤ１を装着したホイール３を押し付け、回転させ、ホ
イールの疲労耐久性を評価する試験である。従来、ホイ
ールのドラム耐久評価試験は、ホイールの設計後、金型
製作、鋳造を経て実体を制作した後、実際に、ドラム耐
久試験を実施しその耐久強度を評価してきた。しかし、
ドラム耐久試験は疲労耐久試験であるため、その結果を
得るため１〜２週間程度の日数を要し、なおかつそのド
ラム耐久試験に対し不合格であった場合、ホイール自体
の設計変更後、金型修正、鋳造を実施し、再度ドラム耐
久試験を実施しなければならない。このため、迅速な製
品開発活動が出来ない問題点があった。コンピュータの
ハードウエアの発達の結果、コンピュータを用いた数値
解析、シミュレーションが身近となった。ドラム耐久試
験においてもシミュレーションを用いて事前にドラム耐
久試験の実施結果を予測し、これを用いて事前に形状対
策を行い、製品開発活動の迅速化がはかられてきた。こ
の過程において従来使用されていたホイールのドラム耐
久試験に対する数値解析用のモデルは、図２に示すよう
に、タイヤ部及びタイヤ空気圧部及びこれに複合して発
生するタイヤビート部のホイールフランジに対する圧接
効果及びドラム耐久試験装置よりドラムとタイヤとの接
触を介して入力される付加荷重の取り扱いに対し、これ
を実体形状に即して直接数値解析モデル化してきた。ホ
イール部は、線形な３次元のソリッドモデルとしてモデ
ル化し、タイヤ部は、非線形なゴムをベースに、スチー
ルワイヤー，ナイロンコードなどの補強材からなる複合
部品である為これを異方性を持つ非線形材料物質として
モデル化し、タイヤ空気圧部は圧縮性の気体としてモデ
ル化し、タイヤ部及びタイヤ空気圧部に複合して発生す
るタイヤビート部のホイールフランジに対する圧接効果
に対してはタイヤビート部とホイールフランジの間を接
触問題として解き、タイヤのビート部の圧接力としてド
ラムとタイヤとの接触を介して入力される付加荷重に関
しては、タイヤ部とドラム部の接触問題として取り扱っ
てきた。これら問題を解くためには、ホイール以外の部
分を実際に即したモデルとして形成する必要があり、し
たがってタイヤ部は３次元のソリッド要素で表現し非線
形解析、大ヒズミ，大変形解析として取り扱っているの
が従来の方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】したがって、従来のモ
デルに対して数値解析を実施する場合、計算の非線形要
素として、タイヤ部の材料非線形、ドラムとタイヤ部の
間の接触問題、タイヤビート部とホイールフランジの間
の接触問題、及びタイヤ内の充填空気に対する圧縮問題
をホイールに発生する応力と同時に計算する必要があ
り、スーパーコンピュータを用いたとしても多大な計算
時間を要する。また一方、ドラム耐久試験はドラム上で
ホイール及びタイヤを回転させることから、ホイールデ
ザインにもよるが、対称性を取ることが困難である。こ
のため、数値解析での常套手段である対称性を考慮した
モデルの簡略化に結びつかない場合が多い。このため、
ホイールを含め全てをモデル化しなければならず、この
ため解析時間の膨大化につながるとともに、解析自体が
要素数が多すぎて解けない問題も発生する。以上より、
従来方法による解析計算に対しては、膨大な計算資源
（高価な計算機、大量の記憶媒体、大量のメモリー）を
必要とするとともに、生産活動前における、ホイール形
状の検討に多大な時間を要するため、生産活動の迅速化
に余り寄与しないという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明はホイールのドラム耐久評価方法として非
線形な複合部品であるタイヤを線形な要素でモデル化を
行い、解析することを特徴とする。タイや部を線形要素
化するには、２次元シェル要素あるいは１次元ビーム要
素あるいは３次元ソリッド要素とすることができるが、
これらを組み合わせた要素とすることもできる。タイヤ
部の空気圧，タイヤビート部の圧接効果，ドラムとタイ
ヤとの接触を介して入力される付加荷重等は直接加重と
して取り扱い、非線形解析から線形解析へと解析モデル
を簡略化させる。タイヤ及びその周辺部の最適なモデル
化と解析条件の設定について説明する。 タイヤ及びその周辺部のモデル化 １）タイヤ部においては、これを実体形状に即した非線
形要素として直接数値解析モデル化することなく線形要
素としての２次元シェル要素あるいは線形要素としての
１次元ビーム要素あるいは線形要素としての３次元ソリ
ッド要素あるいはこれらの組み合わせでモデル化させ
る。 ２）タイヤ空気圧部のタイヤ空気圧に関してはホイール
タイヤ面にかかる面圧力でモデル化させる。 ３）タイヤビート部によるホイールフランジへの圧接効
果をホイールフランジへの直接荷重力としてモデル化さ
せる。 ４）ドラム耐久試験装置よりドラムとタイヤとの接触を
介して入力される付加荷重をタイヤ部をモデル化した２
次元シェル要素あるいは１次元ビーム要素あるいは３次
元ソリッド要素あるいはこれらの組み合わせ部位に掛か
る直接荷重としてモデル化する。 解析条件の設定 前項の幾何形状、物性値、面圧力とその方向、直接加重
力とその方向を解析条件として設定する。 １）タイヤ部をモデル化した線形要素としての２次元シ
ェル要素あるいは線形要素としての１次元ビーム要素あ
るいは線形要素としての３次元ソリッド要素あるいはこ
れらの組み合わせ要素の各幾何形状あるいは及び材料物
性値。 ２）タイヤ空気圧に関しホイールタイヤ面にかかる面圧
力の大きさあるいは及びその方向。 ３）タイヤビート部によるホイールフランジへの圧接効
果をモデル化するホイールフランジへの直接荷重力の大
きさあるいは及びその方向。 ４）ドラム耐久試験装置よりドラムとタイヤとの接触を
介して入力される付加荷重をタイヤ部をモデル化した２
次元シェル要素あるいは１次元ビーム要素あるいは３次
元ソリッド要素あるいはこれらの組み合わせ部位に掛か
る直接荷重。 ５）次に、数値解析モデルの線形解析結果と実験実測の
結果の誤差を最小にするような前述した解析条件の値を
設定し、解析することにより、非線形解析から線形解析
へと解析モデルを簡略化し、数値解析に必要なメモリを
減少させ、計算時間を短縮する。
【０００５】
【発明の実施の形態】図３は処理ルーチンを示す流れ図
である。図４はこの発明の実施例に係る応力解析モデル
図、図５は図４の部分拡大図を示すものである。この応
力解析モデルは円周方向２列の線形シェル要素と2-1a,2
-1bのように線形シェル要素間を円周方向に接続した線
形ビーム要素と3-1,3-2のように軸方向に接続した線形
ビーム要素でタイヤ部をモデル化してある。また、図６
の4-1a,4-1bのように、線形シェル要素間を円周方向に
接続した線形ビーム要素を追加しても良い。また、図７
のように線形なソリッド要素でモデル化しても良い。な
お、図７はタイヤ部のソリッド要素を明示する為にタイ
ヤ部を一部切除して表示している。ドラムとタイヤ部の
接触荷重要素に対しては図４ 5-1に示すようドラムとタ
イヤ部の接平面に垂直な荷重として図４ 1-1a,1-2a,1-1
b,1-2bに示す２次元シェル要素に付加してある。図８に
図４のモデルを用いて解析を行ったホイールに生じる応
力の計算結果と実験により実測した結果を示す。図４に
示すドラム耐久評価試験用の応力解析モデルを使用し応
力解析を行うには、図８に示す応力実測値と数値計算結
果の応力値が整合するように、図５に示すシェル要素と
ビーム要素に適切な幾何形状情報と物性値および、図４
5-1に示すようにドラムとタイヤ部の接平面に垂直な荷
重値を設定する必要がある。まず適当な幾何形状情報と
物性値を設定し応力解析を行い、応力計算結果と応力計
測結果との誤差を最小にするようにシェル要素とビーム
要素に適切な幾何形状情報と物性値および、図４ 5-1に
示すようドラムとタイヤ部の接平面に垂直な荷重値の条
件を変えながら計算を行い解析条件を決定する。表１に
この手順で求めた解析条件例を示す。図８に示す最適化
後のドラム耐久応力解析結果と実験結果の比較は、本発
明によるドラム耐久の評価法が優れていることを示すも
のである。さらに、以上述べた方法で求めたドラム耐久
応力解析評価に対する解析条件は、同じタイヤ種別及び
ホイールサイズ、及びオフセットサイズが同じホイール
であればホイールデザインが変わっても、解析結果と応
力実測結果がほぼ等し結果を与えることが確認できた。
このことは、各タイヤ、各ホイールの組み合わせにおい
て一度解析条件を決めておけば解析評価方法が一意的に
決まることを示している。従来法を用いて行った計算時
間と、本発明による計算時間の比較を表２に示す。これ
より、従来法に比較して約８倍の計算高速化が達成で
き、解析結果においても実測値と良い整合を得ることが
出来きた。その結果、ホイールのドラム耐久評価試験を
数値解析により評価することが容易になり、ホイールの
設計後すぐに数値解析によりドラム耐久試験の実施結果
を予測し、これを用いて事前に形状対策を行い、製品開
発活動の迅速化をはかることができ、製品開発期間を１
ヶ月短縮することができた。
【０００６】
【表１】
【０００７】
【表２】
【０００８】
【発明の効果】本発明によりドラム耐久試験の応力解析
モデルのタイヤ部のモデル化が容易になり、かつ、非線
形なタイヤを線形に扱うことから解析時間の短縮につな
がり、ドラム耐久試験で生じるホイールの応力をコンピ
ュータシミュレーション解析で予測することが容易にな
り、試作回数の削減、開発期間の短縮が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】ドラム耐久試験説明図。
【図２】従来の応力解析モデル図。
【図３】発明の解析手順の流れ図。
【図４】発明の実施例−１。
【図５】実施例の部分拡大図。
【図６】発明の実施例−２。
【図７】発明の実施例−３。
【図８】解析結果。
【符号の説明】
１−１ａ，１−１ｂ，１−２ａ，１−２ｂ シェル要素 ２−１ａ，２−１ｂ シェル要素を円周方向に接続する
ビーム要素 ３−１，３−２，３−３ シェル要素を軸方向に接続す
るビーム要素 ４−１ａ，４−１ｂ シェル要素を円周方向に接続する
ビーム要素 ５−１ シェル要素への加重 １ タイヤ部、２ タイヤ空気圧部、３ ホイール、４
回転ドラム ５ ホイールフランジ、６ タイヤビート部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 非線形な複合部品であるタイヤ部を線形
    要素でモデル化を行い解析することを特徴とするホイー
    ルのドラム耐久評価方法。
  2. 【請求項２】 前記モデル化したタイヤ部を線形な２次
    元シェル要素あるいは１次元ビーム要素あるいは３次元
    ソリッド要素あるいはこれらの組み合わせとする請求項
    １記載のホイールのドラム耐久評価方法。
  3. 【請求項３】 タイヤ空気圧をホイールタイヤ面にかか
    る面圧力としてモデル化する請求項１または２記載のホ
    イールのドラム耐久評価方法。
  4. 【請求項４】 タイヤビート部がホイールフランジへ圧
    接する効果をホイールフランジへの直接荷重力としてモ
    デル化する請求項１〜３のいずれか記載のホイールのド
    ラム耐久評価方法。
  5. 【請求項５】 ドラム耐久試験装置よりドラムとタイヤ
    との接触を介して入力される付加荷重をタイヤ部をモデ
    ル化した線形要素に掛かる直接荷重としてモデル化する
    請求項１〜４のいずれか記載のホイールのドラム耐久評
    価方法。
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