KR20150066198A - 타이어 노면 접지부의 유한요소해석 결과데이터 추출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어 노면 접지부의 3차원 유한요소해석 결과데이터를 자동으로 추출하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 타이어 접지부의 노드가 균일한 간격으로 배열되어 있지 않더라도 그 노드들의 결과를 바탕으로 균일한 간격으로 결과데이터를 획득할 수 있는 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 타이어 노면 접지부의 유한요소해석 결과데이터를 추출하기 위한 방법으로서, 상기 유한요소해석 수행에 의해 타이어 노면 접지부의 요소 및 노드의 범위를 이용하여 데이터 추출 범위를 지정하고, 그 범위에 대한 데이터를 추출하는 제 1단계; 정의된 간격으로 센서를 구성하고, 각 센서 점과 가장 근접한 거리에 있는 노드를 이용한 요소 탐색 알고리즘을 통해 상기 각 센서 점이 위치한 요소를 추출하는 제 2단계; 및 상기 요소를 구성하는 노드의 좌표 및 데이터를 바탕으로 근사식을 구성하여 센서 점에서의 결과값을 최종적으로 산출하는 제 3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 노면 접지부의 유한요소해석 결과데이터 추출 방법을 제공한다.

Description

타이어 노면 접지부의 유한요소해석 결과데이터 추출방법{Method for extracting result data of tire tread}

본 발명은 타이어 노면 접지부의 3차원 유한요소해석 결과데이터를 자동으로 추출하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 타이어 접지부의 노드(Node)가 균일한 간격으로 배열되어 있지 않더라도 그 노드들의 결과를 바탕으로 균일한 간격으로 결과데이터를 획득할 수 있는 기술에 관한 것이다.

일반적으로, 타이어의 성능을 평가하기 위한 방법 중 정적인 타이어의 특성을 평가하기 위한 방법 중 하나로써 타이어의 강성을 측정하게 된다. 타이어의 강성을 분석함에 있어서, 실험적으로 타이어의 종강성, 횡강성, 전/후강성 및 비틀 강성을 측정할 수 있다. 그러나 타이어의 강성은 실험적인 방법 이외에도 유한요소해석 기법을 사용하여 계산할 수 있다.

유한요소해석 기법을 이용한 방법은 실험적으로 측정하기 어렵거나 측정하지 못하는 경우의 강성을 계산할 수 있다는 장점이 있다. 타이어 패턴 강성 역시 이에 해당하고, 유한요소해석 기법을 이용하여 계산할 수 있으며, 그루브(Groove)나 커프(Kerf)의 폭이나 깊이에 따른 패턴 강성의 차이를 계산하여 타이어 성능을 비교하여 평가할 수 있다.

유한요소해석 기법은 연속체인 구조물을 1차원인 막대, 2차원인 삼각형이나 사각형, 3차원인 중실체(사면체, 6면체)의 유한 개의 요소로 분할하여 각기의 영역에 관하여 에너지원리를 기초로 하는 근사해법에 기하여 계산을 해나가는 수치계산방법이다. 또한, 유한요소해석 기법은 구조해석을 중심으로 하여 가장 많이 사용되는 방법으로, 복잡한 형상의 응력해석 등을 위해 개발된 방법이다.

이러한 유한요소해석 기법은 타이어 단품에 대한 성능을 예측하기 위한 기법으로써 많은 타이어 엔지니어들이 이용하고 있다. 특히, 타이어 성능 중에서도 접지부에서의 성능을 예측하기 위해 접지부의 결과데이터를 추출하게 되는데, 이러한 데이터 추출작업을 수작업으로 진행할 경우 매우 비효율적이었다.

또한, 타이어 접지부의 결과 데이터를 활용한 추가적인 수 계산(평균 등)에 사용하기 위해서는 균일한 간격에서의 결과값이 요구되지만, 다양한 트레드패턴(Tread Pattern)을 가지는 타이어의 경우 트레드 패턴을 균일한 간격으로 메쉬(Mesh)를 구성하는 것은 매우 복잡한 작업이었다.

대한민국 공개특허공보 제2008-0060147호

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은 타이어 접지부의 해석 결과데이터를 효율적으로 추출하고 다양한 트레드 패턴의 메쉬에서도 균일한 간격의 결과데이터를 추출할 수 있도록 하는 타이어 노면 접지부의 유한요소해석 결과데이터 추출방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 타이어 노면 접지부의 유한요소해석 결과데이터를 추출하기 위한 방법으로서, 상기 유한요소해석 수행에 의해 타이어 노면 접지부의 요소 및 노드의 범위를 이용하여 데이터 추출 범위를 지정하고, 그 범위에 대한 데이터를 추출하는 제 1단계; 정의된 간격으로 센서를 구성하고, 각 센서 점과 가장 근접한 거리에 있는 노드를 이용한 요소 탐색 알고리즘을 통해 상기 각 센서 점이 위치한 요소를 추출하는 제 2단계; 및 상기 요소를 구성하는 노드의 좌표 및 데이터를 바탕으로 근사식을 구성하여 센서 점에서의 결과값을 최종적으로 산출하는 제 3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 노면 접지부의 유한요소해석 결과데이터 추출 방법을 제공한다.

또한, 상기 제 1단계에서의 상기 요소 및 노드의 범위를 지정하기 위해 접지영역을 포함하는 상한 및 하한의 요소 번호를 입력하며, 리브의 범위를 정하기 위해 접지영역을 포함하는 상한 및 하한의 요소 범위 내에서 면적을 정의할 수 있는 세 점(원점, X, Y)으로 노드 번호를 입력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 1단계에서의 지정된 범위에서 요소(8-Node Linear Brick)의 번호, 요소를 구성하는 노드 번호, 좌표 및 응력 등의 결과 데이터를 추출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 2단계에서 균일한 데이터를 얻기 위해 센서의 간격을 정의하고, 그 정의된 간격으로 센서를 자동으로 생성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 2단계에서 센서 점과 노드의 좌표를 이용하여 거리가 계산되며, 상기 계산 결과에 의해 각 센서 점과 정의된 접지부의 요소(8-Node Linear Brick)에서 접지되는 면의 노드 중 최단 거리의 노드를 추출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 2단계에서의 각 센서 점에서 노드를 공유하는 요소(4-Node)를 탐색하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 2단계에서의 요소 탐색 알고리즘을 이용하여 추출된 요소의 면적을 산출하며, 선택된 센서 점과 하나의 요소에서 센서 점을 꼭지점으로 하고, 요소(4-Node)의 한 변을 밑변으로 하는 삼각형의 면적의 합이 이미 추출된 요소들의 면적 중 동일한 면적을 가지는 요소(4-Node)를 탐색하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 3단계에서는 최소자승법을 이용하여 근사식을 구성하며, 상기 근사식을 바탕으로 각 센서 점에서의 결과값을 최종 산출하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 종래 기술에서 타이어 성능 예측을 위한 유한요소해석을 수행할 때, 타이어 접지부의 결과데이터를 추출하기 위해 수작업으로 실시할 경우 시간적 비용이 높을 뿐만 아니라 균일한 간격으로 데이터 추출이 어려웠지만, 본 발명에서는 타이어 접지부의 결과데이터 추출을 자동화하여 효율성을 극대화할 수 있으며, 임의의 트레드 패턴이 적용된 해석에서도 균일한 간격으로 결과데이터를 추출할 수 있어 타이어 신제품 개발 및 성능 개선 단계에서 발생 될 수 있는 지연에 따른 추가 비용을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발병에 따른 타이어 접지부의 유한요소해석 결과데이터 추출과정을 나타낸 전체 흐름도,
도 2는 도 1에 도시된 노드 탐색 과정을 나타낸 상세 흐름도,
도 3은 도 1에 도시된 요소 탐색 과정을 나타낸 상세 흐름도,
도 4는 도 1에 도시된 센서 요소 탐색 과정을 나타낸 상세 흐름도,
도 5는 도 1에 도시된 최소자승법을 이용한 근사식 구성 및 산출 과정을 나타낸 상세 흐름도,
도 6은 본 발명에 따른 최소자승법을 이용한 근사식 구성의 개념도,
도 7은 종래의 기술 대비 본 발명의 효과를 나타낸 사진이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발병에 따른 타이어 접지부의 유한요소해석 결과데이터 추출과정을 나타낸 전체 흐름도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의하면 접지부의 요소(element) 및 리브(rib)의 범위를 입력하는 단계(S100); 추출된 결과데이터를 바탕으로 기초 데이터를 수집하는 단계(S200); 센서의 간격을 정의하여 자동으로 센서 배열을 생성하는 단계(S300); 센서의 각 점에서 가장 가까운 접지부의 노드를 탐색하는 단계(S400); 접지부 요소의 접지면에 해당하는 요소를 탐색하는 단계(S500); 탐색된 요소를 바탕으로 센서 요소를 탐색하는 단계(S600); 최소자승법(LSM; Least Square Method)을 이용하여 근사식을 구성하고, 근사값을 산출하는 단계(S700); 및 산출된 근사값을 바탕으로 센서의 위치지점 결과값을 출력하는 단계(S800)를 포함한다.

도 2는 도 1에 도시된 노드 탐색 과정을 나타낸 상세 흐름도이며, 도 3은 도 1에 도시된 요소 탐색 과정을 나타낸 상세 흐름도이다. 도 4는 도 1에 도시된 센서 요소 탐색 과정을 나타낸 상세 흐름도이며, 도 5는 도 1에 도시된 최소자승법을 이용한 근사식 구성 및 산출 과정을 나타낸 상세 흐름도이다. 도 6은 본 발명에 따른 최소자승법을 이용한 근사식 구성의 개념도 이며, 도 7은 종래의 기술 대비 본 발명의 효과를 나타낸 사진이다.

도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명에 의한 타이어 노면 접지부의 유한요소해석 결과데이터 추출과정을 좀 더 상세히 살펴보기로 한다.

먼저, 타이어 단품에 대한 성능 예측을 위해 유한요소해석을 수행하게 된다. 타이어 성능 중에서도 접지부에서의 성능을 예측하기 위한 접지부의 결과데이터를 추출하기 위해 접지부의 범위를 지정해야 한다.

즉, 타이어 노면 접지부의 데이터 추출을 위한 접지부의 요소 및 리브의 범위를 정하는 것으로서, 입력(Input) 단계(S100)에서는 접지영역을 포함하는 상한 및 하한의 요소(Element) 번호를 입력하는 것과 리브(Rib)의 범위를 정하기 위해 접지영역을 포함하는 상, 하한의 요소범위 내에서 면적을 정의할 수 있는 세 점(원점, X, Y)으로 노드(Node) 번호를 입력한다.

다음, 기초 데이터 수집 단계(200)에서는 사용자가 원하는 접지부의 결과를 최종적으로 얻기 위한 첫 단계로 기초 데이터를 저장하기 위해 이전 단계의 정의된 범위에서 요소(8-Node Linear Brick)의 번호, 해당 요소를 구성하는 노드 번호, 좌표 및 응력 등의 결과데이터를 추출하여 이들 정보를 저장한다.

그 다음, 타이어 노면 접지부에서 균일한 데이터를 얻기 위해 센서(Sensor)를 정의하는 단계(300)에서는 사용자가 원하는 센서의 간격을 정의하면 그 간격으로 자동으로 센서가 구성되며, 좌표 형태로 저장된다. 이때, 저장된 기초 데이터 및 센서의 정보는 앞으로 진행될 단계에서 프로그램 내부 연산에 사용된다.

다음, 단계(S400)의 노드 탐색 단계는 도 2에서와 같이, 센서의 각 점(S410)에서 가장 가까운 접지부의 노드를 탐색하는 단계로써 센서와 노드의 좌표를 이용하여 거리를 계산하며(S420), 그 계산된 결과에서 가장 작은 값을 가지는 노드 좌표를 추출하게 된다(S430). 이때, 결과적으로 각 센서 점과 정의된 접지부의 요소(8-Node Linear Brick)에서 접지되는 면의 노드 중 최단 거리의 노드가 추출되며, 이들 정보를 저장한다(S440).

그 다음, 단계(S500)의 요소 탐색 단계는 도 3에서와 같이, 단계(S400)에서 검색된 노드를 공유하는 접지부의 요소(8-Node Linear Brick)에서 접지면에 해당하는 요소(4-Node)를 탐색하는 단계로써, 각 센서 점에서 이에 대응하는 노드를 공유하는 여러 개의 요소를 탐색한다.

즉, 센서의 각 점이 선택되고(S510), 접지부의 최단 거리 노드 데이터 정보를 취득한 후(S520) 최단 거리 노드를 포함하는 요소를 검색하고(S530), 노드를 공유하는 공유 요소를 추출하며(S540), 그 추출된 최단거리 노드를 공유하는 요소 정보를 저장한다(S550).

다음, 단계(S600)의 센서 요소 탐색 단계는 도 4에 도시된 바와 같이, 센서 점이 선택되고 단계(S500)에서 탐색된 요소 정보를 바탕으로 센서 점이 놓여 있는 요소(4-Node)인 센서 요소를 탐색하는 단계이다. 이때, 하나의 센서 점이 위치해 있는 센서 요소를 찾기 위해 세 점의 좌표를 알 때 삼각형 넓이를 계산하여 요소의 면적를 산출하는 알고리즘을 이용한다.

즉, 센서의 각 점이 선택되고(S610), 접지부의 최단 거리 노드 및 공유 요소데이터 정보를 취득한다(S620). 그리고 나서, 취득한 정보를 바탕으로 각 요소의 면적(넓이)를 산출하고(S630), 각 요소와 센서를 포함하는 면적(넓이)을 산출한 다음(S640), 이들(각 요소의 면적과 요소 및 센서의 면적(넓이))를 비교하게 된다(S650). 만약, 비교결과 비교 값이 일치하는 경우(S660) 센서 요소에 대한 결과데이터 정보를 저장한다(S670).

다시 말해, 단계(S500)의 요소 탐색 단계에서 추출된 요소의 면적을 산출하고, 선택된 센서 점과 한 개의 요소에서 센서 점을 꼭지점으로 하며, 요소(4-Node)의 한 변을 밑변으로 하는 삼각형의 면적의 합이 이미 계산된 요소의 면적 중 동일한 면적을 가지는 요소(4-Node)를 탐색한다.

마지막으로, 단계(S700)의 최소자승법(LSM; Least Square Method)를 이용한 근사식 구성 및 산출 단계는 도 5에 도시된 바와 같이, 센서의 각 점이 선택되고(S710), 센서 점이 위치해 있는 센서 요소에 대한 데이터 정보를 취득한다(S720). 그리고 나서, 최소자승법(LSM)을 이용한 근사식을 구성하고(S730), 그 구성된 근사식을 바탕으로 근사값을 산출한 후(S740) 이를 출력하게 된다(S740).

즉, 도 6과 같이 센서와 센서 요소를 구성하는 노드의 정보(좌표, 해석결과)를 바탕으로 최소자승법(LSM)을 이용하여 근사식을 구성하고, 그 근사식을 바탕으로 센서가 위치한 지점의 결과값을 산출한다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이 종래의 기술에 대비하여 본 발명에서는 임의의 트레드 패턴이 적용된 해석에서도 균일한 간격으로 데이터를 추출이 가능하다.

상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

Claims (8)

1. 타이어 노면 접지부의 유한요소해석 결과데이터를 추출하기 위한 방법으로서,
   상기 유한요소해석 수행에 의해 타이어 노면 접지부의 요소 및 노드의 범위를 이용하여 데이터 추출 범위를 지정하고, 그 범위에 대한 데이터를 추출하는 제 1단계;
   정의된 간격으로 센서를 구성하고, 각 센서 점과 가장 근접한 거리에 있는 노드를 이용한 요소 탐색 알고리즘을 통해 상기 각 센서 점이 위치한 요소를 추출하는 제 2단계; 및
   상기 요소를 구성하는 노드의 좌표 및 데이터를 바탕으로 근사식을 구성하여 센서 점에서의 결과값을 최종적으로 산출하는 제 3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 노면 접지부의 유한요소해석 결과데이터 추출 방법.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1단계에서의 상기 요소 및 노드의 범위를 지정하기 위해 접지영역을 포함하는 상한 및 하한의 요소 번호를 입력하며, 리브의 범위를 정하기 위해 접지영역을 포함하는 상한 및 하한의 요소 범위 내에서 면적을 정의할 수 있는 세 점(원점, X, Y)으로 노드 번호를 입력하는 것을 특징으로 하는 타이어 노면 접지부의 유한요소해석 결과데이터 추출 방법.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1단계에서의 지정된 범위에서 요소(8-Node Linear Brick)의 번호, 요소를 구성하는 노드 번호, 좌표 및 응력 등의 결과 데이터를 추출하는 것을 특징으로 하는 타이어 노면 접지부의 유한요소해석 결과데이터 추출 방법.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 제 2단계에서 균일한 데이터를 얻기 위해 센서의 간격을 정의하고, 그 정의된 간격으로 센서를 자동으로 생성하는 것을 특징으로 하는 타이어 노면 접지부의 유한요소해석 결과데이터 추출 방법.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 제 2단계에서 센서 점과 노드의 좌표를 이용하여 거리가 계산되며, 상기 계산 결과에 의해 각 센서 점과 정의된 접지부의 요소(8-Node Linear Brick)에서 접지되는 면의 노드 중 최단 거리의 노드를 추출하는 것을 특징으로 하는 타이어 노면 접지부의 유한요소해석 결과데이터 추출 방법.
   
6. 제 1항에 있어서, 상기 제 2단계에서의 각 센서 점에서 노드를 공유하는 요소(4-Node)를 탐색하는 것을 특징으로 하는 타이어 노면 접지부의 유한요소해석 결과데이터 추출 방법.
   
7. 제 1항에 있어서, 상기 제 2단계에서의 요소 탐색 알고리즘을 이용하여 추출된 요소의 면적을 산출하며, 선택된 센서 점과 하나의 요소에서 센서 점을 꼭지점으로 하고, 요소(4-Node)의 한 변을 밑변으로 하는 삼각형의 면적의 합이 이미 추출된 요소들의 면적 중 동일한 면적을 가지는 요소(4-Node)를 탐색하는 것을 특징으로 하는 타이어 노면 접지부의 유한요소해석 결과데이터 추출 방법.
   
8. 제 1항에 있어서, 상기 제 3단계에서는 최소자승법을 이용하여 근사식을 구성하며, 상기 근사식을 바탕으로 각 센서 점에서의 결과값을 최종 산출하는 것을 특징으로 하는 타이어 노면 접지부의 유한요소해석 결과데이터 추출 방법.
   

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