JP2009078618A - タイヤモデルの作成方法およびタイヤのシミュレーション方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】まず、所定の外形形状を備える第1のタイヤモデルを作成する。次に、第1のタイヤモデルの、少なくともタイヤトレッド部材に対応する部分の材料物性値として熱膨張係数を付与する。熱膨張係数の付与された第1のタイヤモデルに対して、所定の温度変化を与えて熱変形解析を行い、この熱変形解析によって変形した第1のタイヤモデルの外形形状を外形形状とする第2のタイヤモデルを初期タイヤモデルとして作成する。作成された初期タイヤモデルに対して内圧充填処理、接地処理、転動処理を施してタイヤのシミュレーションを行う。
【選択図】図2
Description
このため、タイヤの加硫用金型の内面形状から作製されるタイヤの外形形状を予測することはできず、したがって、タイヤの加硫用金型の内面形状から、この加硫用金型によって作製されるタイヤのタイヤ特性を予測することも、解析することもできない。
前記所定の外形形状は、タイヤの加硫用金型の内面形状であることが好ましい。
又、前記第1のタイヤモデルに設定される前記熱膨張係数の値は、その値と前記温度変化の積の絶対値が0.001〜0.1となるように、設定されることが好ましい。
メモリ14に記憶されたプログラムを読み出しプログラムを実行することにより、条件作成モジュール18、熱変形解析モジュール20、タイヤモデル作成モジュール22、およびシミュレーション演算モジュール24の各プログラムモジュール群が形成される。
CPU12は、各プログラムモジュールの動作を制御管理するとともに、各プログラムモジュールの処理内容を実質的に演算処理する部分でもある。
これらの設定内容は、入力操作系26からのオペレータの指示に従って作成され、メモリ14に記憶保持されている。オペレータによる指示は、オペレータがディスプレイ28に表示された入力設定画面を見ながら為される。シミュレーションを行うとき、この記憶された内容は、条件作成モジュール18によって呼び出されてモデル作成条件及びシミュレーション条件が設定される。
熱変形解析モジュール20で算出された熱変形解析後の第1のタイヤモデルのデータはメモリ14に記憶される。
第2のタイヤモデルには、後述するシミュレーション演算を行うために必要な材料物性値が付与されている。作成された第2のタイヤモデルのデータはメモリ14に記憶される。
このようなシミュレーションの結果のデータは、メモリ14に記憶されるとともに、入出力ユニット16を介して、シミュレーション結果はディスプレイ28に画面表示され、あるいはプリンタ30に出力される。
以上の構成のシミュレーション装置10が実行するタイヤのシミュレーション方法についてより詳細に説明する。
まず、タイヤモデルを作成する上でのモデル条件及びシミュレーション演算を行う上でのシミュレーション条件の作成が行われる(ステップS10)。モデル条件及びシミュレーション条件は、入力操作系26を介してオペレータが画面を見ながら入力することによって作成される。作成されたモデル条件及びシミュレーション条件はメモリ14に記憶される。
モデル条件として、有限要素モデルの各要素の配置に関する情報、要素数及び節点数、さらには、各要素に付与する材料パラメータの値等が挙げられる。シミュレーション条件として、内圧、接地荷重、転動速度、路面の凹凸の他、タイヤモデルに付与するスリップ角、キャンバー角、トー角、スリップ率、路面との間の摩擦係数等の走行条件が挙げられる。
次に、タイヤモデル作成モジュール22は、作成された第1のタイヤモデルに設定されたモデル条件に従って、第1のタイヤモデルに熱膨張係数を付与する(ステップS30)。勿論、力学特性を示す材料物性値も付与される。
図3には、作成された第1のタイヤモデルTの断面形状が示されている。タイヤモデルTの外形形状は、タイヤの加硫用金型の内面形状に一致する形状となっている。タイヤモデルTの作成とは、具体的に、タイヤモデルTの各要素における番号付けられた節点の座標位置のデータと、各要素を構成する節点の番号のデータと、シミュレーション条件のデータと、がタイヤモデルのファイルとしてまとめられることをいう。さらに、第1のタイヤモデルのデータに、ヤング率、せん断剛性、ポアソン比の材料物性値の他に、熱膨張係数の値が付与される。なお、温度変化による熱ひずみは、熱膨張係数と温度変化の積によって定まるので、この積の値が同じであれば同じ熱ひずみが生じる。ゴム部材の熱膨張係数は10-5〜5×10-4であり、加硫温度から室温までの温度変化は略150℃である。本実施形態では、熱膨張係数と温度変化の積の絶対値が0.001〜0.1の範囲内であればよい。さらに、熱膨張係数と温度変化の積が同じ値であり、その積の絶対値が0.001〜0.1の範囲にあれば、熱膨張係数の値と温度変化をどのように設定して付与してもよい。例えば、温度変化を10倍にすれば、熱膨張係数を10分の1に設定しても、熱変形解析の結果は変化しない。
したがって、第2のタイヤモデルは、熱変形を受ける前の第1のタイヤモデルとは、外形形状のみが異なり、モデル内での各要素の構成は同じである。一方、各要素の節点の位置座標は、外形形状が変化することにより変わる。作成された第2のタイヤモデルのデータは、初期タイヤモデルとしてメモリ14に記憶される。
算出された物理量は、シミュレーション結果として、転動状態の初期タイヤモデルのデータとともに、メモリ14に記憶するとともに、入出力ユニット16を介してディスプレイ28及びプリンタ30に出力する(ステップS70)。
PCI工程を再現した内圧充填処理は、熱変形解析の後工程として行う他、熱変形解析の前工程として行ってもよいし、熱変形解析と同時に行ってもよい。
一方、図4(b)は、図2に示す処理フローで作成した初期タイヤモデルの外形形状と、上記加硫用金型を用いてタイヤを作製したときのタイヤの実測の外形形状とを重ね書きすることにより、外形形状の差異を示している。実測の外形形状は、太線Aで記されている。トレッド部材に相当する各要素に、熱膨張係数1.4×10-4を付与した。図4(a),(b)に示すタイヤモデルは、節点数約59000、要素数約54000の3次元モデルである。
図4(a)及び(b)を比べると、図4(a)に示すタイヤモデルの外形形状の、太線Aの実測の外形形状に対する差異はショルダー領域Sで大きくなっている。これに対して、図4(b)に示す初期タイヤモデルの外形形状の、太線Aの実測の外形形状に対する差異は図4(a)に示す差異に比べて全体的に小さく、ショルダー領域でも太線Aとの差異は小さい。これより、図2に示す処理フローで作成した初期タイヤモデルは、実測のタイヤの外形形状に近い形状を備えることが判る。
太線Bは、上記加硫用金型を用いて実際のタイヤを作製したときの、そのタイヤにおける内圧230(kPa)、接地荷重4.5(kN)の条件での実測の接地形状の輪郭を示す。
図4(a)に示す初期タイヤモデルの接地形状は、図4(b)に示すタイヤモデルの接地形状に比べて、実測の接地形状に近いことが判る。これより、図2に示す処理フローで作成した初期タイヤモデルの接地形状は実際のタイヤの接地形状に近いことが判る。実際、タイヤ特性は、路面と接触して形成される接地形状及び接地圧分布に大きな影響を受けて定まっているので、接地形状を実測のタイヤに近づけることができる本発明のタイヤモデル作成方法を用いることにより、タイヤ特性を精度良く予測することが可能となる。
12 CPU
14 メモリ
16 入出力ユニット
18 条件作成モジュール
20 熱変形解析モジュール
22 タイヤモデル作成モジュール
24 シミュレーション演算モジュール
26 入力操作系
28 ディスプレイ
30 ディスプレイ
Claims (5)
- タイヤのシミュレーション計算に用いるタイヤモデルを作成するタイヤモデルの作成方法であって、
所定の外形形状を備える第1のタイヤモデルを作成するステップと、
第1のタイヤモデルの、少なくともタイヤトレッド部材に対応する部分に、前記タイヤトレッド部材の熱膨張係数を付与するステップと、
前記熱膨張係数の付与された第1のタイヤモデルに対して、所定の温度変化を与えて熱変形解析を行うステップと、
変形した前記第1のタイヤモデルの外形形状を外形形状とする第2のタイヤモデルを初期タイヤモデルとして作成するステップと、を有することを特徴とするタイヤモデルの作成方法。 - 前記熱変形解析を行うステップでは、前記熱変形解析の他に内圧充填処理を施し、これらの処理によって変形した第1のタイヤモデルの外形形状を外形形状とする第2のタイヤモデルを初期タイヤモデルとして作成する請求項1に記載のタイヤモデルの作成方法。
- 前記所定の外形形状は、タイヤの加硫用金型の内面形状である請求項1又は2に記載のタイヤモデルの作成方法。
- 前記第1のタイヤモデルに設定される前記熱膨張係数の値は、その値と前記温度変化の積の絶対値が0.001〜0.1となるように、設定される請求項1〜3のいずれか1項に記載のタイヤモデルの作成方法。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のタイヤモデル作成方法で作成された初期タイヤモデルを用いて、タイヤのシミュレーションを行うことを特徴とするタイヤのシミュレーション方法。
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