JP2009276147A - Creation method of analytical model of filler-filled rubber - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a creation method of an analytical model suitable for performing a large-scale simulation. <P>SOLUTION: The creation method of the analytical model for simulating the deformation of the filler-filled rubber containing rubber and a filler by a computer includes: a step S1 for setting an initial analytical model, containing a filler model with the filler divided by a finite number of elements and a rubber model surrounding the filler model and with the rubber divided by a finite number of elements; a fragmentation step S2 for fragmentation, by placing new node in the elements of the initial analytical model; and a deformation step S6 for deforming the elements by moving the new node defined on the outline of the filler model onto the virtual outline, obtained by smoothly connecting the node existing at the outline of the initial analytical model. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、フィラー充填ゴムの解析モデルの作成方法に関し、詳しくは大規模シミュレーションを行うのに適した解析モデルの作成方法に関する。   The present invention relates to a method for creating an analysis model for filler-filled rubber, and more particularly to a method for creating an analysis model suitable for performing a large-scale simulation.

近年、ゴム中にカーボンやシリカ等のフィラーを充填したフィラー充填ゴムの変形をコンピュータによりシミュレーションすることが提案されている(例えば、下記特許文献1参照)。これらのシミュレーションでは、フィラー充填ゴムを数値解析が可能な要素で分割した解析モデルを設定し、この解析モデルに条件を設定して変形計算を行い、その計算結果から必要な物理量を取得することが行われる。   In recent years, it has been proposed to simulate the deformation of a filler-filled rubber obtained by filling a rubber such as carbon or silica with a computer (see, for example, Patent Document 1 below). In these simulations, it is possible to set an analysis model in which filler-filled rubber is divided by elements that can be numerically analyzed, set conditions for this analysis model, perform deformation calculations, and obtain the required physical quantities from the calculation results. Done.

特開2006−138810号公報JP 2006-138810 A

フィラー充填ゴムの特性をシミュレーションする場合、フィラーの分散状態の影響を考慮するためには、できるだけ多くのフィラーを充填したモデルが望まれる。このようなモデルは、一般に要素数が増大する傾向がある。また、フィラーは、ゴムに比べて著しく剛性が大きい。このため、要素分割の解像度を十分に高めないとシミュレーションによる計算誤差が発生しやすい。つまり、フィラー充填ゴムのシミュレーションには、より細かく要素分割された大規模な解析モデルが必要である。例えば、フィラー粒子数個を含むモデル(ユニットセル)を10万要素で構成した場合、該セルを1000個含む大規模モデルでは1億個以上の要素が必要になる。   When simulating the characteristics of the filler-filled rubber, a model filled with as much filler as possible is desired in order to consider the influence of the filler dispersion state. Such models generally tend to increase the number of elements. In addition, the filler has significantly higher rigidity than rubber. For this reason, calculation errors due to simulation tend to occur unless the resolution of element division is sufficiently increased. That is, the simulation of the filler-filled rubber requires a large-scale analysis model in which elements are finely divided. For example, when a model (unit cell) including several filler particles is composed of 100,000 elements, a large-scale model including 1000 cells requires 100 million elements or more.

さらに、計算精度を高めるためには、フィラーの輪郭形状に沿って不規則に要素の節点を配置する必要がある。しかしながら、上述のように要素数が大幅に増加すると、現在の汎用メッシュ化ソフトウエア等では上述のような解析モデルを作成することが難しい。   Furthermore, in order to increase the calculation accuracy, it is necessary to irregularly arrange the nodes of the elements along the contour shape of the filler. However, if the number of elements increases significantly as described above, it is difficult to create the analysis model as described above with the current general-purpose meshing software.

本発明は、以上のような実情に鑑み案出なされたもので、フィラーモデルとゴムモデルとを含む初期の解析モデルを設定し、この初期の解析モデルの要素に新たな節点を設けて要素を細分化し、さらにフィラーモデルの輪郭上に定義された新たな節点を最適位置へと移動させて要素を変形させることを基本として、簡単な手順で大規模な解析モデルを能率良く作成しうるフィラー充填ゴムの解析モデルの作成方法を提供することを主たる目的とする。   The present invention has been devised in view of the above situation, and an initial analysis model including a filler model and a rubber model is set, and a new node is provided in the element of the initial analysis model to change the element. Filler filling that can efficiently create a large-scale analysis model in a simple procedure, based on subdivision and moving the new node defined on the contour of the filler model to the optimal position to deform the element The main purpose is to provide a method for creating an analysis model of rubber.

本発明のうち請求項1記載の発明は、ゴムとフィラーとを含むフィラー充填ゴムの変形をコンピュータによりシミュレーションするための解析モデルを作成する方法であって、前記フィラーを有限個の要素で分割したフィラーモデルと、このフィラーモデルを囲むとともに前記ゴムを有限個の要素で分割したゴムモデルとを含む初期の解析モデルを設定するステップ、前記初期の解析モデルの要素に新たな節点を設けて細分化する細分化ステップ、及び前記フィラーモデルの輪郭上に定義された新たな節点を、前記初期の解析モデルの前記輪郭上にあった節点を滑らかに繋ぐことにより得られる仮想輪郭上に移動させて要素を変形させる変形ステップを含むことを特徴とする。   The invention according to claim 1 of the present invention is a method for creating an analysis model for simulating deformation of a filler-filled rubber containing rubber and filler by a computer, wherein the filler is divided into a finite number of elements. A step of setting an initial analysis model including a filler model and a rubber model surrounding the filler model and dividing the rubber by a finite number of elements, and subdividing the initial analysis model by providing new nodes A subdivision step, and a new node defined on the contour of the filler model is moved onto a virtual contour obtained by smoothly connecting the nodes on the contour of the initial analysis model. And a deformation step for deforming.

また請求項2記載の発明は、前記細分化ステップ及び/又は前記変形ステップの後、要素のねじれの有無を調べるステップと、ねじれた要素がある場合にねじれた要素の節点を元に戻すステップとを行う請求項1記載のフィラー充填ゴムの解析モデルの作成方法である。   Further, the invention according to claim 2 is a step of checking whether or not the element is twisted after the subdividing step and / or the deforming step, and a step of restoring the node of the twisted element when there is a twisted element. The method for creating an analytical model of filler-filled rubber according to claim 1, wherein

また請求項3記載の発明は、前記細分化ステップは、初期の解析モデルの2つの節点をつなぐ全ての辺上に新たな節点を定義しかつ該新たな節点を用いて初期の解析モデルの各要素を細分化する処理を含む請求項1又は2記載のフィラー充填ゴムの解析モデルの作成方法である。   In the invention according to claim 3, in the subdividing step, new nodes are defined on all sides connecting two nodes of the initial analysis model, and each of the initial analysis models is defined using the new nodes. 3. The method for creating an analysis model for filler-filled rubber according to claim 1 or 2, comprising a process of subdividing the elements.

また請求項4記載の発明は、前記解析モデルの総要素数が1億個以上である請求項1又は2記載のフィラー充填ゴムの解析モデルの作成方法である。   The invention according to claim 4 is the method for creating an analysis model of filler-filled rubber according to claim 1 or 2, wherein the total number of elements of the analysis model is 100 million or more.

本発明では、フィラーモデルと、このフィラーモデルを囲むゴムモデルとを含む初期の解析モデルに、新たな節点が定義される。そして、該新たな節点を用いて要素が細分化される。また、フィラーモデルの輪郭上に定義された新たな節点を、前記初期の解析モデルの前記輪郭上にあった節点を滑らかに繋ぐ仮想輪郭上に移動させて要素を変形させる。以上のような処理を含むことにより、本発明の解析モデルの作成方法では、フィラーモデルの輪郭を滑らかにしつつ解析モデルを容易に細分化できる。そして、必要な要素数になるまで前記細分化ステップを繰り返すことにより、簡単に大規模な解析モデルを作成することができる。   In the present invention, new nodes are defined in an initial analysis model including a filler model and a rubber model surrounding the filler model. Then, the element is subdivided using the new node. Further, a new node defined on the contour of the filler model is moved to a virtual contour that smoothly connects the nodes on the contour of the initial analysis model, thereby deforming the element. By including the processing as described above, the analytical model creation method of the present invention can easily subdivide the analytical model while smoothing the contour of the filler model. A large-scale analysis model can be easily created by repeating the subdivision step until the required number of elements is reached.

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本実施形態では、ゴムと、例えばカーボンやシリカなどの硬質のフィラーとを含むフィラー充填ゴムの変形をコンピュータによりシミュレーションするために用いられる解析モデル4が作成される。該解析モデルは、有限要素法のような数値解析法で計算可能な要素の集合体として定義される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present embodiment, the analysis model 4 used for simulating the deformation of the filler-filled rubber including rubber and a hard filler such as carbon or silica with a computer is created. The analysis model is defined as a collection of elements that can be calculated by a numerical analysis method such as a finite element method.

本実施形態の作成方法は、図1に示されるようなコンピュータ装置1を用いて行われる。該コンピュータ装置1は、本体1a、キーボード1b、マウス1c及びディスプレイ装置1dを含む。前記本体1aには、演算処理装置(CPU)、ROM、作業用メモリー、磁気ディスクなどの記憶装置及びディスクドライブ装置1a1、1a2などが設けられる。なお、記憶装置には、本実施形態の作成方法を実行するための処理手順(プログラム)が予め記憶される。   The creation method of this embodiment is performed using a computer apparatus 1 as shown in FIG. The computer device 1 includes a main body 1a, a keyboard 1b, a mouse 1c, and a display device 1d. The main body 1a is provided with an arithmetic processing unit (CPU), a ROM, a working memory, a storage device such as a magnetic disk, and disk drive devices 1a1, 1a2. Note that a processing procedure (program) for executing the creation method of the present embodiment is stored in the storage device in advance.

図2には、解析モデル4を作成するためのフローチャートを示す。
先ず、本実施形態では、フィラー充填ゴムの初期の解析モデル4aが設定される(ステップS1)。
FIG. 2 shows a flowchart for creating the analysis model 4.
First, in this embodiment, an initial analysis model 4a of filler-filled rubber is set (step S1).

図3(a)には、初期の解析モデル4aの一例を視覚化して示す。該初期の解析モデル4aは、ゴムモデル2と、フィラーモデル3とを含んで構成される。ただし、解析しようとするフィラー充填ゴムは、実在するか否かは問わない。   FIG. 3A shows an example of an initial analysis model 4a visualized. The initial analysis model 4 a includes a rubber model 2 and a filler model 3. However, it does not matter whether the filler-filled rubber to be analyzed actually exists.

前記フィラーモデル3は、理解しやすいように図3(a)において着色されて表示される。該フィラーモデル3は、フィラー充填ゴムに充填されているフィラーを有限個の要素e…で分割(離散化)することにより定義される。本実施形態において、フィラーモデル3は、直径数10ナノメータ程度の略球状のカーボンブラックをモデル化したものである。また、本実施形態では、フィラーモデル3の輪郭L(これは、フィラーモデル3とゴムモデル2との境界とも言える。)上の節点は、いずれも単一の円周上に並べられている。   The filler model 3 is colored and displayed in FIG. 3A for easy understanding. The filler model 3 is defined by dividing (discretizing) the filler filled in the filler-filled rubber by a finite number of elements e. In the present embodiment, the filler model 3 models a substantially spherical carbon black having a diameter of about several tens of nanometers. In the present embodiment, the nodes on the contour L of the filler model 3 (which can be said to be the boundary between the filler model 3 and the rubber model 2) are all arranged on a single circumference.

本実施形態において、前記ゴムモデル2は、フィラーモデル3の周囲を連続して取り囲むとともに、フィラー充填ゴムのゴム部分を有限個の要素e…で分割することにより定義される。なお、図3(a)の解析モデル4aは、全体の一部分のみを示す。   In the present embodiment, the rubber model 2 is defined by continuously surrounding the filler model 3 and dividing the rubber portion of the filler-filled rubber by a finite number of elements e. In addition, the analysis model 4a of Fig.3 (a) shows only a part of whole.

また、本実施形態では、二次元の解析モデル4が示される。従って、前記各要素e…には、例えば三ないし四辺形の要素が好適に用いられる。本実施形態の解析モデル4では、図3(b)に示されるように、4つの節点aと、各節点a、a間を繋ぐ4つの直線からなる辺bとで一つの閉領域を形成する四辺形の要素e1だけで構成される。これらの要素は、種々の大きさ及び形状のものを含んでいる。従って、複雑な形状を正確に再現することができる。   In the present embodiment, a two-dimensional analysis model 4 is shown. Therefore, for example, a trigonal or quadrilateral element is preferably used for each element e. In the analysis model 4 of the present embodiment, as shown in FIG. 3B, one closed region is formed by the four nodes a and the side b composed of four straight lines connecting the nodes a and a. It is composed only of a quadrilateral element e1. These elements include various sizes and shapes. Therefore, a complicated shape can be accurately reproduced.

ただし、本発明は、三次元の解析モデルについても同様に適用しうる。この場合、前記各要素には、例えば4ないし6面体の要素(図示省略)が好適に用いられる。   However, the present invention can be similarly applied to a three-dimensional analysis model. In this case, for example, a tetrahedron element (not shown) is preferably used as each element.

前記各要素eは、数値解析が可能に定義される。数値解析が可能とは、例えば有限要素法、有限体積法、差分法又は境界要素法といった数値解析法により各要素eないし系全体についての変形計算が可能なことを意味する。具体的には、各要素e…は、それを構成する節点の番号と該節点の座標値が少なくとも定義される。   Each element e is defined such that numerical analysis is possible. The possibility of numerical analysis means that deformation calculation can be performed on each element e or the entire system by a numerical analysis method such as a finite element method, a finite volume method, a difference method, or a boundary element method. Specifically, each element e... Is defined with at least a node number constituting the element e and a coordinate value of the node.

また、各要素eには、各々が代表する部分の材料特性(物性値)などが定義される。即ち、ゴムモデル3及びフィラーモデル2の各要素には、それぞれが代表するフィラー及びゴムの物性に応じた材料定数が定義される。そして、これらのデータは、前記コンピュータ装置1に記憶される。   Each element e defines material characteristics (physical property values) of a portion represented by each element e. That is, for each element of the rubber model 3 and the filler model 2, material constants corresponding to the physical properties of the filler and rubber represented by the respective elements are defined. These data are stored in the computer device 1.

初期の解析モデル4aは、特に細かく要素分割する必要はない。従って、初期の解析モデル4aは、例えば、コンピュータ装置1と市販されている汎用メッシュ化ソフトウエア等とを使用して可能な範囲の解像度(要素分割数)で定義することができる。そして、このような場合には、作成された初期の解析モデル4aから、各要素eの節点番号や座標値などのデータを、テキスト情報として出力することが望ましい。これにより、他のソフトウエアでも初期の解析モデル4aのデータを利用することができる。   The initial analysis model 4a does not need to be divided into fine elements. Therefore, the initial analysis model 4a can be defined with a resolution (number of element divisions) within a possible range using, for example, the computer apparatus 1 and commercially available general-purpose meshing software. In such a case, it is desirable to output data such as node numbers and coordinate values of each element e as text information from the created initial analysis model 4a. Thereby, the data of the initial analysis model 4a can be used by other software.

次に、図3(a)のA部拡大図である図4に示されるように、初期の解析モデル4aの要素eに新たな節点を設けて細分化する細分化ステップが行われる(ステップS2、S3)。本実施形態では、先ず、初期の解析モデル4aの2つの節点a、a間をつなぐ全ての辺b上に1個の新たな節点cが定義される(ステップS2)。   Next, as shown in FIG. 4 which is an enlarged view of part A in FIG. 3A, a subdivision step is performed in which a new node is provided in the element e of the initial analysis model 4a to subdivide (step S2 , S3). In the present embodiment, first, one new node c is defined on all sides b connecting the two nodes a and a of the initial analysis model 4a (step S2).

図4において、黒丸は初期の解析モデル4aで定義された初期の節点aを、白丸は新たに定義された節点(以下、「新たな節点」という。)cを示す。新たな節点cは、節点a,a間の辺b上であれば任意の位置に設けることができる。計算を簡単にするために、新たな節点cは、各辺bの中点に定義されるのが望ましい。この場合、新たな節点cの座標値は、各辺bの両端の初期の節点a、aの座標値を足し合わせて2で割ることにより計算される。また、この新たな節点cの座標値等は、前記コンピュータ装置1に記憶される。   In FIG. 4, a black circle indicates an initial node a defined in the initial analysis model 4a, and a white circle indicates a newly defined node (hereinafter referred to as "new node") c. The new node c can be provided at an arbitrary position as long as it is on the side b between the nodes a and a. In order to simplify the calculation, a new node c is preferably defined at the midpoint of each side b. In this case, the coordinate value of the new node c is calculated by adding the coordinate values of the initial nodes a and a at both ends of each side b and dividing by two. In addition, the coordinate value of the new node c is stored in the computer device 1.

次に、図5に示されるように、新たな節点cを用いて初期の解析モデル4の要素を細分化する処理が行われる(ステップS3)。具体的には、図5(a)に示されるように、初期の解析モデル4aの要素e毎に、本実施形態では、対向する辺上の新たな節点c、c同士を鎖線で示す新たな辺dでつなぎ、かつ、同図(b)のように、互いに交差する新たな辺d、dの交点に新たな節点f(図において三角印で表示)がさらに定義される。この交点の節点fの座標は、新たな節点c、cを足し合わせて2で割ることにより逐次計算される。そして、この新たな節点fの座標値等も前記コンピュータ装置1に記憶される。   Next, as shown in FIG. 5, a process of subdividing the elements of the initial analysis model 4 using the new node c is performed (step S3). Specifically, as shown in FIG. 5A, for each element e of the initial analysis model 4a, in the present embodiment, new nodes c and c on opposite sides are newly indicated by chain lines. A new node f (indicated by a triangle in the figure) is further defined at the intersection of the new sides d and d that are connected by the side d and intersect each other as shown in FIG. The coordinates of the node f of the intersection are sequentially calculated by adding new nodes c and c and dividing by two. Then, the coordinate value of the new node f is also stored in the computer device 1.

このような処理により、初期の解析モデル4aの各要素ei(添字iは、整数で要素番号を意味する。)は、図6(a)に示されるように、一つの四辺形の要素eiが、4つの四辺形の要素eia〜eidに細分化される。また、初期の解析モデル4aの個々の要素eiのデータは、コンピュータ装置1によって次のように4つの要素eia〜eidのデータに書き換えられる。なお、細分化された要素には、元の要素の材料特性がそのまま引き継がれて定義される。   By such processing, each element ei of the initial analysis model 4a (subscript i means an integer is an element number) is converted into one quadrilateral element ei as shown in FIG. It is subdivided into four quadrilateral elements eia to eid. The data of the individual elements ei of the initial analysis model 4a is rewritten by the computer device 1 into the data of the four elements eia to eid as follows. The subdivided elements are defined by inheriting the material characteristics of the original elements as they are.

書き換え前[初期の解析モデルの各要素eiのデータ]
・要素eiを構成する4つの節点番号(a1、a2、a3及びa4)
・要素eiを構成する4つの節点a1、a2、a3及びa4の各座標値
Before rewriting [data of each element ei of the initial analysis model]
-Four node numbers (a1, a2, a3 and a4) constituting the element ei
-Coordinate values of the four nodes a1, a2, a3 and a4 constituting the element ei

書き換え後[細分化処理後の要素eiのデータ]
・要素eia
要素eiaを構成する節点番号(a1、a5、a9、a8)
要素eiaを構成する節点a1、a5、a9及びa8の各座標
・要素eib
要素eibを構成する節点番号(a5、a2、a6、a9)
要素eibを構成する節点a5、a2、a6及びa9の各座標
・要素eic
要素eicを構成する節点番号(a9、a6、a3、a7)
要素eicを構成する節点a9、a6、a3、a7の各座標
・要素eid
要素eidを構成する節点番号(a8、a9、a7、a4)
要素eidを構成する節点a8、a9、a7及びa4の各座標
After rewriting [data of element ei after subdivision processing]
・ Element eia
Node numbers composing element eia (a1, a5, a9, a8)
Coordinates / elements eib of nodes a1, a5, a9 and a8 constituting element eia
Node numbers composing element eib (a5, a2, a6, a9)
Each coordinate / element eic of the nodes a5, a2, a6 and a9 constituting the element eib
Node numbers composing the element eic (a9, a6, a3, a7)
Each coordinate / element eid of the nodes a9, a6, a3, a7 constituting the element eic
Node numbers composing element eid (a8, a9, a7, a4)
Coordinates of nodes a8, a9, a7 and a4 constituting element eid

また、図6(b)に示されるように、三角形の要素eiにおいても同様の処理を行うことにより、4つの三角形の要素eia〜eidに細分化できるのは言うまでもない。   Further, as shown in FIG. 6B, it goes without saying that the same processing can be performed on the triangular element ei to subdivide it into four triangular elements eia to eid.

以上の処理により、図3の初期の解析モデル4aは、図7に示されるように、元の4倍の要素数を持つ解析モデル4bへと細分化される。   Through the above processing, the initial analysis model 4a in FIG. 3 is subdivided into an analysis model 4b having four times the number of elements as shown in FIG.

次に、本実施形態では、要素eのねじれの有無が調べられる(ステップS4)。
図9(a)に示されるように、例えばV字状の要素e(節点a1、a2、a3及びa4)では、前記細分化ステップにより、新たな節点fが元の要素eを外側に超えて生成される要素のねじれが生じる場合がある。要素のねじれは、計算エラーを引き起こすので、排除しなければならない。このような要素eのねじれの有無は、新たに生成された節点が、初期の要素eの内部に有るか否かを計算することによって判定しうる。
Next, in the present embodiment, the presence / absence of twisting of the element e is examined (step S4).
As shown in FIG. 9A, for example, in a V-shaped element e (nodes a1, a2, a3 and a4), the new node f exceeds the original element e by the subdivision step. Twist of the generated element may occur. Element twisting causes calculation errors and must be eliminated. Whether or not the element e is twisted can be determined by calculating whether or not the newly generated node is inside the initial element e.

そして、ねじれた要素eが有る場合(ステップS4でY)、ねじれた要素が無くなるまで新たに生成された節点を移動する処理が行われる(ステップS5)。例えば、図9(b)に示されるように、新たに生成された節点fを要素eの中に移動させることが行われる。移動させる位置は、任意に定めうるが、例えば要素eの重心や、節点a1と節点a3の中点などが好適である。   If there is a twisted element e (Y in step S4), a process of moving the newly generated node is performed until there is no twisted element (step S5). For example, as shown in FIG. 9B, the newly generated node f is moved into the element e. The position to be moved can be arbitrarily determined. For example, the center of gravity of the element e, the midpoint of the nodes a1 and a3, and the like are preferable.

他方、ねじれた要素が無いと判断された場合(ステップS4でN)、本実施形態では、図8(a)、(b)に示されるように、フィラーモデル3の輪郭L上の辺に定義された新たな節点cを、仮想輪郭LV上に移動させて要素を変形させる処理が行われる(変形ステップS6)。   On the other hand, when it is determined that there is no twisted element (N in step S4), in the present embodiment, as shown in FIGS. 8A and 8B, it is defined on the side on the contour L of the filler model 3. A process is performed in which the new node c is moved onto the virtual contour LV to deform the element (deformation step S6).

前記「仮想輪郭」は、図8(a)に示されるように、初期の解析モデル4において、フィラーモデル3の前記輪郭L上にあった初期の節点aを曲線、好ましくは円弧で滑らかに繋ぐことにより得られる。本実施形態において、前記仮想輪郭VLは、上で述べたように単一円になるので、この円周上に前記新たな節点cが移動され、要素が変形させられる。そして、移動された全ての節点cについて、その座標値がコンピュータ装置1によって書き換えられる。   As shown in FIG. 8A, the “virtual contour” smoothly connects the initial nodes a on the contour L of the filler model 3 with a curve, preferably an arc, in the initial analysis model 4. Can be obtained. In the present embodiment, since the virtual contour VL is a single circle as described above, the new node c is moved on this circumference, and the element is deformed. The coordinate values of all the moved nodes c are rewritten by the computer device 1.

移動先の座標は、仮想輪郭VLの中心と半径を求め、幾何学的関係より求めることができる。仮想輪郭VLの中心は、フィラーモデル3の面積の重心から計算できる。また、仮想輪郭VLの半径は、前記中心と初期の節点aとの距離から計算できる。このような変形ステップS5を行うことにより、フィラーモデル3の輪郭Lをより滑らかとして円形に近づけ、計算精度を高めることができる。   The coordinates of the movement destination can be obtained from the geometric relationship by obtaining the center and radius of the virtual contour VL. The center of the virtual contour VL can be calculated from the center of gravity of the area of the filler model 3. The radius of the virtual contour VL can be calculated from the distance between the center and the initial node a. By performing such deformation step S5, the contour L of the filler model 3 can be made smoother and closer to a circle, and the calculation accuracy can be improved.

次に、本実施形態では、変形ステップS6の後、再度、要素eのねじれの有無が調べられる(ステップS7)。図9(c)に示されるように、変形ステップS6において、例えば節点a3をa3'に移動させた場合、要素eを構成している辺が、他の辺を横切るようなねじれが生じることが考えられる。このような要素のねじれは、例えば要素eの対向する辺b1、b2の交差の有無を調べることにより判定できる。   Next, in the present embodiment, after the deformation step S6, the presence or absence of the twist of the element e is checked again (step S7). As shown in FIG. 9C, in the deformation step S6, for example, when the node a3 is moved to a3 ', a twist that causes the side constituting the element e to cross another side may occur. Conceivable. Such a twist of the element can be determined, for example, by examining whether or not the opposite sides b1 and b2 of the element e intersect.

そして、ねじれた要素eが有る場合(ステップS7でY)、ねじれた要素が無くなるまで(例えば、辺b1、b2の交差が無くなるまで)移動した節点を元に戻す方向に移動させる処理、即ち、書き換えられた節点の座標値を元の座標値に戻す処理が行われる(ステップS8)。   If there is a twisted element e (Y in step S7), a process of moving the moved node in a direction to return to the original state until the twisted element disappears (for example, until the intersection of the sides b1 and b2 disappears), that is, A process of returning the rewritten coordinate value of the node to the original coordinate value is performed (step S8).

他方、ねじれた要素が無いと判断された場合(ステップS7でN)、細分化終了条件を満たしているか否かが判断され(ステップS9)、終了条件を満たしているときには処理を終える。他方、細分化終了条件を満たしていない場合(ステップS9でN)、再度ステップS2以降が繰り返される。   On the other hand, if it is determined that there is no twisted element (N in step S7), it is determined whether or not the segmentation end condition is satisfied (step S9), and the process ends when the end condition is satisfied. On the other hand, when the subdivision termination condition is not satisfied (N in Step S9), Step S2 and subsequent steps are repeated again.

ここで、細分化終了の条件としては、任意に定めることができる。2次元の解析モデル4の場合、1回の細分化処理により、要素数は4倍になる。従って、初期の解析モデル4aの要素数と、作成したい解析モデル4の要素数とから、細分化処理を繰り返し行うループ数を予め設定し、それを細分化処理の終了条件と定めることができる。これにより、図10に示すような解析モデル4cを得ることができる。   Here, the condition for terminating the segmentation can be arbitrarily determined. In the case of the two-dimensional analysis model 4, the number of elements is quadrupled by one subdivision process. Accordingly, it is possible to set in advance the number of loops in which the subdivision process is repeated from the number of elements of the initial analysis model 4a and the number of elements of the analysis model 4 that is desired to be created, and to set this as the end condition of the subdivision process. Thereby, an analysis model 4c as shown in FIG. 10 can be obtained.

以上のように、本実施形態の解析モデルの作成方法では、きわめて簡単なステップを繰り返すことにより、比較的粗く作られた解析モデル4aであっても、細分化ステップを繰り返すことにより、要素数を増やしてより細かい要素分割を行うことができる。そして、解析モデル4の総要素数が、例えば1億個以上といった大規模モデルも容易に作成することができる。   As described above, in the method for creating an analysis model according to the present embodiment, the number of elements can be reduced by repeating the subdivision step even if the analysis model 4a is relatively rough by repeating extremely simple steps. It can be increased and finer element division can be performed. A large-scale model in which the total number of elements of the analysis model 4 is, for example, 100 million or more can be easily created.

また、本実施形態の細分化ステップでは、要素eのつながりの連続性が途切れることがないので、計算精度が悪化するのも防止できる。   Moreover, in the subdivision step of this embodiment, since the continuity of the connection of the element e is not interrupted, it is possible to prevent the calculation accuracy from deteriorating.

図11には、本発明のさらに他の実施形態が示される。
この実施形態では、初期の解析モデル4aは、少なくとも2つのフィラーモデル3を含んで定義される。また、ゴムモデル2は、向き合う一方の辺がフィラーモデル3aと、他方の辺がフィラーモデル3bとそれぞれ共有され、2つのフィラーモデル3で直接挟まれる狭持要素ebを含んでモデル化される。換言すれば、狭持要素ebは、2つのフィラーモデル3a及び3bと、ともに辺を共有する。
FIG. 11 shows still another embodiment of the present invention.
In this embodiment, the initial analysis model 4 a is defined including at least two filler models 3. The rubber model 2 is modeled including a holding element eb that is directly sandwiched between two filler models 3 with one side facing the filler model 3a and the other side shared with the filler model 3b. In other words, the holding element eb shares sides with the two filler models 3a and 3b.

そして、このような初期の解析モデル4aに本発明方法を適用して細分化及び節点移動を行うことにより、図12の解析モデル4cを得ることができる。図12から明らかなように、細分化された解析モデル4cでは、前述の狭持要素ebを確実に無くすことができる。   Then, by applying the method of the present invention to such an initial analysis model 4a to perform subdivision and node movement, the analysis model 4c of FIG. 12 can be obtained. As is clear from FIG. 12, in the subdivided analysis model 4c, the above-described holding element eb can be surely eliminated.

一般に、シミュレーションにおいて、ゴムは、実質的に体積変化が生じない非圧縮性が定義される。従って、体積変化が生じないとすると、フィラーモデル3、3間の狭持要素ebの変形は非常に限られてしまい、本来のゴムの動きを再現できないおそれがある。従来のソフトウエアでは、フィラー間距離を要素長さと同等かそれよりも小さくした場合、このような狭持要素ebが生じやすい。しかし、このような解析モデルは、シミュレーション結果に悪影響を与える。本発明方法の細分化ステップを解析モデル4aに適用した場合には、このような狭持要素ebを確実に無くすことができるという利点がある。   In general, in simulation, rubber is defined as incompressible so that substantially no volume change occurs. Therefore, if no volume change occurs, the deformation of the holding element eb between the filler models 3 and 3 is very limited, and there is a possibility that the original movement of the rubber cannot be reproduced. In the conventional software, when the distance between the fillers is equal to or smaller than the element length, such a holding element eb is likely to occur. However, such an analysis model adversely affects the simulation result. When the subdivision step of the method of the present invention is applied to the analysis model 4a, there is an advantage that such a holding element eb can be surely eliminated.

以上、本発明の解析モデルの作成方法について詳述したが、本発明は上記の実施形態に限定されることなく種々の態様に変形して実施できる。   Although the analysis model creation method of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented with various modifications.

本実施形態の処理を行うコンピュータ装置の斜視図である。It is a perspective view of the computer apparatus which performs the process of this embodiment. 本実施形態の処理手順を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the process sequence of this embodiment. 初期の解析モデルを視覚化して示す平面図である。It is a top view which visualizes and shows an initial analysis model. そのA部拡大図である。It is the A section enlarged view. (a)、(b)は、細分化ステップを説明する図3のA部拡大図である。(A), (b) is the A section enlarged view of FIG. 3 explaining a subdivision step. (a)、(b)は、細分化ステップを説明する1要素の拡大図である。(A), (b) is the enlarged view of 1 element explaining a subdivision step. 細分化ステップ後の解析モデルを視覚化して示す平面図である。It is a top view which visualizes and shows the analysis model after a subdivision step. (a)、(b)は、変形ステップを説明する解析モデルの部分拡大図である。(A), (b) is the elements on larger scale of the analysis model explaining a deformation | transformation step. (a)〜(c)は、ねじれた要素を説明する線図である。(A)-(c) is a diagram explaining the twisted element. 他の実施形態の解析モデルの平面図である。It is a top view of the analysis model of other embodiments. 他の実施形態の初期の解析モデルの平面図である。It is a top view of the initial analysis model of other embodiments. 他の実施形態の解析モデルの平面図である。It is a top view of the analysis model of other embodiments.

符号の説明Explanation of symbols

1 コンピュータ装置
2 ゴムモデル
3 フィラーモデル
4 解析モデル
a 初期の節点
b 要素の辺
d 新たな辺
c、f 新たな節点
1 Computer device 2 Rubber model 3 Filler model 4 Analysis model a Initial node b Element side d New side c, f New node

Claims (4)

ゴムとフィラーとを含むフィラー充填ゴムの変形をコンピュータによりシミュレーションするための解析モデルを作成する方法であって、
前記フィラーを有限個の要素で分割したフィラーモデルと、このフィラーモデルを囲むとともに前記ゴムを有限個の要素で分割したゴムモデルとを含む初期の解析モデルを設定するステップ、
前記初期の解析モデルの要素に新たな節点を設けて細分化する細分化ステップ、及び
前記フィラーモデルの輪郭上に定義された新たな節点を、前記初期の解析モデルの前記輪郭上にあった節点を滑らかに繋ぐことにより得られる仮想輪郭上に移動させて要素を変形させる変形ステップを含むことを特徴とするフィラー充填ゴムの解析モデルの作成方法。
A method of creating an analysis model for simulating deformation of a filler-filled rubber containing rubber and filler by a computer,
Setting an initial analysis model including a filler model obtained by dividing the filler by a finite number of elements, and a rubber model surrounding the filler model and dividing the rubber by a finite number of elements;
A subdivision step for providing a new node to the element of the initial analysis model to subdivide, and a new node defined on the contour of the filler model is a node on the contour of the initial analysis model A method for creating a filler-filled rubber analysis model, comprising a deformation step of deforming an element by moving it on a virtual contour obtained by smoothly connecting the two.
前記細分化ステップ及び/又は前記変形ステップの後、要素のねじれの有無を調べるステップと、ねじれた要素がある場合にねじれた要素の節点を元に戻すステップとを行う請求項1記載のフィラー充填ゴムの解析モデルの作成方法。   The filler filling according to claim 1, wherein after the subdividing step and / or the deforming step, the step of checking whether or not the element is twisted and the step of returning the node of the twisted element when there is a twisted element are performed. How to create a rubber analysis model. 前記細分化ステップは、初期の解析モデルの2つの節点をつなぐ全ての辺上に新たな節点を定義しかつ該新たな節点を用いて初期の解析モデルの各要素を細分化する処理を含む請求項1又は2記載のフィラー充填ゴムの解析モデルの作成方法。   The subdividing step includes a process of defining a new node on all sides connecting two nodes of the initial analysis model and subdividing each element of the initial analysis model using the new node. Item 3. A method for creating an analytical model for filler-filled rubber according to Item 1 or 2. 前記解析モデルの総要素数が1億個以上である請求項1乃至3のいずれかに記載のフィラー充填ゴムの解析モデルの作成方法。   The method for creating an analysis model for filler-filled rubber according to any one of claims 1 to 3, wherein the total number of elements of the analysis model is 100 million or more.
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