JP4708759B2 - シミュレーション方法 - Google Patents

Description

本発明は、有限要素法を用いてタイヤに発生する亀裂の進展を予測するシミュレーション方法に関する。

近年では、有限要素法を用いてタイヤに発生する亀裂の進展を予測するシミュレーション方法が提供されている。このシミュレーション方法では、具体的には、先ず、数値解析が可能な要素の集合体によりタイヤのモデル（以下では単にグローバルモデルと称する）が設定されるとともに、数値解析が可能な要素の集合体によりタイヤに発生する亀裂のモデル（以下では単にローカルモデルと称する）が設定される。そして、所定条件の下でグローバルモデル及びローカルモデルの挙動が解析され、タイヤに発生する亀裂の進展が予測されている。また、他には重合メッシュ法による有限要素法を用いた複合材料の解析手法の事例１が報告（例えば、非特許文献１参照）されている。
計算工学講演会論文集，Vol．18（2003年5月），「重合メッシュ法を用いた複合部材のメゾ解析」，P243-246

しかしながら、グローバルモデルに対応するタイヤと、ローカルモデルに対応するタイヤの亀裂との間の挙動には物理現象である相互干渉が存在するにも関わらず、上記シミュレーション方法ではこの相互干渉が考慮されていないため、タイヤに発生する亀裂の進展をより正確に予測することは困難であった。

一方、上記事例１では、各部材の間に存在する相互干渉が考慮されたモデルを用いる解析手法が示されている。ところが、当該解析手法は、任意の各部材の間に存在する相互干渉が考慮されたモデルを用いており、タイヤにおける各部材の間に生じる相互干渉が考慮されたモデルを用いていないため、タイヤの亀裂の進展などを含むタイヤの寿命をより正確に予測することができなかった。

そこで、本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、タイヤにおける各部材の間に存在する相互干渉を考慮したモデルを用いることにより、タイヤの寿命をより正確に予測することができるシミュレーション方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の特徴を有する。すなわち、演算処理を行う処理部と、前記処理部による演算を実行するための情報が記憶された記憶部とを備えるコンピュータを用いて、タイヤに発生する変位を算出するシミュレーション方法であって、前記処理部は、数値解析が可能な要素の集合体によりタイヤをモデル化したグローバルモデルに、数値解析が可能な要素の集合体により前記タイヤに発生する亀裂をモデル化したローカルモデルが重複して設定されたタイヤモデルにおいて、前記グローバルモデル及び前記ローカルモデルを構成する各要素に設定されている値に基づいて、有限要素法解析により、前記タイヤの内部に生じる応力及び歪みを含む変位を算出する変位算出ステップと、
前記変位算出ステップにおいて算出された前記タイヤモデルの変位に基づいて前記タイヤに発生する亀裂の進展を予測する予測ステップと、を実行し、前記処理部は、前記変位算出ステップでは、前記変位算出ステップにおいて算出された前記タイヤモデルの変位における、前記グローバルモデルと前記ローカルモデルとが重複する重複部分の変位を前記グローバルモデルと前記ローカルモデルの変位の和に設定するとともに、前記ローカルモデルの境界部分の変位をゼロに設定することを要旨とする。

このような本発明によれば、グローバルモデル及びローカルモデルの重複部分の変位がそれぞれのモデルの変位の和とされ、ローカルモデルの境界部分のローカルモデルの変位がゼロとされることにより、グローバルモデルとローカルモデルとの間の相互干渉が考慮された状態となるため、タイヤの寿命（例えば、ベルト層の端部に発生する亀裂の進展、カーカスの端部に発生する亀裂の進展、ワイヤーチェーファーの端部に発生する亀裂の進展、ナイロンチェーファーの端部に発生する亀裂の進展、又はタイヤに備えられたショルダー部の近くに配置されるカーカス部分に発生する亀裂の進展）をより正確に予測することができる。

上記発明においては、前記処理部は、前記予測ステップでは、前記タイヤモデルと、タイヤを構成するゴムの時系列変化とに基づいて有限要素法解析により、タイヤに発生する亀裂の進展を予測してもよい。ここで、ゴムは時間が経過するにつれて脆くなる性質を有する。これはゴムがタイヤの内側又は外側から侵入してくる酸素・水分・熱にさらされるからである。このため、ゴムに発生する亀裂を進ませようとする推進力に対する抗力が時間の経過とともに低下することとなる。したがって、ゴムの時系列変化が用いられることにより、タイヤに発生する亀裂の進展をより正確に予測することができる。

上記発明においては、前記処理部は、前記予測ステップでは、前記タイヤモデルと、タイヤを構成するゴムの亀裂速度とに基づいて有限要素法解析により、前記タイヤに発生する亀裂の進展を予測してもよい。また、前記タイヤモデルと、タイヤを構成するゴムの温度とに基づいて有限要素法解析により、タイヤに発生する亀裂の進展を予測してもよい。この場合には、ゴムの亀裂速度及び温度が有限要素法解析に用いられるため、タイヤに発生する亀裂の進展をより正確に予測することができる。

上記発明においては、前記処理部によって実行される予測ステップは、さらに、数値解析が可能な要素の集合体により路面をモデル化した路面モデルを設定するステップと、グローバルモデルが路面モデルを転動することにより発生するトレッド部の磨耗量を予測するステップと、予測された磨耗量に基づいてグローバルモデルを変更するステップと、変更されたグローバルモデルに基づいて有限要素法解析により、タイヤに発生する亀裂の進展を予測するステップとを備えてもよい。この場合には、予測された磨耗量により変更されたグローバルモデルが有限要素法解析に反映されることにより、タイヤに発生する亀裂の進展をより正確に予測することができる。

本発明によれば、タイヤにおける各部材の間に存在する相互干渉を考慮したモデルを用いることにより、タイヤの亀裂の進展をより正確に予測することができる。

（空気入りタイヤの構成）
本実施形態における空気入りタイヤ１について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態における空気入りタイヤ１の断面を示す図である。図１に示すように、空気入りタイヤ１は、溝で区画された陸部を有するトレッド部２と、トレッド部２の両端からタイヤ半径方向内方に延びるサイドウォール部３と、サイドウォール部３の半径方向内端に位置しているビードコア４と、ビードコア４の上部に埋設され、細切り上の硬質のゴムで形成されているビードフィラー５と、トレッド部２からサイドウォール部３を通りビードコア４に至るカーカス６と、トレッド部２の内側とカーカス６の半径方向外側との間にトレッド部２の周方向に沿って延びる複数のベルト層７と、トレッド部２の内側とベルト層７の半径方向外側との間にベルト層７を覆うキャップ層８と、カーカス６の折り返し部分を補強するワイヤーチェーファー９とを備えている。

本実施形態におけるベルト層７は、ゴム７１とゴム７１で被覆されたコード７２とを備えている。同様にしてキャップ層８も、ゴム８１とゴム８１で被覆されたコード８２とを備えている。このゴム７１（又はゴム８１）で被覆されたコード７２（又はコード８２）がタイヤ赤道ＣＬに対して小角度で螺旋巻されている。

（コンピュータの構成）
本実施形態におけるコンピュータ２００について図面を参照しながら説明する。図２は、本実施形態におけるコンピュータ２００の構成を示す図である。図２に示すように、コンピュータ２００は、タイヤの性能をシミュレーションするのに必要な値の入力を促す入力部２１１と、処理部２１３により処理を実行するためのプログラムなどを記憶する記憶部２１２と、入力部２１１により入力された値及び記憶部２１２に記憶された値に基づいて有限要素法等の解析手法により、タイヤの性能を予測する処理部２１３と、処理部２１３により予測された性能の結果を表示する表示部２１４とを備えている。

前記処理部２１３は、数値解析が可能な要素の集合体によりタイヤをモデル化したグローバルモデル１００を設定する。図３は、本実施形態におけるグローバルモデル１００を示す図である。図３に示すように、グローバルモデル１００は、要素１００ａ，１００ｂ，１００ｃ…の集合体である。各要素１００ａ，１００ｂ，１００ｃ…は、処理部２１３により数値解析が可能なデータである。例えば、各要素１００ａ，１００ｂ，１００ｃ…には、２次元の３角形・４角形からなる膜要素、又は３次元の四面体からなるソリッド要素などが挙げられる。また、要素１００ａ，１００ｂ，１００ｃ…には、座標のデータ、材料の特性を示す値などが定義されている。

処理部２１３は、数値解析が可能な要素の集合体によりローカルモデル１１０を設定する。図４は、本実施形態におけるローカルモデル１１０を示す図である。図４に示すように、ローカルモデル１１０は、タイヤに備えられたコードをモデル化したコードモデル１１１と、タイヤに発生する亀裂をモデル化した亀裂モデル１１２とを備えている。この亀裂モデル１１２の先端部１１３には蜘蛛の巣状に各要素が配列されているため、応力の集中が低減される。なお、コードモデル１１１は、カーカス６、ベルト層７、キャップ層８、ワイヤーチェーファー９に含まれるコード及びその周辺の亀裂がモデル化されたものである。

この処理部２１３は、グローバルモデル１００及びローカルモデル１１０の重複部分の変位をそれぞれのモデルの変位の和とする（変位条件１）とともに、ローカルモデル１１０の境界部分の該ローカルモデル１１０の変位をゼロとする（変位条件２）。ここで、図５は、グローバルモデル１００とローカルモデル１１０との関数を示す図である。図５に示すように、グローバルモデル１００の関数はｕGであり、ローカルモデル１１０の関数はｕＬである。また、グローバルモデル１００の関数とローカルモデル１１０の関数との重なる部分はｕG+ｕＬとされる（変位条件１に対応）。さらに、ローカルモデル１１０の境界部分のローカルモデル１１０の関数ｕLは０とされる（変位条件２に対応）。上述した処理部２１３は、これらの変位条件の下で、後述する図６及び図７の処理を実行する。

処理部２１３は、グローバルモデル１００及びローカルモデル１１０に基づいて有限要素法解析により、タイヤに発生する亀裂の進展（例えば、ベルト層７の端部Ｔに発生する亀裂の進展、カーカス６の端部６ａに発生する亀裂の進展、ワイヤーチェーファー９（又はナイロンチェーファー）の端部９ａに発生する亀裂の進展、又はショルダー部１０の近くに配置されるカーカス部分６ｂに発生する亀裂の進展、タイヤの寿命など）を予測する（ステップ５−８参照）。

処理部２１３は、グローバルモデル１００及びローカルモデル１１０と、タイヤを構成するゴムの時系列変化とに基づいて、タイヤに発生する亀裂の進展を予測する。ここで、ゴムの時系列変化には、後述するクリープ歪特性曲線によるゴムの時系列変化が挙げられる（ステップ８及びステップ９参照）。

処理部２１３は、数値解析が可能な要素の集合体により路面をモデル化した路面モデル（図示せず）を設定し、グローバルモデル１００が路面モデル（図示せず）を転動することにより発生するトレッド部２の磨耗量を予測し、予測した磨耗量に基づいてグローバルモデル１００及びローカルモデル１１０の形状を変更し、変更したグローバルモデル１００及びローカルモデル１１０に基づいてタイヤに発生する亀裂の進展を予測する（ステップ５−８及びステップ１１参照）。

処理部２１３は、グローバルモデル１００及びローカルモデル１１０と、タイヤを構成するゴムの亀裂速度とに基づいて有限要素法解析により、タイヤに発生する亀裂の進展を予測する（ステップ５−２，５−６，５−７，５−８）。処理部２１３は、グローバルモデル１００及びローカルモデル１１０と、タイヤを構成するゴムの温度とに基づいて有限要素法解析により、タイヤに発生する亀裂の進展を予測する（ステップ４，ステップ７）。

（シミュレーション方法）
本実施形態におけるコンピュータ２００の動作について図面を参照しながら説明する。図６は、本実施形態にけるコンピュータ２００の動作を示すフロー図である。図６に示すように、ステップ１において、処理部２１３は、グローバルモデル１００及びローカルモデル１１０を設定するとともに、上述した変位条件１及び変位条件２を設定する。この処理部２１３は、変位条件１及び変位条件２に基づいて後述する処理を実行する。

ステップ２において、処理部２１３は、グローバルモデル１００及びローカルモデル１１０を構成する各要素に設定されている座標データ、材料の特性を示す値などに基づいて、タイヤの内部に生じる応力及び歪を算出する。

ステップ３において、処理部２１３は、グローバルモデル１００が路面モデル（図示せず）上を転動している転動時間などに関する解析条件を設定する。

ステップ４において、処理部２１３は、入力されたゴムのサンプルのｔａｎδ、熱伝導率の測定値、及びタイヤ周りの熱伝導率の測定値に基づいて有限要素法解析により、タイヤの熱解析を実行し、タイヤ各部における温度を予測する。

ステップ５において、処理部２１３は、後述する破壊パラメータを算出することにより、ゴムにおける亀裂が進行する亀裂速度を予測して亀裂モデル１１２の先端部１１３におけるモデルを変更する処理（破壊パラメータ算出処理）を実行する。

図７は、本実施形態におけるステップ５の破壊パラメータ算出処理を示す図である。図７に示すように、ステップ５−１において、処理部２１３は、亀裂モデル１１２の先端部１１３における温度・応力を算出し、算出した温度（予測温度）・応力、及びグローバルモデル１００が路面モデル（図示せず）上を転動している転動時間に基づいて、ゴムにおける亀裂を進ませようとする進展力に対するゴムの抗力を算出する。

ステップ５−２において、処理部２１３は、後述する抗力特性曲線の設定を促す。図８は抗力特性曲線を示す図である。この抗力特性曲線が導かれる過程は以下の通りである。先ず、亀裂が入っているゴムのサンプルが一定の温度に保たれた環境槽に入れられる。そして、当該ゴムの疲労試験が行われ、ゴムにおける亀裂を進ませようとする進展力の度合い、及び環境槽における温度・時間の関係により、当該進展力に対する抗力が求められる。これにより、環境槽における温度・時間が変更されることにより、ゴムの抗力−環境槽における温度・時間の関係を示す抗力特性曲線が導かれる。

ステップ５−３において、処理部２１３は、グローバルモデル１００が路面モデル（図示せず）上を転動している転動時間と、亀裂モデル１１２の先端部１１３における予測温度と、図８に示す抗力特性曲線とに基づいて、当該転動時間及び当該温度に対応する抗力を特定する。この処理部２１３は、一方で、タイヤの全周に沿うベルト層７などの端部における算出された応力又は歪に基づいてＪ積分を算出し、算出結果であるＪ値を破壊パラメータとする。この破壊パラメータは、Ｊ積分の結果であるＪ値に限定されずに、応力拡大係数、エネルギー解放率、Ｃ積分による結果、Ｔ積分による結果などであってもよい。

ステップ５−４において、処理部２１３は、算出されたＪ値がステップ５−１により算出された抗力よりも大きいか否か判定する。また、処理部２１３は、算出されたＪ値がステップ５−１により算出された抗力よりも大きい場合には亀裂の進展があると判定し、算出されたＪ値がステップ５−１により算出された抗力よりも小さい場合には亀裂の進展がないと判定する。

ステップ５−５において、処理部２１３は、ステップ５−４により亀裂の進展があると判定されたか否か確認する。また、ステップ５−４により亀裂の進展があると判定された場合にはステップ５−７の処理に移り、ステップ５−４により亀裂の進展がないと判定された場合には破壊パラメータ算出処理を終了する。

ステップ５−６において、処理部２１３は、後述する亀裂速度特性曲線の設定を促す。図９は、亀裂速度特性曲線を示す図である。この亀裂速度特性曲線が導かれる過程は以下の通りである。先ず、亀裂が入っているゴムのサンプルが一定の温度に保たれた環境槽に入れられる。そして、当該ゴムの疲労試験が行われ、算出された破壊パラメータの値及び環境槽における温度・時間の関係により、ゴムにおける亀裂が進行する亀裂速度が求められる。これにより、亀裂速度−破壊パラメータ・環境槽における温度の関係を示す亀裂速度特性曲線が導かれる。

ステップ５−７において、処理部２１３は、ステップ５−１により算出された亀裂モデル１１２の先端部１１３における予測温度、ステップ５−３により算出された破壊パラメータ、及び亀裂速度特性曲線に基づいて、当該破壊パラメータ及び当該温度に対応する亀裂速度を特定する。

ステップ５−８において、処理部２１３は、ステップ５−７により特定された亀裂速度に基づいて、亀裂モデル１１２の先端部１１３における形状を変更する。この処理部２１３は、変更された亀裂モデル１１２及びその他のモデルに基づいて有限要素法解析により、タイヤに発生する亀裂の進展を予測する。

ステップ５における破壊パラメータ算出処理が終了すると、ステップ６の処理が行われる。ステップ６において、処理部２１３は、タイヤ各部におけるゴムのサンプルのｔａｎδ、熱伝導率の測定値、及びタイヤ周りの熱伝導率の測定値の入力を促す。ステップ７において、処理部２１３は、入力されたゴムのサンプルのｔａｎδ、熱伝導率の測定値、及びタイヤ周りの熱伝導率の測定値に基づいて有限要素法解析により、タイヤの熱解析を実行し、タイヤ各部における温度を予測する。

ステップ８において、処理部２１３は、後述するクリープ歪特性曲線の入力を促す。このクリープ歪特性曲線が導かれる過程は以下の通りである。先ず、タイヤ各部を構成するゴムのサンプルが環境槽に入れられる。そして、タイヤに内圧が加えられる。一定荷重及び一定温度が加えられた条件で、ゴムのサンプルのクリープ試験が行われる。このクリープ試験において環境槽における温度・時間が変更されることにより、ゴムのサンプルのクリープ歪−ゴムの応力・環境槽における温度・時間の関係を示すクリープ歪特性曲線が導かれる。

ステップ９において、処理部２１３は、グローバルモデル１００に内圧が加えられた場合には、ステップ８により設定されたクリープ歪特性曲線を含む情報に基づいて有限要素法解析により応力解析を実行し、その解析結果に応じたグローバルモデル１００及びローカルモデル１１０を設定する。

ステップ１０において、処理部２１３は、後述する磨耗量特性曲線の設定を促す。この磨耗量特性曲線が導かれる過程は以下の通りである。具体的には、トレッド部２におけるゴムのサンプルが路面に押付けられ、ゴムに掛かる圧力と、ゴムの滑り量と、摩滅するゴムの量（以下では単に磨耗量と称する）とが測定される。これにより、磨耗量−ゴムに掛かる圧力・ゴムの滑り量を示す磨耗量特性曲線が導かれる。

ステップ１１において、処理部２１３は、有限要素法解析における陽解法により、一定荷重のグローバルモデル１００が路面モデル（図示せず）から離れる時のトレッド部２に掛かる圧力とトレッド部２の滑り量とを算出する。この処理部２１３は、ステップ１０により設定された磨耗量特性曲線に基づいて、算出した圧力及び滑り量に対応するトレッド部２の磨耗量を予測する。

ステップ１２において、処理部２１３は、予測したトレッド部２の磨耗量に基づいてグローバルモデル１００及びローカルモデル１１０を変更する。ステップ１３において、処理部２１３は、変更されたグローバルモデル１００及びローカルモデル１１０が収束条件を満たす場合にはステップ１４の処理に移り、変更されたグローバルモデル１００及びローカルモデル１１０が収束条件を満たさない場合にはステップ７の処理に戻る。

ステップ１４において、処理部２１３は、上述したステップ５と同様の破壊パラメータ算出処理を実行する。ステップ１５において、処理部２１３は、ステップ３により設定された条件が終了したか否か確認する。また、処理部２１３は、ステップ３により設定された条件が終了した場合には本処理を終了し、ステップ３により設定された条件が終了していない場合にはステップ７の処理に戻る。

（シミュレーション方法の作用及び効果）
このような本発明によれば、グローバルモデル１００及びローカルモデル１１０の重複部分の変位がそれぞれのモデルの変位の和とされ、ローカルモデル１１０の境界部分のローカルモデル１１０の変位がゼロとされることにより、グローバルモデル１００とローカルモデル１１０との間の相互干渉が考慮された状態となるため、コンピュータ２００は、タイヤの寿命（例えば、ベルト層７の端部Ｔに発生する亀裂の進展、カーカス６の端部６ａに発生する亀裂の進展、ワイヤーチェーファー９（又はナイロンチェーファー）の端部９ａに発生する亀裂の進展、又はショルダー部１０の近くに配置されるカーカス部分６ｂに発生する亀裂の進展など）をより正確に予測することができる。

また、ゴムは時間が経過するにつれて脆くなる性質を有する。これはゴムがタイヤの内側又は外側から侵入してくる酸素・水分・熱にさらされるからである。このため、ゴムに発生する亀裂を進ませようとする推進力に対する抗力が時間の経過とともに低下することとなる。本発明では、ゴムの時系列変化が用いることにより、コンピュータ２００はタイヤの寿命をより正確に予測することができる。

さらに、タイヤの破壊に関係するゴムの亀裂速度及び温度が有限要素法解析に用いられるため、タイヤの寿命をより正確に予測することができる。さらに、予測された磨耗量により変更されたグローバルモデル１００が有限要素法解析に反映されることにより、コンピュータ２００は、タイヤの寿命をより正確に予測することができる。

（実施例）
本実施形態におけるシミュレーションの実施例について以下詳細に説明する。なお、図１０乃至図１３に示す「ゴムの時系列変化」の処理はステップ８，９、「トレッド部の形状変化」の処理はステップ１１，１２、「タイヤ各部の予測温度」の処理はステップ４，６，７、「亀裂先端部における亀裂進展」の処理はステップ５−２，５−６、「タイヤ各部の予測温度」の処理はステップ４，ステップ７に該当する。

図１０乃至図１３は、実験値を１００としたときの本発明の予測値（分子）／従来のグローバルモデル・ローカル解析による予測値（分母）を示す図である。

図１０は、２層のベルト層７の端部Ｘが破損するまでの本発明の予測値（分子）／従来の予測値（分母）の関係を示す図である。図１０では、サイズが１８５／６５Ｒ１４であり、正規の内圧に対して１００％の内圧、正規の荷重に対して１２０％の荷重が掛けられた場合の乗用車用ラジアルタイヤが用いられ、室温４５度、速度６５ｋｍ／ｈの条件下で実験が行われ、さらにシミュレーションではコード３本分のローカルモデルが設定されている。図１０に示すように、本発明の予測値（分子）の方が従来の予測値（分母）に比べて実験値に近い値になり、良好な結果を示している。

図１１は、３層のベルト層７の端部Ｘ、カーカス６の端部６ａ及びワイヤーチェーファーの端部９ａが破損するまでの本発明の予測値（分子）／従来の予測値（分母）の関係を示す図である。図１１では、サイズが１１Ｒ２０であり、正規の内圧に対して１００％の内圧、正規の荷重に対して１０５％の荷重が掛けられた場合のトラック・バス用ラジアルタイヤが用いられ、室温４０度、速度６０ｋｍ／ｈ、走行距離１０００００ｋｍの条件下で実験が行われ、さらにシミュレーションではコード３本分のローカルモデルが設定されている。また、図１１では、カーカス６の端部６ａがワイヤーチェーファー９の端部９ａよりも高い構造が用いられている。図１１に示すように、本発明の予測値（分子）の方が従来の予測値（分母）に比べて実験値に近い値になり、良好な結果を示している。

図１２は、ワイヤーチェーファー９の端部９ａが破損するまでの本発明の予測値（分子）／従来の予測値（分母）の関係を示す図である。図１２では、図１１とほぼ同様の条件が用いられているが、カーカス６の端部６ａがワイヤーチェーファー９の端部９ａよりも低い構造が用いられている点、コード２本分のローカルモデルが設定されている点で条件が一部異なる。図１２に示すように、本発明の予測値（分子）の方が従来の予測値（分母）に比べて実験値に近い値になり、良好な結果を示している。

図１３は、４層のベルト層７の端部Ｘ、及びショルダー部１０の近くに配置されるカーカス部分６ｂが破損するまでの本発明の予測値（分子）／従来の予測値（分母）の関係を示す図である。図１３では、サイズが４６９０Ｒ５７であり、正規の内圧に対して１００％の荷重、正規の荷重に対して１２０％の荷重が掛けられた場合の建設車両用ラジアルタイヤが用いられ、室温４５度、速度１０ｋｍ／ｈの条件下で実験が行われ、さらにコード５本分のローカルモデルが設定されている。図１３に示すように、本発明の予測値（分子）の方が従来の予測値（分母）に比べて実験値に近い値になり、良好な結果を示している。

このような実施例によれば、グローバルモデル１００及びローカルモデル１１０の重複部分の変位がそれぞれのモデルの変位の和とされ、ローカルモデル１１０の境界部分のローカルモデル１１０の変位がゼロとされる。これにより、グローバルモデル１００とローカルモデル１１０との間の相互干渉が考慮された状態となるため、コンピュータ２００は、タイヤの寿命（例えば、ベルト層７の端部Ｔに発生する亀裂の進展、カーカス６の端部６ａに発生する亀裂の進展、ワイヤーチェーファー９（又はナイロンチェーファー）の端部９ａに発生する亀裂の進展、又はショルダー部１０の近くに配置されるカーカス部分６ｂに発生する亀裂の進展など）をより正確に予測することができ、実験に近いシミュレーションを実行することができる。

本実施形態における空気入りタイヤの断面を示す図である。 本実施形態におけるコンピュータの構造を示す図である。 本実施形態におけるグローバルモデルを示す図である。 本実施形態におけるローカルモデルを示す図である。 本実施形態におけるグローバルモデル及びローカルモデルの関係を示す図である。 本実施形態におけるコンピュータの処理を示す図である。 本実施形態における破壊パラメータ算出処理を示す図である。 本実施形態における抗力特性曲線を示す図である。 本実施形態における亀裂速度特性曲線を示す図である。 本実施形態における比較例を示す図である（その１）。 本実施形態における比較例を示す図である（その２）。 本実施形態における比較例を示す図である（その３）。 本実施形態における比較例を示す図である（その４）。

符号の説明

１…タイヤ、２…トレッド部、３…サイドウォール部、４…ビードコア、５…ビードフィラー、６…カーカス、７…ベルト層、８…キャップ層、９…ワイヤーチェーファー、１０…ショルダー部、１００…グローバルモデル、１１０…ローカルモデル、１１１…コードモデル、１１２…亀裂モデル、１１３…先端部、２００…コンピュータ、２１１…入力部、２１２…記憶部、２１３…処理部、２１４…表示部

Claims (10)

1. 演算処理を行う処理部と、前記処理部による演算を実行するための情報が記憶された記憶部とを備えるコンピュータを用いて、タイヤに発生する変位を算出するシミュレーション方法であって、
   前記処理部は、
   数値解析が可能な要素の集合体によりタイヤをモデル化したグローバルモデルに、数値解析が可能な要素の集合体により前記タイヤに発生する亀裂をモデル化したローカルモデルが重複して設定されたタイヤモデルにおいて、前記グローバルモデル及び前記ローカルモデルを構成する各要素に設定されている値に基づいて、有限要素法解析により、前記タイヤの内部に生じる応力及び歪みを含む変位を算出する変位算出ステップと、
   前記変位算出ステップにおいて算出された前記タイヤモデルの変位に基づいて前記タイヤに発生する亀裂の進展を予測する予測ステップと、
   を実行し、
   前記処理部は、
   前記変位算出ステップでは、前記変位算出ステップにおいて算出された前記タイヤモデルの変位における、前記グローバルモデルと前記ローカルモデルとが重複する重複部分の変位を前記グローバルモデルと前記ローカルモデルの変位の和に設定するとともに、前記ローカルモデルの境界部分の変位をゼロに設定することを特徴とするシミュレーション方法。
2. 前記処理部は、
   前記予測ステップでは、前記タイヤモデルと、前記タイヤを構成するゴムの時系列変化とに基づいて有限要素法解析により、前記タイヤに発生する亀裂の進展を予測することを特徴とする請求項１に記載のシミュレーション方法。
3. 前記処理部は、
   前記予測ステップでは、前記タイヤモデルと、前記タイヤを構成するゴムの亀裂速度とに基づいて有限要素法解析により、前記タイヤに発生する亀裂の進展を予測することを特徴とする請求項１に記載のシミュレーション方法。
4. 前記処理部は、
   前記予測ステップでは、前記タイヤモデルと、前記タイヤを構成するゴムの温度とに基づいて有限要素法解析により、前記タイヤに発生する亀裂の進展を予測することを特徴とする請求項１に記載のシミュレーション方法。
5. 前記処理部によって実行される前記予測ステップは、さらに、
   数値解析が可能な要素の集合体により路面をモデル化した路面モデルを設定するステップと、前記グローバルモデルが前記路面モデルを転動することにより発生するトレッド部の磨耗量を予測するステップと、予測された磨耗量に基づいて前記グローバルモデルを変更するステップと、変更されたグローバルモデルに基づいて有限要素法解析により、前記タイヤに発生する亀裂の進展を予測するステップとを備えることを特徴とする請求項１に記載のシミュレーション方法。
6. 前記タイヤに発生する亀裂の進展には、前記タイヤに備えられたベルト層の端部に発生する亀裂の進展が含まれることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のシミュレーション方法。
7. 前記タイヤに発生する亀裂の進展には、前記タイヤに備えられたカーカスの端部に発生する亀裂の進展が含まれることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のシミュレーション方法。
8. 前記タイヤに発生する亀裂の進展には、前記タイヤに備えられたワイヤーチェーファーの端部に発生する亀裂の進展が含まれることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のシミュレーション方法。
9. 前記タイヤに発生する亀裂の進展には、前記タイヤに備えられたナイロンチェーファーの端部に発生する亀裂の進展が含まれることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のシミュレーション方法。
10. 前記タイヤに発生する亀裂の進展には、前記タイヤに備えられたショルダー部の近くに配置されるカーカスに発生する亀裂の進展が含まれることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のシミュレーション方法。

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