(57)【要約】【課題】本発明は、タイヤの挙動をより正確に予測することができる。【解決手段】本発明は、複数の補強材を備えるタイヤの性能を予測するシミュレーション方法であって、３以上の補強材のタイヤ周方向に対する角度の平均値に基づいて、該平均値を有する要素を含む集合体でタイヤのモデルを設定するステップと、設定されたモデルに基づいて有限要素法解析により、タイヤの性能を予測するステップとを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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タイヤモデルを設定する第１ステップと、
数値解析が可能な要素の集合体により前記タイヤを構成する部材とは異なる部材をモデル化した部材モデルを設定する第２ステップと、
前記第１ステップにより設定されたタイヤモデル及び前記第２ステップにより設定された部材モデルを接合する第３ステップと、
前記第３ステップにより接合された部材モデルに基づいて有限要素法解析により、前記タイヤモデルが転動している際の該部材モデルの挙動を解析する第４ステップと
を備えることを特徴とするシミュレーション方法。
【請求項２】
前記第４ステップでは、外部からの操作に応じて、前記部材モデルの初期形状を最終形状に向けて徐々に変形させる第５ステップと、
前記第１ステップにより設定されたタイヤモデル及び前記第５ステップにより変形された部材モデルに基づいて有限要素法解析により、前記タイヤモデルが転動している際の該部材モデルの挙動を解析する第６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。
【請求項３】
前記第５ステップでは、外部からの操作に応じて、前記部材モデルが前記タイヤモデルに接合可能な部分の初期形状を最終形状に向けて徐々に変形させることを特徴とする請求項２に記載のシミュレーション方法。
【請求項４】
前記第５ステップでは、外部からの操作に応じて、前記部材モデルの高さ方向に沿う初期形状を最終形状に向けて徐々に変形させることを特徴とする請求項２に記載のシミュレーション方法。
【請求項５】
前記第２ステップでは、記憶された設計データに基づいて、該設計データに対応する部材モデルの形状を形成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。
【請求項６】
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タイヤモデルを設定するタイヤモデル設定手段と、
数値解析が可能な要素の集合体により前記タイヤを構成する部材とは異なる部材をモデル化した部材モデルを設定する部材モデル設定手段と、
前記タイヤモデル設定手段により設定されたタイヤモデル及び前記部材モデル設定手段により設定された部材モデルを接合するモデル接合手段と、
前記モデル接合手段により接合された部材モデルに基づいて有限要素法解析により、前記タイヤモデルが転動している際の該部材モデルの挙動を解析する挙動解析手段と
を備えることを特徴とする挙動解析装置。
【請求項７】
外部からの操作に応じて、前記部材モデルの初期形状を最終形状に向けて徐々に変形させるモデル変形手段が備えられており、
前記挙動解析手段は、前記タイヤモデル設定手段により設定されたタイヤモデル及び前記モデル変形手段により変形された部材モデルに基づいて有限要素法解析により、前記タイヤモデルが転動している際の該部材モデルの挙動を解析することを特徴とする請求項６に記載の挙動解析装置。
【請求項８】
前記モデル変形手段は、外部からの操作に応じて、前記部材モデルが前記タイヤモデルに接合可能な部分の初期形状を最終形状に向けて徐々に変形させることを特徴とする請求項７に記載の挙動解析装置。
【請求項９】
前記モデル変形手段は、外部からの操作に応じて、前記部材モデルの高さ方向に沿う初期形状を最終形状に向けて徐々に変形させることを特徴とする請求項７に記載の挙動解析装置。
【請求項１０】
前記部材モデル設定手段は、記憶された設計データに基づいて、該設計データに対応する部材モデルの形状を形成することを特徴とする請求項６に記載の挙動解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有限要素法を用いてタイヤに接合される部材の挙動を予測するシミュレーション方法及び挙動解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、有限要素法を用いてタイヤの挙動を解析するシミュレーション方法が提供されている（特許文献１参照）。これにより、シミュレーションがタイヤの製造前に行われるため、製造のやり直しが低減されるとともに、製造コストも低減されることとなる。
【特許文献１】特開２００４−１０２４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記シミュレーション方法では、タイヤ自体の挙動が単に解析されるものであり、タイヤを構成する部材とは異なる部材であり、且つタイヤに接合される部材（パンクの修理に用いるシール部材、機器をタイヤに接合させる部材など）の挙動が解析されるものではなかった。例えば、タイヤがパンクした場合には、パンクが生じた箇所をタイヤの内側から覆うシール部材が用いられるが、当該シール部材とタイヤとの間の挙動、特にシール部材がタイヤに接合される強度等が解析されていないため、シール部材としての機能がどの程度果たされるのかが分からなかった。
【０００４】
そこで、本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、タイヤに接合される部材の挙動を解析することができるシミュレーション方法及び挙動解析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するために、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タイヤモデルを設定する第１ステップと、数値解析が可能な要素の集合体によりタイヤを構成する部材とは異なる部材をモデル化した部材モデルを設定する第２ステップと、第１ステップにより設定されたタイヤモデル及び第２ステップにより設定された部材モデルを接合する第３ステップと、第３ステップにより接合された部材モデルに基づいて有限要素法解析により、タイヤモデルが転動している際の部材モデルの挙動を解析する第４ステップとを備えることを特徴とする。
【０００６】
このような本発明によれば、部材モデルをタイヤモデルに接合させた状態で、有限要素法解析を実行するため、転動しているタイヤに接合されている部材の強度、状態などの挙動を解析することができる。
【０００７】
上記発明においては、第４ステップでは、外部からの操作に応じて、部材モデルの初期形状を最終形状に向けて徐々に変形させる第５ステップと、第１ステップにより設定されたタイヤモデル及び第５ステップにより変形された部材モデルに基づいて有限要素法解析により、タイヤモデルが転動している際の部材モデルの挙動を解析する第６ステップとを備えてもよい。ここで、従来では、モデルの形状が変形され、変形された後のモデルが解析に用いられるには、先ず変形された後のモデルが設計データ（いわゆるＣＡＤデータに反映されなければならない。そして、変形された後のモデルが設計データに反映されると、反映された設計データに対応する形状が複数の要素に分割される。その後、分割された要素の集合体がモデルとして設定された後に有限要素法解析が実行される。このため、モデルの形状が変形されてから、変形されたモデルの解析が終了するまでには、多大な時間が費やされていた。本発明では、タイヤモデルに接合させた部材モデルが容易に変形可能であり、且つ変形後の部材モデルが即座に解析されるため、解析時間が大幅に短縮されることとなる。
【０００８】
上記発明においては、第５ステップでは、外部からの操作に応じて、部材モデルがタイヤモデルに接合可能な部分の初期形状を最終形状に向けて徐々に変形させてもよい。また、第５ステップでは、外部からの操作に応じて、部材モデルの高さ方向に沿う初期形状を最終形状に向けて徐々に変形させてもよい。この場合には、部材モデルを多くの方向に変形可能にすることにより、より適切な部材モデルを迅速に解析することができる。
【０００９】
上記発明においては、第２ステップでは、記憶された設計データに基づいて、設計データに対応する部材モデルの形状を形成してもよい。この場合には、設計データに対応する部材モデルの形状を形成することにより、迅速に部材モデルを形成することができ、全体の解析時間を大幅に短縮することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、タイヤに接合される部材の挙動を解析することができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（タイヤモデル及び部材モデルの構成）
本実施形態におけるタイヤモデル１００及び部材モデル１２０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タイヤモデル１００を示す図である。図１に示すように、タイヤモデル１００は、数値解析が可能な要素の集合体（要素１００ａ，１００ｂ，１００ｃ…）によりタイヤがモデル化されたものであり、溝１１１が形成されたトレッド部１１０のモデルを備えている。なお、本実施形態における数値解析は、有限要素法解析を用いるものとする。
【００１２】
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、３次元の４面体、５面体又は６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、タイヤの材料特性（例えば、ゴムの密度、弾性係数など）等が定義されている。
【００１３】
図２は、本実施形態における部材モデル１２０を示す図である。図２に示すように、部材モデル１２０は、数値解析が可能な要素の集合体（要素１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ…）によりタイヤを構成する部材（例えば、カーカス、ベルト層、キャップ層、ビード部など）とは異なる部材がモデル化されたものである。部材モデル１２０を構成する各要素には、上記タイヤモデル１００の各要素と同様に、２次元の３角形・４角形からなる膜要素、３次元の４面体、５面体又は６面体からなるソリッド要素などが挙げられる。また、要素１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ…には、座標のデータ、部材の材料特性（例えば、ゴムの密度、弾性係数など）等が定義されている。
【００１４】
図３は、部材モデル１２０がタイヤモデル１００に接合されている様子を示す図である。図３に示すように、部材モデル１２０は、タイヤモデル１００の内側であり、且つタイヤモデル１００の赤道線ＣＬ上に接合されている。なお、部材モデル１２０はタイヤモデル１００に複数接合されてもよい。
【００１５】
（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（挙動解析装置）について図面を参照しながら説明する。図４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４に示すように、コンピュータ２００は、部材モデル１２０の挙動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、部材モデル１２０の挙動を解析する処理部２１３と、処理部２１３により解析された挙動の結果を表示する表示部２１４とを備えている。
【００１６】
前記処理部２１３は、タイヤモデル設定部２１３ａ（タイヤモデル設定手段）と、部材モデル設定部２１３ｂ（部材モデル設定手段）と、モデル接合部２１３ｃと、モデル変形部２１３ｄ（モデル変形手段）と、挙動解析部２１３ｅ（挙動解析手段）とを備えている。タイヤモデル設定部２１３ａ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タイヤモデル１００を設定するものである。
【００１７】
部材モデル設定部２１３ｂは、数値解析が可能な要素の集合体によりタイヤを構成する部材とは異なる部材をモデル化した部材モデル１２０を設定するものである。また、部材モデル設定部２１３ｂは、記憶部２１２に記憶された設計データに基づいて、該設計データに対応する部材モデル１２０の形状を形成してもよい。
【００１８】
モデル接合部２１３ｃは、設定されたタイヤモデル１００に部材モデル１２０を接合するものである。モデル変形部２１３ｄは、入力部２１１からの指示に応じて、部材モデル１２０の初期形状を最終形状に向けて徐々に変形させるものである。本実施形態におけるモデル変形部２１３ｄは、部材モデル１２０の初期形状を最終形状に変形するまでの間に、初期形状から最終形状に滑らかに移り変わる中間モデルを逐次形成することにより、部材モデル１２０の初期形状を徐々に変化させて最終形状に変形させている。すなわち、モデル変形部２１３ｄは、いわゆるモーフィング処理により部材モデル１２０を初期形状から最終形状に変形することができる。
【００１９】
具体的には、モデル変形部２１３ｄは、入力部２１１からの指示に応じて、部材モデル１２０がタイヤモデル１００に接合可能な接合面１２１の初期形状を最終形状に向けて徐々に変形させること、又は部材モデル１２０の高さ方向に沿う初期形状を最終形状に向けて徐々に変形させる。なお、モデル変形部２１３ｄは、部材モデル１２０の要素数を変更せずに、部材モデル１２０の形状を変形させてもよい。この場合には、挙動解析部２１３ｅは、変形前の要素と、該変更前の要素と同一の要素である変形後の要素との挙動（応力、歪、強度など）を容易に比較することができる。
【００２０】
挙動解析部２１３ｅは、タイヤモデル１００に接合された部材モデル１２０（モデル変形部２１３により変形された部材モデル１２０も含む）に基づいて有限要素法解析により、タイヤモデル１００が転動している際の部材モデル１２０の挙動（例えば、部材モデル１２０がタイヤモデル１００に接合される強度、状態など）を解析する。
【００２１】
（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５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５に示すように、ステップ１において、タイヤモデル設定部２１３ａ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タイヤモデル１００を設定する。
【００２２】
ステップ２において、部材モデル設定部２１３ｂ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部材モデル１２０を設定する。ここで、図６は、タイヤに接合される部材の形状を構成する設計データを示す図である。図７は、設計データに基づいて形成された部材モデル１２０を示す図である。この設計データは記憶部２１２に記憶されている。
【００２３】
図６に示すように、部材モデル設定部２１３ｂは、記憶部２１２に記憶されている設計データに基づいて、該設計データに対応する部材の形状を取得する。そして、図７に示すように、部材モデル設定部２１３ｂは、取得した部材の形状を複数の要素に分割し、分割後の各要素の集合体（要素１２０ａ，要素１２０ｂ，要素１２０ｃ…）を部材モデル１２０として設定する。
【００２４】
ステップ３において、モデル接合部２１３ｃは、タイヤモデル１００の内側に部材モデル１２０を接合させる（図２参照）。ステップ４において、モデル変形部２１３ｄは、部材モデル１２０を変形させる操作が行われたか否か確認する。また、モデル変形部２１３ｄは、部材モデル１２０を変形させる操作が入力部２１１により受け付けられた場合にはステップ５の処理に移り、部材モデル１２０を変形させる操作が入力部２１１により受け付けられない場合にはステップ６の処理に移る。
【００２５】
ステップ５において、モデル変形部２１３ｄは、入力部２１１からの指示に応じて、部材モデル１２０の初期形状を最終形状に向けて徐々に変形させる。すなわち、モデル変形部２１３ｄは、入力部２１１からの指示に応じて部材モデル１２０のモーフィング処理を実行する。ここで、図７に示すように、部材モデル１２０には、特定の方向に部材モデル１２０を変形させる操作を受け付けるコントロールポイントＰ１〜Ｐ１２が設定されている。コントロールポイントＰ１〜Ｐ１２のいずれかが入力部２１１により選択され、選択されたコントロールポイントが入力部２１１により特定方向に移動されると、モデル変形部２１３ｄは、選択されたコントロールポイントの周辺の初期形状を特定方向に沿う形状に変形させる。具体的には、コントロールポイントの周辺の初期形状から最終形状に変形されるまでの間に存在する中間モデルが記憶部２１２に記憶されており、モデル変形部２１３ｄは、選択されたコントロールポイントの周辺の初期形状に基づいて、初期形状から特定方向に沿う中間モデルを順次選択することにより、初期形状から最終形状へ滑らかに変形させる。
【００２６】
なお、部材モデル１２０は、図７に示す形状に限定されずに、図８に示す立方体及びコントロールポイントＰ１１〜Ｐ１７から構成された部材モデル１３０であってもよい。また、部材モデル１２０の形状が細かに変更される部分にはコントロールポイントが多く配置されることが望ましい。さらに、モデル変形部２１３ｄは、変更した後の部材モデル１２０を構成する各要素の内角、歪み等をチェックし、品質の悪い要素を品質の良い要素に変更してもよい。
【００２７】
ステップ６において、挙動解析部２１３ｅは、部材モデル１２０をタイヤモデル１００の内側に接合させた状態で、タイヤモデル１００が転動している際の部材モデル１２０の挙動（例えば、部材モデル１２０がタイヤモデル１００に接合されている強度、状態など）を予測する。具体的には、挙動解析部２１３ｅは、タイヤモデル１００を構成する各要素１００ａ，１００ｂ，１００ｃ…、及び部材モデル１２０を構成する各要素１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ…に定義されている座標データ、材料の特性値（例えば、弾性率）、タイヤ及び部材を接合させる接着剤の特性値などに基づいて、部材モデル１２０がタイヤモデル１００に接合されている強度、状態などを予測する。
【００２８】
（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、部材モデル１２０をタイヤモデル１００に接合させた状態で、有限要素法解析を実行するため、転動しているタイヤに接合されている部材の強度、状態などの挙動を解析することができる。また、モーフィング処理によりタイヤモデル１００に接合させた部材モデル１２０を容易に変形可能にするとともに、変形後の部材モデル１２０を即座に解析するため、解析時間を大幅に短縮させることができる。さらに、モーフィング処理により部材モデル１２０を多くの方向に変形可能にすることにより、より適切な部材モデルを迅速に解析することができる。また、設計データに対応する部材モデル１２０の形状を形成することにより、部材モデル１２０を迅速に形成することができ、全体の解析時間を大幅に短縮させることができる。
【００２９】
（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。本実施例では、２０５／５５Ｒ１６のサイズを有するタイヤモデル１００が用いられ、さらにタイヤモデル１００の幅方向の中央部に接合されている部材モデル１２０が用いられた（図３参照）。
【００３０】
図９は、上面が幅Ａ＝２０ｍｍ×長さＢ＝２０ｍｍ、下面が幅Ｃ＝４２．５ｍｍ×長さＤ＝４２．５ｍｍ、上面と下面との高さがＥ１＝５ｍｍの大きさを有する部材モデル１４０を示す図である。図１０は、上面が幅Ａ＝２０ｍｍ×長さＢ＝２０ｍｍ、下面が半径Ｒ＝３０ｍｍの大きさを有する部材モデル１５０を示す図である。
【００３１】
図１１は、図９に示す部材モデル１４０の接合面１４１の形状を変更した後の部材モデル１６０を示す図である。図１２は、図１１に示す部材モデル１６０の高さＥ１＝５ｍｍをＥ２＝１０ｍｍに変更した後の部材モデル１７０を示す図である。
【００３２】
図１３は、図９乃至図１２に示す部材モデル１４０，１５０，１６０，１７０が用いられた際の解析時間指数を示す図である。図１３では、従来におけるシミュレーションの解析時間を１００とした解析時間指数で示している。この解析時間指数が少なくなる程、本発明によるシミュレーションの解析時間が従来よりも短くなることを意味する。
【００３３】
図１３に示すように、部材モデル１４０，１５０が用いられると、解析時間指数は１００となるが、部材モデル１６０が用いられると、解析時間指数が１００よりも小さい６０となり、部材モデル１７０が用いられると、解析時間指数が最も小さい１０となった。ここで、部材モデル１４０，１５０は基本となるモデルであるため、本発明による解析時間は従来と同様の解析時間となる。一方、部材モデル１６０，１７０はモーフィング処理により部材モデル１４０に基づいて変形され、その後直ぐに解析されるため、本発明による解析時間は従来の解析時間よりも大幅に短縮されることとなる。
【００３４】
図１４は、突起物の部材モデル１７０（例えば、コンクリートのモデルなど）をタイヤモデル１００が乗越える際の部材モデル１４０の挙動を示す図である。図１４に示すように、タイヤモデル１００に接合された部材モデル１４０がどのような状態になっているかが分かる。これにより、設計者は、タイヤモデル１００に接合された部材モデル１４０の状態を容易に把握することができ、解析結果に応じて現在の部材モデル１４０を適切な部材モデル１４０に変形することができる。また、変形後の部材モデル１４０の解析が直ぐに行われるため、設計者は、変更後の部材モデル１４０に基づいて設計データを変更する必要がなくなり、解析時間を大幅に短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施形態におけるタイヤモデルを示す図である。
【図２】本実施形態における部材モデルを示す図である。
【図３】本実施形態におけるタイヤモデルの内側に部材モデルが接合されている様子を示す図である。
【図４】本実施形態におけるコンピュータの構成を示す図である。
【図５】本実施形態におけるコンピュータの動作を示す図である。
【図６】本実施形態における設計データに対応する部材の外形を示す図である。
【図７】本実施形態における部材モデルを示す図である（その１）。
【図８】本実施形態における部材モデルを示す図である（その２）。
【図９】本実施形態における部材モデルを示す図である（その３）。
【図１０】本実施形態における部材モデルを示す図である（その４）。
【図１１】本実施形態における部材モデルを示す図である（その５）。
【図１２】本実施形態における部材モデルを示す図である（その６）。
【図１３】本実施形態における比較例を示す図である。
【図１４】本実施形態におけるタイヤモデルに接合された部材モデルの様子を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００…タイヤモデル、１１０…トレッド部、１１１…溝、１２０…部材モデル、１２１…接合面、１３０…部材モデル、１４０…部材モデル、１４１…接合面、１５０…部材モデル、１６０…部材モデル、１６０，１７０…部材モデル、２００…コンピュータ、２１１…入力部、２１２…記憶部、２１３…モデル変形部、２１３…処理部、２１３ａ…タイヤモデル設定部、２１３ｂ…部材モデル設定部、２１３ｃ…モデル接合部、２１３ｄ…モデル変形部、２１３ｅ…挙動解析部、２１４…表示部
【図１】
2006117060.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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