(57)【要約】【課題】糸の変化挙動を高い精度で予測し得るシミュレーション装置を提供する。【解決手段】本発明に係るシミュレーション装置は、複数の繊維３００が撚られた糸２０１の長手方向に一定の張力Ｔを加えた状態で、糸２０１の側面に圧縮力Ｆを加えた際の、糸２０１の断面における複数の繊維３００の位置の変化挙動をシミュレーションするシミュレーション装置１００であって、複数の繊維３００が互いに反発する力である第１の力を算出する第１算出部１４３と、複数の繊維３００が糸２０１の中心に集束する力である第２の力を算出する第２算出部１４４と、複数の繊維３００の速度に比例する抵抗力である第３の力を算出する第３算出部１４５と、複数の繊維３００に、第１の力と、第２の力と、第３の力とが働くとしてたてた運動方程式を解くことで、複数の繊維３００の位置を算出する第４算出部１４６とを備える。【選択図】図６
2008242666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の繊維が撚られた糸の長手方向に一定の張力を加えた状態で、前記糸の側面に圧縮力を加えた際の、前記糸の断面における前記複数の繊維の位置の変化挙動をシミュレーションするシミュレーション装置であって、
前記複数の繊維が互いに反発する力である第１の力を算出する第１算出手段と、
前記複数の繊維が前記糸の中心に集束する力である第２の力を算出する第２算出手段と、
前記複数の繊維の速度に比例する抵抗力である第３の力を算出する第３算出手段と、
前記複数の繊維に、前記第１算出手段により算出された前記第１の力と、前記第２算出手段により算出された前記第２の力と、前記第３算出手段により算出された前記第３の力とが働くとしてたてた運動方程式を解くことで、前記複数の繊維の位置を算出する第４算出手段とを備える
ことを特徴とするシミュレーション装置。
【請求項２】
前記第２算出手段は、前記糸の断面における前記糸の中心と前記繊維との距離が予め定められた第１の距離より大きい場合に該繊維に前記糸の中心に集束する力が働くとし、前記糸の中心と前記繊維との距離が前記第１の距離より小さい場合に該繊維に前記糸の中心に集束する力が働かないとして、前記第２の力を算出する
ことを特徴とする請求項１記載のシミュレーション装置。
【請求項３】
前記第１の距離は、前記糸の中心と、前記糸に前記圧縮力が加わっていない状態の前記繊維との距離である
ことを特徴とする請求項２記載のシミュレーション装置。
【請求項４】
前記第２算出手段は、前記糸の断面における前記糸の中心から前記繊維までの距離と、予め定められた第２の距離との差分に比例する前記第２の力を算出する
ことを特徴とする請求項１、２又は３記載のシミュレーション装置。
【請求項５】
前記第２の距離は、前記糸の中心と、前記糸に前記圧縮力が加わっていない状態の前記繊維との距離である
ことを特徴とする請求項４記載のシミュレーション装置。
【請求項６】
前記シミュレーション装置は、さらに、
前記圧縮力の方向に対する前記糸の直径の変化の速度を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された速度から第１の時刻における前記直径を算出する直径算出手段と、
前記直径算出手段により算出された前記直径内に前記複数の繊維が配置されるとして、前記第１算出手段、前記第２算出手段、前記第３算出手段、及び前記第４算出手段を制御し前記複数の繊維の位置を算出する制御手段とを備える
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のシミュレーション装置。
【請求項７】
複数の繊維が撚られた糸の長手方向に一定の張力を加えた状態で、前記糸の側面に圧縮力を加えた際の、前記糸の断面における前記複数の繊維の位置の変化挙動をシミュレーションするシミュレーション方法であって、
前記複数の繊維が互いに反発する力である第１の力を算出する第１算出ステップと、
前記複数の繊維が前記糸の中心に集束する力である第２の力を算出する第２算出ステップと、
前記複数の繊維の速度に比例する抵抗力である第３の力を算出する第３算出ステップと、
前記複数の繊維に、前記第１算出ステップで算出された前記第１の力と、前記第２算出ステップで算出された前記第２の力と、前記第３算出ステップで算出された前記第３の力とが働くとしてたてた運動方程式を解くことで、前記複数の繊維の位置を算出する第４算出ステップとを含む
ことを特徴とするシミュレーション方法。
【請求項８】
複数の繊維が撚られた糸の長手方向に一定の張力を加えた状態で、前記糸の側面に圧縮力を加えた際の、前記糸の断面における前記複数の繊維の位置の変化挙動をシミュレーションするシミュレーション方法のプログラムであって、
前記複数の繊維が互いに反発する力である第１の力を算出する第１算出ステップと、
前記複数の繊維が前記糸の中心に集束する力である第２の力を算出する第２算出ステップと、
前記複数の繊維の速度に比例する抵抗力である第３の力を算出する第３算出ステップと、
前記複数の繊維に、前記第１算出ステップで算出された前記第１の力と、前記第２算出ステップで算出された前記第２の力と、前記第３算出ステップで算出された前記第３の力とが働くとしてたてた運動方程式を解くことで、前記複数の繊維の位置を算出する第４算出ステップとをコンピュータに実行させる
ことを特徴とするプログラム。
【請求項９】
複数の繊維が撚られた糸の長手方向に一定の張力を加えた状態で、前記糸の側面に圧縮力を加えた際の、前記糸の断面における前記複数の繊維の位置の変化挙動をシミュレーションするシミュレーション方法のプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記複数の繊維が互いに反発する力である第１の力を算出する第１算出ステップと、
前記複数の繊維が前記糸の中心に集束する力である第２の力を算出する第２算出ステップと、
前記複数の繊維の速度に比例する抵抗力である第３の力を算出する第３算出ステップと、
前記複数の繊維に、前記第１算出ステップで算出された前記第１の力と、前記第２算出ステップで算出された前記第２の力と、前記第３算出ステップで算出された前記第３の力とが働くとしてたてた運動方程式を解くことで、前記複数の繊維の位置を算出する第４算出ステップとを含む
プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シミュレーション装置、及びシミュレーション方法に関し、特に、糸の断面における変化挙動をシミュレーションするシミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
織物は、引張り及び圧縮などの力が加えられると、何らかの変形をする。引張り及び圧縮などの力による織物の立体構造の変化は、織物を構成する糸の特性等により、それぞれ異なる。よって、織物の設計段階で、引張り及び圧縮などの力による織物の立体構造の変化を予測することは非常に困難であり、従来、織物の製造は経験的な技術に基づき行われていた。また、織物の立体構造の変化を予測することが困難なため、従来、所望の形状及び特性の織物を作成するためには、試作を行う必要があった。
【０００３】
これに対して、織物の立体構造の変化を予測する方法として、コンピュータシミュレーションを用いる方法が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。シミュレーションを用いることにより、試作を行わなくても織物の形状を予測でき、織物の設計を効率的に行うことができる。
【０００４】
特許文献１には、織物の密度及び撚係数などの織物規格を考慮しシミュレーションを行う方法が開示されている。また、特許文献２には、織物を伸張した場合等の織物の変化を予測するシミュレーション方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−２０９７０６号公報
【特許文献２】特開２００６−２７４５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の織物の立体構造の変化を予測するシミュレーションでは、十分な精度を得ることができないという問題がある。
【０００６】
また、シミュレーションにより織物の立体構造の変化を予測するためには、織物を構成する糸の変化挙動を予測する必要がある。すなわち、糸の変化挙動をより高い精度で予測することで、織物の立体構造の変化をより高い精度で予測することができる。
【０００７】
そこで、本発明は、糸の変化挙動を高い精度で予測し得るシミュレーション装置、及びシミュレーション方法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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係るシミュレーション装置は、複数の繊維が撚られた糸の長手方向に一定の張力を加えた状態で、前記糸の側面に圧縮力を加えた際の、前記糸の断面における前記複数の繊維の位置の変化挙動をシミュレーションするシミュレーション装置であって、前記複数の繊維が互いに反発する力である第１の力を算出する第１算出手段と、前記複数の繊維が前記糸の中心に集束する力である第２の力を算出する第２算出手段と、前記複数の繊維の速度に比例する抵抗力である第３の力を算出する第３算出手段と、前記複数の繊維に、前記第１算出手段により算出された前記第１の力と、前記第２算出手段により算出された前記第２の力と、前記第３算出手段により算出された前記第３の力とが働くとしてたてた運動方程式を解くことで、前記複数の繊維の位置を算出する第４算出手段とを備える。
【０００９】
この構成によれば、本発明に係るシミュレーション装置は、複数の繊維が互いに反発する力と、繊維が糸の中心に集束する力と、繊維の速度に比例する抵抗力とが、繊維に働くとしてたてた運動方程式を解くことで、糸に含まれる複数の繊維の位置を算出する。これにより、本発明に係るシミュレーション装置は、糸の変化挙動をより高い精度で予測することができる。
【００１０】
また、前記第２算出手段は、前記糸の断面における前記糸の中心と前記繊維との距離が予め定められた第１の距離より大きい場合に該繊維に前記糸の中心に集束する力が働くとし、前記糸の中心と前記繊維との距離が前記第１の距離より小さい場合に該繊維に前記糸の中心に集束する力が働かないとして、前記第２の力を算出してもよい。
【００１１】
この構成によれば、本発明に係るシミュレーション装置は、繊維が糸の中心から離れた場合に、繊維に、糸の中心に集束する力が働くとして、第２の力を算出する。これにより、本発明に係るシミュレーション装置は、糸の変化挙動をより高い精度で予測することができる。
【００１２】
また、前記第１の距離は、前記糸の中心と、前記糸に前記圧縮力が加わっていない状態の前記繊維との距離であってもよい。
【００１３】
この構成によれば、本発明に係るシミュレーション装置は、繊維が、糸に圧縮力が加わっていない状態における繊維の位置より、糸の中心に対して外方向に位置する場合に、繊維に、糸の中心に集束する力が働くとして、第２の力を算出することができる。
【００１４】
また、前記第２算出手段は、前記糸の断面における前記糸の中心から前記繊維までの距離と、予め定められた第２の距離との差分に比例する前記第２の力を算出してもよい。
【００１５】
この構成によれば、本発明に係るシミュレーション装置は、糸の中心と繊維との間に、距離に比例する力が働くばねが設置されているとして、第２の力を算出することができる。これにより、本発明に係るシミュレーション装置は、糸の変化挙動をより高い精度で予測することができる。
【００１６】
また、前記第２の距離は、前記糸の中心と、前記糸に前記圧縮力が加わっていない状態の前記繊維との距離であってもよい。
【００１７】
この構成によれば、本発明に係るシミュレーション装置は、糸に圧縮力が加わっていない状態の繊維の位置を基準とする、糸の中心から離れる方向の繊維の位置の変化量に比例する第２の力を算出することができる。
【００１８】
また、前記シミュレーション装置は、さらに、前記圧縮力の方向に対する前記糸の直径の変化の速度を取得する取得手段と、前記取得手段により取得された速度から第１の時刻における前記直径を算出する直径算出手段と、前記直径算出手段により算出された前記直径内に前記複数の繊維が配置されるとして、前記第１算出手段、前記第２算出手段、前記第３算出手段、及び前記第４算出手段を制御し前記複数の繊維の位置を算出する制御手段とを備えてもよい。
【００１９】
この構成によれば、本発明に係るシミュレーション装置は、入力された圧縮力の方向に対する糸の直径の変化の速度に基づき、圧縮力が加えられた場合の糸の変化挙動を算出する。これにより、本発明に係るシミュレーション装置は、所定の時刻における圧縮力の方向に対する糸の直径から、糸に含まれる複数の繊維の位置を算出することができる。
【００２０】
また、本発明に係るシミュレーション方法は、複数の繊維が撚られた糸の長手方向に一定の張力を加えた状態で、前記糸の側面に圧縮力を加えた際の、前記糸の断面における前記複数の繊維の位置の変化挙動をシミュレーションするシミュレーション方法であって、前記複数の繊維が互いに反発する力である第１の力を算出する第１算出ステップと、前記複数の繊維が前記糸の中心に集束する力である第２の力を算出する第２算出ステップと、前記複数の繊維の速度に比例する抵抗力である第３の力を算出する第３算出ステップと、前記複数の繊維に、前記第１算出ステップで算出された前記第１の力と、前記第２算出ステップで算出された前記第２の力と、前記第３算出ステップで算出された前記第３の力とが働くとしてたてた運動方程式を解くことで、前記複数の繊維の位置を算出する第４算出ステップとを含む。
【００２１】
これによれば、本発明に係るシミュレーション方法は、複数の繊維が互いに反発する力と、繊維が糸の中心に集束する力と、繊維の速度に比例する抵抗力とが、繊維に働くとしてたてた運動方程式を解くことで、糸に含まれる複数の繊維の位置を算出する。これにより、本発明に係るシミュレーション方法は、糸の変化挙動をより高い精度で予測することができる。
【００２２】
なお、本発明は、このようなシミュレーション装置及びシミュレーション方法として実現することができるだけでなく、シミュレーション方法に含まれる特徴的なステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現することもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、糸の変化挙動を高い精度で予測し得るシミュレーション装置、及びシミュレーション方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係るシミュレーション装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
本発明の実施の形態に係るシミュレーション装置は、糸に含まれる複数の繊維が互いに反発する力と、繊維が糸の中心に集束する力と、繊維の速度に比例する抵抗力とが、繊維に働くとしてたてた運動方程式を解くことで、複数の繊維の位置の変化を算出する。これにより、本発明の実施の形態に係るシミュレーション装置は、糸の変化挙動を高い精度で予測することができる。
【００２６】
まず、本発明の実施の形態に係るシミュレーション装置が、予測する糸の変化挙動について説明する。
【００２７】
図１は、糸に圧縮力が加えられた状態を示す図である。図１に示すように糸２０１及び糸２０２は、張力Ｔで長手方向に引っ張られる。糸２０１及び糸２０２は、側面（図１の上下）をガラス板２０３とガラス板２０４とに挟まれる。また、ガラス板２０４から糸２０１及び糸２０２の側面（図１の上側）に圧縮力Ｆが加えられる。
【００２８】
なお、糸２０２の変化挙動は、糸２０１と同様であり、以下、糸２０１の変化挙動についてのみ説明する。
【００２９】
図２は、圧縮力Ｆが加えられていない状態における糸２０１の断面構造を示す図である。図２に示すように、圧縮力Ｆが加えられていない状態において、糸２０１の断面形状は、略真円形状である。また、糸２０１の直径は、圧縮力Ｆが加えられていない状態において、初期直径ｄ0である。
【００３０】
図３は、圧縮力Ｆが加えられた状態における糸２０１の断面構造を示す図である。図３に示すようにガラス板２０４に圧縮力Ｆが加えられることにより、糸２０１は圧縮される。圧縮力Ｆが加えられた状態における糸２０１の圧縮力Ｆの方向と垂直な方向（図３における横方向）の直径は、初期直径ｄ0より大きい直径ｄ1となる。圧縮力Ｆが加えられた状態における糸２０１の圧縮力Ｆの方向（図３における縦方向）の直径は、初期直径ｄ0より小さい直径ｄ2となる。
【００３１】
図４は、糸２０１の詳細な構造を示す側面図である。図４に示すように、糸２０１は、複数の繊維３００を含む。複数の繊維３００が撚られることで、糸２０１を構成している。なお、複数の繊維３００は、長繊維であってもよいし、短繊維であってもよい。
【００３２】
図５は、図４に示すＡ０−Ａ１に面における糸２０１の断面構造を示す図である。図５に示すように、糸２０１の断面において、複数の繊維３００が等間隔に配置される。
【００３３】
次に、本発明の実施の形態に係るシミュレーション装置の構成を説明する。
【００３４】
図６は、本発明の実施の形態に係るシミュレーション装置の構成を示すブロック図である。図６に示すシミュレーション装置１００は、複数の繊維３００が撚られた糸２０１の長手方向に一定の張力Ｔを加えた状態で、糸２０１の側面に圧縮力Ｆを加えた際の、糸２０１の断面における複数の繊維３００の位置の変化挙動をシミュレーションする。シミュレーション装置１００は、入力部１１０と、保持部１２０と、表示部１３０と、シミュレーション部１４０とを備える。例えば、シミュレーション装置１００は、パーソナルコンピュータ等である。
【００３５】
入力部１１０は、ユーザからの入力を受け付ける。例えば、入力部１１０は、キーボード及びマウス等である。
【００３６】
保持部１２０は、シミュレーション部１４０により用いられるプログラムを保持する。例えば、保持部１２０は、ハードディスク又はＲＡＭ等である。
【００３７】
表示部１３０は、シミュレーション部１４０により算出されたシミュレーション結果をユーザに表示する。例えば、表示部１３０は、パーソナルコンピュータのディスプレイ等である。
【００３８】
シミュレーション部１４０は、複数の繊維３００が撚られた糸２０１の長手方向に一定の張力Ｔを加えた状態で、糸２０１の側面に圧縮力Ｆを加えた際の、糸２０１の断面における複数の繊維３００の位置の変化挙動をシミュレーションする。シミュレーション部１４０は、糸２０１に含まれる複数の繊維３００が互いに反発する力ｆと、複数の繊維３００が糸２０１の中心に集束する力ｆcと、複数の繊維３００の速度に比例する抵抗力ｆvとが、複数の繊維３００に働くとしてたてた運動方程式を解くことにより、複数の繊維３００の位置の変化を算出する。シミュレーション部１４０は、取得部１４１と制御部１４２と、第１算出部１４３と、第２算出部１４４と、第３算出部１４５と、第４算出部１４６と、出力部１４７とを備える。シミュレーション部１４０は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサであり、保持部１２０等の保持されるプログラムを実行することにより、図６に示す機能ブロックの機能を実現する。
【００３９】
取得部１４１は、入力部１１０に入力されたシミュレーションの計算条件等を取得する。
【００４０】
制御部１４２は、第１算出部１４３、第２算出部１４４、第３算出部１４５、及び第４算出部１４６の制御を行う。
【００４１】
第１算出部１４３は、糸２０１に含まれる複数の繊維３００が互いに反発する力ｆを算出する。糸２０１に含まれる各繊維３００間の距離が所定の距離以内になると、繊維間に互いに反発する力ｆが働く。第１算出部１４３は、下記（式１）及び（式２）により、各繊維３００間に働く力ｆを算出する。
【数１】
2008242666.tif 000003
【数２】
2008242666.tif 000004
【００４２】
上記（式２）において、ｘiは、糸２０１の断面における繊維ｉの中心の２次元座標であり、ｘjは、糸２０１の断面における繊維ｊの中心の２次元座標である。ここで、繊維ｉ及び繊維ｊは、複数の繊維３００に含まれる任意の繊維を示す。よって、ｒijは、繊維ｉと繊維ｊとの間の距離及び方向を示すベクトルである。
【００４３】
また、上記（式１）において、ｆijは繊維ｉと繊維ｊとが互いに反発する力である。ｒ0は、糸２０１に圧縮力Ｆが加わっていない状態の各繊維３００間の距離である初期繊維間距離である。ｋは、計算パラメータである。
【００４４】
図７は、圧縮力Ｆが加えられていない状態における糸２０１の断面構造の一部を示す図である。図８は、圧縮力Ｆが加えられている状態における糸２０１の断面構造の一部を模式的に示す図である。図７及び図８に示す繊維３０１〜３０７は、糸２０１に含まれる複数の繊維３００に含まれる繊維である。
【００４５】
図７に示すように圧縮力Ｆが加えられていない状態において、繊維３０１の中心と、繊維３０２〜３０７の中心との距離は、初期繊維間距離ｒ0となる。
【００４６】
上記（式１）に示すように、第１算出部１４３は、繊維ｉと繊維ｊとの間の距離ｒijが初期繊維間距離ｒ0より小さい場合に、初期繊維間距離ｒ0と距離ｒijとの差分に比例する互いに反発する力が繊維ｉ及び繊維ｊに働くとして、力ｆijを算出する。また、第１算出部１４３は、繊維ｉと繊維ｊとの間の距離ｒijが初期繊維間距離ｒ0より大きい場合に、互いに反発する力が繊維ｉ及び繊維ｊに働かないとして力ｆijを算出する。すなわち、繊維ｉと繊維ｊとの間の距離ｒijが初期繊維間距離ｒ0より小さい場合には、図８に示すように、繊維ｉと繊維ｊとの間にばねが設置されていると考えることができる。例えば、図８に示す例では、繊維３０１との距離が初期繊維間距離ｒ0より小さい繊維３０２、繊維３０３、繊維３０５、及び繊維３０７と、繊維３０１との間には互いに反発する力が働く。また、繊維３０１との距離が初期繊維間距離ｒ0より大きい繊維３０４、及び繊維３０６と、繊維３０１との間には互いに反発する力が働かない。
【００４７】
なお、上記（式１）及び（式２）において、初期繊維間距離ｒ0は、圧縮力Ｆが加えられていない状態における繊維ｉの中心と、繊維ｊの中心との距離であるとしたが、初期繊維間距離ｒ0は、圧縮力Ｆが加えられていない状態における繊維ｉの中心と、繊維ｊの中心との距離から所定の範囲内の距離であってもよい。例えば、初期繊維間距離ｒ0は、圧縮力Ｆが加えられていない状態における繊維ｉ内又は外郭上の点と、繊維ｊ内又は外郭上の点との距離であってもよい。
【００４８】
第２算出部１４４は、糸２０１に含まれる複数の繊維３００が、糸２０１の中心に集束する力ｆcを算出する。
【００４９】
図９は、繊維３００が糸２０１の中心に集束する力を模式的に示す図である。図９に示すように、らせん状の繊維３００に張力Ｔを加えた場合、複数の繊維３００の撚り構造により、各繊維３００に、糸２０１の中心方向に集束しようとするｆcが働く。第２算出部１４４は、下記（式３）及び（式４）により、各繊維３００に働く力ｆcを算出する。
【数３】
2008242666.tif 000005
【数４】
2008242666.tif 000006
【００５０】
上記（式４）において、ｘiは、糸２０１の断面における繊維ｉの中心の２次元座標であり、ｘgは糸２０１の断面における糸２０１の中心の２次元座標である。よって、ｒgiは、糸２０１の中心と繊維ｉとの間の距離及び方向を示すベクトルである。ここで、糸２０１の中心とは、圧縮力Ｆにより糸２０１が変形している場合には、変形後の糸の中心（重心）を意味する。
【００５１】
また、上記（式３）において、ｆciは繊維ｉが糸２０１の中心に集束する力である。ｒgi（０）は、糸２０１の中心と、糸２０１に圧縮力Ｆが加わっていない状態の繊維ｉの中心との距離である初期中心距離である。なお、ｒgi（０）は、中心からの距離が最も近い繊維群に対する初期中心距離であり、中心からの距離が２番目に近い繊維群に対する初期中心距離をｒgi（１）で示し、中心からの距離が３番目に近い繊維群に対する初期中心距離をｒgi（２）で示す。ｋcは、計算パラメータである。
【００５２】
図１０は、圧縮力Ｆが加えられていない状態における糸２０１の断面構造の一部を示す図である。図１１は、圧縮力Ｆが加えられている状態における糸２０１の断面構造の一部を模式的に示す図である。
【００５３】
図１０に示すように圧縮力Ｆが加えられていない状態において、糸の中心Ｇと繊維３０２〜３０７との距離は、初期中心距離ｒgi（０）となる。また、糸の中心Ｇと繊維３１０〜３１５との距離は、初期中心距離ｒgi（１）となる。糸の中心Ｇと繊維３２０〜３２５との距離は、初期中心距離ｒgi（２）となる。
【００５４】
上記（式３）に示すように、第２算出部１４４は、糸２０１の断面における糸の中心Ｇから繊維ｉまでの距離ｒgiと、初期中心距離ｒgi（０）との差分に比例する力ｆciを算出する。また、第２算出部１４４は、糸２０１の断面における繊維ｉと糸の中心Ｇとの間の距離ｒgiが初期中心距離ｒgi（０）より大きい場合に、繊維ｉに、糸の中心に集束する力が働くとして、力ｆciを算出する。また、第２算出部１４４は、糸２０１の断面における繊維ｉと糸の中心Ｇとの間の距離ｒgiが初期中心距離ｒgi（０）より小さい場合には、繊維ｉに、糸の中心に集束する力が繊維ｉに働かないとして力ｆciを算出する。すなわち、図１１に示すように、繊維ｉと糸の中心Ｇとの間の距離ｒgiが初期中心距離ｒgi（０）より大きい場合には、中心Ｇと繊維ｉとの間にばねが設置されていると考えることができる。例えば、図１１に示す例では、中心Ｇとの間の距離ｒgiが初期中心距離ｒgi（０）より大きい繊維３０２、繊維３０３、繊維３０４、及び繊維３０６には、糸２０１の中心に集束する力が働く。また、中心Ｇとの間の距離ｒgiが初期中心距離ｒgi（０）より大きい繊維３０１、繊維３０５、及び繊維３０７には、糸２０１の中心に集束する力が働かない。
【００５５】
なお、第２算出部１４４は、中心からの距離が２番目に近い繊維群に対しては、上記説明における初期中心距離初期ｒgi（０）の代わりに、中心距離ｒgi（１）を用いることで、繊維ｉに対する糸２０１の中心に集束する力ｆciを算出する。また、同様に、第２算出部１４４は、中心からの距離が３番目以上の繊維群に対しても、初期中心距離をｒgi（２）及びｒgi（3）等を用いることで、力ｆciを算出する。
【００５６】
また、上記（式３）及び（式４）において、初期中心距離ｒgi（０）は、糸２０１の中心Ｇと、糸２０１に圧縮力Ｆが加わっていない状態の繊維ｉの中心との距離であるとしたが、初期中心距離ｒgi（０）は、糸２０１の中心Ｇと、糸２０１に圧縮力Ｆが加わっていない状態の繊維ｉの中心との距離から所定の範囲内の距離であってもよい。例えば、初期中心距離ｒgi（０）は、糸２０１の中心Ｇと、圧縮力Ｆが加えられていない状態における繊維ｉ内又は外郭上の点との距離であってもよい。
【００５７】
第３算出部１４５は、糸２０１に含まれる複数の繊維３００の速度に比例する抵抗力ｆvを算出する。すなわち、抵抗力ｆvは、糸２０１の変形の速度に比例する抵抗力である。第３算出部１４５は、下記（式５）及び（式６）により、各繊維３００に働く力ｆvを算出する。
【数５】
2008242666.tif 000007
【数６】
2008242666.tif 000008
【００５８】
上記（式５）において、ｆviは繊維ｉが糸２０１の速度に比例する抵抗力である。ｃは、計算パラメータである。
【００５９】
上記（式５）及び（式６）に示すように、第３算出部１４５は、繊維３００の速度に比例する抵抗力ｆviを算出する。
【００６０】
第４算出部１４６は、第１算出部１４３により算出された繊維３００が互いに反発する力ｆijと、第２算出部１４４により算出された繊維３００が糸２０１の中心に集束する力ｆciと、第３算出部１４５により算出された抵抗力ｆviとが、繊維ｉに働くとしてたてた運動方程式を解くことで、繊維ｉの位置を算出する。第４算出部１４６は、下記（式７）、（式８）、（式９）、及び（式１０）により、各繊維３００の位置を算出する。
【数７】
2008242666.tif 000009
【数８】
2008242666.tif 000010
【数９】
2008242666.tif 000011
【数１０】
2008242666.tif 000012
【００６１】
上記（式７）において、Ｆiは繊維ｉに加わる力を示す。また、ｎは糸２０１に含まれる繊維３００の数を示す。
【００６２】
上記（式７）に示すように、第４算出部１４６は、繊維ｉが他の繊維と互いに反発する力ｆijの和と、繊維ｉが糸２０１の中心に集束する力ｆciと、抵抗力ｆviとの和である力Ｆiを算出する。
【００６３】
さらに、第４算出部１４６は、（式８）、（式９）及び（式１０）に示す運動方程式を解くとで、糸２０１の断面における繊維ｉの座標ｘiを算出する。なお、（式８）において、ｍは繊維３００の単位長さ当りの質量を示す。
【００６４】
出力部１４７は、第４算出部１４６により算出された繊維ｉの位置（座標）を示す情報を表示部１３０に出力する。
【００６５】
次に、本発明の実施の形態に係るシミュレーション装置１００の動作を説明する。
【００６６】
図１２は、本発明の実施の形態に係るシミュレーション装置１００によるシミュレーション動作の流れを示すフローチャートである。
【００６７】
図１２に示すように、まず、取得部１４１は、入力部１１０を介して入力された糸２０１の初期配置に関する情報を取得する（Ｓ１０１）。具体的には、取得部１４１が取得する初期配置に関する情報は、糸２０１に含まれる繊維３００の本数である繊維本数ｎ、繊維３００の直径ｄｆ、初期繊維間距離ｒ0、及び糸２０１の初期直径ｄ0等である。なお、初期配置に関する情報は、糸２０１の線密度、糸２０１の撚係数及び張力Ｔ等を含んでもよい。
【００６８】
次に、取得部１４１は、入力部１１０を介して入力された計算条件を取得する。具体的には、計算条件は、計算パラメータｋ、ｋc、ｃ、圧縮速度、計算時間間隔Δｔ、計算終了時刻、及び糸２０１の単位長さあたりの質量ｍ等を含む。ここで、圧縮速度とは、圧縮力Ｆの方向のガラス板２０４の移動速度であり、圧縮力Ｆの方向に対する糸２０１の直径ｄ2の変化の速度に対応する。
【００６９】
なお、ステップＳ１０１及びＳ１０２において、取得部１４１が取得する初期配置に関する情報及び計算条件の一部又は全部は、保持部１２０等に保持されており、取得部１４１は、保持部１２０等に保持される初期配置に関する情報及び計算条件の一部又は全部を取得してもよい。また、取得部１４１は、ネットワーク又は記録媒体等を介して初期配置に関する情報及び計算条件の一部又は全部を取得してもよい。
【００７０】
また、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２を行う順序は任意でよい。例えば、ステップＳ１０２を行った後にステップＳ１０１を行ってもよいし、ステップＳ１０１とステップＳ１０２とを並列に行ってもよい。
【００７１】
図１３は、糸２０１に含まれる複数の繊維３００の初期位置の一例を示す図である。例えば、取得部１４１は、図１３に示す断面形状に対応する情報をステップＳ１０１及びステップＳ１０２において取得する。
【００７２】
次に、シミュレーション部１４０は、初期状態から時間Δｔ後の時刻Δｔにおける複数の繊維３００の位置を算出する。制御部１４２は、圧縮速度（ガラス板２０４の速度）、及び計算時間間隔Δｔに基づき、時刻Δｔにおけるガラス板２０４の位置を算出する（Ｓ１０３）。ここで、本発明の実施の形態に係るシミュレーション装置１００は、圧縮力Ｆとして圧縮力Ｆが加えられる方向（図１３の下方向）におけるガラス板２０４の速度を入力値として、複数の繊維３００の変化挙動を算出する。すなわち、シミュレーション部１４０は、ガラス板２０４が移動することによりガラス板２０４に隣接する繊維３００が押し下げられるとして、複数の繊維３００の位置を算出する。なお、上記（式７）に、さらに、圧縮力Ｆを加え、運動方程式を解くことで、繊維３００の位置を算出してもよい。
【００７３】
まず、シミュレーション部１４０は、複数の繊維３００のうちのいずれかである繊維ｉの時刻Δｔにおける位置を算出する。例えば、シミュレーション部１４０は、まず、ガラス板２０４に隣接する繊維の位置を算出する。その後、シミュレーション部１４０は、ガラス板２０４側の繊維から、順次、位置を算出する。具体的には、シミュレーション部１４０は、ガラス板２０４により押し下げられた繊維ｉの位置において、繊維ｉに加えられる力を算出し、運動方程式を解くことで、繊維ｉの位値を算出する。また、シミュレーション部１４０は、算出した繊維ｉの位置を考慮し、次の繊維ｉ＋１に加えられる力を算出し、運動方程式を解くことで、繊維ｉ＋１の位置を算出する。
【００７４】
まず、制御部１４２は、繊維ｉに加えられる力Ｆiの初期化を行う（Ｓ１０４）。また、制御部１４２は、取得部１４１により取得されたガラス板２０４の速度から、初期状態から時間Δｔ後の時刻Δｔにおけるガラス板２０４の位置を算出する。すなわち、制御部１４２は、取得部１４１により取得されたガラス板２０４の速度から、時刻Δｔにおける糸の直径ｄ2を算出する。制御部１４２は、算出された直径ｄ2内に複数の繊維３００が配置されるとして、第１算出部１４３、第２算出部１４４、第３算出部１４５、及び第４算出部１４６を制御し繊維ｉの位置を算出する。
【００７５】
具体的には、第１算出部１４３は、上記（式１）及び（式２）を用いて繊維ｉと他の繊維ｊとが互いに反発する力ｆijを算出する（Ｓ１０５）。第１算出部１４３は、糸２０１に含まれる全ての繊維に対して力ｆijを算出する。なお、第１算出部１４３は、糸２０１に含まれる繊維３００のうちいくつかに対してのみ力ｆijを算出してもよい。例えば、第１算出部１４３は、糸２０１に含まれる繊維３００のうち繊維ｉに対して所定の距離内に位置する繊維ｊに対してのみ力ｆijを算出してもよい。
【００７６】
次に、第２算出部１４４は、上記（式３）及び（式４）を用いて繊維ｉが糸２０１の中心に集束する力ｆciを算出する（Ｓ１０５）。
【００７７】
次に、第３算出部１４５は、上記（式５）及び（式６）を用いて繊維ｉの速度に比例する抵抗力ｆviを算出する（Ｓ１０７）。
【００７８】
なお、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７の処理の順序は、任意の順序でよい。さらに、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７の処理を並列に行ってもよい。
【００７９】
次に、第４算出部１４６は、上記（式７）を用いて、ステップＳ１０５で第１算出部１４３により算出された力ｆijの和と、ステップＳ１０６で第２算出部１４４により算出された力ｆciと、ステップＳ１０６で第３算出部により算出された抵抗力ｆviとの和である力Ｆiを算出する。さらに、第４算出部１４６は、算出された力Ｆiを用いて上記（式８）、（式９）及び（式１０）に示す運動方程式を解くことにより、糸２０１の断面における繊維ｉの座標ｘiを算出する（Ｓ１０８）。
【００８０】
糸２０１に含まれる全ての繊維３００に対する時刻Δｔにおける位置の算出が終了していないので（Ｓ１０９でＮｏ）、シミュレーション部１４０は、算出された繊維ｉの位置を考慮し、次の繊維ｉ＋１に対して、ステップＳ１０４〜Ｓ１０８の処理を行い、繊維ｉ＋１の位置を算出する。また、シミュレーション部１４０は、ステップＳ１０４〜Ｓ１０８の処理を繰り返し、糸２０１に含まれる全ての繊維３００に対する時刻Δｔにおける位置を算出する。すなわち、制御部１４２は、第１算出部１４３、第２算出部１４４、第３算出部１４５、及び第４算出部１４６を制御し時刻Δｔにおける複数の繊維３００の位置を算出する。
【００８１】
全ての繊維３００の位置が算出されると（Ｓ１０９でＹｅｓ）、出力部１４７は、算出された時刻Δｔにおける全ての繊維３００の位置に対応するデータを出力する（Ｓ１１０）。例えば、出力部１４７は、算出された時刻Δｔにおける全ての繊維３００の位置に基づき、糸２０１の断面構造の２次元画像を生成し、表示部１３０に表示する。
【００８２】
図１４は、シミュレーション部１４０により算出された糸２０１の断面構造の一例を示す図である。出力部１４７は、例えば、図１４に示す２次元画像を生成し、表示部１３０に表示する。なお、出力部１４７は、繊維３００の位置に対応するデータをそのまま出力してもよい。また、出力部１４７は、算出されたデータを保持部１２０等に保持してもよい。さらに、出力部１４７は、計算終了時刻までの処理が終了した後に、保持部１２０等に保持されるデータを、一括して出力してもよい。また、出力部１４７は、算出されたデータを、ネットワーク等を介して外部の機器に出力してもよい。
【００８３】
ステップＳ１０２で取得された計算終了時刻まで各時刻における繊維３００の位置の算出が終わっていない場合（Ｓ１１１でＮｏ）、シミュレーション部１４０は、時刻Δｔから時間Δｔ後の時刻２×Δｔにおける糸２０１の変化挙動を算出する（Ｓ１０３〜Ｓ１１０）。すなわち、制御部１４２、算出された時刻Δｔにおける複数の繊維３００の位置に基づき、第１算出部１４３、第２算出部１４４、第３算出部１４５、及び第４算出部１４６を制御し時刻２×Δｔにおける複数の繊維３００の位置を算出する。さらに、シミュレーション部１４０は、ステップＳ１０２で取得部１４１により取得された計算終了時刻まで時間Δｔ間隔の時刻毎に対してステップＳ１０３〜Ｓ１１０の処理を繰り返し、時刻毎の複数の繊維３００の位置を算出する。
【００８４】
以上より、本発明の実施の形態に係るシミュレーション装置１００は、ステップＳ１０４で第１算出部１４３により算出された繊維３００が互いに反発する力ｆと、ステップＳ１０５で第２算出部１４４により算出された繊維３００が糸２０１の中心Ｇに集束する力ｆcと、ステップＳ１０６で第３算出部により算出された繊維３００の速度に比例する抵抗力ｆvとが繊維３００に働くとしてたてた運動方程式を各繊維ごとに解くことで、複数の繊維３００の各位置を算出する。これにより、本発明の実施の形態に係るシミュレーション装置１００は、糸２０１の変化挙動を高い精度で予測することができる。
【００８５】
以下、本発明の実施の形態に係るシミュレーション装置１００のシミュレーション結果と実測値との比較結果を示す。
【００８６】
図１５は、シミュレーション装置１００による計算結果と実測値とを示す図である。図１５において、Δｄ1は、圧縮力Ｆの方向と垂直な方向（図３における横方向）における初期直径ｄ0と、圧縮力Ｆが加えられた状態の直径ｄ1との差分である。Δｄ2は、圧縮力Ｆの方向（図３における縦方向）における初期直径ｄ0と、圧縮力Ｆが加えられた状態の直径ｄ2との差分である。図１５の横軸は、初期直径ｄ0と差分Δｄ2の比であり、入力された条件から算出されるガラス板２０４の位置に対応する。図１５の縦軸は、初期直径ｄ0と差分Δｄ1の比であり、シミュレーション装置１００により算出されたシミュレーション結果に対応する。
【００８７】
シミュレーション装置１００によるシミュレーションの初期配置の条件は、繊維本数ｎ＝７３本であり、繊維直径ｄｆ＝２０．７μｍであり、繊維間隔ｒ０＝３３．１２μｍであり、初期直径ｄ1＝２８５．６６μｍ、ｄ2＝３０７．５３μｍである。また、計算条件は、圧縮速度＝１０μｍ／ｓであり、計算時間間隔Δｔ＝１ｍｓである。また、計算パラメータｋ、ｋc、ｃには、最適な値を用いている。なお、シミュレーションにおいては、初期直径ｄ1とｄ2との値が異なるが、これは、図１３に示すように糸２０１に含まれる繊維３００を対称に配置したためである。
【００８８】
実測条件は、繊維本数ｎ＝７２本であり、繊維直径ｄｆ＝ｄｆ＝２０．７μｍであり、初期直径ｄ0＝２８４μｍである。また、糸２０１の線密度Ｔｄ＝３００Ｄであり、糸の撚係数＝３３．８であり、単位面積当たりの張力Ｔ＝９．８１ｃＮである。
【００８９】
図１５に示すように、シミュレーション装置１００による計算結果と、実測値とはよく一致している。すなわち、本発明の実施の形態に係るシミュレーション装置１００は、糸２０１の変化挙動を高い精度で予測することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、シミュレーション装置、及びシミュレーション方法に適用でき、特に糸の変化挙動、及び糸を用いた織物の変化挙動を予測するシミュレーション装置等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】糸に圧縮力が加えられた状態を示す図である。
【図２】圧縮力が加えられていない状態における糸の断面構造を示す図である。
【図３】圧縮力が加えられた状態における糸の断面構造を示す図である。
【図４】糸の詳細な構造を示す側面図である。
【図５】糸の断面構造を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るシミュレーション装置の構成を示すブロック図である。
【図７】圧縮力が加えられていない状態における糸の断面構造を示す図である。
【図８】圧縮力が加えられている状態における糸の断面構造を示す図である。
【図９】繊維が糸の中心に集束する力を模式的に示す図である。
【図１０】圧縮力が加えられていない状態における糸の断面構造を示す図である。
【図１１】圧縮力が加えられている状態における糸の断面構造を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係るシミュレーション装置によるシミュレーション動作の流れを示すフローチャートである。
【図１３】糸に含まれる複数の繊維の初期位置の一例を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係るシミュレーション装置により算出された糸の断面構造の一例を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係るシミュレーション装置による計算結果と実測値とを示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１００  シミュレーション装置
１１０  入力部
１２０  保持部
１３０  表示部
１４０  シミュレーション部
１４１  取得部
１４２  制御部
１４３  第１算出部
１４４  第２算出部
１４５  第３算出部
１４６  第４算出部
１４７  出力部
２０１、２０２  糸
２０３、２０４  ガラス板
３００、３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７、３１０、３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３２０、３２１、３２２、３２３、３２４、３２５  繊維
【図１】
2008242666.tif 000013
【図２】
2008242666.tif 000014
【図３】
2008242666.tif 000015
【図４】
2008242666.tif 000016
【図５】
2008242666.tif 000017
【図６】
2008242666.tif 000018
【図７】
2008242666.tif 000019
【図８】
2008242666.tif 000020
【図９】
2008242666.tif 000021
【図１０】
2008242666.tif 000022
【図１１】
2008242666.tif 000023
【図１２】
2008242666.tif 000024
【図１３】
2008242666.tif 000025
【図１４】
2008242666.tif 000026
【図１５】
2008242666.tif 000027