(57)【要約】【課題】一般に、弾性体の解析に用いられる構造解析装置を用い短時間で最適な形状に設計できる弾性体解析装置を用いた弾性部材を含む構造体の解析方法を提供する。【解決手段】サスペンションの一部にゴムブッシュ部材３を有するアッパアーム部材１を含み、所定の範囲内の物質特性を数値として、形状と共に入力することにより、サスペンション全体の解析を行う弾性体解析装置を用いた弾性部材を含む構造体の解析方法である。物質特性の数値入力は、ヤング率と、ポアソン比とを有し、ポアソン比の値を、弾性体解析装置の性能の所定の範囲内の境界値近傍に設定する。そして、ヤング率が、ゴムブッシュ部材３をアッパアーム部材２に用いた場合に、本来のゴムブッシュ部材３の特性に近似してなる既定値に設定されるものである。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被設計構造体の一部に弾性部材を有する被設計物を含み、所定の範囲内の物質特性を数値として、形状と共に入力することにより、被設計構造体全体の解析を行う弾性体解析装置を用いた弾性部材を含む構造体の解析方法であって、
前記物質特性の数値入力は、少なくとも２つの変数を有し、該一方の変数の値を前記所定の範囲内の境界値近傍に設定すると共に、他方の変数を、前記被設計物に用いた場合に、本来の弾性部材の特性に近似してなる既定値に設定することを特徴とする弾性体解析装置を用いた弾性部材を含む構造体の解析方法。
【請求項２】
前記弾性部材は、ゴム弾性部材であると共に、変数は、ヤング率と、ポアソン比とであることを特徴とする請求項１記載の弾性体解析装置を用いた弾性部材を含む構造体の解析方法。
【請求項３】
前記被設計物は、車両のサスペンションのスイングアーム部材であると共に、前記弾性部材は、該スイングアーム部材を軸支するシャフト周囲に用いられるゴムブッシュ部材であることを特徴とする請求項１又は２記載の弾性体解析装置を用いた弾性部材を含む構造体の解析方法。
【請求項４】
前記ゴム弾性部材は、前記シャフトとスイングアーム部材の取付孔内壁との間に介在されて、略中央軸方向に沿って前記シャフト挿通孔を有する略円筒形形状を呈すると共に、前記形状の入力では、該ゴム弾性部材を半径方向に少なくとも３層以上に分割して、複数の弾性体要素である一次ヘキサ要素とすると共に、これらの一次ヘキサ要素間を弾性接合した形状で解析を行うことを特徴とする請求項３記載の弾性体解析装置を用いた弾性部材を含む構造体の解析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に車両のサスペンションに用いられるアッパアーム部材等、ゴムブッシュ等の弾性部材を有する部品を含んだ被設計構造体の設計に用いて好適な弾性体解析装置を用いた弾性部材を含む構造体の解析方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図４乃至図６に示すような車両のサスペンションに用いられるスイングアーム部材としてのアッパアーム部材１が知られている。
【０００３】
アーム本体１ａ，１ｂ基部に、取付孔１ｄ，１ｅが形成されている。この取付孔１ｄ，１ｅには、各々支点となるシャフト２，２が挿通されると共に、このシャフト２周囲に外嵌されて、前記取付孔１ｄ，１ｅ内壁との間に介在されるゴムブッシュ部材３，４が設けられている。
【０００４】
この種のアッパアーム部材１の設計方法では、まず、被設計部品であるアッパアーム部材１が単体で、モデリングされ、モデリング入力が構造解析装置に対して行われることにより、強度及び剛性の解析が行われる。この構造解析装置は、一般に、弾性体（金属等）の解析に用いられるものである。
【０００５】
次に、前記シャフト２，２を含む他のサスペンション部分をモデリング入力してサスペンション全体の強度及び剛性の解析が行われる。
【０００６】
そして、これらの解析の結果を検討して、最も適した形状のアッパアーム部材１等のサスペンション部品の形状が設計されて、実体モデルが作成される。実体モデルでは、車両前方からの入力により、図５に示すように水平面内でスイングする方向にα゜及び、図６に示すように転び方向にβ゜、このアッパアーム部材１の前記シャフト２に対する取付角度を変えるように変形する方向に、前記ゴムブッシュ部材３，４が変形する。
【０００７】
なお、他のこの種の弾性体解析装置等を用いたシミュレーション方法としては、特開平７−１０５２４３号公報等に記載されたシミュレーション装置等や、特開平７−０４４５２５号公報等に記載された有限要素法解析のデータ生成システム等が知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように構成された従来の設計方法では、前記アッパアーム部材１を軸支するシャフト２，２周囲には、各々ゴムブッシュ部材３，４が設けられているので、ゴムブッシュ部材のない実体モデルで、解析される強度及び剛性の性能をそのまま適用して、前記他のサスペンション部分も全てモデリング入力されてサスペンション全体の強度及び剛性を、前記構造解析装置で解析すると、実際と異なるシミュレーション結果となってしまう。
【０００９】
このため、前記一般に、弾性体（金属等）の解析に用いられる構造解析装置では、前記ゴムブッシュ部材を、ｘｙｚ３方向の相互に干渉しない成分を有するバネ要素を用いて、モデリング入力されることにより、サスペンション全体の解析が行われる。
【００１０】
このように、ｘｙｚ３方向の相互に干渉しない成分を有するバネ要素を用いてモデリング入力する作業は、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向について各々物質特性と共に形状を入力しなければならず、形状のモデリング設定が煩雑で、短時間で前記サスペンション全体を設計することが困難となる虞があった。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑みて為され、一般に、弾性体の解析に用いられる構造解析装置を用い短時間で最適な形状に設計できる弾性体解析装置を用いた弾性部材を含む構造体の解析方法の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１記載のものでは、被設計構造体の一部に弾性部材を有する被設計物を含み、所定の範囲内の物質特性を数値として、形状と共に入力することにより、被設計構造体全体の解析を行う弾性体解析装置を用いた弾性部材を含む構造体の解析方法であって、前記物質特性の数値入力は、少なくとも２つの変数を有し、該一方の変数の値を前記所定の範囲内の境界値近傍に設定すると共に、他方の変数を、前記被設計物に用いた場合に、本来の弾性部材の特性に近似してなる既定値に設定する弾性体解析装置を用いた弾性部材を含む構造体の解析方法を特徴としている。
【００１３】
このように構成された請求項１記載のものでは、２つの変数のうち、一方の変数の値を前記所定の範囲内の境界値近傍に設定すると共に、他方の変数が、前記被設計物に用いられた場合に、本来の弾性部材の特性に近似してなる既定値に設定されて、略弾性体と同様にモデリングされた数値が入力される。
【００１４】
このため、該モデリング入力された被設計物のデータを解析すると、実体モデルと略同様の解析結果が得られ、良好な設計効率で、一般に弾性体の解析に用いられる構造解析装置を用い短時間で最適な形状に設計できる。
【００１５】
また、請求項２に記載されたものでは、前記弾性部材は、ゴム弾性部材であると共に、変数は、ヤング率と、ポアソン比とである請求項１記載の弾性体解析装置を用いた弾性部材を含む構造体の解析方法を特徴としている。
【００１６】
このように構成された請求項２記載のものでは、前記弾性部材が、ゴム弾性部材であっても、例えば、ポアソン比を、設定できる所定の範囲内の境界値近傍に設定すると共に、該ポアソン比で、前記ヤング率を前記被設計物に用いた場合に、本来のゴム弾性部材の特性に近似してなる既定値として設定することにより、実体モデルと略同様の解析結果が得られる。
【００１７】
更に、請求項３に記載されたものでは、前記被設計物は、車両のサスペンションのスイングアーム部材であると共に、前記弾性部材は、該スイングアーム部材を軸支するシャフト周囲に用いられるゴムブッシュ部材である請求項１又は２記載の弾性体解析装置を用いた弾性部材を含む構造体の解析方法を特徴としている。
【００１８】
このように構成された請求項３記載のものでは、前記被設計物の弾性部材が、スイングアーム部材を軸支するシャフト周囲に用いられるゴムブッシュ部材であっても、弾性体としてモデリングすることにより、容易に設計できる。
【００１９】
また、請求項４に記載されたものでは、前記ゴム弾性部材は、前記シャフトとスイングアーム部材の取付孔内壁との間に介在されて、略中央軸方向に沿って前記シャフト挿通孔を有する略円筒形形状を呈すると共に、前記形状の入力では、該ゴム弾性部材を半径方向に少なくとも３層以上に分割して、複数の弾性体要素である一次ヘキサ要素とすると共に、これらの一次ヘキサ要素間を弾性接合した形状で解析を行う請求項３記載の弾性体解析装置を用いた弾性部材を含む構造体の解析方法を特徴としている。
【００２０】
このように構成された請求項４記載のものでは、前記ゴム弾性部材が、半径方向に少なくとも３層以上に分割されて、複数の弾性体要素である一次ヘキサ要素とすると共に、これらの一次ヘキサ要素間が剛接合された形状で解析が行われる。
【００２１】
このように、ゴム弾性部材であっても、弾性体と略同様にモデリングできるので、従来のように、ｘｙｚ３方向の相互に干渉しない成分を有するバネ要素を用いてモデリング入力する作業に比して、設計効率を良好なものとすることが出来る。
【００２２】
【発明の実施の形態１】
以下、本発明の具体的な実施の形態１について、図示例と共に説明する。なお、前記従来例と同一乃至均等な部分については同一符号を付して説明する。
【００２３】
図１乃至図４は、この発明の実施の形態１の弾性体解析装置を用いた弾性部材を含む構造体の解析方法を示すものである。なお、前記従来例と同一乃至均等な部分については、同一符号を付して説明し、前記従来例と略同一内容の図面である図４については、同一図面を用いて説明する。
【００２４】
まず、構成から説明すると、この実施の形態１の車両のサスペンションに用いられるスイングアーム部材としてのアッパアーム部材１が、ナックルアーム支持部１ｃで連結されている。この実施の形態１のアッパアーム部材１のナックルアーム支持部１ｃには、車両前方からの入力点を有する治具５が、ＣＡＤデータとして付与されている。
【００２５】
これらのアーム本体１ａ，１ｂ基部には、取付孔１ｄ，１ｅが形成されている。この取付孔１ｄ，１ｅには、これらのアーム本体１ａ，１ｂを軸支し、各々支点となるシャフト２，２が挿通されると共に、このシャフト２周囲に外嵌されて、前記取付孔１ｄ，１ｅ内壁との間に介在されるゴム弾性部材としてのゴムブッシュ部材３，４が設けられている。
【００２６】
このゴムブッシュ部材３は、図３中（１）に示す中間節点を有する２次テトラ要素ではなく、図３中（２）に示す１次ヘキサ要素として、２つの変数としてのヤング率と、ポアソン比と共に、構造解析装置に正確な形状で入力される。
【００２７】
この構造解析装置は、被設計構造体の全てが、金属等の弾性体或いは弾性体同士の結合で構成されたものに用いられるものである。従って、所定の範囲内の物質特性を数値として入力出来る。すなわち、ヤング率Ｅは、０〜１．０×１０１２（Ｎ／ｍ２）、ポアソン比νは、０以上〜０．５未満である。
【００２８】
そして、この実施の形態１では、前記ゴムブッシュ部材３，４が、ゴム弾性部材であるので、ポアソン比νを、設定できる所定の範囲内の境界値近傍である０．４９９に設定すると共に、このポアソン比ν＝０．４９９を、前記アッパアーム部材１のゴムブッシュ部材３，４に用いた場合に、本来のゴム弾性部材の特性に近似してなる既定値として、前記ヤング率Ｅを（１〜１００）×１０６（Ｎ／ｍ２）までの間の何れかの値に設定する。
【００２９】
本来、ゴム弾性部材は、ヤング率が小さい（素材としての弾性ゴムは、ヤング率Ｅ＝（１．５〜５．０）×１０４（Ｎ／ｍ２）（理科年表：丸善株式会社発行物理化学弾性に関する定数参照）を有する）。また、値は、鉄のヤング率Ｅ＝１８．０×１０１０（Ｎ／ｍ２）、アルミのヤング率Ｅ＝７．０３×１０１０（Ｎ／ｍ２）に比して極端に小さい。
【００３０】
このゴムブッシュ部材３，４には、前記シャフト２とアッパアーム部材１の取付孔１ｄ，１ｅ内壁との間に介在されて、略中央軸方向に沿って前記シャフト挿通孔３ａ，４ａがそれぞれ形成された略円筒形形状を呈している。
【００３１】
そして、前記形状の入力では、図３に示すように、このゴムブッシュ部材３，４を半径方向に少なくとも３層以上（この実施の形態１では、４層３ｂ〜３ｅ）に分割されると共に、円周方向に沿って、均等角度で分割されて、複数の弾性体要素である一次ヘキサ要素とすると共に、これらの一次ヘキサ要素間を弾性接合した形状で解析されるようにしている。ゴムブッシュ部材３，４を半径方向に少なくとも３層以上に分割して入力するのは、最外層３ｅと最内層３ｂとが、拘束されていても、自由に移動できる層３ｃ，３ｄが、少なくとも１層、これらの最外層３ｅと最内層３ｂとの間に必要とされるからである。
【００３２】
次に、この実施の形態１の作用について説明する。
【００３３】
この実施の形態１では、前記ゴムブッシュ部材３の解析に用いられる変数値が、形状と共に入力される。この際、ヤング率Ｅと、ポアソン比νとの変数のうち、ポアソン比νの値を前記所定の範囲内の境界値近傍である０．４９９に設定されると共に、ヤング率Ｅに、前記ゴムブッシュ部材３が前記アッパアーム部材１に用いられた場合に、本来の弾性部材の特性に近似してなる既定値として、（１〜１００）×１０６（Ｎ／ｍ２）の何れかの値が設定されて、略弾性体と同様にモデリングされる。
【００３４】
このため、このモデリング入力された被設計物のデータを解析すると、実体モデルと略同様の解析結果が得られ、良好な設計効率で、一般に弾性体の解析に用いられる構造解析装置を用い短時間で最適な形状に設計できる。
【００３５】
また、前記弾性部材が、前記ゴムブッシュ部材３，４のようにゴム弾性部材であっても、例えば、ポアソン比を、設定できる所定の範囲内の境界値近傍に設定すると共に、該ポアソン比を、前記被設計物に用いた場合に、本来のゴム弾性部材の特性に近似してなる既定値にヤング率を設定することにより、実体モデルと略同様の解析結果が得られる。
【００３６】
従って、従来、ゴム弾性部材の場合、ｘｙｚ３方向の相互に干渉しない成分を有するバネ要素を用いてモデリング入力する作業を行わなければならなかったものが、簡略化されて、短時間で前記サスペンション全体を設計することが出来る。
【００３７】
更に、前記弾性部材が、スイングアーム部材１を軸支するシャフト２周囲に用いられる円筒形形状のゴムブッシュ部材３であっても、弾性体としてモデリングすることにより、容易に設計できる。
【００３８】
また、前記ゴムブッシュ部材３が、半径方向に４層に分割されて、複数の弾性体要素である一次ヘキサ要素とされると共に、これらの一次ヘキサ要素間が剛接合された形状で解析が行われる。
【００３９】
この実施の形態１では、ゴムブッシュ部材３，４を半径方向に少なくとも３層以上に分割して入力され、最外層３ｅと最内層３ｂとが、拘束されていても、自由に移動できる層がこれらの最外層と最内層との間に介在する。従って、弾性体として入力しても、各固有値解析モードでのシュミレーション結果は、図５及び図６に示す実際の動きに近似した動きで、あたかもゴム弾性部材であるかのように振る舞う。
【００４０】
このように、ゴム弾性部材であっても、弾性体と略同様にモデリングできるので、従来のように、ｘｙｚ３方向の相互に干渉しない成分を有するバネ要素を用いてモデリング入力する作業に比して、設計効率を良好なものとすることが出来る。
【００４１】
以上、この発明の実施の形態１を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態１に限らず、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
【００４２】
例えば、前記実施の形態１では、弾性部材として、ゴム弾性部材を用いたものを示して説明してきたが、特にこれに限らず、例えば、合成ゴム、天然ゴム成分を一部に含む複合材料、ウレタンゴム、アクリルゴム等、高分子樹脂材料で構成された原材料を有する弾性部材等、構成、成分、及び各弾性部材間の組み合わせが限定されるものではない。
【００４３】
また、前記実施の形態１では、２つの変数として、ヤング率Ｅとポアソン比νとを用いて、ポアソン比νを、設定できる所定の範囲内の境界値近傍である０．４９９に設定すると共に、このポアソン比νで、前記アッパアーム部材１に用いた場合に、本来のゴム弾性部材の特性に近似してなる既定値として、前記ヤング率Ｅを１〜１００（Ｎ／ｍ２）までの間の何れかの値に設定するようにしているが、特にこれに限らず、例えば、ヤング率Ｅの値を前記所定の範囲内の境界値近傍に設定すると共に、ポアソン比νを、前記ゴムブッシュ部材３が前記アッパアーム部材１に用いられた場合に、本来の弾性部材の特性に近似してなる既定値が設定されて、略弾性体と同様にモデリングされた数値が入力されるようにしてもよいし、或いは、ヤング率Ｅ及びポアソン比ν以外の数値入力可能な変数を、前記構造解析装置が入力可能な場合には、ヤング率Ｅ及びポアソン比νに代えてこれらの変数を用いて入力したり、或いは、ヤング率Ｅ及びポアソン比νと共に組み合わせてこれらの変数を用いて入力し、解析するように構成してもよい。
【００４４】
更に、この実施の形態１では、前記ゴム弾性部材として、前記アッパアーム部材１に用いられるゴムブッシュ部材３，４を示して説明してきたが特にこれに限らず、例えば、金属製弾性体と、樹脂製或いは金属製弾性体との間に介在されて、衝撃を吸収する弾性部材等、被設計構造体の一部に含まれる被設計物に用いられる弾性部材を有するもので有れば、いずれの部分に使用されるものであってもよい。
【００４５】
また、前記実施の形態１では、車両のサスペンションとして、ダブルウイッシュボーンタイプのサスペンション構成を採用し、スイングアーム部材としてアッパアーム部材を用いたものを例示して説明してきたが、特にこれに限らず、例えば、ダブルウイッシュボーンタイプのサスペンション構成に用いられるロアアーム部材等のスイングアーム部材や、セミトレーディングアーム部材等、どのようなサスペンション構成のスイングアーム部材であっても良いことは当然である。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の請求項１に記載されたものでは、２つの変数のうち、一方の変数の値を前記所定の範囲内の境界値近傍に設定すると共に、他方の変数が、前記被設計物に用いられた場合に、本来の弾性部材の特性に近似してなる既定値に設定されて、略弾性体と同様にモデリングされる。
【００４７】
このため、該モデリング入力された被設計物のデータを解析すると、実体モデルと略同様の解析結果が得られ、良好な設計効率で、一般に弾性体の解析に用いられる構造解析装置を用い短時間で最適な形状に設計できる。
【００４８】
また、請求項２に記載されたものでは、前記弾性部材が、ゴム弾性部材であっても、例えば、ポアソン比を、設定できる所定の範囲内の境界値近傍に設定すると共に、該ポアソン比で、前記ヤング率を前記被設計物に用いた場合に、本来のゴム弾性部材の特性に近似してなる既定値として設定することにより、実体モデルと略同様の解析結果が得られる。
【００４９】
更に、請求項３に記載されたものでは、前記被設計物の弾性部材が、スイングアーム部材を軸支するシャフト周囲に用いられるゴムブッシュ部材であっても、弾性体としてモデリングすることにより、容易に設計できる。
【００５０】
また、請求項４に記載されたものでは、前記ゴム弾性部材が、半径方向に少なくとも３層以上に分割されて、複数の弾性体要素である一次ヘキサ要素とすると共に、これらの一次ヘキサ要素間が弾性接合された形状で解析が行われる。
【００５１】
このように、ゴム弾性部材であっても、弾性体と略同様にモデリングできるので、従来のように、ｘｙｚ３方向の相互に干渉しない成分を有するバネ要素を用いてモデリング入力する作業に比して、設計効率を良好なものとすることが出来る、といった実用上有益な効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の弾性体解析装置を用いた弾性部材を含む構造体の解析方法で、アッパアーム部材を左右対称となるように、ナックルアーム支持部で破断したＣＡＤデータの一例を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１の弾性体解析装置を用いた弾性部材を含む構造体の解析方法で、アッパアーム部材を左右対称となるように、ナックルアーム支持部で破断したＣＡＤデータの一例を示す斜視図である。
【図３】実施の形態１の弾性体解析装置を用いた弾性部材を含む構造体の解析方法で、円筒形のゴムブッシュ部材のデータ化における模式図で、（１）は、採用されない２次テトラ要素を、（２）は、採用された１次ヘキサ要素を示す模式図である。
【図４】被設計物としてのアッパアーム部材の斜視図である。
【図５】車両前方からの入力により、シャフトに対して水平面内でスイングする様子を示すアッパアームの部分上面図である。
【図６】車両前方からの入力により、シャフトに対して転び方向に傾斜する様子を示すアッパアームの部分正面図である。
【符号の説明】
被設計物
１　　　　アッパアーム部材（スイングアーム部材）
２　　　　シャフト
３，４　　　ゴムブッシュ部材（ゴム弾性部材）
【図１】
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【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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