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公開番号2025029790
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-07
出願番号2023134616
出願日2023-08-22
発明の名称シミュレーション方法、シミュレーション装置及びプログラム
出願人横浜ゴム株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G06F 30/23 20200101AFI20250228BHJP(計算;計数)
要約【課題】タイヤモデルの温度を求めるシミュレーション方法、シミュレーション装置及びプログラムを提供する。
【解決手段】シミュレーション方法は、コンピュータで数値解析可能な要素で構成されたタイヤモデルと路面モデルの接触解析をする工程と、タイヤモデルの各要素におけるタイヤ周方向の応力とひずみ波形を得る工程と、応力とひずみ波形をフーリエ変換し、各要素毎に応力とひずみのスペクトルを得る工程と、応力振幅、応力の位相差、ひずみ振幅、ひずみの位相差、及び位相遅れと、タイヤモデルの要素体積、フーリエ次数、及び変形モードとを用いて、タイヤモデルの各要素の発熱量を得る工程と、熱伝導方程式を用いた熱伝導解析によりタイヤモデルの各要素の温度を得る工程と、タイヤモデルの温度を用いてタイヤモデルの各要素の応力振幅及び位相遅れを補正する工程とを有し、予め設定した条件に達する迄、応力振幅及び位相遅れの補正を繰り返す。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
タイヤを表す、コンピュータで数値解析可能な要素で構成されたタイヤモデルと、路面を表す、前記コンピュータで数値解析可能な要素で構成された路面モデルとの接触解析を実施する第１の工程と、
前記タイヤモデルの子午断面の各要素におけるタイヤ周方向の応力とひずみ波形を得る第２の工程と、
前記第２の工程で得られた前記タイヤ子午断面の各要素におけるタイヤ周方向の応力とひずみ波形をフーリエ変換し、前記タイヤ子午断面の前記各要素毎に応力とひずみのスペクトルを取得する第３の工程と、
前記第３の工程で取得された前記応力と前記ひずみのスペクトルに基づく応力振幅、応力の位相差、ひずみ振幅、ひずみの位相差、及び位相遅れと、前記タイヤモデルの要素体積、フーリエ次数、及び変形モードとを用いて、前記タイヤモデルの子午断面の各要素における発熱量を算出する第４の工程と、
熱伝導方程式を用いた熱伝導解析により前記タイヤモデルの各要素の温度を算出する第５の工程と、
前記第５の工程で算出された前記タイヤモデルの前記温度を用いて、前記タイヤモデルの子午断面の各要素の前記応力振幅及び前記位相遅れを補正する第６の工程とを有し、
予め設定した条件に達する迄、前記第４の工程、前記第５の工程、及び前記第６の工程を繰り返し実施する、シミュレーション方法。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記第６の工程において補正される前記応力振幅及び前記位相遅れは、温度の関数又は温度に対する数表を用いて補正される、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６の工程において補正される前記応力振幅は、前記温度の関数又は前記数表において複素弾性率が一定値になったときの複素弾性率の値で正規化した値を用いて補正する、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４の工程で算出された前記タイヤモデルの子午断面の各要素における前記発熱量を前記タイヤモデル全体で積分し、積分して得られた総発熱量を、前記タイヤモデルが１回転するときに進む距離で除することにより、タイヤモデルの転がり抵抗を算出する工程を有する、請求項１に記載のシミュレーション方法。
【請求項５】
前記第５の工程の熱伝導解析の前記タイヤモデル外表面に付与する熱伝達条件は、タイヤ回転軸からのタイヤモデル外表面の各要素迄の距離の関数、タイヤモデル表面の曲率、タイヤモデルの溝幅、タイヤモデルの溝深さ、タイヤモデルの溝体積、タイヤモデルの接地長、タイヤモデルの接地幅、及びタイヤモデルの外表面の表面粗さの物理量のうち、１つ、又は複数の物理量を用いて算出された値を用いる、請求項１に記載のシミュレーション方法。
【請求項６】
前記タイヤモデルは、軸対称である、請求項１に記載のシミュレーション方法。
【請求項７】
前記第５の工程の熱伝導解析は、予め設定した時間刻み幅分で実施し、前記時間刻み幅は１～３００秒の範囲である、請求項１に記載のシミュレーション方法。
【請求項８】
前記第５の工程の熱伝導解析は、定常熱伝導解析である、請求項１に記載のシミュレーション方法。
【請求項９】
前記予め設定した条件に達する迄、前記第４の工程、前記第５の工程、及び前記第６の工程を繰り返し実施して得られた、前記タイヤモデルの温度分布を用いて、弾性又は粘弾性を前記タイヤモデルの各要素毎に変更した変更タイヤモデルを用いてタイヤ特性を算出する、請求項１に記載のシミュレーション方法。
【請求項１０】
前記第１の工程の前に、前記タイヤを表す、前記コンピュータで数値解析可能な要素で構成された前記タイヤモデルと、前記路面を表す、前記コンピュータで数値解析可能な要素で構成された前記路面モデルとを作成する工程を有する、請求項１に記載のシミュレーション方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータで数値解析可能な要素を用いたタイヤモデルと路面モデルのシミュレーション方法、シミュレーション装置及びプログラムに関し、特に、熱伝導解析によりタイヤモデルの温度を算出するシミュレーション方法、シミュレーション装置及びプログラムに関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
現在、タイヤを試作することなくタイヤの性能を予測、評価するために、コンピュータを用いた有限要素法（ＦＥＭ）等の数値解析を利用してタイヤのシミュレーションが行われている。
具体的には、シミュレーションでは、タイヤを有限要素法によりモデル化したタイヤモデルに内圧充填処理をし、設定した負荷荷重で路面モデルに接触させる静的接地解析、又はタイヤモデルを転動させる動的転動解析等を行う。
【０００３】
タイヤを路面に接地させたり、タイヤを路面に対して転動させた場合、タイヤに粘弾性エネルギ損失(発熱)が生じることが知られている。例えば、特許文献１では、粘弾性材料を含む回転体全体の発熱エネルギが導出されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開第３９６９８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のタイヤが転動することにより生じる粘弾性エネルギ損失(発熱)は、転がり抵抗の原因となる。上述の特許文献１では、粘弾性材料を含む回転体全体の発熱エネルギが導出されており、タイヤの発熱が求められている。
タイヤに発熱が生じると、タイヤを構成するゴム及び補強材への熱伝導によりタイヤ内に温度分布が形成される。タイヤ内の温度が変わると、タイヤを構成するゴムの特性も変わるため、タイヤ内の温度変化はタイヤ特性に影響を及ぼす。そのため、タイヤ内の温度を予測することはタイヤのシミュレーションの精度を向上するうえで極めて重要となる。
しかしながら、シミュレーションにおいて、タイヤモデルの温度が求められていないのが現状である。
本発明の目的は、タイヤモデルの温度を求めるシミュレーション方法、シミュレーション装置及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、発明［１］は、タイヤを表す、コンピュータで数値解析可能な要素で構成されたタイヤモデルと、路面を表す、コンピュータで数値解析可能な要素で構成された路面モデルとの接触解析を実施する第１の工程と、タイヤモデルの子午断面の各要素におけるタイヤ周方向の応力とひずみ波形を得る第２の工程と、第２の工程で得られたタイヤ子午断面の各要素におけるタイヤ周方向の応力とひずみ波形をフーリエ変換し、タイヤ子午断面の各要素毎に応力とひずみのスペクトルを取得する第３の工程と、第３の工程で取得された応力とひずみのスペクトルに基づく応力振幅、応力の位相差、ひずみ振幅、ひずみの位相差、及び位相遅れと、タイヤモデルの要素体積、フーリエ次数、及び変形モードとを用いて、タイヤモデルの子午断面の各要素における発熱量を算出する第４の工程と、熱伝導方程式を用いた熱伝導解析によりタイヤモデルの各要素の温度を算出する第５の工程と、第５の工程で算出されたタイヤモデルの温度を用いて、タイヤモデルの子午断面の各要素の応力振幅及び位相遅れを補正する第６の工程とを有し、予め設定した条件に達する迄、第４の工程、第５の工程、及び第６の工程を繰り返し実施する、シミュレーション方法である。
【０００７】
発明［２］は、第６の工程において補正される応力振幅及び位相遅れは、温度の関数又は温度に対する数表を用いて補正される、発明［１］に記載のシミュレーション方法である。
発明［３］は、第６の工程において補正される応力振幅は、温度の関数又は数表において複素弾性率が一定値になったときの複素弾性率の値で正規化した値を用いて補正する、発明［１］に記載のシミュレーション方法である。
発明［４］は、第４の工程で算出されたタイヤモデルの子午断面の各要素における発熱量をタイヤモデル全体で積分し、積分して得られた総発熱量を、タイヤモデルが１回転するときに進む距離で除することにより、タイヤモデルの転がり抵抗を算出する工程を有する、発明［１］～［３］のいずれか１つに記載のシミュレーション方法である。
【０００８】
発明［５］は、第５の工程の熱伝導解析のタイヤモデル外表面に付与する熱伝達条件は、タイヤ回転軸からのタイヤモデル外表面の各要素迄の距離の関数、タイヤモデル表面の曲率、タイヤモデルの溝幅、タイヤモデルの溝深さ、タイヤモデルの溝体積、タイヤモデルの接地長、タイヤモデルの接地幅、及びタイヤモデルの外表面の表面粗さの物理量のうち、１つ、又は複数の物理量を用いて算出された値を用いる、発明［１］～［４］のいずれか１つに記載のシミュレーション方法である。
発明［６］は、タイヤモデルは、軸対称である、発明［１］～［５］のいずれか１つに記載のシミュレーション方法である。
発明［７］は、第５の工程の熱伝導解析は、予め設定した時間刻み幅分で実施し、時間刻み幅は１～３００秒の範囲である、発明［１］～［６］のいずれか１つに記載のシミュレーション方法である。
【０００９】
発明［８］は、第５の工程の熱伝導解析は、定常熱伝導解析である、発明［１］～［６］のいずれか１つに記載のシミュレーション方法である。
発明［９］は、予め設定した条件に達する迄、第４の工程、第５の工程、及び第６の工程を繰り返し実施して得られた、タイヤモデルの温度分布を用いて、弾性又は粘弾性をタイヤモデルの各要素毎に変更した変更タイヤモデルを用いてタイヤ特性を算出する、発明［１］～［８］のいずれか１つに記載のシミュレーション方法である。
発明［１０］は、第１の工程の前に、タイヤを表す、コンピュータで数値解析可能な要素で構成されたタイヤモデルと、路面を表す、コンピュータで数値解析可能な要素で構成された路面モデルとを作成する工程を有する、発明［１］～［９］のいずれか１つに記載のシミュレーション方法である。
【００１０】
発明［１１］は、タイヤを表す、コンピュータで数値解析可能な要素で構成されたタイヤモデルと、路面を表す、コンピュータで数値解析可能な要素で構成された路面モデルとの接触解析を実施する解析部と、タイヤモデルの子午断面の各要素におけるタイヤ周方向の応力とひずみ波形を得、得られたタイヤ子午断面の各要素におけるタイヤ周方向の応力とひずみ波形をフーリエ変換し、タイヤ子午断面の各要素毎に応力とひずみのスペクトルを取得する演算部とを有し、演算部は、取得された応力とひずみのスペクトルに基づく応力振幅、応力の位相差、ひずみ振幅、ひずみの位相差、及び位相遅れと、タイヤモデルの要素体積、フーリエ次数、及び変形モードを用いて、タイヤモデルの子午断面の各要素における発熱量を算出し、熱伝導方程式を用いた熱伝導解析によりタイヤモデルの各要素の温度を算出するものであり、算出されたタイヤモデルの温度を用いて、タイヤモデルの子午断面の各要素の応力振幅及び位相遅れの補正し、予め設定した条件に達する迄、タイヤモデルの子午断面の各要素における発熱量の算出、タイヤモデルの各要素の温度の算出、並びにタイヤモデルの子午断面の各要素の応力振幅及び位相遅れの補正を繰り返し実施する、シミュレーション装置である。
（【００１１】以降は省略されています）

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