JP6170400B2 - How to create a finite element model of filler compounded rubber - Google Patents
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本発明は、作成時間及び作成の手間を削減できるフィラー配合ゴムの有限要素モデルの作成方法に関する。 The present invention relates to a method for creating a finite element model of filler-containing rubber that can reduce creation time and labor.
近年、有限要素法を用いたコンピュータシミュレーションが種々行われている。これらのシミュレーションでは、解析対象物がコンピュータで取り扱い可能な有限個の要素に離散化され、有限要素モデルが作成される。有限要素モデルには、その剛性や粘性を示す特性が入力される。コンピュータシミュレーションでは、予め定めた変形条件等に基づいて、各要素の節点の変位が計算される。 In recent years, various computer simulations using the finite element method have been performed. In these simulations, the object to be analyzed is discretized into a finite number of elements that can be handled by a computer, and a finite element model is created. The finite element model is input with characteristics indicating its rigidity and viscosity. In computer simulation, the displacement of the node of each element is calculated based on a predetermined deformation condition or the like.
近年、機械的な構造物のみならず、ゴム材料等の開発にもシミュレーションが用いられている。例えば、ゴムを強化するためのフィラー(充填剤)の開発を効率化するために、マトリックスゴム中にフィラーが分散配置されたフィラー配合ゴムの有限要素モデルを、コンピュータを用いて作成するための方法が、下記特許文献1及び2で提案されている。
In recent years, simulations are used not only for mechanical structures but also for developing rubber materials and the like. For example, in order to improve the efficiency of the development of fillers for reinforcing rubber, a method for creating a finite element model of filler-containing rubber in which fillers are dispersed in matrix rubber using a computer Are proposed in
特許文献1及び2では、例えば、フィラー配合ゴムの顕微鏡断面写真等に基づいて、マトリックスゴム及びフィラーが占めているそれぞれの部分が特定される。各部分は、例えば、二次元の場合には三角形や四辺形の要素を用いてマトリックスゴムモデル及びフィラーモデルにそれぞれモデル化される。
In
ところで、フィラーの輪郭形状が複雑な場合、それを正確にモデル化するためには、小さな要素で離散化される必要がある。一方、計算コストを低減するためには、要素数を減らすために、マトリックスゴムモデルが、大きな要素で離散化されことが望ましい。 By the way, when the contour shape of the filler is complicated, in order to accurately model it, it is necessary to discretize with a small element. On the other hand, in order to reduce the calculation cost, it is desirable that the matrix rubber model is discretized with large elements in order to reduce the number of elements.
しかしながら、上記従来の方法では、マトリックスゴムモデルと、フィラーモデルとの境界部において、各々の要素の節点が共有されていた。このため、一方のモデルの解像度が、他方のモデルの解像度の制約を受けるという問題があった。 However, in the conventional method, the nodes of each element are shared at the boundary between the matrix rubber model and the filler model. Therefore, there is a problem that the resolution of one model is restricted by the resolution of the other model.
例えば、計算精度を高めるために、フィラーの解像度に合わせてマトリックスゴムモデルが離散化された場合、計算コストが増大する傾向があった。逆に、計算コストを低減するために、大きな要素で離散化されたマトリックスゴムモデルの解像度に合わせてフィラーモデルが離散化された場合、計算精度が低下する傾向があった。 For example, when the matrix rubber model is discretized in accordance with the resolution of the filler in order to increase the calculation accuracy, the calculation cost tends to increase. Conversely, when the filler model is discretized in accordance with the resolution of the matrix rubber model discretized by a large element in order to reduce the calculation cost, the calculation accuracy tends to decrease.
本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、計算コストの増加を抑えることが可能なフィラー配合ゴムの有限要素モデルの作成方法を提供することを主たる目的としている。 The present invention has been devised in view of the above circumstances, and has as its main object to provide a method for creating a finite element model of filler-containing rubber capable of suppressing an increase in calculation cost.
本発明のうち第1の発明は、マトリックスゴム中にフィラーが分散配置されたフィラー配合ゴムの有限要素モデルを、コンピュータを用いて作成するための方法であって、前記コンピュータに、前記フィラーを有限個の要素を用いて離散化したフィラーモデルを定義する第1工程と、前記コンピュータに、少なくとも前記マトリックスゴムが占めている空間を有限個の要素を用いて離散化したマトリックスゴムモデルを前記フィラーモデルとは独立して定義する第2工程と、前記コンピュータが、前記マトリックスゴムモデルに、前記フィラーモデルを埋め込むモデル埋込工程とを含み、前記モデル埋込工程では、前記マトリックスゴムモデルと前記フィラーモデルとが、互いの節点の共有を考慮することなく重ねられるとともに、前記フィラーモデルと前記マトリックスゴムモデルとの境界部において、前記フィラーモデルの表面の前記節点のみに、拘束条件を与えてフィラー配合ゴムモデルが定義されることを特徴とする。
A first invention of the present invention is a method for creating a finite element model of a filler-containing rubber in which fillers are dispersedly arranged in a matrix rubber by using a computer, and the filler is limited to the computer. A first step of defining a filler model discretized using a plurality of elements, and the filler rubber model including a matrix rubber model discretized using at least a finite number of elements in the computer. A second step that is defined independently, and a model embedding step in which the computer embeds the filler model in the matrix rubber model. In the model embedding step, the matrix rubber model and the filler model Are overlapped without considering each other's sharing of nodes. In the boundary portion between Moderu and the matrix rubber model, only the nodes of the surface of the filler model, characterized in that the filler-containing rubber model giving constraints are defined.
前記第1の発明において、前記マトリックスゴムモデルは、前記マトリックスゴムが占めている第1空間と、前記フィラーが占めている第2空間とを合わせた合計空間を有していることが望ましい。 In the first aspect of the invention, it is desirable that the matrix rubber model has a total space including a first space occupied by the matrix rubber and a second space occupied by the filler.
本発明のうち第2の発明は、マトリックスゴム中にフィラーが分散配置されたフィラー配合ゴムの有限要素モデルを、コンピュータを用いて作成するための方法であって、前記コンピュータに、前記フィラーを有限個の要素を用いて離散化したフィラーモデルを定義する第1工程と、前記コンピュータに、少なくとも前記マトリックスゴムが占めている空間を有限個の要素を用いて離散化したマトリックスゴムモデルを前記フィラーモデルとは独立して定義する第2工程と、前記コンピュータに、前記フィラーの回りを取り囲む少なくとも1層の界面層を有限個の要素で離散化した界面層モデルを前記フィラーモデル及び前記マトリックスゴムモデルとは独立して定義する第3工程と、前記コンピュータが、前記マトリックスゴムモデルに、前記フィラーモデルと前記界面層モデルとを埋め込むモデル埋込工程とを含み、前記モデル埋込工程では、前記マトリックスゴムモデル、前記フィラーモデル及び前記界面層モデルが、互いの節点の共有を考慮することなく重ねられるとともに、前記フィラーモデルと前記界面層モデルとの間の第1境界部において、前記フィラーモデルの表面の前記節点のみに拘束条件が与えられ、かつ前記界面層モデルと前記マトリックスゴムモデルとの間の第2境界部のみに拘束条件が与えられることにより、フィラー配合ゴムモデルが定義されることを特徴とする。 A second invention of the present invention is a method for creating a finite element model of a filler-containing rubber in which fillers are dispersedly arranged in a matrix rubber by using a computer, and the filler is limited to the computer. A first step of defining a filler model discretized using a plurality of elements, and the filler rubber model including a matrix rubber model discretized using at least a finite number of elements in the computer. A second step defined independently from each other, and an interface layer model obtained by discretizing at least one interface layer surrounding the filler with a finite number of elements in the computer, the filler model and the matrix rubber model Is a third step that is defined independently, and the computer includes the matrix rubber model, A model embedding step for embedding the filler model and the interface layer model, and in the model embedding step, the matrix rubber model, the filler model, and the interface layer model consider sharing of nodes between each other. And at the first boundary between the filler model and the interface layer model, a constraint condition is given only to the nodes on the surface of the filler model , and the interface layer model and the matrix rubber model are A filler compounded rubber model is defined by giving a constraint condition only to the second boundary between the two.
前記第2の発明において、前記マトリックスゴムモデルは、前記マトリックスゴムが占めている第1空間と、前記フィラーが占めている第2空間と、前記界面層が占めている第3空間とを合わせた合計空間を有していることが望ましい。 In the second invention, the matrix rubber model combines the first space occupied by the matrix rubber, the second space occupied by the filler, and the third space occupied by the interface layer. It is desirable to have a total space.
前記第2の発明において、前記第2工程では、前記空間が、全て同じ大きさの要素で離散化され、前記第1工程の前記要素は、前記第2工程の前記要素と異なる大きさを有していることが望ましい。 In the second invention, in the second step, the space is discretized with elements having the same size, and the elements in the first step have different sizes from the elements in the second step. It is desirable that
本発明の第1の発明では、第1工程及び第2工程において、フィラーモデル及びマトリックスゴムモデルは、それぞれ、独立して離散化され得る。さらに、第1の発明では、前記マトリックスゴムモデルと前記フィラーモデルとを、互いの節点の共有を考慮することなく重ねるとともに、前記フィラーモデルと前記マトリックスゴムとの境界部に、拘束条件を与えて前記フィラー配合ゴムモデルを定義するモデル埋込工程を含む。 In the first invention of the present invention, in the first step and the second step, the filler model and the matrix rubber model can be discretized independently. Furthermore, in the first invention, the matrix rubber model and the filler model are overlapped without considering the sharing of the nodes, and a constraint condition is given to a boundary portion between the filler model and the matrix rubber. Including a model embedding step of defining the filler compounded rubber model.
このため、第1の発明では、フィラーモデル及びマトリックスゴムモデルは、それぞれの形状や精度要求に適したサイズ及び形状の要素で離散化が可能になる。従って、ある実施形態では、フィラーモデルにはより小さな要素が、マトリックスゴムモデルにはより大きくかつ単純な形状の要素が、それぞれ採用され得る。この実施形態では、マトリックスゴムモデルによる計算コストの抑制、及び、より詳細な形状のフィラーモデルによる計算精度の維持が両立され得る。 For this reason, in the first invention, the filler model and the matrix rubber model can be discretized with elements having sizes and shapes suitable for the respective shapes and accuracy requirements. Thus, in some embodiments, smaller elements may be employed for the filler model and larger and simpler shaped elements may be employed for the matrix rubber model. In this embodiment, it is possible to achieve both reduction of calculation cost by the matrix rubber model and maintenance of calculation accuracy by a filler model having a more detailed shape.
本発明の第2の発明では、第1工程、第2工程及び第3工程において、フィラーモデル、マトリックスゴムモデル及び界面層モデルは、それぞれ、独立して離散化され得る。さらに、第2の発明では、前記マトリックスゴムモデルと前記フィラーモデルと前記界面層モデルとを、互いの節点の共有を考慮することなく重ねるとともに、前記フィラーモデルと前記界面層モデルとの間の第1境界部の拘束条件と、前記界面層モデルと前記マトリックスゴムモデルとの間の第2境界部の拘束条件とをそれぞれ与えてフィラー配合ゴムモデルを定義するモデル埋込工程を含む。 In the second aspect of the present invention, in the first step, the second step, and the third step, the filler model, the matrix rubber model, and the interface layer model can be discretized independently. Furthermore, in the second invention, the matrix rubber model, the filler model, and the interface layer model are overlapped without considering the sharing of nodes between each other, and the matrix rubber model, the filler model, and the interface layer model are overlapped. A model embedding step of defining a filler-containing rubber model by giving a constraint condition of one boundary part and a constraint condition of a second boundary part between the interface layer model and the matrix rubber model.
このため、第2の発明では、フィラーモデル、マトリックスゴムモデル及び界面層モデルは、それぞれの形状や精度要求に適したサイズ及び形状の要素で離散化が可能になる。従って、ある実施形態では、フィラーモデルにはより小さな要素が、界面層モデルにはより小さな要素が、マトリックスゴムモデルにはより大きくかつ単純な形状の要素がそれぞれ採用され得る。この実施形態では、マトリックスゴムモデルによる計算コストの抑制、及び、より詳細な形状のフィラーモデル及び界面層モデルによる計算精度の維持が両立され得る。 For this reason, in the second invention, the filler model, the matrix rubber model, and the interface layer model can be discretized with elements having sizes and shapes suitable for the respective shapes and accuracy requirements. Thus, in some embodiments, smaller elements may be employed for the filler model, smaller elements for the interface layer model, and larger and simpler shaped elements for the matrix rubber model. In this embodiment, it is possible to achieve both suppression of calculation cost by the matrix rubber model and maintenance of calculation accuracy by the filler model and interface layer model having a more detailed shape.
以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図1には、第1の発明が対象とするフィラー配合ゴム1の一例の部分断面図が示されている。フィラー配合ゴム1は、ゴムの主要部分を構成しているマトリックスゴム2と、その中に配されたほぼ円形の粒子であるフィラー3とを含んでいる。フィラー3は、典型的には、カーボンブラックであるが、シリカやその他の充填剤が単独で又は組み合わされて用いられても良い。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a partial cross-sectional view of an example of a filler-containing
本発明では、上記フィラー配合ゴム1から有限要素モデルが作成される。この有限要素モデルは、メッシュモデル等とも呼ばれ、コンピュータを用いて作成され、かつ、記憶される。コンピュータは、この有限要素モデルを使用して数値シミュレーションを実行する。数値シミュレーションでは、有限要素モデルに各種の条件が与えられ、そのときの有限要素モデルの変位や応力といった物理量がコンピュータにより計算される。
In the present invention, a finite element model is created from the filler-containing
有限要素モデルは、二次元又は三次元の座標系に従って作成される。以下の実施形態では、x−yの二次元座標系に定義されたものが示されているが、本発明は、三次元のモデルにも同様に適用され得る。 The finite element model is created according to a two-dimensional or three-dimensional coordinate system. In the following embodiment, what is defined in the two-dimensional coordinate system of xy is shown, but the present invention can be similarly applied to a three-dimensional model.
図2は、第1の発明の実施形態に係る有限要素モデルの作成方法の処理手順を示すフローチャートである。この処理手順は、コンピュータが、図1のフィラー配合ゴム1の有限要素モデル(フィラー配合ゴムモデル)を作成するための手順である。
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of a method for creating a finite element model according to the embodiment of the first invention. This processing procedure is a procedure for the computer to create a finite element model (filler-containing rubber model) of the filler-containing
図2に示されるように、第1の発明の実施形態では、第1工程S1が行われる。第1工程S1では、フィラー3を有限個の要素を用いて離散化したフィラーモデルが定義される。
As shown in FIG. 2, in the embodiment of the first invention, the first step S1 is performed. In the first step S1, a filler model in which the
図3には、一つのフィラーモデル3Mが視覚化されている。フィラーモデル3Mは、フィラー配合ゴム1の中でフィラー3が占めている二次元空間にほぼ等しい空間が複数の要素5で分割(離散化)されたものである。即ち、フィラーモデル3Mは、フィラー3の表面のみならず、内部までモデル化している。
In FIG. 3, one
要素5としては、本実施形態の二次元構造の場合、例えば、四辺形要素又は三角形要素が好適に用いられる。本実施形態のフィラー3は、円形の輪郭形状を有している。フィラーモデル3Mの中央部分は、単純な四辺形の要素5aが使用されている。フィラーモデル3Mの周辺部分は、四辺形の要素5a及び三角形の要素5bが使用されている。このように、大きさ及び辺数が異なる要素5を使用することにより、滑らかな円形の輪郭を有したフィラーモデル3Mが定義され得る。
In the case of the two-dimensional structure of the present embodiment, for example, a quadrilateral element or a triangular element is preferably used as the
フィラーモデル3Mの各要素5の番号や節点の位置座標などは、コンピュータに記憶される。さらに、各要素5には、フィラー3の物性値に基づいた弾性率や減衰係数などの物理量が入力される。これらの物理量は、各要素5の変形計算に利用される。
The numbers of the
第1の発明の実施形態では、図2に示されるように、第1工程S1の次に、第2工程S2が行われる。第2工程S2では、マトリックスゴムモデル2Mが定義される。ただし、第2工程S1が第1工程S1よりも先に行われても良い。さらには、第1工程S1と第2工程S2とが、並列して行われても良い。
In the embodiment of the first invention, as shown in FIG. 2, the second step S2 is performed after the first step S1. In the second step S2, a
図4には、マトリックスゴムモデル2Mが視覚化されている。マトリックスゴムモデル2Mは、フィラー配合ゴム1中の少なくともマトリックスゴム2が占めている空間を有限個の要素6を用いて離散化することで定義されている。好ましい態様では、第2工程において、マトリックスゴム2が占めている第1空間と、フィラー3が占めている第2空間とを合わせた合計空間が、マトリックスモデルとして離散化される。即ち、この実施形態によれば、フィラー配合ゴム1の解析対象部分の輪郭内の全範囲が要素6で離散化されている。
In FIG. 4, the
要素6としては、本実施形態の二次元構造の場合、例えば、四辺形要素又は三角形要素が好適に用いられる。本実施形態のマトリックスゴムモデル2Mは、矩形の輪郭形状を有しているので、単純な四辺形の要素6aだけが使用されている。好ましい態様では、図4に示されるように、マトリックスゴムモデル2Mの各要素6は、全て同じ大きさとされている。他の好ましい態様では、マトリックスゴムモデル2Mの各要素6は、フィラーモデル3Mの要素5と同じかそれよりも大きい。これにより、マトリックスゴムモデル2Mが、少ない要素数で容易に作成され得る。
In the case of the two-dimensional structure of the present embodiment, for example, a quadrilateral element or a triangular element is preferably used as the
必要に応じて、マトリックスゴムモデル2Mは、要素6のx方向又はy方向の長さを変えることができる。例えば、解析対象領域がx方向に大きな変形をなすことが経験則から判明している場合、要素6のx方向の長さをy方向の長さよりも小さくすることができる。
If necessary, the
マトリックスゴムモデル2Mの各要素6の番号や節点の位置座標などは、コンピュータに記憶される。さらに、各要素6には、マトリックスゴム2の物性値に基づいた弾性率や減衰係数などの物理量が入力される。これらの物理量は、各要素6の変形計算に利用される。
The numbers of the
第2工程において、マトリックスゴムモデル2Mは、フィラーモデル3Mとは独立して定義される。ここで、「独立して定義される」とは、マトリックスゴムモデル2Mとフィラーモデル3Mとが、互いに関連付けられることなく、それぞれ、独自に定義されることを意味している。例えば、マトリックスゴムモデル2Mの節点は、フィラーモデル3Mの節点と共有される必要がなく、形状を精度よく表現するために任意の位置に定義され得る。
In the second step, the
従って、第1の発明では、マトリックスゴムモデル2M及びフィラーモデル3Mは、それぞれに適したサイズ又は形状の要素で離散化され得る。好ましい実施形態では、計算精度を維持するために、フィラーモデル3Mは、より小さな要素で離散化され、フィラーの輪郭や形状が精度よく再現され得る。他の好ましい実施形態では、計算コストを抑制するために、マトリックスゴムモデル2Mは、より大きくかつ単純な形状の要素で離散化され得る。
Therefore, in the first invention, the
次に、第1の発明の実施形態では、図2に示されるように、モデル埋込工程S3が行われる。モデル埋込工程S3では、図5及びそのA部拡大図である図6に示されるように、マトリックスゴムモデル2Mにフィラーモデル3Mが埋め込まれるもので、そこでは、互いの節点の共有を考慮することなく重ねる。即ち、モデル埋込工程では、2以上のモデルの相互の重なりが許容されている。マトリックスゴムモデル2Mに対するフィラーモデル3Mの位置は、解析対象物の配合ゴム等に基づいて定められる。
Next, in the embodiment of the first invention, as shown in FIG. 2, a model embedding step S3 is performed. In the model embedding step S3, as shown in FIG. 5 and FIG. 6 which is an enlarged view of the A part thereof, the
モデル埋込工程S3では、さらに、フィラーモデル3Mとマトリックスゴムモデル2Mとの境界部9に、相対変形を禁止する拘束条件が与えられる。これにより、コンピュータに、フィラー配合ゴムモデル1Mが定義される。
In the model embedding step S3, a constraint condition for prohibiting relative deformation is further given to the
拘束条件は、各モデル2M、3Mの節点の並進自由度を拘束する条件であり、コンピュータによって計算されかつコンピュータに記憶される。図7は、フィラー配合ゴムモデル1Mを視覚化しその一部を抜き出した説明図である。
The constraint condition is a condition that constrains the translational freedom of the nodes of the
図7では、マトリックスゴムモデル2Mとして一つの要素5が示されている。この要素5は、節点i,j,k及びlを有している。さらに、図7には、マトリックスゴムモデル2Mの要素5に埋め込まれる(重ねられる)フィラーモデル3Mの要素6が示されている。この要素は節点Sが要素5の内部に位置している。
In FIG. 7, one
フィラーモデル3Mがマトリックスゴムモデル2Mに埋め込まれるので、コンピュータSは、マトリックスゴムモデル2Mの要素5の領域内に、フィラーモデル3Mの要素6の節点が存在しているか否かの判定を行う。この判定が、マトリックスゴムモデル2Mの全ての要素5について行われる。
Since the
コンピュータは、フィラーモデル3Mの要素6の節点Sが、マトリックスゴムモデル2Mの要素5の中に存在していると判断した場合、マトリックスゴムモデル2Mの要素5に対する節点Sの幾何学的な位置に基づいて、節点Sの重み係数を決定する。重み係数は、フィラー要素3Mの節点Sから、その周囲のマトリックスゴムモデル2Mの要素5の各節点i、j、k及びlまでの距離と反比例の関係がある。節点Sは、節点i、j、k又はlに近いほど強く拘束される。この例では、節点Sは、節点iにより強く拘束される。このように、重み係数を用いて節点Sの全ての自由度(並進自由度)が拘束される。
When the computer determines that the node S of the
重み係数は、フィラーモデル3Mの各要素6の全ての節点について、計算される。これにより、マトリックスゴムモデル2Mとフィラーモデル3Mとの間の境界部において、両モデル間の相対的な動きが拘束され得る。
The weighting factor is calculated for all nodes of each
以上説明したように、第1の発明では、マトリックスゴムモデル2Mとフィラーモデル3Mとが互いに独立して定義されるため、要素のサイズや節点の共有等を考慮する必要がない。従って、モデル作成の手間が低減する。第1の発明では、さらに、要素数の増加を防ぎながら、フィラーモデルの輪郭等を精度よくシミュレーションに再現できる。独立してそれぞれ定義されたマトリックスゴムモデル2Mとフィラーモデル3Mとの境界部9には、拘束条件が与えられているため、節点が共有されていなくても、前記境界部で力や変位が正確に伝達され、計算精度が低下することもない。
As described above, in the first invention, since the
次に、第2の発明の実施形態が説明される。
図8には、第2の発明が対象とするフィラー配合ゴム10の一例の部分拡大断面図が示されている。この実施形態のフィラー配合ゴム10は、図1のフィラー配合ゴム1よりもさらに、詳細な構成で表現されている。フィラー配合ゴム10は、マトリックスゴム2と、フィラー3と、フィラー3とマトリックスゴム2との間の界面層4とを含んでいる。
Next, an embodiment of the second invention will be described.
FIG. 8 shows a partially enlarged cross-sectional view of an example of the filler-containing
種々の実験の結果、フィラー3の周囲には、マトリックスゴム2のバルク部分とは異なる力学的性質を示す薄い層(ガラス層と呼ばれることもある。)が形成されていることが知られている。第2の発明では、このような界面層4を含む有限要素モデル(フィラー配合ゴムモデル)が作成されるのに適している。
As a result of various experiments, it is known that a thin layer (sometimes referred to as a glass layer) showing mechanical properties different from the bulk portion of the
図9は、第2の発明の実施形態に係る有限要素モデルの作成方法の処理手順を示すフローチャートである。この処理手順は、コンピュータが、図8のフィラー配合ゴム10の有限要素モデル(フィラー配合ゴムモデル)を作成するための手順である。
FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure of a method for creating a finite element model according to the embodiment of the second invention. This processing procedure is a procedure for the computer to create a finite element model (filler compound rubber model) of the
図9に示されるように、第2の発明の実施形態においても、第1工程S1及び第2工程S2を含んでいる。これらの工程の内容は、第1の発明の実施形態で説明された通りである。 As shown in FIG. 9, the second embodiment also includes the first step S1 and the second step S2. The contents of these steps are as described in the embodiment of the first invention.
第2の発明の実施形態では、さらに、第3工程S30が行われる。第3工程S30は、フィラー3の回りを取り囲む少なくとも1層の界面層4を有限個の要素で離散化した界面層モデル4Mが定義される。
In the embodiment of the second invention, the third step S30 is further performed. In the third step S30, an
図10には、界面層モデル4Mが視覚化されている。界面層モデル4Mは、フィラー配合ゴム10の中で界面層4が占めている二次元空間にほぼ等しい空間が複数の要素7で分割(離散化)されたものである。
In FIG. 10, the
要素7としては、本実施形態の二次元構造の場合、例えば、四辺形要素又は三角形要素が好適に用いられる。本実施形態の界面層4は、環状の円形の輪郭形状を有している。界面層モデル4Mは、四辺形の要素7aと、三角形の要素7bとが使用されている。このように、大きさ及び辺数が異なる要素7を使用することにより、滑らかな円形の輪郭を有した界面層モデル4Mが定義され得る。
In the case of the two-dimensional structure of the present embodiment, for example, a quadrilateral element or a triangular element is preferably used as the
界面層モデル4Mの各要素7の番号や節点の位置座標などは、コンピュータに記憶される。さらに、各要素7には、界面層4の物性値(例えば、マトリックスゴムよりも硬い物性値等)に基づいた弾性率や減衰係数などの物理量が入力される。これらの物理量は、各要素7の変形計算に利用される。
The numbers of the
第3工程において、界面層モデル4Mは、フィラーモデル3M及びマトリックスゴムモデル2Mとは独立して定義される。
In the third step, the
第3工程において、「独立して定義される」とは、界面層モデル4Mは、マトリックスゴムモデル2M及びフィラーモデル3Mと、互いに関連付けられることなく、独自に定義されることを意味している。従って、界面層モデル4Mの各節点は、マトリックスゴムモデル2M及びフィラーモデル3Mの各節点のいずれとも共有される必要がなく、任意の位置に定義され得る。従って、モデルの作成自由度が向上する。
In the third step, “independently defined” means that the
第2の発明の実施形態では、図9に示したように、モデル埋込工程S40がさらに行われる。モデル埋込工程S40では、図11に示されるように、マトリックスゴムモデル2Mに、フィラーモデル3Mと界面層モデル4Mとが埋め込まれる。このモデル埋込工程S40では、マトリックスゴムモデル2Mとフィラーモデル3Mと界面層モデル4Mとが、フィラー配合ゴム10に基づいた位置でそれぞれ重ねられる。
In the embodiment of the second invention, as shown in FIG. 9, the model embedding step S40 is further performed. In the model embedding step S40, as shown in FIG. 11, the
モデル埋込工程S40では、さらに、フィラーモデル3Mと界面層モデル4Mとの間の第1境界部13の拘束条件と、界面層モデル4Mとマトリックスゴムモデル2Mとの間の第2境界部14の拘束条件とがそれぞれ与えられる。これにより、前記フィラー配合ゴムモデル10Mが定義される。拘束条件を定義する方法については、上述の実施形態と同一である。
In the model embedding step S40, the constraint condition of the
第2の発明でも、マトリックスゴムモデル2M、フィラーモデル3M及び界面層モデル4Mが互いに独立して定義されているため、節点を共有させる等の手間が削減される。第2の発明では、要素数の増加を防ぎながら、フィラーモデル3Mや界面層モデル4Mの輪郭等を精度よくシミュレーションに再現できる。さらに、また、独立してそれぞれ定義されたマトリックスゴムモデル2M、フィラーモデル3M及び界面層モデル4Mの各境界部には、拘束条件が与えられているため、節点が共有されていなくても、各境界部13、14で力や変位の伝達が確実に行われ、計算精度を損ねることもない。
Also in the second invention, since the
以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。 As mentioned above, although especially preferable embodiment of this invention was explained in full detail, this invention is not limited to embodiment of illustration, It can deform | transform and implement in a various aspect.
1、10 フィラー配合ゴム
1M、10M フィラー配合ゴムモデル
2 マトリックスゴム
2M マトリックスゴムモデル
3 フィラー
3M フィラーモデル
4 界面層
4M 界面層モデル
5、6、7 要素
9 境界部
13 第1境界部
14 第2境界部
1, 10
Claims (5)
前記コンピュータに、前記フィラーを有限個の要素を用いて離散化したフィラーモデルを定義する第1工程と、
前記コンピュータに、少なくとも前記マトリックスゴムが占めている空間を有限個の要素を用いて離散化したマトリックスゴムモデルを前記フィラーモデルとは独立して定義する第2工程と、
前記コンピュータが、前記マトリックスゴムモデルに、前記フィラーモデルを埋め込むモデル埋込工程とを含み、
前記モデル埋込工程では、前記マトリックスゴムモデルと前記フィラーモデルとが、互いの節点の共有を考慮することなく重ねられるとともに、前記フィラーモデルと前記マトリックスゴムモデルとの境界部において、前記フィラーモデルの表面の前記節点のみに、拘束条件を与えてフィラー配合ゴムモデルが定義されることを特徴とするフィラー配合ゴムの有限要素モデルの作成方法。 A method for creating, using a computer, a finite element model of filler-containing rubber in which fillers are dispersed in matrix rubber,
Defining a filler model in which the filler is discretized using a finite number of elements in the computer;
A second step of defining, in the computer, a matrix rubber model obtained by discretizing at least a space occupied by the matrix rubber by using a finite number of elements independently of the filler model;
The computer includes a model embedding step of embedding the filler model in the matrix rubber model,
In the model embedding step, the matrix rubber model and the filler model are overlaid without considering the sharing of nodes between each other, and at the boundary between the filler model and the matrix rubber model, the filler model A method for creating a finite element model of filler-containing rubber , wherein a filler-containing rubber model is defined by giving constraint conditions only to the nodes on the surface .
前記コンピュータに、前記フィラーを有限個の要素を用いて離散化したフィラーモデルを定義する第1工程と、
前記コンピュータに、少なくとも前記マトリックスゴムが占めている空間を有限個の要素を用いて離散化したマトリックスゴムモデルを前記フィラーモデルとは独立して定義する第2工程と、
前記コンピュータに、前記フィラーの回りを取り囲む少なくとも1層の界面層を有限個の要素で離散化した界面層モデルを前記フィラーモデル及び前記マトリックスゴムモデルとは独立して定義する第3工程と、
前記コンピュータが、前記マトリックスゴムモデルに、前記フィラーモデルと前記界面層モデルとを埋め込むモデル埋込工程とを含み、
前記モデル埋込工程では、前記マトリックスゴムモデル、前記フィラーモデル及び前記界面層モデルが、互いの節点の共有を考慮することなく重ねられるとともに、
前記フィラーモデルと前記界面層モデルとの間の第1境界部において、前記フィラーモデルの表面の前記節点のみに拘束条件が与えられ、かつ
前記界面層モデルと前記マトリックスゴムモデルとの間の第2境界部のみに拘束条件が与えられることにより、フィラー配合ゴムモデルが定義されることを特徴とするフィラー配合ゴムの有限要素モデルの作成方法。 A method for creating, using a computer, a finite element model of filler-containing rubber in which fillers are dispersed in matrix rubber,
Defining a filler model in which the filler is discretized using a finite number of elements in the computer;
A second step of defining, in the computer, a matrix rubber model obtained by discretizing at least a space occupied by the matrix rubber by using a finite number of elements independently of the filler model;
A third step of defining, in the computer, an interface layer model obtained by discretizing at least one interface layer surrounding the filler with a finite number of elements independently from the filler model and the matrix rubber model;
The computer includes a model embedding step of embedding the filler model and the interface layer model in the matrix rubber model,
In the model embedding step, the matrix rubber model, the filler model, and the interface layer model are overlaid without considering mutual node sharing,
In the first boundary part between the filler model and the interface layer model, a constraint condition is given only to the nodes on the surface of the filler model , and a second between the interface layer model and the matrix rubber model. A method for creating a finite element model of a filler-blended rubber, wherein a filler-blended rubber model is defined by giving a constraint condition only to a boundary portion.
前記第1工程の前記要素は、前記第2工程の前記要素と異なる大きさを有している請求項1乃至4のいずれかに記載のフィラー配合ゴムの有限要素モデルの作成方法。
In the second step, the space is discretized with elements of the same size,
The method for creating a finite element model of filler-containing rubber according to any one of claims 1 to 4, wherein the element in the first step has a size different from that of the element in the second step.
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