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JP2017068463A - Filler-blended rubber model creating method - Google Patents

Filler-blended rubber model creating method Download PDF

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JP2017068463A
JP2017068463A JP2015191770A JP2015191770A JP2017068463A JP 2017068463 A JP2017068463 A JP 2017068463A JP 2015191770 A JP2015191770 A JP 2015191770A JP 2015191770 A JP2015191770 A JP 2015191770A JP 2017068463 A JP2017068463 A JP 2017068463A
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filler
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interface layer
rubber
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JP2015191770A
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正登 内藤
Masato Naito
正登 内藤
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Sumitomo Rubber Industries Ltd
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Sumitomo Rubber Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily discretize at least one of a matrix rubber model, a filler model and an interface layer model with small elements.SOLUTION: A computerized method to create a finite element model of filler-blended rubber model containing matrix rubber, a filler arranged in the matrix rubber and at least one interface layer surrounding the filler comprises a step S5 of setting a dilated model obtained by dilating at least one of the matrix rubber model, the filler model and the interface layer model, a step S6 of re-discretizing the dilated model by using a finite number of elements and a step S7 of constricting the elements having constituted the dilated model by constricting the re-discretized dilated model to its original size.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、マトリックスゴム、フィラー及び界面層を含むフィラー配合ゴムの有限要素モデルを作成するための方法に関する。   The present invention relates to a method for creating a finite element model of a filler compounded rubber comprising a matrix rubber, a filler and an interface layer.

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で離散化された有限要素モデルが用いられている。   In recent years, various computer simulations using the finite element method have been performed. In these simulations, a finite element model in which an object to be analyzed is discretized with a finite number of elements that can be handled by a computer is used.

有限要素法を用いたシミュレーションは、機械的な構造物のみならず、ゴム材料等の開発にも用いられている(例えば、下記特許文献1参照)。下記特許文献1では、マトリックスゴム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、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、及び、界面層を有限個の要素を用いて離散化した界面層モデルが設定されることにより、フィラー配合ゴムの有限要素モデルが作成されている。   Simulation using the finite element method is used not only for mechanical structures but also for development of rubber materials and the like (for example, see Patent Document 1 below). In the following Patent Document 1, a matrix rubber model obtained by discretizing a matrix rubber using a finite number of elements, a filler model obtained by discretizing a filler using a finite number of elements, and an interface layer using a finite number of elements. By setting the discretized interface layer model, a finite element model of filler-containing rubber is created.

特許第5555216号公報Japanese Patent No. 5555216

上記シミュレーションでは、予め定められた条件等に基づいて、有限要素モデルを変形させることにより、有限要素モデルの変位や応力といった物理量が計算される。このような物理量は、マトリックスモデル、フィラーモデル又は界面層モデルを構成する各要素の大きさが小さいほど、精度良く計算できる。   In the simulation, a physical quantity such as displacement or stress of the finite element model is calculated by deforming the finite element model based on a predetermined condition or the like. Such physical quantities can be calculated more accurately as the size of each element constituting the matrix model, filler model, or interface layer model is smaller.

小さな要素を設定するには、例えば、マトリックスモデル、フィラーモデル又は界面層モデルを構成する各要素を、オペレータの手作業やメッシュ化ソフトウェアを用いて細分化する必要がある。しかしながら、各モデルの形状が小さくなっている領域を、小さな要素で離散化することが難しいという問題があった。   In order to set a small element, for example, each element constituting the matrix model, the filler model, or the interface layer model needs to be subdivided using the operator's manual work or meshing software. However, there is a problem that it is difficult to discretize a region where the shape of each model is small with small elements.

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、マトリックスゴムモデル、フィラーモデル、又は、界面層モデルの少なくとも一つを、小さな要素で容易に離散化することができるフィラー配合ゴム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 is a filler-containing rubber capable of easily discretizing at least one of a matrix rubber model, a filler model, or an interface layer model with small elements. Its main purpose is to provide a model creation method.

本発明は、マトリックスゴムと、前記マトリックスゴム中に配置されたフィラーと、前記フィラーを取り囲む少なくとも1層の界面層とを含む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、前記マトリックスゴムを、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設定する工程、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設定する工程、前記界面層を、有限個の要素を用いて離散化した界面層モデルを設定する工程、前記マトリックスゴムモデル、前記フィラーモデル、又は、前記界面層モデルの少なくとも一つを膨張させた膨張モデルを設定する工程、前記膨張モデルを、有限個の要素を用いて再離散化する工程、及び再離散化された前記膨張モデルを元の大きさに収縮させることにより、前記膨張モデルを構成していた前記要素を縮小する工程を含むことを特徴とする。   The present invention relates to a method for creating a finite element model of a filler-containing rubber using a computer, which includes a matrix rubber, a filler disposed in the matrix rubber, and at least one interface layer surrounding the filler. A step of setting a matrix rubber model in which the matrix rubber is discretized using a finite number of elements, a step of setting a filler model in which the filler is discretized using a finite number of elements, the interface A step of setting an interface layer model in which layers are discretized using a finite number of elements, a step of setting an expansion model obtained by expanding at least one of the matrix rubber model, the filler model, or the interface layer model Re-discretizing the expansion model using a finite number of elements, and re-discretizing the expansion model. By contracting the size, characterized in that it comprises a step of reducing the element that composed the expansion model.

本発明に係る前記フィラー配合ゴムモデルの作成方法において、前記膨張モデルとして設定される前記マトリックスゴムモデルの前記要素、前記フィラーモデルの前記要素、又は、前記界面層モデルの前記要素に、熱膨張係数を定義する工程をさらに含み、前記膨張モデルを設定する工程は、前記熱膨張係数が定義された前記マトリックスゴムモデルの前記要素、前記フィラーモデルの前記要素、又は、前記界面層モデルの前記要素を、前記熱膨張係数に基づいて膨張させ、前記膨張モデルを収縮する工程は、前記熱膨張係数に基づいて、前記膨張モデルの前記要素を収縮させるのが望ましい。   In the method for creating the filler-containing rubber model according to the present invention, a thermal expansion coefficient is applied to the element of the matrix rubber model set as the expansion model, the element of the filler model, or the element of the interface layer model. The step of setting the expansion model further includes the element of the matrix rubber model in which the coefficient of thermal expansion is defined, the element of the filler model, or the element of the interface layer model. Preferably, the step of expanding based on the thermal expansion coefficient and contracting the expansion model contracts the element of the expansion model based on the thermal expansion coefficient.

本発明に係る前記フィラー配合ゴムモデルの作成方法において、前記膨張モデルは、前記界面層モデルのみが設定されるのが望ましい。   In the method for creating the filler-containing rubber model according to the present invention, it is desirable that only the interface layer model is set as the expansion model.

本発明のフィラー配合ゴムモデルの作成方法は、マトリックスゴムモデル、フィラーモデル、又は、界面層モデルの少なくとも一つを膨張させた膨張モデルを設定する工程、及び、膨張モデルを有限個の要素を用いて再離散化する工程を含んでいる。これにより、本発明は、例えば、各モデルの形状が小さくなっている領域を膨張させることができるため、前記要素を用いて容易に離散化することができる。   The method for creating a filler-containing rubber model of the present invention includes a step of setting an expansion model obtained by expanding at least one of a matrix rubber model, a filler model, or an interface layer model, and using a finite number of elements for the expansion model. And re-discretization. Thereby, since the area | region where the shape of each model is small can be expanded, for example, this invention can be easily discretized using the said element.

さらに、本発明のフィラー配合ゴムモデルの作成方法は、再離散化された膨張モデルを元の大きさに収縮させることにより、膨張モデルを構成していた要素を縮小する工程を含んでいる。これにより、本発明は、膨張モデルとして設定されるマトリックスゴムモデル、フィラーモデル、又は、界面層モデルを、小さな要素で容易に離散化することができる。   Furthermore, the method for creating a filler-containing rubber model of the present invention includes a step of reducing the elements constituting the expansion model by contracting the re-discretized expansion model to the original size. Thereby, the present invention can easily discretize the matrix rubber model, filler model, or interface layer model set as the expansion model with small elements.

本実施形態の作成方法を実行するためのコンピュータの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the computer for performing the production method of this embodiment. 本実施形態のフィラー配合ゴムの部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the filler compounded rubber of this embodiment. 本実施形態の作成方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process sequence of the creation method of this embodiment. フィラー配合ゴムの有限要素モデルを視覚化して示す平面図である。It is a top view which visualizes and shows the finite element model of filler compounding rubber. 図4の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. 図4の膨張対象モデルを膨張させたフィラー配合ゴムモデルを示す平面図である。It is a top view which shows the filler mixing | blending rubber | gum model which expanded the expansion object model of FIG. (a)は、図6の部分拡大図、(b)は、(a)の膨張モデルを再離散化したフィラー配合ゴムモデルの部分平面図である。(A) is the elements on larger scale of FIG. 6, (b) is a partial top view of the filler compounded rubber model which re-discretized the expansion model of (a). 図7(b)の膨張モデルを収縮させたフィラー配合ゴムモデルを示す平面図である。It is a top view which shows the filler compounded rubber model which made the expansion | swelling model of FIG.7 (b) shrink.

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本実施形態のフィラー配合ゴムモデルの作成方法(以下、単に「作成方法」ということがある。)は、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る。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The method for creating a filler-blended rubber model of the present embodiment (hereinafter sometimes simply referred to as “creation method”) is a method for creating a finite element model of a filler-blended rubber using a computer.

有限要素モデルは、メッシュモデル等とも呼ばれている。このような有限要素モデルは、コンピュータを用いて作成され、変形シミュレーション等に利用される。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。本実施形態では、有限要素モデルが二次元モデルとして、X方向及びY方向の二次元座標系に定義される。   The finite element model is also called a mesh model or the like. Such a finite element model is created using a computer and used for deformation simulation and the like. The finite element model is created according to a two-dimensional or three-dimensional coordinate system. In this embodiment, a finite element model is defined as a two-dimensional model in a two-dimensional coordinate system in the X direction and the Y direction.

図1は、本実施形態の作成方法を実行するためのコンピュータの一例を示す斜視図である。コンピュータ1は、本体1a、キーボード1b、マウス1c及びディスプレイ装置1dを含んで構成されている。この本体1aには、例えば、演算処理装置(CPU)、ROM、作業用メモリ、磁気ディスクなどの記憶装置、及び、ディスクドライブ装置1a1、1a2が設けられている。また、記憶装置には、本実施形態の作成方法を実行するためのソフトウェア(汎用のメッシュ化ソフトウェア(例えば、ANSYS社の「ICEM CFD」))等が予め記憶されている。   FIG. 1 is a perspective view showing an example of a computer for executing the creation method of the present embodiment. The computer 1 includes a main body 1a, a keyboard 1b, a mouse 1c, and a display device 1d. The main body 1a is provided with, for example, an arithmetic processing unit (CPU), a ROM, a working memory, a storage device such as a magnetic disk, and disk drive devices 1a1 and 1a2. In addition, software (general-purpose meshing software (for example, “ICEM CFD” from ANSYS)) for executing the creation method according to the present embodiment is stored in the storage device in advance.

図2は、本実施形態のフィラー配合ゴム2の部分断面図である。フィラー配合ゴム2は、マトリックスゴム3と、マトリックスゴム3中に配置されたフィラー4と、フィラー4を取り囲む少なくとも1層の界面層5とを含んでいる。   FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the filler-containing rubber 2 of the present embodiment. The filler-containing rubber 2 includes a matrix rubber 3, a filler 4 disposed in the matrix rubber 3, and at least one interface layer 5 surrounding the filler 4.

本実施形態のフィラー4は、カーボンブラックである場合が例示されている。なお、フィラー4は、シリカやその他の充填剤が、単独で又は組み合わされても良い。   The case where the filler 4 of this embodiment is carbon black is illustrated. In addition, as for the filler 4, a silica and another filler may be individual or may be combined.

界面層5は、フィラー4の周囲において、マトリックスゴム3のバルク部分とは異なる力学的性質を示すものである。この界面層5の特性が、フィラー配合ゴム2の特性に大きな影響を及ぼすことが知られている。本実施形態の界面層5は、1層である場合が例示されているが、2層以上(図示省略)であってもよい。   The interface layer 5 exhibits mechanical properties different from the bulk portion of the matrix rubber 3 around the filler 4. It is known that the characteristics of the interface layer 5 have a great influence on the characteristics of the filler-containing rubber 2. The case where the interface layer 5 of the present embodiment is one layer is illustrated, but may be two or more layers (not shown).

図3は、本実施形態の作成方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。図4は、フィラー配合ゴムの有限要素モデル(以下、単に「フィラー配合ゴムモデル」ということがある。)2Mを視覚化して示す平面図である。図5は、図4の部分拡大図である。   FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of the creation method of the present embodiment. FIG. 4 is a plan view showing a finite element model (hereinafter, simply referred to as “filler compounded rubber model”) 2M of the filler compounded rubber visualized. FIG. 5 is a partially enlarged view of FIG.

本実施形態の作成方法では、先ず、図4に示されるように、マトリックスゴム3(図2に示す)をモデル化したマトリックスゴムモデル3Mを設定する(工程S1)。マトリックスゴムモデル3Mは、図2に示したフィラー配合ゴム2中のマトリックスゴム3が占めている空間を、図5に示した有限個の要素F(i)(i=1、2、…)を用いて離散化することで定義されている。マトリックスゴム3の空間は、例えば、実際のフィラー配合ゴム2の顕微鏡画像などに、公知の画像処理を施すことによって特定することができる。   In the creation method of the present embodiment, first, as shown in FIG. 4, a matrix rubber model 3M obtained by modeling the matrix rubber 3 (shown in FIG. 2) is set (step S1). The matrix rubber model 3M has a finite number of elements F (i) (i = 1, 2,...) Shown in FIG. 5 representing the space occupied by the matrix rubber 3 in the filler-containing rubber 2 shown in FIG. It is defined by discretizing using. The space of the matrix rubber 3 can be specified by, for example, performing known image processing on a microscopic image of the actual filler-containing rubber 2.

図5に示されるように、要素F(i)は、有限要素法により取り扱い可能なものである。本実施形態の要素F(i)は、平面要素として設定される。平面要素としては、例えば、四辺形要素又は三角形要素等の多角形要素が好適に用いられる。要素F(i)は、節点11、及び、節点11、11間を接続する辺12を有している。要素F(i)には、節点11の番号、及び、節点11の座標値が設定される。さらに、各要素F(i)には、図2に示したマトリックスゴム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、後述するフィラー配合ゴムモデル2Mを用いた変形シミュレーションにおいて利用される。このようなマトリックスゴムモデル3Mは、コンピュータ1に入力される。   As shown in FIG. 5, the element F (i) can be handled by the finite element method. The element F (i) of this embodiment is set as a planar element. As the planar element, for example, a polygonal element such as a quadrilateral element or a triangular element is preferably used. The element F (i) has a node 11 and a side 12 connecting the nodes 11 and 11. In the element F (i), the number of the node 11 and the coordinate value of the node 11 are set. Furthermore, physical quantities such as an elastic modulus and a damping coefficient based on the physical property values of the matrix rubber 3 shown in FIG. 2 are input to each element F (i). These physical quantities are used in a deformation simulation using a filler-containing rubber model 2M described later. Such a matrix rubber model 3M is input to the computer 1.

次に、本実施形態の作成方法では、図4に示されるように、フィラー4(図2に示す)をモデル化したフィラーモデル4Mを設定する(工程S2)。フィラーモデル4Mは、図2に示したフィラー配合ゴム2中のフィラー4が占めている空間を、図5に示した有限個の要素G(i)(i=1、2、…)を用いて離散化することで定義されている。フィラー4の空間の特定には、マトリックスゴム3(図2に示す)の空間を特定する方法と同一の方法が採用される。   Next, in the creation method of this embodiment, as shown in FIG. 4, a filler model 4M that models the filler 4 (shown in FIG. 2) is set (step S2). The filler model 4M uses the finite number of elements G (i) (i = 1, 2,...) Shown in FIG. 5 to occupy the space occupied by the filler 4 in the filler-containing rubber 2 shown in FIG. It is defined by discretization. For specifying the space of the filler 4, the same method as the method of specifying the space of the matrix rubber 3 (shown in FIG. 2) is adopted.

図5に示されるように、要素G(i)は、マトリックスゴムモデル3Mの要素F(i)と同様に、有限要素法により取り扱い可能なものであり、平面要素として設定される。要素G(i)は、節点13、及び、節点13、13間を接続する辺14を有している。要素G(i)には、節点13の番号、及び、節点13の座標値が設定される。さらに、各要素G(i)には、図2に示したフィラー4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。このようなフィラーモデル4Mは、コンピュータ1に入力される。   As shown in FIG. 5, the element G (i) can be handled by the finite element method similarly to the element F (i) of the matrix rubber model 3M, and is set as a planar element. The element G (i) has a node 13 and a side 14 connecting the nodes 13 and 13. In the element G (i), the number of the node 13 and the coordinate value of the node 13 are set. Furthermore, physical quantities such as an elastic modulus and a damping coefficient based on the physical property values of the filler 4 shown in FIG. 2 are input to each element G (i). Such a filler model 4M is input to the computer 1.

次に、本実施形態の作成方法では、図4に示されるように、界面層5(図2に示す)をモデル化した界面層モデル5Mを設定する(工程S3)。界面層モデル5Mは、図2に示したフィラー配合ゴム2中の界面層5が占めている空間を、図5に示した有限個の要素H(i)(i=1、2、…)を用いて離散化することで定義されている。界面層5の空間の特定には、マトリックスゴム3の空間を特定する方法と同一の方法が採用される。   Next, in the creation method of the present embodiment, as shown in FIG. 4, an interface layer model 5M that models the interface layer 5 (shown in FIG. 2) is set (step S3). The interface layer model 5M includes the space occupied by the interface layer 5 in the filler-containing rubber 2 shown in FIG. 2 and the finite number of elements H (i) (i = 1, 2,...) Shown in FIG. It is defined by discretizing using. For specifying the space of the interface layer 5, the same method as the method of specifying the space of the matrix rubber 3 is adopted.

図5に示されるように、要素H(i)は、マトリックスゴムモデル3Mの要素F(i)やフィラーモデル4Mの要素G(i)と同様に、有限要素法により取り扱い可能なものであり、平面要素として設定される。要素H(i)は、節点15、及び、節点15、15間を接続する辺16を有している。要素H(i)には、節点15の番号、及び、節点15の座標値が設定される。さらに、各要素H(i)には、図2に示した界面層5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。界面層5の物性値は、例えば、マトリックスゴム3よりも大であり、かつ、フィラー4よりも小である。   As shown in FIG. 5, the element H (i) can be handled by the finite element method, like the element F (i) of the matrix rubber model 3M and the element G (i) of the filler model 4M. Set as a planar element. The element H (i) has a node 15 and a side 16 connecting the nodes 15 and 15. In the element H (i), the number of the node 15 and the coordinate value of the node 15 are set. Furthermore, physical quantities such as an elastic modulus and a damping coefficient based on the physical property values of the interface layer 5 shown in FIG. 2 are input to each element H (i). The physical property value of the interface layer 5 is, for example, larger than that of the matrix rubber 3 and smaller than that of the filler 4.

図5に示されるように、界面層モデル5Mとマトリックスゴムモデル3Mとの境界において、界面層モデル5Mの要素H(i)の節点15及び辺16は、マトリックスゴムモデル3Mの要素F(i)の節点11及び辺12と共有するように設定される。さらに、界面層モデル5Mとフィラーモデル4Mとの境界において、界面層モデル5Mの要素H(i)の節点15及び辺16は、フィラーモデル4Mの要素G(i)の節点13及び辺14と共有するように設定される。これにより、マトリックスゴムモデル3M、フィラーモデル4M及び界面層モデル5Mを一体に連結したフィラー配合ゴムモデル2Mが設定される。フィラー配合ゴムモデル2Mは、コンピュータ1に入力される。   As shown in FIG. 5, at the boundary between the interface layer model 5M and the matrix rubber model 3M, the nodes 15 and sides 16 of the element H (i) of the interface layer model 5M are elements F (i) of the matrix rubber model 3M. It is set so that it may be shared with the node 11 and the side 12. Further, at the boundary between the interface layer model 5M and the filler model 4M, the node 15 and the side 16 of the element H (i) of the interface layer model 5M are shared with the node 13 and the side 14 of the element G (i) of the filler model 4M. Set to do. Thereby, a filler-containing rubber model 2M in which the matrix rubber model 3M, the filler model 4M, and the interface layer model 5M are integrally connected is set. The filler-containing rubber model 2M is input to the computer 1.

ところで、フィラー配合ゴムモデル2Mを用いた変形シミュレーションでは、予め定められた条件に基づいて、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1によって計算される。このような物理量は、マトリックスゴムモデル3Mの要素F(i)、フィラーモデル4Mの要素G(i)又は界面層モデル5Mの要素H(i)の大きさが小さいほど、精度良く計算できる。   By the way, in the deformation simulation using the filler-containing rubber model 2M, the computer 1 calculates physical quantities such as displacement and stress of the finite element model based on predetermined conditions. Such physical quantity can be calculated more accurately as the size of the element F (i) of the matrix rubber model 3M, the element G (i) of the filler model 4M, or the element H (i) of the interface layer model 5M is smaller.

本実施形態では、マトリックスゴムモデル3M、フィラーモデル4M又は界面層モデル5Mを膨張させた膨張モデル7M(図6に示す)を、有限個の要素を用いて再離散化し、再離散化された膨張モデル7Mを元の大きさに収縮させることにより、膨張モデル7Mを構成していた要素を縮小している。これにより、膨張モデル7Mとして設定されるマトリックスゴムモデル3M、フィラーモデル4M、又は、界面層モデル5M(以下、単に「膨張対象モデル9M」ということがある。)を、小さな要素で離散化することができる。   In this embodiment, the expansion model 7M (shown in FIG. 6) obtained by expanding the matrix rubber model 3M, the filler model 4M, or the interface layer model 5M is re-discretized using a finite number of elements, and the re-discretized expansion is performed. By contracting the model 7M to the original size, elements constituting the expansion model 7M are reduced. Thereby, the matrix rubber model 3M, the filler model 4M, or the interface layer model 5M (hereinafter, simply referred to as “expansion target model 9M”) set as the expansion model 7M is discretized with small elements. Can do.

膨張モデル7M(図6に示す)としては、マトリックスゴムモデル3M、フィラーモデル4M、又は、界面層モデル5Mから適宜設定される。本実施形態の膨張モデル7M(膨張対象モデル9M)は、界面層モデル5Mのみが設定される。上述したように、図2に示した界面層5は、フィラー配合ゴム2の特性に大きな影響を及ぼすものである。従って、膨張モデル7Mとして、界面層モデル5Mが設定される場合、フィラー配合ゴムモデル2M(図4に示す)を用いた変形シミュレーションを精度よく計算するのに役立つ。   The expansion model 7M (shown in FIG. 6) is appropriately set from the matrix rubber model 3M, the filler model 4M, or the interface layer model 5M. Only the interface layer model 5M is set as the expansion model 7M (expansion target model 9M) of the present embodiment. As described above, the interface layer 5 shown in FIG. 2 has a great influence on the characteristics of the filler-containing rubber 2. Therefore, when the interface layer model 5M is set as the expansion model 7M, it is useful for accurately calculating a deformation simulation using the filler-containing rubber model 2M (shown in FIG. 4).

本実施形態の作成方法では、膨張モデル7M(図6に示す)として設定される膨張対象モデル9Mの要素に、熱膨張係数を定義する(工程S4)。本実施形態の工程S4では、図5に示した界面層モデル5Mの要素H(i)のみに、熱膨張係数が定義される。   In the creation method of this embodiment, a thermal expansion coefficient is defined for the element of the expansion target model 9M set as the expansion model 7M (shown in FIG. 6) (step S4). In step S4 of the present embodiment, the thermal expansion coefficient is defined only for the element H (i) of the interface layer model 5M shown in FIG.

熱膨張係数は、物体の長さ及び体積が、温度の上昇によって膨張する割合を示したものである。熱膨張係数は、マトリックスゴムモデル3Mの要素F(i)、フィラーモデル4Mの要素G(i)、又は、界面層モデル5Mの要素H(i)の面積を、下記式(1)で定義することができる。
V=V0(1+αt)…(1)
ここで、各変数及び定数は、次のとおりである。
V:t℃での要素の面積
0:基準温度(0℃)での要素の面積
α:熱膨張率(面膨張率)
t:基準温度(0℃)からの温度変化
The coefficient of thermal expansion indicates the rate at which the length and volume of an object expand with increasing temperature. The thermal expansion coefficient defines the area of the element F (i) of the matrix rubber model 3M, the element G (i) of the filler model 4M, or the element H (i) of the interface layer model 5M by the following formula (1). be able to.
V = V 0 (1 + αt) (1)
Here, each variable and constant are as follows.
V: Area of the element at t ° C. V 0 : Area of the element at the reference temperature (0 ° C.) α: Thermal expansion coefficient (surface expansion coefficient)
t: Temperature change from the reference temperature (0 ° C)

上記式(1)において、熱膨張率αは、図2に示したマトリックスゴム3、フィラー4、又は、界面層5の実際の熱膨張率に基づいて設定される。図5に示されるように、本実施形態のマトリックスゴムモデル3Mの要素F(i)、フィラーモデル4Mの要素G(i)、及び、界面層モデル5Mの要素H(i)は、平面要素として設定されている。このため、熱膨張率αは、面膨張率として定義される。例えば、膨張モデル7M(図6に示す)として界面層モデル5Mが設定される場合、熱膨張率αは、1×10−6〜200×10−6(1/℃)程度に設定される。 In the above formula (1), the coefficient of thermal expansion α is set based on the actual coefficient of thermal expansion of the matrix rubber 3, the filler 4 or the interface layer 5 shown in FIG. As shown in FIG. 5, the element F (i) of the matrix rubber model 3M, the element G (i) of the filler model 4M, and the element H (i) of the interface layer model 5M are planar elements. Is set. For this reason, the thermal expansion coefficient α is defined as a surface expansion coefficient. For example, when the interface layer model 5M is set as the expansion model 7M (shown in FIG. 6), the coefficient of thermal expansion α is set to about 1 × 10 −6 to 200 × 10 −6 (1 / ° C.).

上記式(1)では、温度変化tを増減させることにより、要素の面積Vを、X方向及びY方向の比率を維持しつつ、リニアに増減させることができる。また、要素は、数値データである。このため、上記式(1)の温度変化tに非常に大きな数値を代入することにより、膨張モデル7M(図6に示す)を現実では不可能な大きさに膨張させることができる。また、熱膨張係数に基づく膨張計算は、荷重を直接付与した膨張計算に比べて、計算負荷が小さいため、後述する膨張モデル7Mを膨張及び収縮させるための計算時間を短縮することができる。熱膨張係数は、コンピュータ1に入力される。   In the above formula (1), by increasing or decreasing the temperature change t, the area V of the element can be increased or decreased linearly while maintaining the ratio in the X direction and the Y direction. The element is numerical data. For this reason, the expansion model 7M (shown in FIG. 6) can be expanded to a size that is impossible in practice by substituting a very large numerical value for the temperature change t in the above equation (1). Further, the expansion calculation based on the thermal expansion coefficient has a smaller calculation load than the expansion calculation in which a load is directly applied. Therefore, the calculation time for expanding and contracting an expansion model 7M described later can be shortened. The thermal expansion coefficient is input to the computer 1.

次に、本実施形態の作成方法では、マトリックスゴムモデル3M、フィラーモデル4M、又は、界面層モデル5Mの少なくとも一つを膨張させた膨張モデル7M(図6に示す)を設定する(工程S5)。工程S5では、熱膨張係数が定義されたマトリックスゴムモデル3Mの要素F(i)、フィラーモデル4Mの要素G(i)又は界面層モデル5Mの要素H(i)(本実施形態では、界面層モデル5Mの要素H(i))を膨張させている。図6は、図4の膨張対象モデル9Mを膨張させたフィラー配合ゴムモデル2Mを示す平面図である。図7(a)は、図6の部分拡大図である。図7(b)は、図7(a)の膨張モデル7Mを再離散化したフィラー配合ゴムモデル2Mの部分平面図である。なお、図7(a)、(b)では、マトリックスゴムモデル3Mの要素F(i)、及び、フィラーモデル4Mの要素G(i)を省略して表示している。   Next, in the creation method of the present embodiment, an expansion model 7M (shown in FIG. 6) in which at least one of the matrix rubber model 3M, the filler model 4M, or the interface layer model 5M is expanded is set (step S5). . In step S5, the element F (i) of the matrix rubber model 3M in which the thermal expansion coefficient is defined, the element G (i) of the filler model 4M, or the element H (i) of the interface layer model 5M (in this embodiment, the interface layer) The element H (i)) of the model 5M is expanded. FIG. 6 is a plan view showing a filler-containing rubber model 2M obtained by expanding the expansion target model 9M of FIG. FIG. 7A is a partially enlarged view of FIG. FIG. 7B is a partial plan view of a filler-containing rubber model 2M obtained by discretizing the expansion model 7M of FIG. 7A. In FIGS. 7A and 7B, the element F (i) of the matrix rubber model 3M and the element G (i) of the filler model 4M are omitted.

本実施形態の工程S5では、上記式(1)の熱膨張係数に基づいて、温度変化tを徐々に大きくすることにより、図5に示した界面層モデル5Mの要素H(i)を膨張させている(面積Vを大きくしている)。本実施形態では、フィラー配合ゴムモデル2Mに設定される温度を大きくすることにより、温度変化tを大きくしている。これにより、図6及び図7(a)に示した界面層モデル5Mを半径方向に膨張させた膨張モデル7Mが設定される。   In step S5 of the present embodiment, the element H (i) of the interface layer model 5M shown in FIG. 5 is expanded by gradually increasing the temperature change t based on the thermal expansion coefficient of the above equation (1). (The area V is increased). In this embodiment, the temperature change t is increased by increasing the temperature set in the filler-containing rubber model 2M. Thereby, an expansion model 7M is set by expanding the interface layer model 5M shown in FIGS. 6 and 7A in the radial direction.

本実施形態のマトリックスゴムモデル3Mの要素F(i)及びフィラーモデル4Mの要素G(i)には、熱膨張係数が設定されていない。このため、フィラー配合ゴムモデル2Mに設定される温度を大きくしたとしても、マトリックスゴムモデル3M及びフィラーモデル4Mは、界面層モデル5Mのように膨張しない。なお、膨張モデル7Mに隣接するモデル(本実施形態では、マトリックスゴムモデル3M及びフィラーモデル4M)は、膨張モデル7Mの膨張に応じて変形している。   No thermal expansion coefficient is set for the element F (i) of the matrix rubber model 3M and the element G (i) of the filler model 4M of the present embodiment. For this reason, even if the temperature set in the filler-containing rubber model 2M is increased, the matrix rubber model 3M and the filler model 4M do not expand like the interface layer model 5M. Note that the models adjacent to the expansion model 7M (in this embodiment, the matrix rubber model 3M and the filler model 4M) are deformed according to the expansion of the expansion model 7M.

このような界面層モデル5M、マトリックスゴムモデル3M及びフィラーモデル4Mの変形(膨張)計算は、従来の方法と同様に、市販の有限要素解析アプリケーションソフト(例えば、JSOL 社製の LS-DYNA )を用いて、単位時間Tx(x=0、1、…)ごと(例えば、1μ秒ごと)に行われる。   For the deformation (expansion) calculation of the interface layer model 5M, matrix rubber model 3M and filler model 4M, commercially available finite element analysis application software (for example, LS-DYNA made by JSOL) is used in the same way as the conventional method. And is performed every unit time Tx (x = 0, 1,...) (For example, every 1 μsec).

次に、本実施形態の作成方法では、膨張モデル7Mを、有限個の要素を用いて再離散化する(工程S6)。工程S6では、先ず、図7(a)に示した膨張モデル7Mを構成する要素(本実施形態では、界面層モデル5Mの要素H(i))を無効にする。そして、工程S6では、膨張モデル7Mの輪郭を、図7(b)に示した有限個の要素J(i)(i=1、2、…)を用いて再離散化する。   Next, in the creation method of the present embodiment, the expansion model 7M is re-discretized using a finite number of elements (step S6). In step S6, first, the elements constituting the expansion model 7M shown in FIG. 7A (in this embodiment, the element H (i) of the interface layer model 5M) are invalidated. In step S6, the contour of the expansion model 7M is re-discretized using a finite number of elements J (i) (i = 1, 2,...) Shown in FIG.

再離散化に用いられる要素J(i)は、図7(a)に示した界面層モデル5Mの要素H(i)と同様に、有限要素法により取り扱い可能なものであり、平面要素として設定される。図7(b)に示されるように、要素J(i)は、節点17、及び、節点17、17間を接続する辺18を有している。要素J(i)には、節点17の番号、及び、節点17の座標値が設定される。各要素J(i)には、図2に示した界面層5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。   The element J (i) used for the re-discretization can be handled by the finite element method similarly to the element H (i) of the interface layer model 5M shown in FIG. Is done. As shown in FIG. 7B, the element J (i) has a node 17 and a side 18 connecting the nodes 17 and 17. In the element J (i), the number of the node 17 and the coordinate value of the node 17 are set. Each element J (i) receives a physical quantity such as an elastic modulus and a damping coefficient based on the physical property values of the interface layer 5 shown in FIG.

要素J(i)は、膨張モデル7Mを再離散化する前の要素(本実施形態では、図7(a)に示した界面層モデル5Mの要素H(i))と同一の熱膨張係数が設定されている。さらに、要素J(i)の大きさは、同一の温度条件(即ち、上記式(1)の同一の温度変化t)において、膨張モデル7Mを再離散化する前の要素(本実施形態では、図7(a)に示した界面層モデル5Mの要素H(i))の大きさよりも小に設定されている。これにより、工程S6では、膨張対象モデル9Mの要素(本実施形態では、界面層モデル5Mの要素H(i))よりも小さな要素J(i)を用いて、膨張モデル7Mの輪郭が再離散化されうる。   The element J (i) has the same thermal expansion coefficient as that of the element before re-discretization of the expansion model 7M (in this embodiment, the element H (i) of the interface layer model 5M shown in FIG. 7A). Is set. Further, the size of the element J (i) is the same as that of the element before re-discretization of the expansion model 7M under the same temperature condition (that is, the same temperature change t in the above equation (1)). The size is set smaller than the size of the element H (i)) of the interface layer model 5M shown in FIG. Accordingly, in step S6, the contour of the expansion model 7M is re-discrete using the element J (i) smaller than the element of the expansion target model 9M (in this embodiment, the element H (i) of the interface layer model 5M). Can be realized.

本実施形態では、膨張モデル7Mを構成するモデル(本実施形態では、界面層モデル5M)の形状が小さくなっている領域を膨張させることができる。このため、メッシュ化ソフトウェアやオペレータの手作業により、膨張モデル7Mの輪郭を、界面層モデル5Mを構成していた要素H(i)よりも小さな要素J(i)を用いて、容易に離散化できる。   In the present embodiment, it is possible to expand a region where the shape of the model (in this embodiment, the interface layer model 5M) constituting the expansion model 7M is small. For this reason, the contour of the expansion model 7M is easily discretized by using the element J (i) smaller than the element H (i) constituting the interface layer model 5M by meshing software or manual operation of the operator. it can.

本実施形態では、膨張モデル7M(界面層モデル5M)の要素J(i)の節点17及び辺18と、膨張モデル7Mが隣接するマトリックスゴムモデル3Mの要素F(i)の節点11及び辺12とを互いに共有させている。さらに、膨張モデル7M(界面層モデル5M)の要素J(i)の節点17及び辺18と、膨張モデル7Mが隣接するフィラーモデル4Mの要素G(i)の節点13及び辺14とを互いに共有させている。これにより、膨張モデル7M(界面層モデル5M)、マトリックスゴムモデル3M及びフィラーモデル4Mを一体に連結することができる。   In this embodiment, the node 17 and the side 18 of the element J (i) of the expansion model 7M (interface layer model 5M) and the node 11 and the side 12 of the element F (i) of the matrix rubber model 3M adjacent to the expansion model 7M. Are shared with each other. Further, the node 17 and the side 18 of the element J (i) of the expansion model 7M (interface layer model 5M) and the node 13 and the side 14 of the element G (i) of the filler model 4M adjacent to the expansion model 7M are shared. I am letting. Thereby, the expansion model 7M (interface layer model 5M), the matrix rubber model 3M, and the filler model 4M can be connected together.

本実施形態では、膨張モデル7Mの膨張方向(本実施形態では、界面層モデル5Mを半径方向)において、要素H(i)の列が増えるように、図5に示した膨張対象モデル9Mの要素(本実施形態では、界面層モデル5Mの要素H(i))よりも小さな要素J(i)で離散化しているが、このような態様に限定されるわけではない。例えば、特許文献2(特許第5227436号公報)に記載の方法に従って、膨張した要素H(i)が細分割されてもよい。   In this embodiment, in the expansion direction of the expansion model 7M (in this embodiment, the interface layer model 5M is in the radial direction), the elements of the expansion target model 9M shown in FIG. (In this embodiment, the element is discretized with an element J (i) smaller than the element H (i) of the interface layer model 5M, but the present invention is not limited to such an aspect. For example, the expanded element H (i) may be subdivided according to the method described in Patent Document 2 (Japanese Patent No. 5227436).

上記特許文献2に記載の方法では、予め設定されている要素H(i)に基づいて細分割している。このため、膨張モデル7M(界面層モデル5M)の要素J(i)の節点17及び辺18と、膨張モデル7Mが隣接するマトリックスゴムモデル3Mの要素F(i)の節点11及び辺12との共有を維持したまま細分化することができる。同様に、膨張モデル7Mの要素J(i)の節点17及び辺18と、フィラーモデル4Mの要素G(i)の節点13及び辺14との共有を維持したまま細分化することができる。従って、この実施形態では、各要素の節点や辺の共有を考慮することなく、膨張モデル7Mの輪郭を、容易に離散化することができる。   In the method described in Patent Document 2, subdivision is performed based on a preset element H (i). Therefore, the nodal point 17 and the side 18 of the element J (i) of the expansion model 7M (interface layer model 5M) and the nodal point 11 and the side 12 of the element F (i) of the matrix rubber model 3M adjacent to the expansion model 7M. It can be subdivided while maintaining sharing. Similarly, the node 17 and the side 18 of the element J (i) of the expansion model 7M and the node 13 and the side 14 of the element G (i) of the filler model 4M can be subdivided while maintaining the sharing. Therefore, in this embodiment, the contour of the expansion model 7M can be easily discretized without considering sharing of nodes and sides of each element.

次に、本実施形態の作成方法では、再離散化された膨張モデル7Mを元の大きさに収縮させる(工程S7)。工程S7では、再離散化された膨張モデル7Mを元の大きさに収縮させることにより、膨張モデル7Mの要素J(i)を縮小させている。図8は、図7(b)の膨張モデル7Mを収縮させたフィラー配合ゴムモデル2Mを示す平面図である。   Next, in the creation method of the present embodiment, the re-discretized expansion model 7M is contracted to the original size (step S7). In step S7, the element J (i) of the expansion model 7M is reduced by contracting the re-discretized expansion model 7M to the original size. FIG. 8 is a plan view showing a filler-containing rubber model 2M in which the expansion model 7M in FIG. 7B is contracted.

工程S7では、温度変化tを徐々に元の大きさに戻すことにより、上記式(1)の熱膨張係数に基づいて、図7(b)に示した膨張モデル7M(本実施形態では、界面層モデル5M)の要素J(i)を収縮させている(面積Vを小さくしている)。本実施形態では、フィラー配合ゴムモデル2Mに設定される温度を元に戻す(即ち、膨張モデル7Mが膨張する前に設定されていた温度に戻す)ことによって、上記式(1)の温度変化tを元の大きさに戻している。これにより、膨張モデル7Mを半径方向に収縮させた界面層モデル5M(図8に示す)が設定される。   In step S7, the temperature change t is gradually returned to the original magnitude, so that the expansion model 7M shown in FIG. 7B (in this embodiment, the interface is based on the thermal expansion coefficient of the above formula (1)). The element J (i) of the layer model 5M) is contracted (the area V is reduced). In the present embodiment, the temperature change t in the above equation (1) is restored by returning the temperature set to the filler-containing rubber model 2M to the original (that is, returning to the temperature set before the expansion model 7M expands). Is restored to its original size. Thereby, an interface layer model 5M (shown in FIG. 8) in which the expansion model 7M is contracted in the radial direction is set.

なお、マトリックスゴムモデル3Mの要素F(i)及びフィラーモデル4Mの要素G(i)には、熱膨張係数が設定されていない。このため、マトリックスゴムモデル3M及びフィラーモデル4Mは、膨張モデル7Mのように、熱膨張係数に基づいて収縮しない。また、膨張モデル7Mに隣接するモデル(本実施形態では、マトリックスゴムモデル3M及びフィラーモデル4M)は、膨張モデル7Mの収縮に応じて変形している。   Note that no coefficient of thermal expansion is set for the element F (i) of the matrix rubber model 3M and the element G (i) of the filler model 4M. For this reason, the matrix rubber model 3M and the filler model 4M do not contract based on the thermal expansion coefficient like the expansion model 7M. Further, the models adjacent to the expansion model 7M (in this embodiment, the matrix rubber model 3M and the filler model 4M) are deformed according to the contraction of the expansion model 7M.

上述したように、図7(b)に示した膨張モデル7Mの要素J(i)の大きさは、同一の温度条件(即ち、上記式(1)の同一の温度変化t)において、図7(a)に示した膨張モデル7Mを再離散化する前の要素H(i)の大きさよりも小さい。従って、膨張モデル7Mの収縮により、膨張対象モデル9M(本実施形態では、界面層モデル5M)を、図4に示した当初の要素H(i)よりも小さな要素J(i)で離散化することができる。これにより、本実施形態のフィラー配合ゴムモデル2Mは、変形シミュレーションにおいて、膨張対象モデル9M(界面層モデル5M)の物理量が精度よく計算されうる。   As described above, the size of the element J (i) of the expansion model 7M shown in FIG. 7B is the same as that in FIG. 7 under the same temperature condition (that is, the same temperature change t in the above equation (1)). The expansion model 7M shown in (a) is smaller than the size of the element H (i) before re-discretization. Accordingly, the expansion target model 9M (in this embodiment, the interface layer model 5M) is discretized with an element J (i) smaller than the original element H (i) shown in FIG. 4 by contraction of the expansion model 7M. be able to. Thereby, the physical quantity of the expansion object model 9M (interface layer model 5M) can be accurately calculated in the deformation simulation of the filler-containing rubber model 2M of the present embodiment.

本実施形態では、フィラー配合ゴム2の特性に大きな影響を及ぼす界面層5をモデル化した界面層モデル5Mのみが、膨張モデル7M(膨張対象モデル9M)として設定されている。このため、フィラー配合ゴムモデル2Mは、変形シミュレーションでの計算精度を維持しつつ、要素数の増大に起因する変形シミュレーションでの計算時間の増大を防ぐことができる。   In the present embodiment, only the interface layer model 5M that models the interface layer 5 that greatly affects the characteristics of the filler-containing rubber 2 is set as the expansion model 7M (expansion target model 9M). For this reason, the filler compounded rubber model 2M can prevent an increase in calculation time in the deformation simulation due to an increase in the number of elements while maintaining the calculation accuracy in the deformation simulation.

膨張対象モデル9M(本実施形態では、界面層モデル5M)を、小さな要素J(i)で効果的に離散化するために、膨張モデル7M(図6に示す)の大きさは、膨張対象モデル9M(図4に示す)の大きさの2〜10倍であるのが望ましい。なお、膨張モデル7Mの大きさが、膨張対象モデル9Mの大きさの2倍未満であると、小さな要素で離散化することが難しいおそれがある。逆に、膨張モデル7Mの大きさが、膨張対象モデル9Mの大きさの10倍を超えると、要素J(i)の個数が大きくなり、フィラー配合ゴムモデル2Mを用いた変形シミュレーションにおいて、計算時間が増大するおそれがある。   In order to effectively discretize the expansion target model 9M (in this embodiment, the interface layer model 5M) with small elements J (i), the size of the expansion model 7M (shown in FIG. 6) is It is preferably 2 to 10 times the size of 9M (shown in FIG. 4). If the size of the expansion model 7M is less than twice the size of the expansion target model 9M, it may be difficult to discretize with small elements. Conversely, when the size of the expansion model 7M exceeds 10 times the size of the expansion target model 9M, the number of elements J (i) increases, and the calculation time in the deformation simulation using the filler-containing rubber model 2M increases. May increase.

本実施形態では、界面層モデル5Mのみが、膨張モデル7M(膨張対象モデル9M)として設定されたが、このような態様に限定されるわけではない。例えば、マトリックスゴムモデル3Mのみ、又は、フィラーモデル4Mのみが、膨張モデル7M(膨張対象モデル9M)として設定されてもよいし、マトリックスゴムモデル3M、フィラーモデル4M及び界面層モデル5Mの全てが、膨張モデル7M(膨張対象モデル9M)として設定されてもよい。   In the present embodiment, only the interface layer model 5M is set as the expansion model 7M (expansion target model 9M), but is not limited to such an aspect. For example, only the matrix rubber model 3M or only the filler model 4M may be set as the expansion model 7M (expansion target model 9M), or all of the matrix rubber model 3M, the filler model 4M, and the interface layer model 5M are It may be set as the expansion model 7M (expansion target model 9M).

マトリックスゴムモデル3M、フィラーモデル4M及び界面層モデル5Mの全てが、膨張モデル7M(膨張対象モデル9M)として設定される場合、マトリックスゴムモデル3Mの要素F(i)、フィラーモデル4Mの要素G(i)及び界面層モデル5Mの要素H(i)には、異なる熱膨張係数(即ち、上記式(1)の熱膨張率α)がそれぞれ設定される。各熱膨張係数(即ち、熱膨張率α)は、マトリックスゴム3、フィラー4及び界面層5に基づいて設定される。従って、マトリックスゴムモデル3M、フィラーモデル4M及び界面層モデル5Mに同一の温度が設定される場合、マトリックスゴムモデル3M、フィラーモデル4M及び界面層モデル5Mの熱膨張係数に基づく膨張時の大きさがそれぞれ異なる。   When all of the matrix rubber model 3M, the filler model 4M, and the interface layer model 5M are set as the expansion model 7M (expansion target model 9M), the element F (i) of the matrix rubber model 3M and the element G of the filler model 4M ( Different thermal expansion coefficients (that is, the thermal expansion coefficient α in the above formula (1)) are set for i) and the element H (i) of the interface layer model 5M. Each thermal expansion coefficient (that is, thermal expansion coefficient α) is set based on the matrix rubber 3, the filler 4, and the interface layer 5. Therefore, when the same temperature is set in the matrix rubber model 3M, the filler model 4M, and the interface layer model 5M, the size at the time of expansion based on the thermal expansion coefficients of the matrix rubber model 3M, the filler model 4M, and the interface layer model 5M is Each is different.

発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、熱膨張係数に基づく膨張時の大きさと、フィラー配合ゴムモデル2Mを用いた変形シミュレーションでの変形量とは一定の相関があり、大きく膨張する部分ほど、変形シミュレーションでの変形量が大きくなることを知見した。   As a result of extensive research, the inventors have a certain correlation between the size at the time of expansion based on the thermal expansion coefficient and the amount of deformation in the deformation simulation using the filler-containing rubber model 2M. It has been found that the amount of deformation in the deformation simulation increases.

この実施形態の工程S6では、熱膨張係数に基づく膨張が大きい部分(即ち、変形シミュレーションでの変形量が大きい部分)ほど、小さな要素で離散化することができる。従って、この実施形態で作成されたフィラー配合ゴムモデル2Mは、変形シミュレーションでの計算精度を高めることができる。他方、熱膨張係数に基づく膨張が小さい部分(即ち、変形シミュレーションでの変形量が小さい部分)の要素の大きさは、元の大きさと略同一に維持されうる。従って、要素数の増大に起因する変形シミュレーションでの計算時間の増大を防ぐことができる。   In step S6 of this embodiment, a part with a larger expansion based on the thermal expansion coefficient (that is, a part with a larger deformation amount in the deformation simulation) can be discretized with smaller elements. Therefore, the filler compounded rubber model 2M created in this embodiment can improve the calculation accuracy in the deformation simulation. On the other hand, the size of the element of the portion where the expansion based on the thermal expansion coefficient is small (that is, the portion where the deformation amount in the deformation simulation is small) can be maintained substantially the same as the original size. Therefore, it is possible to prevent an increase in calculation time in the deformation simulation due to an increase in the number of elements.

これまでの実施形態では、フィラー配合ゴムモデル2M(即ち、マトリックスゴムモデル3M、フィラーモデル4M及び界面層モデル5M)がX方向及びY方向の二次元の座標系に従って作成された二次元モデルとして定義されるものが例示されたが、このような態様に限定されるわけではない。フィラー配合ゴムモデル2Mは、X方向、Y方向及びZ方向の三次元の座標系に従って作成された三次元モデル(図示省略)として定義されてもよい。この場合、各要素F(i)、G(i)及びH(i)は、ソリッド要素として定義され、上記式(1)熱膨張率αとして、体積膨張率が設定されるのが望ましい。   In the embodiments so far, the filler-containing rubber model 2M (that is, the matrix rubber model 3M, the filler model 4M, and the interface layer model 5M) is defined as a two-dimensional model created according to a two-dimensional coordinate system in the X direction and the Y direction. However, the present invention is not limited to such an embodiment. The filler-containing rubber model 2M may be defined as a three-dimensional model (not shown) created according to a three-dimensional coordinate system in the X direction, the Y direction, and the Z direction. In this case, each of the elements F (i), G (i), and H (i) is preferably defined as a solid element, and the volume expansion coefficient is desirably set as the above-described equation (1) thermal expansion coefficient α.

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.

図3に示した手順に従って、フィラー配合ゴム(図2に示す)をモデル化したフィラー配合ゴムモデル(図8に示す)が定義された(実施例1、実施例2)。   According to the procedure shown in FIG. 3, a filler-containing rubber model (shown in FIG. 8) obtained by modeling a filler-containing rubber (shown in FIG. 2) was defined (Example 1, Example 2).

実施例1では、界面層モデルのみが膨張モデルとして設定された。実施例2では、マトリックスゴムモデル、フィラーモデル及び界面層モデルが、膨張モデルとして設定された。実施例1及び実施例2の各膨張モデルは、熱膨張係数に基づいて膨張された。実施例1及び実施例2の各膨張モデルは、有限個の要素によって再離散化された。そして、再離散化された実施例1及び実施例2の各膨張モデルが、元の大きさに収縮されることにより、各膨張モデルを構成していた要素が縮小された。   In Example 1, only the interface layer model was set as the expansion model. In Example 2, the matrix rubber model, the filler model, and the interface layer model were set as the expansion model. Each expansion model of Example 1 and Example 2 was expanded based on a thermal expansion coefficient. Each expansion model of Example 1 and Example 2 was re-discretized by a finite number of elements. And the elements which comprised each expansion model were shrunk | reduced by contracting each expansion model of Example 1 and Example 2 re-discretized to the original magnitude | size.

また、比較として、膨張モデルを設定することなく、マトリックスゴムモデル、フィラーモデル及び界面層モデルを含むフィラー配合ゴムモデル(図4に示す)が設定された。   For comparison, a filler-containing rubber model (shown in FIG. 4) including a matrix rubber model, a filler model, and an interface layer model was set without setting an expansion model.

そして、シミュレーションソフト(例えば、LS-DYNA)を用いて、実施例1、実施例2及び比較例のフィラー配合ゴムモデルの変形計算(Y軸方向に4%伸張)が実施された。さらに、フィラー配合ゴム(図2に示す)を変形させる実験(Y軸方向に4%伸張)についても、同様に実施された(実験例)。   Then, using the simulation software (for example, LS-DYNA), deformation calculation (extension of 4% in the Y-axis direction) of the filler-containing rubber models of Example 1, Example 2, and Comparative Example was performed. Further, an experiment for deforming the filler-blended rubber (shown in FIG. 2) (4% extension in the Y-axis direction) was similarly performed (experiment example).

テストの結果、実施例1及び実施例2の変形後のフィラー配合ゴムモデルは、比較例の変形後のフィラー配合ゴムモデルに比べて、実験例のフィラー配合ゴムの変形形状に近似させることができた。これは、実施例1及び実施例2が、フィラー配合ゴム2の特性に大きな影響を及ぼす界面層を、小さな要素でモデル化(離散化)できたことによるものと考えられる。   As a result of the test, the filler compounded rubber model after deformation of Example 1 and Example 2 can be approximated to the deformed shape of the filler compounded rubber of the experimental example compared to the filler compounded rubber model after deformation of the comparative example. It was. This is presumably because Example 1 and Example 2 were able to model (discretize) the interface layer that greatly affects the properties of the filler-containing rubber 2 with small elements.

また、実施例1は、界面層モデルのみが小さな要素で離散化されるため、マトリックスゴムモデル、フィラーモデル及び界面層モデルを小さな要素で離散化した実施例2に比べて、変形計算に要する時間を25%削減できた。   Further, in Example 1, since only the interface layer model is discretized with small elements, the time required for deformation calculation is larger than that in Example 2 in which the matrix rubber model, the filler model, and the interface layer model are discretized with small elements. Was reduced by 25%.

S5 膨張モデルを設定する工程
S6 膨張モデルを再離散化する工程
S7 膨張モデルを構成していた要素を縮小する工程
S5 Step of setting an expansion model S6 Step of re-discretizing the expansion model S7 Step of reducing elements constituting the expansion model

Claims (3)

マトリックスゴムと、前記マトリックスゴム中に配置されたフィラーと、前記フィラーを取り囲む少なくとも1層の界面層とを含む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、
前記マトリックスゴムを、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設定する工程、
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設定する工程、
前記界面層を、有限個の要素を用いて離散化した界面層モデルを設定する工程、
前記マトリックスゴムモデル、前記フィラーモデル、又は、前記界面層モデルの少なくとも一つを膨張させた膨張モデルを設定する工程、
前記膨張モデルを、有限個の要素を用いて再離散化する工程、及び
再離散化された前記膨張モデルを元の大きさに収縮させることにより、前記膨張モデルを構成していた前記要素を縮小する工程を含むことを特徴とするフィラー配合ゴムモデルの作成方法。
A method for creating, using a computer, a finite element model of a filler-containing rubber including a matrix rubber, a filler disposed in the matrix rubber, and at least one interface layer surrounding the filler,
Setting a matrix rubber model obtained by discretizing the matrix rubber using a finite number of elements;
Setting a filler model obtained by discretizing the filler using a finite number of elements;
Setting an interface layer model in which the interface layer is discretized using a finite number of elements;
Setting an expansion model obtained by expanding at least one of the matrix rubber model, the filler model, or the interface layer model;
The step of re-discretizing the expansion model using a finite number of elements, and shrinking the re-discretized expansion model to the original size, thereby reducing the elements constituting the expansion model A method for creating a filler-containing rubber model, comprising a step of:
前記膨張モデルとして設定される前記マトリックスゴムモデルの前記要素、前記フィラーモデルの前記要素、又は、前記界面層モデルの前記要素に、熱膨張係数を定義する工程をさらに含み、
前記膨張モデルを設定する工程は、前記熱膨張係数が定義された前記マトリックスゴムモデルの前記要素、前記フィラーモデルの前記要素、又は、前記界面層モデルの前記要素を、前記熱膨張係数に基づいて膨張させ、
前記膨張モデルを収縮する工程は、前記熱膨張係数に基づいて、前記膨張モデルの前記要素を収縮させる請求項1記載のフィラー配合ゴムモデルの作成方法。
Further comprising defining a thermal expansion coefficient for the element of the matrix rubber model set as the expansion model, the element of the filler model, or the element of the interface layer model,
The step of setting the expansion model is based on the coefficient of thermal expansion of the element of the matrix rubber model in which the coefficient of thermal expansion is defined, the element of the filler model, or the element of the interface layer model. Inflated,
The method of creating a filler-blended rubber model according to claim 1, wherein the step of contracting the expansion model contracts the element of the expansion model based on the thermal expansion coefficient.
前記膨張モデルは、前記界面層モデルのみが設定される請求項1又は2記載のフィラー配合ゴムモデルの作成方法。   The method for creating a filler-containing rubber model according to claim 1, wherein only the interface layer model is set as the expansion model.
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