非对称有主沟轮胎外轮廓快速提取方法与流程

本发明涉及轮胎断面轮廓设计领域，属于轮胎有限元模型后处理，详细地讲是一种非对称有主沟轮胎外轮廓快速提取方法。

背景技术：

1、众所周知，轮胎断面轮廓设计是轮胎研发过程中的重要环节，迄今为止，出现了多种轮胎轮廓设计理论，而这些理论，都需要给出轮胎轮廓设计的主要参数。如：断面宽，外直径，沟深和行驶面宽度等。国内大多数轮胎结构工程师根据经验，通过对竞品轮胎轮廓测量，或者将经典轮廓进行组合以改变参数来设计。

2、轮胎在硫化前后，各个部件由于受热流动作用，使得他们在断面上的位置(厚度)也会发生一些变化，这些变化对接地印痕，磨耗，耐久，操控以及轮廓的优化设计都能带来巨大的影响。因此，必须对基于设计断面做成的有限元模型进行仿真分析，得到轮胎仿真充气外轮廓，从而对轮胎断面设计进行反馈指导。

3、或者直接对成品轮胎断面进行切割测量，这种方式周期过长，测量误差大，费时费力，对轮胎断面轮廓难以做到数字化重构，对设计反馈作用不明显。因此，为了缩短研发周期，开发出一种能够自动、快速、准确地得到轮胎断面外轮廓的方法具有重要意义。

4、绘制轮胎断面外轮廓时，通常依据节点间最小距离的方法确定与当前节点相连接的下一节点，但是碰到图4的情形时，和节点5距离最近的是节点8而不是节点6，此时直接连接节点5和8会出错；

5、有研究人员使用射线旋转扫描外轮廓取点的方法绘制轮胎断面外轮廓，即中国申请号202110614390.1专利中所述的方法，但是碰到图5的情形时，和射线距离最近的是节点6而不是节点5，此时直接连接节点4和6会出错。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种非对称有主沟轮胎外轮廓快速提取方法，通过算法实现对轮胎有限元模型上任意节点所在断面上节点信息和单元信息的提取，并自动绘制该断面外轮廓曲线。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种非对称有主沟轮胎外轮廓快速提取方法，其特征在于，方法包括以下步骤：

3、(1)提取轮胎三维有限元模型任意节点所在断面上的所有节点编号以及节点对应的体单元编号，将断面绕y轴旋转到xoy面上，然后舍去一层体单元；

4、(2)从断面体单元集中找到断面外轮廓边，并保存至断面边界集中；

5、(3)确定上半外轮廓的起始点和终止点，基于断面边界集找到每个边界节点相邻的两个节点；

6、(4)按照相邻节点的顺序依次在两点间连接直线，绘制出轮胎断面上半外轮廓线；

7、(5)确定下半外轮廓的终止点，基于断面边界集找到每个边界节点相邻的两个节点；

8、(6)按照相邻节点的顺序依次在两点间连接直线，绘制出轮胎断面下半外轮廓线；

9、(7)合并上半外轮廓及下半外轮廓线；

10、(8)判断绘制出的轮胎断面外轮廓是否满足要求，若缺失外轮廓最后一节点，则需手动补上，至此绘制出轮胎断面完整的外轮廓线。

11、所述的步骤(1)中，

12、(1.1)假设轮胎三维有限元模型的坐标系中心点o坐标为(0,0,0)，任意指定轮胎有限元模型上任意节点a作为参考点，其坐标为(x0，y0，z0)，提取与节点a在同一断面上的所有节点编号，并保存至断面节点集中；

13、(1.2)将断面节点集中的节点绕y轴旋转至xoy面中；

14、(1.3)遍历断面节点集，提取断面上节点所属的两层体单元编号，去除重复体单元编号，舍掉一层体单元后，保存至断面体单元集中。

15、所述的步骤(1.1)中将轮胎有限元模型上的剩余节点x(x,y,z)与o点形成的向量依次与向量和y轴作混合积，若说明节点x与节点a属于同一断面。

16、所述的步骤(1.2)中假设旋转前节点坐标为(x,y,z)，则旋转后节点坐标为即xoy面内的点

17、所述的步骤(1.3)中由于断面处于xoy面上，所以两层体单元所含节点的z值异号。遍历断面体单元集，删掉包含节点z值大于0的体单元即可得到剩下一层体单元。

18、所述的步骤(2)中体单元的前一半节点即为断面面单元的节点，遍历体单元，就能找到断面上体单元各条边被共享的次数，其中被体单元共享次数为1次的是边界边。

19、所述的步骤(3)中采用分半绘制外轮廓的方法，这里先绘制y值大于0部分的外轮廓。首先确定上半外轮廓的起始点和终止点，其中，取y值最小节点即胎面中心线处的点作为起始点，取x值最小的点即胎趾端点作为终止点，除这两点只有一个相邻节点外，其余点都有两个相邻节点。从起始点出发，遍历断面边界集就能找到与各个边界节点相邻的点。

20、所述的步骤(4)中从起始点出发，判断当前节点的两个相邻节点是否出现在已连接的线内，选择连接没出现的相邻节点，就可以保持依次连接到上半外轮廓的终止点。

21、所述的步骤(5)中对于y值小于0部分的外轮廓，下半轮廓的起始点和上半轮廓的起始点是同一个点，取x值最小的点即胎趾端点作为终止点，其余操作和上半轮廓一致。

22、所述的步骤(7)中对于胎趾端点不是位于x值最小的位置，需手动添加缺失节点。

23、本发明的有益效果是，弥补绘制胎面沟底时节点连接错位，通过算法实现对轮胎有限元模型上任意节点所在断面上节点信息和单元信息的提取，利用外轮廓节点信息和外围单元信息的方法快速绘制外轮廓，大大降低了胎面沟底节点连接时的错误率，从而提高了绘制轮胎外轮廓的准确性以及轮胎性能仿真精度。

技术特征：

1.一种非对称有主沟轮胎外轮廓快速提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述非对称有主沟轮胎外轮廓快速提取方法，其特征在于所述的步骤(1)中，

3.根据权利要求2所述非对称有主沟轮胎外轮廓快速提取方法，其特征在于所述的步骤(1.1)中将轮胎有限元模型上的剩余节点x(x,y,z)与o点形成的向量依次与向量和y轴作混合积，若说明节点x与节点a属于同一断面。

4.根据权利要求2所述非对称有主沟轮胎外轮廓快速提取方法，其特征在于所述的步骤(1.2)中假设旋转前节点坐标为(x,y,z)，则旋转后节点坐标为即xoy面内的点

5.根据权利要求2所述非对称有主沟轮胎外轮廓快速提取方法，其特征在于所述的步骤(1.3)中由于断面处于xoy面上，所以两层体单元所含节点的z值异号。遍历断面体单元集，删掉包含节点z值大于0的体单元即可得到剩下一层体单元。

6.根据权利要求1所述非对称有主沟轮胎外轮廓快速提取方法，其特征在于所述的步骤(2)中体单元的前一半节点即为断面面单元的节点，遍历体单元，就能找到断面上体单元各条边被共享的次数，其中被体单元共享次数为1次的是边界边。

7.根据权利要求1所述非对称有主沟轮胎外轮廓快速提取方法，其特征在于所述的步骤(3)中采用分半绘制外轮廓的方法，这里先绘制y值大于0部分的外轮廓。首先确定上半外轮廓的起始点和终止点，其中，取y值最小节点即胎面中心线处的点作为起始点，取x值最小的点即胎趾端点作为终止点，除这两点只有一个相邻节点外，其余点都有两个相邻节点。从起始点出发，遍历断面边界集就能找到与各个边界节点相邻的点。

8.根据权利要求1所述非对称有主沟轮胎外轮廓快速提取方法，其特征在于所述的步骤(4)中从起始点出发，判断当前节点的两个相邻节点是否出现在已连接的线内，选择连接没出现的相邻节点，就可以保持依次连接到上半外轮廓的终止点。

9.根据权利要求1所述非对称有主沟轮胎外轮廓快速提取方法，其特征在于所述的步骤(5)中对于y值小于0部分的外轮廓，下半轮廓的起始点和上半轮廓的起始点是同一个点，取x值最小的点即胎趾端点作为终止点，其余操作和上半轮廓一致。

10.根据权利要求1所述非对称有主沟轮胎外轮廓快速提取方法，其特征在于所述的步骤(7)中对于胎趾端点不是位于x值最小的位置，需手动添加缺失节点。

技术总结
本发明涉及一种非对称有主沟轮胎外轮廓快速提取方法，属于轮胎断面轮廓设计领域。提取轮胎三维有限元模型任意节点所在断面上的所有节点编号以及节点对应的体单元编号；从断面体单元集中找到断面外轮廓边；确定上半外轮廓的起始点和终止点，基于断面边界集找到每个边界节点相邻的两个节点；按照相邻节点的顺序依次在两点间连接直线，绘制出轮胎断面上半外轮廓线；确定下半外轮廓的终止点，基于断面边界集找到每个边界节点相邻的两个节点；按照相邻节点的顺序依次在两点间连接直线，绘制出轮胎断面下半外轮廓线；合并上下半外轮廓线；判断绘制出的轮胎断面外轮廓是否满足要求，若缺失外轮廓最后一节点，则需手动补上，绘制出轮胎断面完整的外轮廓线。

技术研发人员：姜正隆,李宁
受保护的技术使用者：三角轮胎股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13