CN103246793B - 一种基于abaqus分析结果绘制轮胎接地云图的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于ABAQSU分析结果绘制轮胎接地云图的方法。本发明采用计算机编程语言Python实现对数据的提取及云图的绘制，采用字典存储数据信息。在字典中存在一系列唯一的对应关系，如在字典{A:a,B:b}中，A和B分别仅对应a和b。本发明不仅仅适用于轮胎的接地区域的云图分布，在满足三维建模的条件下并保证输出数据的方法正确下，适用于其它行业中对于接地性能的分析。同时其采用的数据源文件通常都在10M以下，解决了ABAQUS结果ODB文件很大导致的数据不利转移以及高版本与低版本不兼容的不利因素，极大的方便了在不同用户及不同平台之间进行数据的转移和分析，摆脱了对ABAQUS的依赖。

Description

一种基于ABAQUS分析结果绘制轮胎接地云图的方法

技术领域

本发明涉及一种轮胎接地云图的生成方法，可用于轮胎使用有限元分析软件ABAQUS进行动力学和静力学接地分析得到的结果的二次开发中，用以满足用户对于轮胎接地区域分析的要求。

背景技术

车辆的承载、导向、加速、驱动和制动以及行驶等性能主要通过轮胎与路面之间的相互作用来实现，因此轮胎与路面之间的接触问题成为轮胎设计过程中必须考虑的因素，对轮胎的安全、高速、节能、环保等性能提出了更高的要求，轮胎接地区域表现的好坏直接影响着汽车操纵稳定性、安全性、制动性、舒适性及燃油经济性等，同时轮胎的接地压力对路面的破坏也存在影响。轮胎接地区域的形状、接地压力以及滑移率分布特征直接决定了轮胎的使用性能，因此研究轮胎的接地问题，尤其是分析接地区的压力分布显得尤为重要。

传统上在对于轮胎使用商业有限元分析软件ABAQUS进行力学分析时，通常生成的结果ODB文件都在几个G以上，若轮胎花纹结构更加复杂，其分析结果文件甚至在10G以上。如此庞大的文件以及ABAQUS低版本不能打开高版本结果文件的相互作用在很大程度上的限制了数据的转移，不利于在不同用户及平台之间进行接地数据的分析。而ABAQUS的结果输出DAT文件，只包含了接触位置节点的编号、几何信息及分析数据，因此文件内容较小且通常情况下不足10M，并且文件作为纯文本文件在进行压缩之后不足其原始文件的五分之一。因此，若采用此输出文件作为数据来源文件，可方便地在不同用户和平台之间实现数据的转移和分析。因而有必要发明一种新的以此输出结果文件作为数据来源文件的方法来实现对轮胎接地区域云图的绘制。

发明内容

本发明提供了一种基于ABAQUS分析结果DAT文件进行轮胎接地区域云图绘制的方法，适合采用计算机编程的方式实现对轮胎接地区域不同性能参数云图的绘制。

本发明的前提条件：本发明所使用ABAQUS三维计算模型文件是由二维平面模型文件沿一系列度数周向旋转生成，在ABAQUS中使用的关键字为“*SYMMETRICMODELGENERATION，REVOLVE”。定义二维平面每旋转一次新生成的平面为一个断面，则新生成的三维单元介于两个断面之间，并且同一二维节点在相邻断面间存在一个步长增量。为保证最终生成的DAT文件中包含接地区域所有节点的编号、几何信息以及相关的性能数据，因而在模型文件中必须加入包含输出节点坐标和输出接地区域的参数的关键字“*CONTACTPRINT”。以接地压力为例，其中在ABAQUS所定义的输出参数分别为“COORD”（坐标）和“CSTRESS”（接地压力），为保证结果文件中仅输出最后一个分析步的数据信息，必须设置输出频率为一个大值，例如FREQ=500。

本发明采用计算机编程语言Python实现对数据的提取及云图的绘制，采用字典存储数据信息。在字典中存在一系列唯一的对应关系，如在字典{A:a,B:b}中，A和B分别仅对应a和b。本发明提供的轮胎接地云图生成方法包括以下步骤：

获取接地区域的节点编号、相应的性能数据和坐标信息：读取文本文件DAT，采用关键字查找的方式，其关键字为“CONTACTOUTPUTFOR”；通过比对得到的主从面，判断是否为包含有接地区域性能参数的数据模块，提取所有接地节点的编号和相对应的需要进行云图显示的数据信息，将所有数据信息放入一个字典VD中，对应关系为{节点编号：性能数据}；ABAQUS输出结果中，以(COOR1,COOR2,COOR3)分别对应(X,Y,Z)；由于轮胎在接地时其接地区域的所有节点都认为在同一个Z平面，因而在进行分析时忽略Z轴的影响；同时为保持轮胎前进方向与用户习惯一致，将得到的X,Y坐标进行互换，将其放一个坐标字典PD中，其中的对应关系为{节点编号：(Y,X)}。

提取节点增量信息并划分等值线临界值：轮胎进行分析的三维实体模型是通过对二维平面图形每隔一定度数旋转生成的，其每旋转一次的节点增量通过比对节点关系得到，将其定义为A；将所有节点编号分别除以A，得到相应的商和余数，并将所有得到的商（即为旋转时相对应的断面数）相同的节点放置在一起形成字典ID，其对应关系为{断面数：具有相同断面的节点按由小及大排列顺序形成的列表}。将由字典VD得到的最大和最小接地压力数据平均分成12个区间，得到各区间的临界值，并采用RGB颜色体系，计算各区间的颜色，将其放置于字典CD中，其对应关系为{临界值：颜色}。

边缘节点坐标及数据修整：由于ABAQUS在输出节点数据时的规则为只有节点有数据时才会输出，因此在考虑接地的最小断面和最大断面时，边缘处会出现当前断面有数据但前一断面或后一断面无数据的情况，在此种情况采用线性插值的方法对其插值；以最小断面处进行线性插值为例，插值数据来源为当前最小断面以及后一断面的数据，得到最小断面前一假定断面（并非真实的前一断面，而是假定的输出数据为0的断面）相应节点数据值为0时的坐标信息，其所对应的节点编号为最小断面的当前节点减去节点编号间隔A，并将新生成的节点坐标及数据信息添加到字典PD、ID以及VD中。

单元及边数据字典生成：按字典ID中断面数由小及大的顺序，在两个相邻的断面之间生成四边形单元，初始单元编号为1并按单元生成的顺序依次增加；单元中节点的排列顺序为逆时针，假定当前节点为N1，当前断面的当前节点的下一节点为N2，则形成的节点列表为：[N2,N1,N1+A,N2+A]；将形成的四条边和其对应的节点数据加入一个新的字典BVD中，其中的对应关系为{边的两个节点：两个节点的数据列表}。

绘制临界值的等值线：从所有的临界值中选取未绘制等值线的临界值作为当前值，将当前值位于单元的最大值与最小值之间的所有单元挑选出来形成一个单元集合ES；任选一个单元作为起始单元，并能通过BVD中的对应关系找到两条边使其满足临界值位于其的节点数据的条件，任意选取一条边B1作为起始边，通过字典PD对应关系和值与坐标之间的关系，采用线性插值的方式获取临界值所处的坐标，作为当前等值线的起始节点，再选择另一条边B2，采用同一个方式获取另一个节点，并将等值线连接到此节点，并将此单元从单元集合ES中删除；在排除当前单元后通过边与单元的对应关系，获取除去当前单元外的另一单元；若此单元位于ES中，则从此单元中排除边B2后得到另一边满足临界值的条件，继续循环；若此单元不位于ES中，说明此等值线包含多个闭合曲线图形，应当闭合当前曲线，再从ES中任选一个单元作为新的起始单元，生成另一闭合等值曲线；如此循环直到单元集合ES为空集时，将此曲线闭合。

绘制所有临界值的等值线并生成轮廓曲线：不断重复上一步直至生成所有临界值的等值线；将字典ID中的最大断面和最小断面节点以及各断面上的最小节点和最大节点按照顺时针的方向生成一个闭合曲线作为轮廓曲线；具体的操作为，选取最小断面的最小节点作为起始节点，按节点大小顺序依次连接最小断面上的剩余节点，完成之后再按断面由小及大的顺序依次连接断面上的最大节点；当断面为最大断面时，按照节点由大及小的顺序依次连接此断面上的所有节点，然后再按照断面顺序由大及小的顺序连接断面的最小节点，最终形成一条闭合曲线。

填充颜色，绘制云图：在相邻的等值线形成的闭合曲线存在包含关系，则在形成的环状图形中按字典CD填充相应的颜色；若不存在包含关系，则在此等值闭合曲线形成的图形中填充相应的颜色，最终形成轮胎的接地云图。

本发明不仅仅适用于轮胎的接地区域的云图分布，在满足三维建模的条件下并保证输出数据的方法正确下，可适用于其它行业中对于接地性能的分析。同时其采用的数据源文件通常都在10M以下，在进行适当的压缩后能减小到原有的五分之一，解决了ABAQUS结果ODB文件很大（通常为几个G）导致的数据不利转移以及高版本与低版本不兼容的不利因素，极大的方便了在不同用户及不同平台之间进行数据的转移和分析，摆脱了对ABAQUS的依赖，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是轮胎小断面区域未向外插值网格图；

图2是轮胎小断面区域向外插值网格图；

图3是轮胎小断面区域轮廓及等值线图；

图4是一个轮胎接地完整云图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

实施例

本实施例以轮胎的接地反力作为输出数据，在满足三维轮胎由二维断面进行旋转生成的建模基础上，将最后分析步的与轮胎、与地面接触的所有节点的坐标信息和接地反力（CPRESS）输出来DAT文件中。下面结合附图以轮胎接地区域最小断面上部分区域为例作进一步说明接地性能的云图绘制过程。

首先获取接地区域的节点编号、相应的性能数据和坐标信息。读取结果文本文件DAT，采用关键字查找的方式，其关键字为“CONTACTOUTPUTFOR”，通过与分析模型所设定的接地接触主从面的名称进行比对，找到含有接地性能参数的模块。读取相关输出信息进行数据整理，根据接地压力在ABAQUS分析输出中的代码名称CPRESS提取出各接地节点的对应的接地压力数据并放置于数据字典VD中，得到VD为{51714:0.1409,51723:0.1353,1732:0.1261,51741:0.1148,…,54714:0.5268,54723:0.5217,54732:0.5138,54741:0.5037,…}。根据(X,Y,Z)坐标在ABAQUS分析输出中的代码名称(COOR1,COOR2,COOR3)，在忽略了Z轴的影响后，提取相关接地节点的坐标信息并放置于坐标字典PD中。同时为体现出接地方向与轮胎前进的方向一致，对节点坐标进行调整，将(X,Y)进行位置互换得到新的坐标(Y,X)，得到PD={51714:(-25.88,191.6),51723:(-17.26,191.6),51732:(-8.64,191.6),51741:(0.17,191.6,),…,54714:(-26.00,172.8,),54723:(-17.35,172.8),54732:(-8.71,172.8),54741:(0.13,172.8),…}。

提取节点增量信息并划分等值线临界值。由于三维模型的生成是由二维平面模型按一系列角度旋转后生成的，因此节点编号由原始二维节点编号加上相应的节点增量乘以旋转的次数生成的，即当前节点编号=原始节点编号*旋转次数。在本实施例中，通过对比得到的接地节点编号数值之间的关系，得到节点的增量A=3000。将VD中所有的节点编号除以节点增量，得到的商便是对应的断面数（即第几次旋转），得到的余数为相应的在二维平面中对应的节点编号。将具有相同商的放在一起形成字典ID并保证其中的节点按由小及大的顺序进行排列，ID={17:[…,714,723,732,741,…],18:[…,714,723,732,741,…]}。通过字典VD，能得到最大的接地压力值为1.2722，最小接地压力值为0。在最大值和最小值之间按12段进行划分，得到各个临界接地压力值列表为[1.2722,1.1585,1.0447,0.9310,0.8172,0.7034,.5897,0.4760,0.3622,0.2484,0.1346,0.0]。采用RGB颜色体系，和彩虹色系列，按12段进行划分，得到各临界值所对应的颜色，并存储于字典CD中。

边缘节点坐标及数据修整。如图1所示为未进行插值时的单元网格情况。在最小断面上按线性插值的方法对节点的坐标进行修整，采用线性插值的方法。其中最小断面的编号为17，则其后一断面编号为18，故待插值断面编号为16。以当前节点编号51714为例，其所对应的接地压力为0.1409，由后一断面对应的节点编号54714所对应的接地压力为0.5268，所需要进行计算坐标的节点编号为51714-3000=48714，其相应的接地压力为0。先计算比例系数delta=0.1409/(0.5268-0.1409)=0.3651，由于X轴坐标基本不发生变化，可忽略其影响，进而只需要求解外插值点的Y坐标即可。其中51714节点和54714节点分别对应的Y坐标为191.6和172.8，因此Y=191.6+delta*(191.6-172.8)=198.46，则相应的节点48714的坐标为(25.88,198.46)。由此得到所有待插值节点的坐标，将其加入字典PD和断面字典ID中。

单元及边数据字典生成。单元的生成方法通过字典ID将相邻断面在二维平面上相邻两个节点按逆时针进行排列形成。按断面编号由小到大及单个断面节点由小到大的顺序，单元编号由1开始生成所有单元。得到如图2所示的插值完成之后的单元网格图，单元与节点列表的对应关系为：{…,31:[51732,51714,54714,54723],32:[51732,51723,54723,54732],33:[51741,51732,54732,54741],…}。同时生成边节点与接地压力对应的边--数据字典BVD，本实施例中对应的BVD={(54714,51714):(0.5268,0.1409),(54723,51723):(0.5217,0.1353),…}。

绘制临界值的等值线。以绘制接地压力为0.3622的临界值为例，首先生成临界值位于单元接地压力的最大值与最小值之间的单元集合ES=[…,31,32,33,…]。任选一个单元作为起始单元，在本例中选择单元31作为起始单元，根据边与数据之间的对应关系字典BVD可知，在此单元中有两条边的数据使临界值介于之间，分别为边(54714,51714)和边(54723,51723)。任选一边作为起始边B1，本实施例中选择边(54714,51714)为起始边，对应的数据值为(0.5268,0.1409)。通过计算临界值位于此边对应的数据中所处的位置percent=(0.5268-0.3622)/(0.5268-0.1409)=0.4265，进而得到位于此边连线中的位置X=-26.00+(+26.00-25.88)*percent=-26.95，Y=172.8+(191.6-172.8)*percent=180.82，此点(-26.95,180.82)便是此等值线的起点。再选择另一边(54723,51723)作为B2，采用同样的方式得到此等值线的下一节点，并将其连接起来，同时在ES中删除单元31。而此时边B2同时属于单元32，在此单元又有边(54732,51732)满足临界值的条件，并继续循环下去，只到ES为空集为止。

生成所有等值线和轮廓曲线。采用上一步的计算方式，生成所有的等值线。生成轮廓曲线具体的操作为，选取最小断面的最小节点作为起始节点，按节点大小顺序依次连接最小断面上的剩余节点，完成之后再按断面由小及大的顺序依次连接断面上的最大节点。当断面为最大断面时，按照节点由大及小的顺序依次连接此断面上的所有节点，然后再按照断面顺序由大及小的顺序连接断面的最小节点，最终形成一条闭合曲线。最终生成的最小断面区域的等值线和轮廓曲线如图3所示，整个轮胎接地区域的等值线和轮廓曲线如图4所示。

填充颜色，生成云图。若在相邻的两条等值线形成的闭合曲线存在包含关系，则在形成的环状图形中按字典CD填充相应的颜色；若不存在包含关系，则在此等值闭合曲线形成的图形中填充相应的颜色。

Claims (1)

1.一种基于ABAQUS分析结果绘制轮胎接地云图的方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取接地区域的节点编号、相应的性能数据和坐标信息：读取文本文件DAT，采用关键字查找的方式，其关键字为CONTACTOUTPUTFOR；通过比对得到的主从面，判断是否为包含有接地区域性能参数的数据模块，提取所有接地节点的编号和相对应的需要进行云图显示的数据信息，将所有数据信息放入一个字典VD中，对应关系为{节点编号：性能数据}；ABAQUS输出结果文件中，以（COOR1,COOR2,COOR3）分别对应（X,Y,Z）；由于轮胎在接地时其接地区域的所有节点都认为在同一个Z平面，因此在分析时忽略Z轴的影响；同时为保持轮胎前进方向与用户习惯一致，将得到的（X,Y）坐标进行互换，将其放一个坐标字典PD中，其中的对应关系为{节点编号：（Y,X）}；

提取节点增量信息并划分等值线临界值：轮胎进行分析的三维实体模型是通过对二维平面图形每隔一定度数旋转生成的，其每旋转一次的节点增量通过比对节点关系得到，将其定义为A；将所有节点编号分别除以A，得到相应的商和余数，并将所有得到的商相同的节点放置在一起形成字典ID，将由字典VD中得到的最大和最小数据平均分成12个区间，得到各区间的临界值，并采用RGB颜色体系，计算各区间的颜色，将其放置于字典CD中，其对应关系为{临界值：颜色}；

边缘节点坐标及数据修整：由于ABAQUS在输出节点数据时的规则为只有节点有数据时才会输出，因此在考虑接地的最小断面和最大断面时，边缘处会出现当前断面有数据但前一断面或后一断面无数据的情况，在此种情况采用线性插值的方法对其插值；当最小断面处进行线性插值时，插值数据来源为当前最小断面以及后一断面的数据，得到最小断面前一假定断面上相应节点数据值为0时的坐标信息，其所对应的节点编号为最小断面的当前节点减去节点编号间隔A，并将新生成的节点坐标及数据信息添加到字典PD、ID以及VD中；

单元及边数据字典生成：按字典ID中断面数由小及大的顺序，在两个相邻的断面之间生成四边形单元，初始单元编号为1并按单元生成的顺序依次增加；单元中节点的排列顺序为逆时针，设定当前节点为N1，当前断面的当前节点的下一节点为N2，形成的节点列表为：[N2,N1,N1+A,N2+A]；将形成的四条边和其对应的节点数据加入一个新的字典BVD中，其中的对应关系为{边的两个节点：两个节点的数据列表}；

绘制临界值的等值线：从所有的临界值中选取未绘制等值线的临界值作为当前值，将当前值位于单元的最大值与最小值之间的所有单元挑选出来形成一个单元集合ES；任选一个单元作为起始单元，并能通过BVD中的对应关系找到两条边使其满足临界值位于其的节点数据的条件，任意选取一条边B1作为起始边，通过字典PD对应关系和值与坐标之间的关系，采用线性插值的方式获取临界值所处的坐标，作为当前等值线的起始节点，再选择另一条边B2，采用同一个方式获取另一个节点，并将等值线连接到此节点，并将此单元从单元集合ES中删除；在排除当前单元后通过边与单元的对应关系，获取到除去当前单元外的另一单元；此时需要对此单元进行判断，若此单元位于ES中，则排除边B2后得到另一边满足临界值的条件，继续循环；反之，说明此等值线包含多个闭合曲线图形，则闭合当前曲线，再从ES中任选一个单元作为新的起始单元，生成另一个闭合等值曲线；如此循环直到单元集合ES为空集时，将此曲线闭合；

绘制所有临界值的等值线并生成轮廓曲线：不断重复上一步直至生成所有临界值的等值线；将字典ID中的最大断面和最小断面节点以及各断面上的最小节点和最大节点按照顺时针的方向生成一个闭合曲线作为轮廓曲线；具体的操作为，选取最小断面的最小节点作为起始节点，按节点大小顺序依次连接最小断面上的剩余节点，完成之后再按断面由小及大的顺序依次连接断面上的最大节点；当断面为最大断面时，按照节点由大及小的顺序依次连接此断面上的所有节点，然后再按照断面顺序由大及小的顺序连接断面的最小节点，最终形成一条闭合曲线；

填充颜色，绘制云图：在相邻的等值线形成的闭合曲线存在包含关系，则在形成的环状图形中按字典CD填充相应的颜色；若不存在包含关系，则在此等值闭合曲线形成的图形中填充相应的颜色，最终形成轮胎的接地云图。