CN108287975B - 一种轮胎有限元二维网格划分的快速实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种轮胎有限元二维网格划分的快速实现方法，包括：整理轮胎的结构设计图，并绘制轮胎材料分布图；添加辅助线，并生成内外轮廓的绘图交换文件和分割线的绘图交换文件；生成胎体增强材料层的绘图交换文件；导出文件名为NWLK、FGX、PLIES、TQBB的绘图交换文件，并以此作为输入文件，导入UG NX中进行快速二维网格划分。利用本发明方法，能将以前需要进行数小时乃至1天左右的工作时间缩短到0.5小时左右，能够大幅度提高工作效率、降低操作的难度和劳动量。本发明不仅可用在轮胎工业中，还可以用于橡胶工业的其他产品，如密封圈、胶管胶带及胶鞋类产品等其它适合采用AutoCAD进行图形处理，并需要运用有限元分析方法进行仿真分析的场合。
Description
技术领域
本发明涉及有限元分析和轮胎分析技术领域，具体的说是一种轮胎有限元二维网格划分的快速实现方法。
背景技术
轮胎是汽车和飞机等类交通工具中的必不可少的重要组成部分，并对它们的性能造成重要影响。研究轮胎的力学性能、不断改进和创新轮胎结构设计，持续受到来自轮胎和汽车工业方面工程技术人员的高度重视。通常，对于庞大的轮胎结构设计方案，都是通过传统实验测试评价轮胎的力学性能，然后进行优选，但是这种方法相对来说，比较耗费财力，物力，而且开发的时间周期比较长。采用有限元分析的方法对设计方案进行评估和筛选，能够大量缩短产品开发周期，有利于产生更大的经济和社会效益。
在轮胎的有限元分析时前处理是必不可少的、非常重要的一个步骤，而前处理中网格划分也具有非常重要的地位，对后续的计算结果的准确性和计算效率都有重要的影响。由于轮胎结构具有层数多，材料种类多和内部几何结构不规则，结构和性能各向异性等特征，通常的商业有限元分析软件如，ABAQUS、ANSYS生成的单元均不够规范，且网格划分的效率比较低，达不到有限元分析的要求，最终会对分析结果的准确性和效率产生重要影响。商业软件中提供的网格单元编辑功能，在不规范单元数量较大时，对它们的调整往往费时费力，并且重复劳动会影响人们的工作情绪和效率，很容易导致人为失误的产生，对后续的有限元分析产生不良影响。但是网格划分是有限元分析工作的重要步骤，不可回避，但往往费时费力效率低下，因此，在轮胎行业，为了推广和扩大有限元分析的应用，提高其分析时效性，迫切需要研究出一种二维网格划分的快速实现方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种轮胎有限元二维网格划分的快速实现方法，可用于有限元分析的前处理中，能满足有限元前处理过程中网格划分的需要，该方法保证有限元分析的准确性和精度的同时，可提高分析效率、降低分析人员的劳动量。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种轮胎有限元二维网格划分的快速实现方法，包括如下步骤：
步骤1、整理轮胎的结构设计图，并绘制轮胎材料分布图；
步骤2、添加辅助线，并生成内外轮廓的绘图交换文件和分割线的绘图交换文件；其中生成分割线的绘图交换文件的方法包括步骤2.1~步骤2.3；
步骤2.1、生成分割线，先对半断面的材料分布图进行处理，之后对处理后的半断面的材料分布图进行镜像操作，生成全断面分割线，对半断面的材料分布图的具体处理过程如下：
步骤2.1.1、在胎体中心线、水平轴位置和胎圈中心处划分线条；
步骤2.1.2、在胎面与胎肩的接地部分分界处划分线条；
步骤2.2、对生成的分割线进行优化，具体的优化方法是：
步骤2.2.1、将带束末端冠带末端划分为多线段，将带束冠带末端的圆弧用线段代替，线段之间完全连接，并且分割线与外轮廓相交部分保证共点，在分割线与轮胎材料分布图原有线条相交部分充分相交；
步骤2.2.2、将钢丝圈水平分割线延伸至内轮廓外，分割开内衬层；同时，对内衬层结束部位的狭小线条进行调整；
步骤2.3、分割线的绘图交换文件的生成方法为：在AutoCAD中，将除去内外轮廓之外的所有线条的分割线置于一个层中，生成分割线的绘图交换文件；
步骤3、生成胎体增强材料层的绘图交换文件：将步骤1绘制的轮胎材料分布图中的胎体线条偏置1/2胎体层厚度，生成连续的线条，然后进行镜像生成全断面线条，之后逆时针旋转90°，保存为胎体增强材料层的绘图交换文件；
步骤4、导出内外轮廓的绘图交换文件、分割线的绘图交换文件和胎体增强材料层的绘图交换文件，并以此作为输入文件，导入UG NX中进行快速二维网格划分。
作为一种优选方案，所述内外轮廓的绘图交换文件、分割线的绘图交换文件、胎体增强材料层的绘图交换文件和胎圈包布增强材料层的绘图交换文件均存储为DXF格式。
作为一种优选方案，步骤1的具体实现过程为：
步骤1.1、在AutoCAD 中，打开轮胎的结构设计图，清除图中与结构和材料分布无关的辅助线；
步骤1.2、根据轮胎材料分布图要求，绘制出各种材料分布的界限曲线，得到轮胎材料分布图。
作为一种优选方案，步骤2生成的内外轮廓的绘图交换文件为封闭的图形。
作为一种优选方案，步骤2生成分割线的绘图交换文件中各线条连续，无间断。
作为一种优选方案，步骤2所述内外轮廓的绘图交换文件的生成方法为：将步骤1中绘制的轮胎材料分布图的胎冠中心点坐标移至（0，R）处，其中，R为轮廓的外半径，在AutoCAD中将整个内外轮廓置于单独一个层中，且全断面的内外轮廓组成连续的封闭线条，然后生成内外轮廓的绘图交换文件。
作为一种优选方案，步骤3还生成胎圈包布增强材料层的绘图交换文件。
作为一种优选方案，胎圈包布增强材料层的绘图交换文件的生成方法为：在AutoCAD生成胎圈包布增强材料层图，然后进行镜像操作生成全断面线条图形，之后将全断面线条图形逆时针旋转90°，生成胎圈包布增强材料层的绘图交换文件。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明提供了一种轮胎有限元二维网格划分的快速实现方法，通过该方法，能将以前需要进行数小时乃至1 天左右的工作时间缩短到0.5小时左右，能够大幅度提高工作效率、降低操作的难度和劳动量。本发明的方法不仅可用在轮胎工业中，还可以用于橡胶工业的其他产品，如密封圈、胶管胶带及胶鞋类产品等其它适合采用AutoCAD 进行图形处理，并需要运用有限元方法进行仿真分析的场合，有利于在企业中扩大有限元分析的实际应用，可望产生明显的社会与经济效益；
（2）本发明提供了一种轮胎有限元二维网格划分的快速实现方法，与现有技术相比，由于不需要由手工形成大量横断线，从而缩小了手工劳动的劳动量和繁琐程度，提高了分析效率，既节省时间、人力，又能提高分析的时效性。
附图说明
图1为本发明实施例一流程图；
图2为本发明实施例二流程图；
图3为本发明生成的内外轮廓的绘图交换文件；
图4为本发明生成的分割线的绘图交换文件；
图5为本发明生成的胎体增强材料层的绘图交换文件；
图6为本发明生成的胎圈包布增强材料层的绘图交换文件；
图7为本发明导入UG NX中进行快速二维网格划分生成的网格图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一：
采用本发明方法按照如图1所示流程，一种轮胎有限元二维网格划分的快速实现方法，包括如下步骤：
步骤1、整理轮胎的结构设计图，并绘制轮胎材料分布图；具体实现过程为：
步骤1.1、在AutoCAD 中，打开轮胎的结构设计图，清除图中与结构和材料分布无关的辅助线；
步骤1.2、根据轮胎材料分布图要求，绘制出各种材料分布的界限曲线，得到轮胎材料分布图。
步骤2、添加辅助线，并生成内外轮廓的绘图交换文件和分割线的绘图交换文件；其中生成分割线的绘图交换文件的方法包括步骤2.1~步骤2.3。
步骤2.1、生成分割线，分割线生成时，由于轮胎本身是一个轴对称图形，因此先对半断面的材料分布图进行处理，之后对处理后的半断面的材料分布图进行镜像操作，生成全断面分割线，对半断面的材料分布图的具体处理过程如下：
步骤2.1.1、在胎体中心线、水平轴位置和胎圈中心处划分线条；
步骤2.1.2、在胎面与胎肩的接地部分分界处划分线条。
步骤2.2、对生成的分割线进行优化，具体的优化方法是：
步骤2.2.1、将带束末端冠带末端适当划分一些多线段，以保证在这里生成较为规整的网格，同时，将带束冠带末端的圆弧用线段代替，线段之间完全连接，不要有重复的线段，并且分割线与外轮廓相交部分保证共点，不能有分开的现象，在分割线与轮胎材料分布图原有线条相交部分充分相交，以保证在UG NX中的顺利实现分割操作，不能有分开的现象；
步骤2.2.2、将钢丝圈水平分割线延伸至内轮廓外，以保证顺利分割出内衬层，之后分割开内衬层；同时，对内衬层结束部位的狭小线条进行调整，以便生成较好的网络；生成的分割线绘图交换文件如图4所示。
步骤2.3、分割线的绘图交换文件的生成方法为：在AutoCAD中，将除去内外轮廓之外的所有线条的分割线置于一个层中，生成分割线的绘图交换文件。
步骤3、生成胎体增强材料层的绘图交换文件：将步骤1绘制的轮胎材料分布图中的胎体线条偏置1/2胎体层厚度，生成连续的线条，然后进行镜像生成全断面线条，之后逆时针旋转90°，保存为胎体增强材料层的绘图交换文件；如图5所示。
步骤4、导出内外轮廓的绘图交换文件、分割线的绘图交换文件和胎体增强材料层的绘图交换文件，并以此作为输入文件，导入UG NX中进行快速二维网格划分。
作为优选的，所述内外轮廓的绘图交换文件、分割线的绘图交换文件、胎体增强材料层的绘图交换文件和胎圈包布增强材料层的绘图交换文件均存储为DXF格式。其中，内外轮廓的绘图交换文件命名为NWLK，分割线的绘图交换文件命名为FGX，胎体增强材料层的绘图交换文件命名为PLIES，胎圈包布增强材料层的绘图交换文件命名为TQBB。
作为优选的，步骤2生成的内外轮廓的绘图交换文件为封闭且没有重复线条的图形。
作为优选的，步骤2生成分割线的绘图交换文件中各线条连续，无间断。
作为优选的，步骤2所述内外轮廓的绘图交换文件的生成方法为：将步骤1中绘制的轮胎材料分布图的胎冠中心点坐标移至（0，R）处，其中，R为轮廓的外半径，在AutoCAD中将整个内外轮廓置于单独一个层中，且全断面的内外轮廓组成连续的封闭线条，然后生成内外轮廓的绘图交换文件，如图3所示。
实施例二：
增强材料层包括胎体增强层，为了增强胎圈部位的强度和使用寿命，还可酌情添加胎圈包布，因此增强材料层还包括胎圈包布，当增强材料层包括胎圈包布时，采用本发明方法按照如图2所示流程，其中，步骤3替换为：生成胎体增强材料层的绘图交换文件：将步骤1绘制的轮胎材料分布图中的胎体线条偏置1/2胎体层厚度，生成连续的线条，然后进行镜像生成全断面线条，之后逆时针旋转90°，保存为胎体增强材料层的绘图交换文件；还生成胎圈包布增强材料层的绘图交换文件，具体生成方法为：在AutoCAD生成胎圈包布增强材料层图，然后进行镜像操作生成全断面线条图形，之后将全断面线条图形逆时针旋转90°，生成胎圈包布增强材料层的绘图交换文件，如图6为胎圈包布增强材料层的绘图交换文件，其他步骤均同实施例一。
将以上生成的NWLK、FGX、PLIES、TQBB文件作为输入文件，导入UG NX 中可快速进行网格划分，得到轮胎二维网格图，如图7所示。由图7可以看出，采用本发明方法生成的网格图比较规则、合理，可以满足后续的轮胎结构有限元分析的需求。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种轮胎有限元二维网格划分的快速实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、整理轮胎的结构设计图，并绘制轮胎材料分布图；
步骤2、添加辅助线，并生成内外轮廓的绘图交换文件和分割线的绘图交换文件；其中生成分割线的绘图交换文件的方法包括步骤2.1~步骤2.3；
步骤2.1、生成分割线，先对半断面的材料分布图进行处理，之后对处理后的半断面的材料分布图进行镜像操作，生成全断面分割线，对半断面的材料分布图的具体处理过程如下：
步骤2.1.1、在胎体中心线、水平轴位置和胎圈中心处划分线条；
步骤2.1.2、在胎面与胎肩的接地部分分界处划分线条；
步骤2.2、对生成的分割线进行优化，具体的优化方法是：
步骤2.2.1、将带束末端和冠带末端划分出多线段，将带束末端和冠带末端的圆弧用线段代替，线段之间完全连接，并且分割线与外轮廓相交部分保证共点，在分割线与轮胎材料分布图原有线条相交部分充分相交；
步骤2.2.2、将钢丝圈水平分割线延伸至内轮廓外，分割开内衬层；同时，对内衬层结束部位的狭小线条进行调整；
步骤2.3、分割线的绘图交换文件的生成方法为：在AutoCAD中，将除去内外轮廓之外的所有线条的分割线置于一个层中，生成分割线的绘图交换文件；
步骤3、生成胎体增强材料层的绘图交换文件：将步骤1绘制的轮胎材料分布图中的胎体线条偏置1/2胎体层厚度，生成连续的线条，然后进行镜像生成全断面线条，之后逆时针旋转90°，保存为胎体增强材料层的绘图交换文件；
步骤4、导出内外轮廓的绘图交换文件、分割线的绘图交换文件和胎体增强材料层的绘图交换文件，并以此作为输入文件，导入UG NX中进行快速二维网格划分。
2.根据权利要求1所述的一种轮胎有限元二维网格划分的快速实现方法，其特征在于：步骤1的具体实现过程为：
步骤1.1、在AutoCAD 中，打开轮胎的结构设计图，清除图中与结构和材料分布无关的辅助线；
步骤1.2、根据轮胎材料分布图要求，绘制出各种材料分布的界限曲线，得到轮胎材料分布图。
3.根据权利要求1所述的一种轮胎有限元二维网格划分的快速实现方法，其特征在于：步骤2生成的内外轮廓的绘图交换文件为封闭的图形。
4.根据权利要求1所述的一种轮胎有限元二维网格划分的快速实现方法，其特征在于：步骤2生成分割线的绘图交换文件中各线条连续，无间断。
5.根据权利要求1所述的一种轮胎有限元二维网格划分的快速实现方法，其特征在于：步骤2所述内外轮廓的绘图交换文件的生成方法为：将步骤1中绘制的轮胎材料分布图的胎冠中心点坐标移至（0，R）处，其中，R为轮廓的外半径，在AutoCAD中将整个内外轮廓置于单独一个层中，且全断面的内外轮廓组成连续的封闭线条，然后生成内外轮廓的绘图交换文件。
6.根据权利要求1所述的一种轮胎有限元二维网格划分的快速实现方法，其特征在于：步骤3还生成胎圈包布增强材料层的绘图交换文件。
7.根据权利要求6所述的一种轮胎有限元二维网格划分的快速实现方法，其特征在于：胎圈包布增强材料层的绘图交换文件的生成方法为：在AutoCAD生成胎圈包布增强材料层图，然后进行镜像操作生成全断面线条图形，之后将全断面线条图形逆时针旋转90°，生成胎圈包布增强材料层的绘图交换文件。
8.根据权利要求6所述的一种轮胎有限元二维网格划分的快速实现方法，其特征在于：所述内外轮廓的绘图交换文件、分割线的绘图交换文件、胎体增强材料层的绘图交换文件和胎圈包布增强材料层的绘图交换文件均存储为DXF格式。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Application publication date: 20180717 Assignee: Jiaozuo LanNiu New Material Technology Co.,Ltd. Assignor: LUOYANG INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2023980053528 Denomination of invention: A Fast Implementation Method for Finite Element 2D Mesh Division of Tires Granted publication date: 20220121 License type: Common License Record date: 20231227 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20180717 Assignee: Henan Wofei Power Technology Co.,Ltd. Assignor: LUOYANG INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2024980002041 Denomination of invention: A Fast Implementation Method for Finite Element 2D Mesh Division of Tires Granted publication date: 20220121 License type: Common License Record date: 20240218 |